WO2016032047A1 - Cigs 박막 급속 열처리 장치 - Google Patents

Cigs 박막 급속 열처리 장치 Download PDF

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thin film
heat treatment
carrier box
treatment apparatus
rapid heat
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PCT/KR2014/009234
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김주원
유상우
김도훈
박상현
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에스엔유 프리시젼 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a CIGS thin film rapid heat treatment apparatus, and more particularly, CIGS thin film capable of forming a high quality CIGS light absorbing layer by ensuring the uniformity of the composition and the uniformity of the thermal process when forming the CIGS light absorbing layer of the CIGS solar cell It relates to a rapid heat treatment apparatus.
  • a semiconductor solar cell refers to a device that directly converts sunlight into electricity using a photovoltaic effect in which electrons are generated when light is applied to a semiconductor diode forming a p-n junction.
  • the most basic components of a solar cell are divided into three parts: the front electrode, the back electrode, and the light absorber between them. The most important of these materials is the light absorber, which determines most of the light conversion efficiency.
  • CIGS thin film solar cell is a compound thin film composed of four elements of copper, indium, gallium, and selenium, and has a pn mixed junction structure that converts solar heat into a current and an integrated structure characteristic of thin film solar cells.
  • a CIGS solar cell includes a glass substrate-MO layer-CIGS light absorption layer-CdS-TCO transparent electrode layer (ZnO, ITO) layer.
  • the CIGS thin-film solar cell has a monolithic structure in which several unit solar cells are formed on one large substrate at a time, unlike conventional solar cells manufactured using a silicon wafer, thereby simplifying the fixing required for modularization of a product. This can drastically reduce the mass production cost.
  • the manufacturing method of the CIGS light absorbing layer which determines most of the light conversion efficiency in the CIGS thin film solar cell, can be largely classified into a simultaneous evaporation method and a two-step process method.
  • the simultaneous evaporation method is a method of forming a thin film on a high temperature substrate by simultaneously evaporating unit elements copper (Cu), indium (In), gallium (Ga) and selenium (Se) using a thermal evaporation source. Therefore, it is easy to control the composition of the element, and so far, the highest efficiency has been made through this method.
  • the face of the thin film is essential.
  • the simultaneous evaporation method requires the evaporation source to make a large-area thin film. It is difficult to proceed with various industrializations in which the consumption of elements (particularly the consumption of indium (In), a rare metal) is high.
  • Presursor chemistry a two-step process known as Presursor chemistry has been proposed.
  • copper (Cu), indium (In), and gallium (Ga) metal thin films are sequentially vacuum deposited, selenium (Se) is vacuum deposited, and heat treatment is performed at high temperature to complete chemical composition.
  • This is called selenization or sulfurization, and it is expected to lower the manufacturing process because the uniformity of the thin film and the utilization of the material can be improved compared to the simultaneous evaporation method.
  • the uniformity of the composition, the uniformity of the thermal process, and the uniformity of the selenium supply are very important for forming the high quality light absorbing layer, but there is a problem that its control is not easy.
  • an object of the present invention is to solve such a conventional problem, it is possible to form a high quality CIGS light absorbing layer by ensuring the uniformity of the composition and the uniformity of the thermal process when forming the CIGS light absorbing layer of the CIGS solar cell.
  • CIGS thin film rapid heat treatment apparatus to provide.
  • a carrier box containing a precursor thin film formed by sequentially stacking copper, indium, gallium, and selenium is introduced therein, and the primary selenization process by heating while transporting the carrier box in the advancing direction.
  • a heating unit provided with a plurality of chambers having different internal temperatures and moving the carrier box in a traveling direction to be heated to perform a second selenization process to form a CIGS light absorption layer; It is achieved by a CIGS thin film rapid heat treatment apparatus including a; cooling unit for cooling the carrier box received from the heating unit.
  • the carrier box may include: a receiving part having an upper surface open to form a receiving space, and having a protrusion formed to protrude from the inner wall; And a finish portion fixed to the protrusion to close the upper surface of the receiving portion, wherein the protrusion is pressurized by steam generated by heating the selenium and is in close contact with the finish to seal the internal space.
  • a plurality of feed roller is provided, the carrier box is seated, rotates to transport the carrier box in the advancing direction; It is preferable that a control unit for controlling the rotational speed of the feed roller in accordance with the temperature increase rate of the carrier box.
  • the heating unit further comprises a temperature sensor for measuring the temperature of the carrier box.
  • the temperature sensor is preferably a pyrometer (pyrometer) or a thermal imaging camera that is a non-contact temperature sensor.
  • a halogen lamp which is installed in the load lock chamber to heat the internal space, respectively disposed in the upper region and the lower region of the carrier box.
  • the load lock chamber preferably has an internal temperature of 150 ⁇ 350 °C.
  • the heating unit may include: a first heating chamber having the same internal temperature as the load lock chamber and maintaining a primary selenization process; A second heating chamber connected to the first heating chamber and heating the carrier box to perform a secondary selenization process; And a third heating chamber connected to the second heating chamber and in which the CIGS light absorbing layer is finally formed.
  • the internal temperature of the second heating chamber is preferably higher than the internal temperatures of the first heating chamber and the third heating chamber.
  • a heater installed in the heating unit to heat the internal space, respectively installed in the upper region and the lower region of the carrier box.
  • a predetermined pattern is formed in the heater, it is preferable that the pattern of the heater disposed in the upper region of the carrier box and the pattern of the heater disposed in the lower region of the carrier box is different.
  • the internal temperature of the first heating chamber is 150 ⁇ 350 °C
  • the internal temperature of the second heating chamber is 700 ⁇ 850 °C
  • the internal temperature of the third heating chamber is preferably 500 ⁇ 600 °C.
  • a CIGS thin film rapid heat treatment apparatus capable of forming a high quality CIGS light absorbing layer by ensuring the uniformity of the composition and the uniformity of the thermal process when forming the CIGS light absorbing layer of the CIGS solar cell.
  • the carrier box has a structure that is sealed by the generated selenium vapor, it is unnecessary to supply additional selenium gas due to the evaporation of selenium vapor.
  • the heating unit is provided with a plurality of chambers to maintain the reaction in the previous step and to facilitate the reaction in the next step, thereby ensuring uniformity of the composition and uniformity of the thermal process.
  • the temperature can be rapidly increased up to the set temperature at the time of initial heating.
  • a heater having a pattern formed in each of the heating parts is installed in the upper region and the lower region, respectively, and the patterns are formed different from each other to uniformly form an internal temperature.
  • the feed roller is capable of controlling the rotational speed, thereby controlling the temperature increase rate and the temperature increase rate in each chamber, thereby ensuring uniformity of composition and uniformity of thermal process.
  • FIG. 1 is a view showing a general structure of a CIGS thin film solar cell
  • FIG. 2 is a view schematically showing a general monolithic structure of a CIGS thin film solar cell
  • Figure 3 is a schematic perspective view of the CIGS thin film rapid heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic front view of the CIGS thin film rapid heat treatment apparatus of FIG. 3,
  • FIG. 5 is a schematic front view of a carrier box of the CIGS thin film rapid heat treatment apparatus of FIG. 3,
  • FIG. 6 is a view showing the operation of the carrier box of the CIGS thin film rapid heat treatment apparatus of FIG.
  • FIG. 7 is a schematic exploded perspective view of the load lock chamber of the CIGS thin film rapid heat treatment apparatus of FIG.
  • FIG. 8 is a schematic exploded perspective view of a heating unit of the CIGS thin film rapid heat treatment apparatus of FIG. 3;
  • FIG. 9 is a view schematically illustrating a control operation of a controller of the CIGS thin film rapid heat treatment apparatus of FIG. 3.
  • CIGS thin film rapid heat treatment apparatus CIGS thin film rapid heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, CIGS thin film rapid absorption layer to form a high quality CIGS light absorption layer by ensuring the uniformity of the composition and the uniformity of the thermal process when forming the CIGS light absorption layer of the CIGS solar cell It relates to a heat treatment apparatus.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a CIGS thin film rapid heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a schematic front view of the CIGS thin film rapid heat treatment apparatus of FIG. 3 and 4
  • the CIGS thin film rapid heat treatment apparatus 100 includes a load lock chamber 120 and a heating unit 130 disposed adjacent to the load lock chamber 120. ),
  • the cooling unit 140 disposed adjacent to the heating unit 130, the load lock chamber 120, the conveying roller 150 disposed inside the heating unit 130 and the cooling unit 140, and conveying
  • the carrier box 110 is mounted on the upper surface of the roller 150, and includes a control unit 160 and a temperature sensor 170 for controlling the transfer roller 150 and the heater 131 of the heating unit 130.
  • FIG. 5 is a schematic front view of a carrier box of the CIGS thin film rapid heat treatment apparatus of FIG. 3
  • FIG. 6 is a view illustrating the operation of the carrier box of the CIGS thin film rapid heat treatment apparatus of FIG. 3.
  • the carrier box 110 accommodates the precursor thin film P therein, and moves along the upper surface of the transfer roller 150, the load lock chamber 120, the heating unit 130, and the like. Passing through the cooling unit 140 sequentially, the precursor thin film P accommodated therein is configured to perform a rapid heat treatment process.
  • the precursor thin film P is a precursor material that is subjected to a heat treatment process to become a CIGS light absorbing layer, and copper, indium, gallium, and selenium are sequentially stacked, and the precursor thin film P is formed on the back electrode formed on the substrate.
  • the carrier box 110 accommodates a structure in which the substrate-back electrode-precursor thin film P is sequentially stacked, and a heat treatment process is performed.
  • a soda lime glass substrate is used as the substrate.
  • Soda-lime glass substrate the sodium component in the glass passes through the molybdenum (Mo) layer of the rear electrode during the high temperature process to increase the CIGS grains to improve the conversion efficiency.
  • Molybdenum (Mo) electrode is used as the back electrode.
  • Molybdenum has a similar coefficient of thermal expansion to soda-lime glass substrates, and has the advantage of simultaneously satisfying adhesion and electrical conductivity.
  • the precursor thin film P is formed by sequentially vacuum depositing a copper, indium, gallium, selenium thin film using a sputtering method.
  • the carrier box 110 includes a receiving part 111 and a finishing part 112.
  • the accommodating part 111 is a region in which the precursor thin film P is accommodated, and is provided in a casing shape with an upper surface opened, and a protrusion 111a is formed on the inner wall to protrude a predetermined interval.
  • the finishing part 112 is provided in a plate shape and is seated on the upper surface of the two-headed part 111a, thereby closing the opened upper surface of the accommodating part 111 and fixed through the protrusion part 111a and the like.
  • selenium vapor is generated from selenium, which is the uppermost layer of the precursor thin film P.
  • the clearance between the accommodating part 111 and the finishing part 112 is inevitably generated, and through this, selenium vapor is discharged to the outside to lose selenium vapor. This can happen. Due to the loss of selenium vapor, additional selenium gas is required, which increases the production time, increases the manufacturing cost, and the difficulty of precisely controlling the amount of selenium gas supplied. There is this.
  • selenium vapor is generated and pressure is applied to the protrusion 111a during expansion to minimize the clearance between the protrusion 111a and the finishing portion 112, so that the inner space of the accommodating portion 111 is completely sealed and selenium
  • the loss of steam can be minimized, and the additional supply of selenium gas is unnecessary.
  • the load lock chamber 120 is an area in which the first heat treatment process of the precursor thin film P inside the carrier box 110 is performed, and both sides of the load lock chamber 120 are opened and closed so that the carrier box 110 is input and discharged. do.
  • a plurality of halogen lamps 121 are installed on the upper and lower surfaces of the load lock chamber 120, respectively, and 26 halogen lamps are installed on the upper surface and 26 on the lower surface, respectively, and a total of 52 halogen lamps are installed.
  • the inside of the load lock chamber 120 is heated to about 150 ⁇ 350 °C, it is quickly raised to the set temperature during heating by using a halogen lamp.
  • the transfer roller 150 is installed inside the load lock chamber 120.
  • the carrier box 110 seated on the upper surface by the rotation of the transfer roller 150 is moved, and is heated as it moves so that a rapid process is possible. At this time, by changing the rotational speed of the feed roller 150, it is possible to control the temperature increase rate.
  • the precursor thin film P inside the load lock chamber 120 moves inside the chamber, selenium deposited on the top layer is melted, and selenium vapor is generated.
  • the precursor thin film P is subjected to a first heat treatment process in which selenium reacts with copper, indium, and gallium.
  • the heating unit 130 receives the precursor thin film P from the load lock chamber 120 and finally forms the CIGS light absorbing layer.
  • the heating unit 130 includes the first heating chamber 131, the second heating chamber 132, and the first heating chamber 132. Three heating chamber 133 is included.
  • FIG. 8 is a schematic exploded perspective view of a heating unit of the CIGS thin film rapid heat treatment apparatus of FIG. 3.
  • the first heating chamber 131 is an area where the first heat treatment process performed in the load lock chamber 120 is completed, and is provided to have a temperature similar to that in the load lock chamber 120. That is, the first heating chamber has an internal temperature of 150 to 350 ° C. and is a region in which the temperature of the load lock chamber 120 is maintained.
  • Precursor thin film (P) heat-treated in the load lock chamber 120 is moved in the load lock chamber 120 is heated and quickly moved to a high temperature, the reaction of selenium, copper, indium gallium is in progress .
  • the first heating chamber 131 is rapidly heated in the load lock chamber 120 to control the temperature condition and the motor 152 by controlling the heater 134 according to the reaction state of the precursor thin film P in which the first heat treatment process is performed. By controlling the feed rate and holding time through the primary heat treatment process to ensure a smooth and stable progress.
  • the second heating chamber 132 is configured to receive the first heat-treated precursor thin film P and perform a second heat treatment process.
  • the second heating chamber 132 is set higher than the internal temperatures of the load lock chamber 120 and the first heating chamber 131.
  • the second heating chamber 132 is a section for rapidly increasing the temperature for the secondary heat treatment process, and is provided to have an internal temperature of about 700 to 850 ° C. In the second heating chamber 132, the generation amount of selenium vapor is increased by the temperature increase, and selenium, copper, indium, and gallium, which are not reacted during the first heat treatment process, react.
  • the third heating chamber 133 is a region where the CIGS light absorbing layer is finally formed, so that the secondary heat treatment process in the second heating chamber 132 proceeds smoothly. That is, the second heating chamber 133 is maintained in the second heat treatment process in the second heating chamber 132, the reaction is made, the CIGS light absorption layer is formed. Specifically, the third heating chamber 133 is provided at about 500 to 600 ° C. to maintain the high temperature in the second heating chamber 132 and the second heat treatment process is stably performed to finally obtain selenium, copper, indium, and gallium. Respond. In other words, similar to the first heating chamber 131, the third heating chamber 133 is a region that maintains the reaction in the rapidly heated chamber while allowing a more precise reaction to be performed.
  • the transfer roller 150 is installed inside the first heating chamber 131, the second heating chamber 132, and the third heating chamber 133 like the load lock chamber 120.
  • the conveying roller 150 rotates by the motor 152 to convey the carrier box 110, and the conveying speed in each chamber is preferably connected to the plurality of motors 152 so as to be controlled differently.
  • heaters 134 are installed on upper and lower surfaces of the first heating chamber 131, the second heating chamber 132, and the third heating chamber 133.
  • the heater 134 is provided in a plate shape and is installed on the upper and lower surfaces, and a predetermined pattern is formed.
  • the patterns of the heater 134 installed on the upper surface and the heater 134 provided on the lower surface of each chamber are provided to have different patterns so that the temperature inside the chamber becomes uniform.
  • the cooling unit 140 is a configuration for cooling the CIGS light absorbing layer formed through the secondary heat treatment process, and includes a cooling chamber 141 and a glove box 142.
  • the cooling chamber 141 is configured to a temperature of about 100 ⁇ 300 °C relatively lower than the third heating chamber 133, the CIGS light absorbing layer is cooled, it is discharged to the glove box 142 side.
  • the conveying roller 150 is a component for conveying the carrier box 110 in the advancing direction, and includes a roller portion 151 and a motor 152.
  • a plurality of rollers 151 are provided in each of the chambers of the load lock chamber 120 and the heating unit 130, and rotate to transport the carrier box 110 mounted on the upper surface in the advancing direction.
  • the motor 152 is for driving the roller unit 151 and is provided corresponding to the number of chambers. Since the motor 152 is provided in each chamber, the transfer speed of the carrier box in each chamber may be differently provided. On the other hand, the motor 152 is provided to control the drive speed by the controller 160. The rotational speed of the roller unit 151 is controlled by the control of the driving speed of the motor 152, and the feeding speed and the reaction holding time are controlled according to the temperature rising speed to ensure uniformity of composition and uniformity of the thermal process.
  • FIG. 9 is a view schematically illustrating a control operation of a controller of the CIGS thin film rapid heat treatment apparatus of FIG. 3.
  • the control unit 160 is a configuration for controlling the temperature of the load lock chamber 120 and the heating unit 130 and the transfer speed of the carrier box 110.
  • the controller 160 controls the temperature of the heater and the rotation of the motor 152 to control the internal temperature and the feed rate of the carrier box 110 for the precise secondary heat treatment process in the second heating chamber 132.
  • Implement speed In addition to the second heating chamber 132, the process environment in each chamber, such as the temperature and the transfer speed required in the process in the first heating chamber 131 according to the process in the load lock chamber 120 is controlled.
  • the temperature sensor 170 is a component for measuring the temperature increase rate in each chamber.
  • the temperature sensor 170 may be a pyrometer or a thermal imaging camera which is a non-contact temperature sensor.
  • the temperature information measured by the temperature sensor 170 is transmitted to the controller 160 and used as one of the information for controlling the heater or the motor 152.
  • a molybdenum thick film electrode is formed on a soda-lime glass substrate, and then a precursor thin film P is formed on the molybdenum thick film electrode.
  • the precursor thin film P is formed through vacuum deposition using sputtering in the order of copper-indium-gallium-selenium.
  • the finishing part 112 is coupled onto the protrusion 111a to seal the carrier box 110.
  • the carrier box 110 is mounted on the upper surface of the transfer roller 150 disposed in the load lock chamber 120, and then the motor 152 is driven to rotate the roller unit 151 to advance the carrier box 110.
  • the motor 152 is driven to rotate the roller unit 151 to advance the carrier box 110.
  • the temperature inside the load lock chamber 120 is heated to 150 to 350 ° C. through the halogen lamp 121.
  • the temperature inside the load lock chamber 120 is rapidly increased by the halogen lamp 121 and is heated while being transported through the transfer roller 150, so that a rapid first heat treatment process is performed.
  • the carrier box 110 passing through the load lock chamber 120 is introduced into the heating unit 130 through the transfer roller 150.
  • a smooth first heat treatment process is performed by controlling the temperature of the heater 134 and the driving speed of the motor 152 according to the first heat treatment reaction state in the load lock chamber 120.
  • the first heat treatment process is completed in the first heating chamber 131, and the carrier box 110 is introduced into the second heating chamber 132 through the transfer roller 150.
  • the second heat treatment process is performed in the second heating chamber 132, and the reaction between selenium and copper, indium, and gallium, which did not react in the first heat treatment process, is performed.
  • the CIGS light absorbing layer is finally formed in the third heating chamber 133, and the carrier box 110 containing the CIGS light absorbing layer is introduced into the cooling unit 140 and cooled.
  • control unit 160 to perform a precise reaction through the control of the temperature of the heater 134 and the transfer speed through the control of the motor 152.
  • the generation amount of selenium vapor increases due to the high temperature from the load lock chamber 120 toward the third heating chamber 133, a part of the selenium vapor disappears, and a part of the selenium vapor participates in the heat treatment process.
  • the present invention provides a CIGS thin film rapid heat treatment apparatus capable of forming a high quality CIGS light absorbing layer by ensuring uniformity of composition and uniformity of thermal processes when forming a CIGS light absorbing layer of a CIGS solar cell.
  • a CIGS thin film rapid heat treatment apparatus capable of forming a high quality CIGS light absorbing layer by providing a uniformity of composition and uniformity of a thermal process when forming a CIGS light absorbing layer of a CIGS solar cell is provided.

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Abstract

본 발명은 CIGS 박막 급속 열처리 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 CIGS 박막 급속 열처리 장치는, 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄이 순차적으로 적층되어 형성되는 전구체 박막이 수용되는 캐리어 박스가 투입되며, 상기 캐리어 박스를 진행방향으로 이송하면서 가열하여 1차 셀렌화 공정을 수행하는 로드락 챔버; 서로 다른 내부온도를 갖는 복수 개의 챔버로 마련되며, 상기 캐리어 박스를 진행방향으로 이동시키며 가열하여 2차 셀렌화 공정을 수행하여 CIGS 광흡수층을 형성하는 가열부; 상기 가열부로부터 제공받은 상기 캐리어 박스를 냉각하는 냉각부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

CIGS 박막 급속 열처리 장치
본 발명은 CIGS 박막 급속 열처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 CIGS 태양전지의 CIGS 광흡수층 형성시 조성의 균일성 및 열공정의 균일성이 확보되도록 함으로써 고품질의 CIGS 광흡수층을 형성할 수 있는 CIGS 박막 급속 열처리 장치에 관한 것이다.
태양에너지는 지구의 생명 원천이며 인류가 존재하는 한 지속 가능한 무공해 청정에너지원이다. 최근 들어 화석연료 고갈과 일본 후쿠시마 원전 사태에 대응하기 위하여 대체 에너지원 발굴에 대한 필요성이 높아지고 있어 태양과 같은 청정에너지 이용에 대한 관심이 커져가고 있다.
일반적으로 반도체 태양전지는 p-n 접합을 이루는 반도체 다이오드에 빛을 쪼이면 전자가 생성되는 광기전효과(photovoltaic effect)를 이용하여 태양광을 직접 전기로 변환하는 소자를 의미한다. 태양전지의 가장 기본적인 구성요소는 전면전극, 후면전극, 그리고 이들 사이에 위치하는 광흡수체 등 3부분으로 구별된다. 이 중 가장 중요한 소재는 광 전환효율의 대부분을 결정하는 광흡수체이다.
태양광 발전이 본격적인 에너지 산업으로 성장되지 못하고 있는 데는 태양전지 셀 제조비용이 너무 비싸다는 점이 끊임없이 지적되고 있다. 이와 같이 저가화에 대한 필요성 때문에 유리판이나 유연금속 코일을 이용하는 박막태양전지 제조기술과 고효율인 CuInGaSe2(이하, CIGS) 등의 소재가 주목받고 있다.
CIGS 박막형 태양전지는 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄의 4가지 원소가 합쳐져서 구성되는 화합물 박막으로서 태양열을 받아 전류로 전환시켜주는 pn 혼합 접합구조와 박막태양전지의 특징인 집적구조를 띄고 있다.
도 1은 CIGS 박막형 태양전지의 일반적인 구조를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, CIGS 태양전지는 유리기판-MO층-CIGS 광흡수층-CdS-TCO 투명전극층(ZnO, ITO) 층으로 구성된다.
도 2는 CIGS 박막형 태양전지의 일반적인 모노리틱 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, CIGS 박막형 태양전지는 하나의 대형 기판에 여러 개의 단위 솔라셀들을 한꺼번에 형성하는 모노리틱 구조로 기존의 실리콘 웨이퍼를 이용하여 제작되는 태양전지와 달리 제품의 모듈화에 필요한 고정을 단순화하여 양산비용을 획기적으로 줄일 수 있다.
CIGS 박막형 태양전지에서 광 전환효율의 대부분을 결정하는 CIGS 광흡수층의 제조방법으로는 동시증발법과 2단계공정법으로 크게 구별할 수 있다.
먼저 동시증발법은 단위 원소인 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)을 열 증발원을 이용해 동시에 증발시켜 고온 기판에 박막을 형성하는 방법인데 각 증발원을 독립적으로 사용하기 때문에 원소의 조성 제어가 용이해 지금까지 최고의 효율은 이 방법을 통해 만들어지고 있다. 산업화 모듈 양산에서는 박막의 대면화가 필수적인데 동시증발법은 증발원이 대면적 박막을 만들기에는 박막의불균일도 확보문제, 기판의 처짐문제, 원소들 간의 오염문제, 증발원과 기판사이의 거리가 매우 길기 때문에 원소들의 소모량(특히 희귀금속인 인듐(In) 소모량)이 크다는 여러 가지 산업화로 진행하기에는 커다란 어려움을 가지고 있다.
이에 따라, 프리커서(Presursor) 화학반응으로 알려진 2단계 공정법이 제시되었다. 2단계 공정법은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 금속박막을 순차적으로 진공 증착하고, 셀레늄(Se)을 진공증착한 다음 고온에서 열처리를 함으로써 화학조성을 완성하는 것이다. 이는 셀렌화(selenization)혹은 황화(sulfurizaion)이라 부르며, 동시증발법에 비해 박막의 균일성이 좋고 소재의 활용도도 높일 수 있기 때문에 제작공정의 저가화가 기대되는 방법이다.
그러나, 프리커서 화학반응의 경우 조성의 균일성, 열공정의 균일성 및 셀렌 공급의 균일성의 확보가 고품질 광흡수층을 형성하는데 매우 중요하나, 이의 제어가 용이하지 못한 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, CIGS 태양전지의 CIGS 광흡수층 형성시 조성의 균일성 및 열공정의 균일성이 확보되도록 함으로써 고품질의 CIGS 광흡수층을 형성할 수 있는 CIGS 박막 급속 열처리 장치를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄이 순차적으로 적층되어 형성되는 전구체 박막이 수용되는 캐리어 박스가 투입되며, 상기 캐리어 박스를 진행방향으로 이송하면서 가열하여 1차 셀렌화 공정을 수행하는 로드락 챔버; 서로 다른 내부온도를 갖는 복수 개의 챔버로 마련되며, 상기 캐리어 박스를 진행방향으로 이동시키며 가열하여 2차 셀렌화 공정을 수행하여 CIGS 광흡수층을 형성하는 가열부; 상기 가열부로부터 제공받은 상기 캐리어 박스를 냉각하는 냉각부;를 포함하는 CIGS 박막 급속 열처리장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 캐리어 박스는, 상면이 개구되며 수용 공간을 형성하고, 내측벽으로부터 돌출되는 돌출부가 형성되는 수용부; 상기 돌출부에 고정되어 상기 수용부의 상면을 마감하는 마감부;를 포함하며, 상기 돌출부는 상기 셀레늄이 가열되어 발생하는 증기에 의해 가압되어 상기 마감부와 밀착됨으로써 내부공간을 밀폐하는 것이 바람직하다.
여기서, 복수 개가 마련되어 상기 캐리어 박스가 안착되며, 회전하여 상기 캐리어 박스를 진행방향으로 이송시키는 이송롤러; 상기 캐리어 박스의 승온 속도에 따라 상기 이송롤러의 회전속도를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 가열부에 설치되며 상기 캐리어 박스의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 온도센서는 비접촉식 온도센서인 파이로미터(Pyrometer) 또는 열화상 카메라인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 로드락 챔버에 설치되어 내부공간을 가열하며, 상기 캐리어 박스의 상부영역과 하부영역에 각각 다수 개 배치되는 할로겐 램프를 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 로드락 챔버는 150~350℃의 내부온도를 갖는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 가열부는, 상기 로드락 챔버와 동일한 내부 온도를 가지며, 1차 셀렌화 공정을 유지하는 제1가열챔버; 상기 제1가열챔버에 연결되며, 상기 캐리어 박스를 가열하여 2차 셀렌화 공정을 수행하는 제2가열챔버; 상기 제2가열챔버에 연결되며, 상기 CIGS 광흡수층이 최종 형성되는 제3가열챔버;를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제2가열챔버의 내부온도는, 상기 제1가열챔버와 상기 제3가열챔버의 내부온도보다 높게 마련되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 가열부 내부에 설치되어 내부공간을 가열하며, 상기 캐리어 박스의 상부영역과 하부영역에 각각 설치되는 히터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 히터에는 소정의 패턴이 형성되며, 상기 캐리어 박스의 상부영역에 배치된 히터의 패턴과 상기 캐리어 박스의 하부영역에 배치된 히터의 패턴은 상이한 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제1가열챔버의 내부온도는 150~350℃ 이며, 상기 제2가열챔버의 내부온도는 700~850℃이며, 상기 제3가열챔버 내부온도는 500~600℃ 인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, CIGS 태양전지의 CIGS 광흡수층 형성시 조성의 균일성 및 열공정의 균일성이 확보되도록 함으로써 고품질의 CIGS 광흡수층을 형성할 수 있는 CIGS 박막 급속 열처리 장치가 제공된다.
또한, 이송롤러를 통하여 캐리어 박스를 이동시키면서 가열하므로, 열처리에 소요되는 시간이 줄어들어 생산 시간이 줄어든다.
또한, 캐리어 박스는 발생한 셀레늄 증기에 의하여 밀폐되는 구조로 구성되어, 셀레늄 증기의 증발로 인한 추가적인 셀레늄 기체의 공급이 불필요하다.
또한, 가열부는 복수 개의 챔버로 마련되어, 전 단계에서의 반응을 유지함과 동시에 다음 단계에서의 반응이 용이하게 이루어지도록 함으로써, 조성의 균일성 및 열공정의 균일성이 확보된다.
또한, 로드락 챔버의 상부영역과 하부영역에는 각각 할로겐 램프가 복수 개가 배치됨으로써, 초기 가열시 설정 온도까지 신속한 승온이 가능하다.
또한, 가열부에는 패턴이 형성된 히터가 상부영역과 하부영역에 각각 설치되며, 각 패턴은 서로 상이하게 형성됨으로써 내부온도가 균일하게 형성된다.
또한, 이송롤러는 회전속도를 제어 가능하도록 함으로써, 각 챔버 내에서의 승온속도 및 승온율 등을 제어할 수 있어 조성의 균일성 및 열공정의 균일성이 확보된다.
도 1은 CIGS 박막형 태양전지의 일반적인 구조를 도시한 도면이며,
도 2는 CIGS 박막형 태양전지의 일반적인 모노리틱 구조를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 급속 열처리 장치의 개략적인 사시도이며,
도 4는 도 3의 CIGS 박막 급속 열처리 장치의 개략적인 정면도이며,
도 5는 도 3의 CIGS 박막 급속 열처리 장치의 캐리어 박스의 개략적인 정면도이며,
도 6은 도 3의 CIGS 박막 급속 열처리 장치의 캐리어 박스의 작동을 나타내는 도면이며,
도 7은 도 3의 CIGS 박막 급속 열처리 장치의 로드락 챔버의 개략적인 분해사시도이며,
도 8은 도 3의 CIGS 박막 급속 열처리 장치의 가열부의 개략적인 분해사시도이며,
도 9는 도 3의 CIGS 박막 급속 열처리 장치의 제어부의 제어작동을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 급속 열처리 장치에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 급속 열처리 장치는, CIGS 태양전지의 CIGS 광흡수층 형성시 조성의 균일성 및 열공정의 균일성이 확보되도록 함으로써 고품질의 CIGS 광흡수층을 형성할 수 있는 CIGS 박막 급속 열처리 장치에 관한 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 급속 열처리 장치의 개략적인 사시도이며, 도 4는 도 3의 CIGS 박막 급속 열처리 장치의 개략적인 정면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 급속 열처리 장치(100)는, 로드락 챔버(120)와, 로드락 챔버(120)와 이웃하여 배치되는 가열부(130)와, 가열부(130)에 이웃하여 배치되는 냉각부(140)와, 로드락 챔버(120)와 가열부(130) 및 냉각부(140) 내부에 배치되는 이송롤러(150)와, 이송롤러(150) 상면에 안착되어 이동하는 캐리어 박스(110)와, 이송롤러(150)와 가열부(130)의 히터(131)를 제어하는 제어부(160) 및 온도센서(170)를 포함한다.
도 5는 도 3의 CIGS 박막 급속 열처리 장치의 캐리어 박스의 개략적인 정면도이며, 도 6은 도 3의 CIGS 박막 급속 열처리 장치의 캐리어 박스의 작동을 나타내는 도면이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 캐리어 박스(110)는 내부에 전구체 박막(P)을 수용하며, 이송롤러(150)의 상면을 따라 이동하면서 로드락 챔버(120), 가열부(130) 및 냉각부(140) 내부를 순차적으로 통과하여, 내부에 수용되는 전구체 박막(P)이 급속 열처리 공정을 수행하도록 하는 구성이다.
여기서, 전구체 박막(P)은 열처리 공정이 수행되어 CIGS 광흡수층이 되는 선행물질로서, 구리, 인듐, 갈륨 및 셀레늄이 순차적으로 적층되며, 전구체 박막(P)은 기판 위에 형성된 후면전극 상에 형성된다. 즉, 캐리어 박스(110) 내부에는 기판-후면전극-전구체 박막(P) 이 순차적으로 적층된 구성이 수용되어 열처리 공정이 수행된다.
이에 대해 설명하면, 기판으로는 소다라임 유리기판(sodalime glass)을 사용한다. 소다라임 유리기판은 유리에 함유된 나트륨 성분이 고온 공정 중 후면전극인 몰리브데늄(Mo)층을 통과하여 CIGS 결정립을 크게 하여 전환효율이 향상된다. 후면전극으로는 몰리브데늄(Mo) 전극을 사용한다. 몰리브데늄은 소다라임 유리기판과 열팽창계수가 비슷하며, 부착성과 전기 전도도를 동시에 만족시키는 장점이 있다. 전구체 박막(P)은 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄 박막을 스퍼터링법을 이용하여 순차적으로 진공 증착 함으로써 형성된다.
캐리어 박스(110)는 수용부(111)와 마감부(112)를 포함한다.
수용부(111)는 전구체 박막(P)이 수용되는 영역으로서, 상면이 개구된 케이싱 형상으로 마련되며, 내측벽에는 소정간격 돌출형성되는 돌출부(111a)가 형성된다. 마감부(112)는 판형으로 마련되어 둘출부(111a)의 상면에 안착됨으로써, 수용부(111)의 개구된 상면을 마감하며, 돌출부(111a)와 나사결합 등을 통하여 고정된다.
한편, 고온으로 마련되는 로드락 챔버(120) 및 가열부(130)를 통과하는 과정에서, 전구체 박막(P)의 최상층인 셀레늄으로부터 셀레늄 증기가 발생한다. 일반적으로 수용부(111)와 마감부(112)가 결합되더라도, 수용부(111)와 마감부(112) 사이에 유격이 발생할 수 밖에 없으며, 이를 통하여 셀레늄 증기가 외부로 배출되어 셀레늄 증기의 손실이 발생할 수 있다. 셀레늄 증기의 손실로 인해 추가적인 셀레늄 가스의 공급이 필요하게 되며, 이는 제작시간의 길어지게 되며, 제작비용의 상승 등의 원인이 되며, 공급되는 셀레늄 가스의 양을 정밀하게 제어하여야 하는 어려움 등의 문제점이 있다.
이에 따라, 본 발명에서는 셀레늄 증기가 발생하여 팽창시 돌출부(111a)에 압력이 가해져 돌출부(111a)와 마감부(112) 사이의 유격을 최소화함으로써, 수용부(111) 내부공간이 완전 밀폐되며 셀레늄 증기의 손실을 최소화 할 수 있으며, 셀레늄 가스의 추가 공급이 불필요한 효과가 있다.
도 7은 도 3의 CIGS 박막 급속 열처리 장치의 로드락 챔버의 개략적인 분해사시도이다. 도 7을 참조하면, 로드락 챔버(120)는 캐리어 박스(110) 내부의 전구체 박막(P)의 1차 열처리 공정이 수행되는 영역으로서, 캐리어 박스(110)가 투입 및 배출되도록 양 측면은 개구된다.
로드락 챔버(120) 내부의 상면과 하면에는 각각 복수 개의 할로겐 램프(121)가 설치되며, 본 실시예에서는 상면에 26개소, 하면에 26개소가 각각 설치되어 총 52개의 할로겐 램프가 설치된다. 로드락 챔버(120) 내부는 약 150~350℃로 가열되며, 할로겐 램프를 이용함으로써 가열시 설정 온도까지 빠르게 상승된다.
한편, 로드락 챔버(120) 내부에는 이송롤러(150)가 설치된다. 이송롤러(150)의 회전에 의하여 상면에 안착된 캐리어 박스(110)는 이동하게 되며, 이동하면서 가열되므로 신속한 공정이 가능하다. 이때, 이송롤러(150)의 회전속도를 변경함으로써 승온속도 등을 제어할 수 있다.
로드락 챔버(120) 내부의 전구체 박막(P)은 챔버 내부를 이동하는 과정에서, 최상층에 적층된 셀레늄이 녹으며 셀레늄 증기가 발생한다. 전구체 박막(P)은 셀레늄이 구리, 인듐, 갈륨과 반응하는 1차 열처리 공정이 수행된다.
가열부(130)는 로드락 챔버(120)로부터 전구체 박막(P)을 이송받아 최종적으로 CIGS 광흡수층을 형성하는 구성으로서, 제1가열챔버(131)와, 제2가열챔버(132)와 제3가열챔버(133)를 포함한다.
도 8은 도 3의 CIGS 박막 급속 열처리 장치의 가열부의 개략적인 분해사시도이다. 도 8을 참조하면, 제1가열챔버(131)는 로드락 챔버(120)에서 수행되는 1차 열처리 공정이 완료되는 영역으로서, 로드락 챔버(120)에서의 온도와 유사한 온도를 갖도록 마련된다. 즉, 제1가열챔버는 150~350℃의 내부온도를 가지며, 로드락 챔버(120)의 온도가 유지되는 영역이다. 로드락 챔버(120)에서 1차 열처리된 전구체 박막(P)은 로드락 챔버(120) 내부에서 이동하면서 가열되어 빠르게 승온된 상태로 이동하므로, 셀레늄과 구리, 인듐 갈륨의 반응이 진행 중인 상태이다. 제1가열챔버(131)는 로드락 챔버(120)에서 급속히 승온되어 1차 열처리 공정이 수행되는 전구체 박막(P)의 반응상태에 따라 히터(134) 제어를 통한 온도 조건, 모터(152) 제어를 통한 이송 속도 및 유지시간 등을 제어하여 1차 열처리 공정이 원활하며 안정적으로 진행되도록 한다.
제2가열챔버(132)는 1차 열처리된 전구체 박막(P)를 이송받아 2차 열처리 공정을 수행하는 구성이다. 제2가열챔버(132)는 로드락 챔버(120) 및 제1가열챔버(131)의 내부온도보다 높게 설정된다.
제2가열챔버(132)는 2차 열처리 공정을 위하여 온도를 급속도로 승온하는 구간으로서, 약 700~850℃의 내부온도를 갖도록 마련된다. 제2가열챔버(132) 내부에서는 온도 상승에 의하여 셀레늄 증기의 발생량이 증가되며, 1차 열처리 공정 중에서 반응하지 않은 셀레늄, 구리, 인듐, 갈륨이 반응한다.
제3가열챔버(133)는 CIGS 광흡수층이 최종적으로 형성되는 영역으로서, 제2가열챔버(132)에서의 2차 열처리 공정이 원활하게 진행되도록 한다. 즉, 제3가열챔버(133)는 제2가열챔버(132)에서의 2차 열처리 공정이 유지되며 반응이 이루어짐으로써, CIGS 광흡수층이 형성된다. 구체적으로, 제3가열챔버(133)는 약 500~600℃로 마련되어 제2가열챔버(132)에서의 고온을 유지하며 2차 열처리 공정이 안정적으로 수행되어 최종적으로 셀레늄, 구리, 인듐, 갈륨이 반응한다. 즉, 제3가열챔버(133)도 제1가열챔버(131)와 유사하게, 급속도로 승온된 챔버에서의 반응을 유지하되 보다 정밀한 반응이 수행되도록 하는 영역이다.
한편, 제1가열챔버(131), 제2가열챔버(132) 및 제3가열챔버(133) 내부에는 로드락 챔버(120)와 같이 이송롤러(150)가 설치된다. 이송 롤러(150)는 모터(152)에 의해 회전하여 캐리어 박스(110)를 이송시키며, 각 챔버 내에서의 이송속도는 서로 다르게 제어되도록 복수 개의 모터(152)와 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 제1가열챔버(131), 제2가열챔버(132) 및 제3가열챔버(133) 내부 상하면에는 히터(134)가 설치된다. 히터(134)는 판형으로 마련되어 상하면에 설치되며, 소정의 패턴이 형성된다. 이때, 각 챔버에서 상면에 설치되는 히터(134)와 하면에 설치되는 히터(134)의 패턴은 챔버 내부의 온도가 균일해지도록 상호 다른 패턴을 갖도록 마련된다.
냉각부(140)는 2차 열처리 공정을 통하여 형성되는 CIGS 광흡수층을 냉각하기 위한 구성으로서, 냉각챔버(141)와 글러브 박스(142)를 포함한다.
냉각챔버(141)는 제3가열챔버(133)에 비하여 상대적으로 낮은 약 100~300℃의 온도로 구성되어 CIGS 광흡수층이 냉각되며, 글러브 박스(142) 측으로 배출된다.
이송롤러(150)는 캐리어 박스(110)를 진행방향으로 이송시키기 위한 구성으로서, 롤러부(151)와 모터(152)를 포함한다.
롤러부(151)는 복수 개가 마련되어 로드락 챔버(120)와 가열부(130)의 각 챔버 내에 설치되며, 회전함으로써 상면에 안착된 캐리어 박스(110)를 진행방향으로 이송한다.
모터(152)는 롤러부(151)를 구동시키기 위한 것으로서, 챔버의 수량에 대응하여 마련된다. 각 챔버마다 모터(152)가 마련됨으로써, 각 챔버에서의 캐리어 박스의 이송속도가 달리 마련될 수 있다. 한편, 모터(152)는 제어부(160)에 의하여 구동속도가 제어되도록 마련된다. 모터(152)의 구동속도 제어에 의하여 롤러부(151)의 회전속도가 제어되며, 승온 속도 등에 따라 이송속도 및 반응 유지시간 등이 제어되어 조성의 균일성 및 열공정의 균일성이 확보된다.
도 9는 도 3의 CIGS 박막 급속 열처리 장치의 제어부의 제어작동을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 9를 참조하면, 제어부(160)는 로드락 챔버(120)와 가열부(130) 내부의 온도제어 및 캐리어 박스(110)의 이송속도를 제어하기 위한 구성이다. 예를 들어, 제2가열챔버(132)에서의 정밀한 2차 열처리 공정을 위한 내부온도 및 캐리어 박스(110)의 이송속도를 제어하기 위하여 제어부(160)는 히터의 온도 및 모터(152)의 회전속도를 구현한다. 제2가열챔버(132) 뿐만 아니라, 로드락 챔버(120) 에서의 공정에 따라 제1가열챔버(131)에서의 공정에서 요구되는 온도 및 이송속도 등 각 챔버에서의 공정 환경을 제어한다.
온도 센서(170)는 각 챔버에서의 승온 속도를 측정하기 위한 구성이다. 온도 센서(170)는 비접촉식 온도센서인 파이로미터(Pyrometer) 또는 열화상 카메라 등이 이용된다. 온도 센서(170)에서 측정된 온도정보는 제어부(160)로 전송되어 히터나 모터(152)를 제어하기 위한 정보 중 하나로 이용된다.
지금부터는 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 급속 열처리 장치의 작동에 대하여 설명한다.
먼저, 소다라임 유리기판 상에 몰리브데늄 후막전극을 형성한 후, 몰리브데늄 후막전극 상에 전구체 박막(P)을 형성한다. 전구체 박막(P)은 구리-인듐-갈륨-셀레늄 순으로 스퍼터링을 이용한 진공증착을 통하여 형성한다.
전구체 박막(P)을 수용부(111)에 수용 후, 마감부(112)를 돌출부(111a) 상에 결합하여 캐리어 박스(110)를 밀폐한다.
캐리어 박스(110)는 로드락 챔버(120)에 배치된 이송롤러(150)의 상면에 안착시킨 후, 모터(152)를 구동하여 롤러부(151)를 회전시킴으로써, 캐리어 박스(110)를 진행방향으로 이송시킨다.
할로겐 램프(121)를 통하여 로드락 챔버(120) 내부의 온도를 150~350℃로 가열한다. 할로겐 램프(121)에 의하여 로드락 챔버(120) 내부의 온도는 급격하게 상승하며, 이송롤러(150)를 통하여 이송되면서 가열되므로, 신속한 1차 열처리 공정이 수행된다.
1차 열처리 공정에서는 전구체 박막(P)의 최상층인 셀레늄 일부가 녹아 하층의 구리, 인듐, 갈륨과 반응하며, 셀레늄 증기가 발생하여 로드락 챔버(120) 내부가 팽창되어 밀폐됨으로써, 셀레늄 증기의 손실이 거의 없다. 따라서, 추가적인 셀레늄 공급이 요구되지 않는다. 발생된 셀레늄 증기의 일부는 소멸하며, 일부는 열처리 공정에 참여하게 된다.
로드락 챔버(120)를 통과한 캐리어 박스(110)는 이송롤러(150)를 통하여 가열부(130) 내부로 투입된다.
제1가열챔버(131)에서는 로드락 챔버(120)에서의 1차 열처리 반응 상태에 따라 히터(134)의 온도와 모터(152)의 구동속도를 제어하여 원활한 1차 열처리 공정이 이루어진다.
제1가열챔버(131)에서 1차 열처리 공정이 완료되며, 캐리어 박스(110)는 이송롤러(150)를 통하여 제2가열챔버(132) 내부로 투입된다. 제2가열챔버(132)에서 2차 열처리 공정이 이루어지며, 1차 열처리 공정에서 반응하지 않았던, 셀레늄과 구리, 인듐, 갈륨의 반응이 이루어진다.
이 후, 제3가열챔버(133)에서 CIGS 광흡수층이 최종적으로 형성되며, CIGS 광흡수층이 수용된 캐리어 박스(110)는 냉각부(140)로 투입되어 냉각된다.
이때, 각 챔버 내에서는 전 단계에서의 반응의 정도에 따라, 제어부(160)가 히터(134)의 온도 및 모터(152) 제어를 통한 이송속도의 제어 등을 통하여 정밀한 반응이 이루어 지도록 한다.
한편, 로드락 챔버(120)에서 제3가열챔버(133) 측으로 갈수록 고온에 의하여 셀레늄 증기의 발생량이 증가하게 되고, 셀레늄 증기의 일부는 소멸하며, 일부는 열처리 공정에 참여하게 된다.
따라서, 본 발명에 의하면, CIGS 태양전지의 CIGS 광흡수층 형성시 조성의 균일성 및 열공정의 균일성이 확보되도록 함으로써 고품질의 CIGS 광흡수층을 형성할 수 있는 CIGS 박막 급속 열처리 장치가 제공된다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
CIGS 태양전지의 CIGS 광흡수층 형성시 조성의 균일성 및 열공정의 균일성이 확보되도록 함으로써 고품질의 CIGS 광흡수층을 형성할 수 있는 CIGS 박막 급속 열처리 장치가 제공된다.

Claims (12)

  1. 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄이 순차적으로 적층되어 형성되는 전구체 박막이 수용되는 캐리어 박스가 투입되며, 상기 캐리어 박스를 진행방향으로 이송하면서 가열하여 1차 셀렌화 공정을 수행하는 로드락 챔버;
    서로 다른 내부온도를 갖는 복수 개의 챔버로 마련되며, 상기 캐리어 박스를 진행방향으로 이동시키며 가열하여 2차 셀렌화 공정을 수행하여 CIGS 광흡수층을 형성하는 가열부;
    상기 가열부로부터 제공받은 상기 캐리어 박스를 냉각하는 냉각부;를 포함하는 CIGS 박막 급속 열처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어 박스는,
    상면이 개구되며 수용 공간을 형성하고, 내측벽으로부터 돌출되는 돌출부가 형성되는 수용부; 상기 돌출부에 고정되어 상기 수용부의 상면을 마감하는 마감부;를 포함하며, 상기 돌출부는 상기 셀레늄이 가열되어 발생하는 증기에 의해 가압되어 상기 마감부와 밀착됨으로써 내부공간을 밀폐하는 CIGS 박막 급속 열처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    복수 개가 마련되어 상기 캐리어 박스가 안착되며, 회전하여 상기 캐리어 박스를 진행방향으로 이송시키는 이송롤러; 상기 캐리어 박스의 승온 속도에 따라 상기 이송롤러의 회전속도를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 CIGS 박막 급속 열처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가열부에 설치되며 상기 캐리어 박스의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하는 CIGS 박막 급속 열처리장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 온도센서는 비접촉식 온도센서인 파이로미터(Pyrometer) 또는 열화상 카메라인 것을 특징으로 하는 CIGS 박막 급속 열처리 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 로드락 챔버에 설치되어 내부공간을 가열하며, 상기 캐리어 박스의 상부영역과 하부영역에 각각 다수 개 배치되는 할로겐 램프를 더 포함하는 CIGS 박막 급속 열처리 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 로드락 챔버는 150~350℃의 내부온도를 갖는 CIGS 박막 급속 열처리장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열부는,
    상기 로드락 챔버와 동일한 내부 온도를 가지며, 1차 셀렌화 공정을 유지하는 제1가열챔버; 상기 제1가열챔버에 연결되며, 상기 캐리어 박스를 가열하여 2차 셀렌화 공정을 수행하는 제2가열챔버; 상기 제2가열챔버에 연결되며, 상기 CIGS 광흡수층이 최종 형성되는 제3가열챔버;를 포함하는 CIGS 박막 급속 열처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2가열챔버의 내부온도는, 상기 제1가열챔버와 상기 제3가열챔버의 내부온도보다 높게 마련되는 CIGS 박막 급속 열처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가열부 내부에 설치되어 내부공간을 가열하며, 상기 캐리어 박스의 상부영역과 하부영역에 각각 설치되는 히터를 더 포함하는 CIGS 박막 급속 열처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 히터에는 소정의 패턴이 형성되며, 상기 캐리어 박스의 상부영역에 배치된 히터의 패턴과 상기 캐리어 박스의 하부영역에 배치된 히터의 패턴은 상이한 CIGS 박막 급속 열처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1가열챔버의 내부온도는 150~350℃ 이며, 상기 제2가열챔버의 내부온도는 700~850℃이며, 상기 제3가열챔버 내부온도는 500~600℃ 인 CIGS 박막 급속 열처리 장치.
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