KR101374690B1 - Ｃｉｇｓ 태양전지용 철-니켈 합금 금속 포일 기판재 - Google Patents

Ｃｉｇｓ 태양전지용 철-니켈 합금 금속 포일 기판재 Download PDF

Info

Publication number
KR101374690B1
KR101374690B1 KR1020110119595A KR20110119595A KR101374690B1 KR 101374690 B1 KR101374690 B1 KR 101374690B1 KR 1020110119595 A KR1020110119595 A KR 1020110119595A KR 20110119595 A KR20110119595 A KR 20110119595A KR 101374690 B1 KR101374690 B1 KR 101374690B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal foil
substrate material
solar cell
foil substrate
thermal expansion
Prior art date
Application number
KR1020110119595A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130053893A (ko
Inventor
임태홍
이흥렬
황태진
송영식
조용기
이민수
한윤호
Original Assignee
한국생산기술연구원
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 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020110119595A priority Critical patent/KR101374690B1/ko
Priority to CN201180074731.5A priority patent/CN103917677B/zh
Priority to PCT/KR2011/010222 priority patent/WO2013073738A1/ko
Priority to US14/358,445 priority patent/US9653629B2/en
Publication of KR20130053893A publication Critical patent/KR20130053893A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101374690B1 publication Critical patent/KR101374690B1/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
    • H01L31/0248—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 characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/08—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00—Electroforming
    • C25D1/04—Wires; Strips; Foils
    • 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
    • H01L31/0248—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 characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
    • H01L31/0322—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312 comprising only AIBIIICVI chalcopyrite compounds, e.g. Cu In Se2, Cu Ga Se2, Cu In Ga Se2
    • 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
    • H01L31/0248—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 characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0392—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
    • H01L31/03926—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate comprising a flexible substrate
    • H01L31/03928—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate comprising a flexible substrate including AIBIIICVI compound, e.g. CIS, CIGS deposited on metal or polymer foils
    • 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
    • Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

본 발명은 CIGS 태양전지 전용 합금 기판재에 관한 것으로서, 구체적으로는 CIGS 층과 열 팽창 계수가 비슷한 기판재를 제공한다. 본 발명에 따른 기판재는 열 평창계수가 CIGS층과 유사하여 열 팽창 계수의 차이로 인한 층간 박리 등의 손상을 방지할 수 있다.

Description

ＣＩＧＳ 태양전지용 철-니켈 합금 금속 포일 기판재{Fe-Ni Alloyed Foil Substrates for CIGS Solar Cell}
본 발명은 CIGS(Cu-In-Ga-Se) 태양전지용 금속 포일 기판재에 관한 것으로, 상세하게는 플렉시블 CIGS 태양전지용 기판재로 사용할 수 있고, Fe-Ni 합금 포일 형상이면서 열팽창 거동이 CIGS 화합물 반도체의 것과 유사한 기판재에 관한 것이다.
CIGS 태양전지는 Cu, In, Ga, Se의 3내지 4가지 원소로 구성된 박막 태양전지이다. CIGS 태양전지는 Si 박막태양전지와 대비하여 높은 광전변환효율을 가지고, 앞으로 관련 시장이 성장할 것으로 예상된다. 일반적으로 CIGS 태양전지는, 기판/Mo전극/CIGS/CdS/TCO와 같은 구조로 이루어진다. 기판은 플라스틱, 유리, 금속 포일(박형 금속기판재) 등으로 구성하며, 제작 공정에 따른 적합성과 유연성 등의 특성을 고려하여 기판을 선택한다.
유리 기판의 경우, 투명성이 있고, 얇게 가공된 경우 가요성(flexibility)이 있지만, 취급상의 어려움이 있다. 플라스틱 기판의 경우 열에 약하므로 저온 증착 등 특별한 공정이 적용되어야 한다.
한편, 스테인리스강 포일(박형 스테인리스 기판재)이나 플라스틱 기판 상에 태양전지를 제작할 경우, 증착 도중 또는 박막 전지층 형성 및 셀레나이징 공정에서 열이 가해지면 기판과 CIGS 층의 열팽창계수가 다르기 때문에 층간 박리현상이 일어나는 문제가 있을 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 CIGS 층과 열 팽창계수가 비슷한 기판을 사용하는 것이 바람직한데, 이러한 이유에서 특정 금속 포일을 선택할 수 있다. 금속 포일의 경우, 두께를 얇게 하여 가요성을 줄 수 있으며, 열에 강하기 때문에 특별히 저온 증착 공정을 설계할 필요도 없다. 따라서 열팽창 계수가 CIGS와 비슷한 합금소재를 찾아 기판으로 가공한다면 여러 가지 유익한 점이 많다.
금속 포일은 여러 가지 방법으로 제조할 수 있는데, 그 중 압연기술이 흔히 사용되고 있다. 압연기술은 20단 압연 롤을 이용하여 금속 포일을 가공하는 기술로서, 이러한 기술로는 가공되는 금속기판재의 폭을 넓게 하는 데 한계가 있어, 생산비 절감을 위해 대면적 제작공정으로 기판을 대면적화 하는데 불리하다. 또한 박판 두께도 대개 0.1mm 수준 이하로 하기 어렵다.
따라서 본 발명은 전주(electroforming) 방법을 사용하여 열 팽창 계수가 CIGS층과 비슷하고, 종래 압연공정으로 제조된 금속포일과 비교하여 강도 및 플렉서블 특성이 우수한 광폭의 금속 포일 기판재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 박막이지만 취급이 용이하도록 기판재의 두께를 1~100㎛로 조절한 금속 포일 기판재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, Fe-Ni 금속 포일 기판은 결정립의 크기가 0.1㎛ 내지 10㎛ 이고, 열 팽창 계수가 6×10-6/℃ 내지 12×10-6/℃인 것을 특징으로 하는 CIGS 태양전지용 Fe-Ni 금속 포일 기판재를 제공한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 Fe-Ni 금속 포일 기판재는 Fe-45wt%Ni 내지 Fe-55wt%Ni 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 Fe-Ni 금속 포일 기판재는 두께가 1㎛ 내지 100㎛ 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 전주방법으로 Fe-Ni 금속 포일을 제조하는 단계; 및 상기 Fe-Ni 금속 포일을 열처리하는 조직안정화 단계를 포함하는 CIGS 태양전지용 Fe-Ni 금속 포일 기판재의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 조직 안정화는 400℃ 내지 1000℃에서 30분 내지 2시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 Fe-Ni 금속 포일 기판재의 폭은 상기 전극의 폭에 의하여 결정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 Fe-Ni 금속 포일 기판재의 두께는 상기 전극의 회전속도에 의하여 조절되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제조된 Fe-Ni 포일 기판재는 CIGS와 열팽창 계수가 비슷하기 때문에, 이를 태양전지의 기판으로 사용할 때 태양전지 제조 공정에서 저온 증착 등의 특별한 제조공정 설계를 요하지 아니하며, 제작 이후에도 열팽창으로 인한 층간 박리 현상이 발생하지 않는다.
또한, 본 발명은 압연제작 공정과 달리 공정설비가 간편한 전주 기술에 의하여 제작하므로, 폭이 넓으면서 플렉서블한 특성을 지닌 얇은 두께를 가진 금속 포일 기판재를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 Fe-Ni 포일 기판재의 제조방법을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 Fe-Ni 포일 기판재의 제조방법을 나타내는 구성도이다.
도 3은 Fe-46wt%Ni인 금속 포일 기판재에서 조직안정화 공정 온도에 따른 열팽창계수를 나타낸 것이다.
도 4는 Fe-48wt%Ni인 금속 포일 기판재에서 조직안정화 공정 온도에 따른 열팽창계수를 나타낸 것이다.
도 5는 Fe-50wt%Ni인 금속 포일 기판재에서 조직안정화 공정 온도에 따른 열팽창계수를 나타낸 것이다.
도 6은 Fe-52wt%Ni인 금속 포일 기판재에서 조직안정화 공정 온도에 따른 열팽창계수를 나타낸 것이다.
본 발명의 Fe-Ni 금속 포일 기판재는 전주(electroforming) 기술을 이용하여 제조한 후, 조직안정화 공정을 실시함으로써 태양전지에 사용되기에 적합한 열팽창계수 및 결정립크기를 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 조직 안정화 공정이란, 에너지적으로 불안정한 나노 크기의 결정립 조직을 안정한 마이크로미터의 크기인 결정립 조직으로 바꾸어주는 공정을 의미하며, 400℃ 내지 1000℃에서 30분 내지 2시간 동안 열처리하는 단계를 포함한다.
본 발명의 Fe-Ni 금속 포일 기판재는 열팽창계수가 6×10-6/℃ 내지 12×10-6/℃이고, 보다 바람직하게는 7×10-6/℃ 내지 10×10-6/℃이다.
상기한 기판재의 열팽창계수는 CIGS 태양전지에 사용되는 CIGS층의 열팽창계수와 비슷한 수치로, 기판과 접하는 CIGS층을 포함한 태양전지 모듈을 제작하는 제조공정이나, 제작 후 사용 중에 열팽창계수의 차이로 인한 층간 박리 내지는 스트레스로 인한 균열 등이 발생하지 않아 태양전지 수명이 단축되는 것을 막을 수 있다.
본 발명자들은 상기와 같은 열팽창계수를 갖는 금속포일을 개발하기 위하여 예의 연구를 계속한 결과, 금속 포일의 조성이 Fe-45~55wt%Ni인 것이 가장 바람직하다는 것을 알게 되었다. 본 발명에서 Fe-45~55wt%Ni는 전체 합금 조성에서 Ni의 중량비가 45중량% 내지 55중량%인 것을 의미한다. CIGS 태양전지용 기판재는 Fe-45~55Ni를 소재로 함으로써, 열팽창에 따른 소자 손상을 예방할 수 있다.
상기한 조성비를 갖는 Fe-Ni 금속포일 기판재는 전주 방법을 통해 제조할 수 있다. 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 전주 공정에 의한 Fe-Ni 금속 포일 기판재의 제조공정을 개략적으로 도시한 것이다. 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 Fe-Ni 금속포일 기판재의 제조공정을 설명한다.
도 1을 보면, 본 발명의 금속 포일 기판재는, SUS 등의 도체 금속으로 만든 전해조(600) 안에 전해질 용액을 채우고 그 안에 도체 금속표면을 갖는 음극 전극(700)과 양극 전극(100)을 침지하고, 양극 전극(100)과 음극 전극(700)에 전압을 인가하면, 전기도금 원리에 따라 전극(700)의 표면에 금속이 석출되는 이른바, 전주(electro forming) 방법에 의하여 제조된다.
음극 전극(700)은 전압공급원의 (-)극과, 양극전극(100)은 (+)극과 연결하고, 도금할 금속 이온을 포함한 전해질 용액을 전해조(600)에 채우고, 전해질 용액의 조성에 의해 전기도금되는 금속 포일을 원하는 합금재로 만들 수 있다.
상기 전해질 용액은 철을 포함한 염과 니켈을 포함한 염을 혼합하여 제조하는데, 황산철, 염화제일철, 황산니켈, 염화니켈, 술파민산니켈 등을 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 황산철과 염화니켈을 사용한다.
상기 전해질 용액은 Fe-45~55wt%Ni의 합금 조성을 얻기 위하여, 바람직하게는 술파민산니켈 100 ~ 300g/L, 염화철 10 ~ 30g/L를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 전해질 용액은 산도가 pH2.5 ~ pH3.5이고, 온도는 45℃ ~ 60℃, 전류밀도는 50 내지 120 mA/cm2로 조절한다. 하지만, 상기한 전해질 용액과 관련된 조건은 상황에 따라 적절히 조절이 가능하다.
상기한 전해질과 함께 광택제 응력 완화제, pH 완충제와 같은 첨가제들을 첨가하는 것이 바람직하다. 사카린 1 ~ 10g/L, 아스코르브산 0.1 ~ 5g/L, 붕산 10 ~ 40g/L, 라우릴산황산나트륨 0.1 ~ 5g/L 를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 전극(700)은 드럼형으로 구성하여 소정의 속도로 회전시키며 전기도금으로 형성되는 포일은 전해조(600) 외부에 설치한 수거 롤러(800)에 감아 간편하게 회수할 수 있다. 전극(700)의 회전 속도는 제작하고자 하는 금속 포일의 두께와 관련되며, 금속 포일의 두께는 1㎛ 내지 100㎛ 가 되도록 조절할 수 있다. 금속 포일의 두께는 음극드럼크기와 전류밀도에 따라 도금용 드럼의 회전 속도를 다르게 조절하여, 원하는 두께로 제조할 수 있다. 본 발명에서 Fe-Ni 금속 포일 기판재의 두께는 1㎛ 내지 100㎛가 바람직하며, 보다 바람직하게는 10㎛ 내지 50㎛ 이다. 기판재의 두께가 100㎛ 이상일 경우 적용에는 문제가 없으나 생산성이 나빠지는 단점이 있다. 상기 두께는 플렉서블 기판을 제공하여, 태양전지에 적용시 BIPV 시스템(Building Integrated Photovoltaic System)에의 사용 등, 적응성을 좋게 할 수 있다. 또한, 전주에 의해 제조되는 금속 포일은 전극(700)의 폭을 크게 함으로써 그 폭을 얼마든지 넓게 할 수 있어 압연공정에 비해 유리하다.
상기에서 롤투롤(Roll to Roll) 방식의 연속제조방식을 예시하였으나, 반드시 롤투롤 방식을 사용할 필요는 없고, 도 2와 같이 (-)극에 플레이트형 전극(750)을 연결하고, (+)극에 플레이트형 전극(150)을 연결하여, 전해조(600)에 침지하여 플렉서블 금속 포일을 배치(batch)방식으로 제조할 수 있다. 배치방식의 경우에도 원하는 수준의 광폭 및 박형으로 금속 포일을 제조할 수 있다.
이와 같이 광폭의 박형 금속 포일은 태양전지 또는 디스플레이 소자 제작용 기판으로 사용될 수 있고, 특히 생산성 향상 및 생산비 절감 등의 이유로 대면적 기판을 사용하여 소자를 제작하고자 하는 추세에 부응할 수 있다.
본 발명에서, 금속 포일 기판재의 결정립 크기는 0.1㎛ 내지 10㎛ 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1㎛ 내지 5㎛ 이다. 상기한 전주 공정에 의해 제조된 금속 포일 기판재는 나노결정질 재료로서, 결정립의 크기가 약 10nm 내지 30nm이다. 이러한 나노결정질의 기판재는 종래 압연 공정으로 제조되는 동일 조성의 벌크 재료보다 높은 기계적 특성을 갖고 있다. 하지만 특정 온도에서 조직의 변화로 인한 급격한 열팽창 거동을 하는 문제점이 있다. 이는 높은 공정온도를 갖는 CIGS의 증착과정에서 문제가 될 수 있으므로 조직안정화 공정이 필요하다.
본 발명에서는 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 상기한 전주 방법으로 금속 포일을 제조한 후, 400℃ 내지 1000℃에서 30분 내지 2시간 동안 열처리하여 조직안정화 공정을 실시하였다.
특히 조직안정화 공정으로 통하여 나노 사이즈의 결정립의 크기를 0.1㎛ 에서 10㎛ 가 되도록 하여 균일한 열팽창 거동을 나타내게 하였다. 안정화된 조직에서 결정립의 크기가 성장함에 따라 인장강도는 감소하지만, 연성(flexibility)이 증가하므로 플렉시블 CIGS 태양전지용 기판재에 유리하게 사용될 수 있다. 하지만, 결정립의 크기가 성장한 기판재의 경우에도 종래 압연 공정에서 제조된 기판재의 인장강도 보다는 우수하다.
결정립의 크기가 0.1㎛ 미만인 경우에는 열팽창계수가 온도 변화에 따라 급격하게 변화되어, 안정적인 열팽창계수를 갖지 못한다. 결정립의 크기가 10㎛를 초과하는 경우에는 강도가 낮아지는 문제점이 있다. 이 경우 취급이 어렵게 된다.
이하에서 실시예를 들어서 본 발명을 상세하게 설명하지만, 아래의 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
Fe-46wt%Ni 금속포일 기판재는 아래 조성을 가진 전해질 용액을 사용하여 도 1에 도시한 전주 장치를 사용하여 제조하였다. 전해질 용액은 니켈술파미트 200g/L, 염화제일철(Iron(Ⅱ) chloride 4. hydrate) 20g/L, 붕산 20g/L, 라우릴황산나트륨 0.5g/L, 사카린 2g/L 및 항산화제(아스코르브산) 1g/L을 포함하며, 산도는 pH 3.0이다. 전해질 용액의 온도는 60℃로 유지하였고 전류밀도는 56 mA/cm2로 조절하여 금속포일의 두께가 30㎛인 Fe-46wt%Ni인 금속포일 기판재를 제조하였다. 제조된 기판재의 결정립의 크기는 15~20nm였다. 수소분위기 하에서 400~1000℃에서 1시간 동안 조직안정화 처리를 한 경우 결정립의 크기는 0.1㎛~10㎛로 성장하였다.
제조된 기판재에 조직안정화 공정을 하지 않은 경우(a), 수소 분위기 하에서, 400℃에서 1시간 공정한 경우(b), 500℃에서 1시간 열처리한 경우(c), 600℃에서 1시간 열처리한 경우(d)에, 조직안정화 공정온도에 따른 Fe-Ni 금속포일 기판재의 열팽창계수를 Thermo mechanical Analysis(TMA)를 사용하여 측정하였고, 측정결과를 도 3에 나타내었다. 도 3을 보면, 400℃에서 조직 안정화공정을 한 경우 400℃지점에서 급격한 열수축 현상이 발생하는 것을 알 수 있다. 하지만, 600℃에서 조직 안정화공정을 한 경우 각 온도범위(20℃~500℃)에서의 CTE의 평균이 6.85×10-6/℃ 인 것을 알 수 있다.
실시예 2
전해질 용액의 조성을 조절하여 실시예 1과 유사한 방법으로 Fe-48wt%Ni인 금속 포일 기판재를 제조하였다.
제조된 기판재에 조직안정화 공정을 하지 않은 경우(a), 수소 분위기 하에서, 400℃에서 1시간 열처리한 경우(b), 500℃에서 1시간 열처리한 경우(c), 600℃에서 1시간 열처리한 경우(d)에, 조직안정화 공정온도에 따른 Fe-Ni 금속포일 기판재의 열팽창계수를 Thermo mechanical Analysis(TMA)를 사용하여 측정하였고, 측정결과를 도 4에 나타내었다. 도 4를 보면, 600℃에서 조직 안정화공정을 한 경우 각 온도범위(20℃~500℃)에서의 CTE의 평균이 7.21×10-6/℃인 것을 알 수 있다.
실시예 3
전해질 용액의 조성을 조절하여 실시예 1과 유사한 방법으로 Fe-50wt%Ni인 금속 포일 기판재를 제조하였다.
제조된 기판재에 조직안정화 공정을 하지 않은 경우(a), 수소 분위기 하에서, 400℃에서 1시간 열처리한 경우(b), 500℃에서 1시간 열처리한 경우(c), 600℃에서 1시간 열처리한 경우(d)에, 조직안정화 공정온도에 따른 Fe-Ni 금속포일 기판재의 열팽창계수를 Thermo mechanical Analysis(TMA)를 사용하여 측정하였고, 측정결과를 도 5에 나타내었다. 도 5를 보면, 600℃에서 조직 안정화공정을 한 경우 각 온도범위(20~500)에서의 CTE의 평균이 7.24×10-6/℃인 것을 알 수 있다.
실시예 4
전해질 용액의 조성을 조절하여 실시예 1과 유사한 방법으로 Fe-52wt%Ni인 금속 포일 기판재를 제조하였다.
제조된 기판재에 조직안정화 공정을 하지 않은 경우(a), 수소 분위기 하에서, 400℃에서 1시간 공정한 경우(b), 500℃에서 1시간 공정한 경우(c), 600℃에서 1시간 공정 경우(d)에, 조직안정화 공정온도에 따른 Fe-Ni 금속포일 기판재의 열팽창계수를 Thermo mechanical Analysis(TMA)를 사용하여 측정하였고, 측정결과를 도 6에 나타내었다. 도 6을 보면, 600℃에서 조직 안정화공정을 한 경우 각 온도범위(20~500)에서의 CTE의 평균이 10.70×10-6/℃인 것을 알 수 있다.
실험예 1
실시예 4의 전해액 조성을 이용하여 두께가 20㎛ 및 30㎛인 기판재를 제조하고, 조직안정화 공정 전 및 조직안정화 공정 후의 기판재의 인장강도를 측정하였다.
인장강도는 KS B 0801-1981의 금속재료 인장 시험편의 규정대로 시편을 제작(13B호)하였고, KS B 0801-1977의 금속재료 인장 시험 방법에 대한 규정으로 실험하였다. 시편의 폭은 7mm이고, 게이지 길이는 42mm, 로드셀은 2T, 인장 속도는 8mm/min이다.
30㎛ 기판재를 조직안정화 공정을 하지 않은 경우(a), 30㎛ 기판재를 1시간 동안 600℃에서 조직안정화 공정한 경우(b), 20㎛ 기판재를 조직안정화 공정을 않은 경우(c), 20㎛ 기판재를 1시간 600℃에서 조직안정화 공정을 한 경우(d)의 인장시험 결과를 표 1 에 나타내었다.
Figure 112011090600315-pat00001
전착된 상태의 금속 포일 기판재는 나노결정질 재료로서 일반 동일 조성의 벌크 재료보다 높은 기계적 특성을 갖고 있다. 하지만 특정 온도에서 조직의 변화로 인한 급격한 열팽창 거동을 한다. 이는 높은 공정온도를 갖는 CIGS의 증착과정에서 문제가 될 수 있으므로 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 조직안정화 공정을 실시하였다. 조직안정화 공정을 거친 금속포일 기판재는 도 3 내지 도 4에서 나타난 것처럼, 온도 변화에도 불구하고 균일한 열팽창 거동을 나타내는 것을 볼 수 있다.
또한 상기 표 1에서 나타난 것처럼, 금속 포일 기판재는 조직안정화 공정을 거치면서, 기판재의 나노 사이즈의 결정립의 크기(10~30nm)가 0.1㎛ 내지 10㎛의 결정립 크기를 갖게 된다. 결정립의 크기가 커지면서 안정화된 기판재에서 인장강도는 감소하지만, 연성이 증가하기 때문에 플렉시블 CIGS 태양전지에 유리하게 사용될 수 있다.
본 발명의 구성은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 얼마든지 다양한 응용과 변형이 가능함은 자명하다.

Claims (7)

  1. 전주방법으로 제조된 플렉서블 CIGS 태양전지용 Fe-Ni 금속 포일 기판재로서,
    상기 Fe-Ni 금속 포일 기판재는 Fe-46wt%Ni 내지 Fe-52wt%Ni이고, 상기 Fe-Ni 금속 포일 기판재의 결정질 조직은 400℃ 내지 600℃의 조직 안정화 공정으로 형성된 것으로 결정립의 크기가 0.1㎛ 내지 5㎛이고, 두께가 10㎛ 내지 50㎛이고, 열 팽창 계수가 6×10-6/℃내지 12×10-6/℃ 인 것을 특징으로 하는 플렉서블 CIGS 태양전지용 Fe-Ni 금속 포일 기판재.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 전극을 이용한 전주방법으로 Fe-46wt%Ni 내지 Fe-52wt%Ni인 Fe-Ni 금속 포일을 제조하는 단계; 및
    상기 Fe-Ni 금속 포일을 400℃ 내지 600℃에서 30분 내지 2시간 동안 열처리하여 결정립의 크기가 0.1㎛ 내지 5㎛로 형성하는 조직 안정화 단계를 포함하는 플렉서블 GIGS 태양전지용 Fe-Ni 금속 포일 기판재의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 Fe-Ni 금속 포일 기판재의 폭은 상기 전극의 폭에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 CIGS 태양전지용 Fe-Ni 금속 포일 기판재의 제조방법.
  7. 청구항 4에 있어서, 상기 Fe-Ni 금속 포일 기판재의 두께는 상기 전극의 회전속도에 의하여 조절되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 CIGS 태양전지용 Fe-Ni 금속 포일 기판재의 제조방법.
KR1020110119595A 2011-11-16 2011-11-16 Ｃｉｇｓ 태양전지용 철-니켈 합금 금속 포일 기판재 KR101374690B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110119595A KR101374690B1 (ko) 2011-11-16 2011-11-16 Ｃｉｇｓ 태양전지용 철-니켈 합금 금속 포일 기판재
CN201180074731.5A CN103917677B (zh) 2011-11-16 2011-12-28 用于cigs太阳能电池的铁镍合金金属箔基材
PCT/KR2011/010222 WO2013073738A1 (ko) 2011-11-16 2011-12-28 Ｃｉｇｓ 태양전지용 철-니켈 합금 금속 포일 기판재
US14/358,445 US9653629B2 (en) 2011-11-16 2011-12-28 Substrate material of iron-nickel alloy metal foil for CIGS solar cells

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110119595A KR101374690B1 (ko) 2011-11-16 2011-11-16 Ｃｉｇｓ 태양전지용 철-니켈 합금 금속 포일 기판재

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130053893A KR20130053893A (ko) 2013-05-24
KR101374690B1 true KR101374690B1 (ko) 2014-03-31

Family

ID=48429782

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110119595A KR101374690B1 (ko) 2011-11-16 2011-11-16 Ｃｉｇｓ 태양전지용 철-니켈 합금 금속 포일 기판재

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9653629B2 (ko)
KR (1) KR101374690B1 (ko)
WO (1) WO2013073738A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102288238B1 (ko) 2013-09-03 2021-08-09 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 발광 장치
KR101665802B1 (ko) * 2014-12-23 2016-10-13 주식회사 포스코 열 복원성이 우수한 Fe-Ni계 합금 금속박 및 그 제조방법
KR102624714B1 (ko) 2016-09-12 2024-01-12 삼성디스플레이 주식회사 마스크 및 이를 포함하는 마스크 조립체의 제조방법
CN108468072B (zh) * 2018-03-13 2020-05-05 阿德文泰克全球有限公司 铁镍合金荫罩及其制备方法
US20240105960A1 (en) * 2019-10-16 2024-03-28 Toyo Kohan Co., Ltd. Electrolytic foil and battery current collector

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120136931A (ko) * 2011-06-10 2012-12-20 주식회사 포스코 ＣＩ(Ｇ)Ｓ 태양전지용 Ｆｅ-Ｎｉ합금 기판 및 그 제조방법

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0675489A (ja) 1992-08-27 1994-03-18 Hitachi Koki Co Ltd 熱定着装置ならびにエンドレスメタルベルトの製造法
JP2952660B2 (ja) 1996-09-05 1999-09-27 日新製鋼株式会社 太陽電池基板用ステンレス鋼の製造方法、太陽電池用基板，太陽電池及び太陽電池の製造方法
JPH10321883A (ja) * 1997-05-16 1998-12-04 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 太陽電池およびその作製方法
KR19990064747A (ko) * 1999-05-06 1999-08-05 이종구 Ｎｉ-Ｆｅ 합금 박판 제조방법 및 그 장치
SE525704C2 (sv) 2003-08-12 2005-04-05 Sandvik Ab Belagd stålprodukt av metallbandsmaterial innefattande ett elektriskt isolerande skikt dopat med en eller flera alkalimetaller
KR101115484B1 (ko) 2004-03-15 2012-02-27 솔로파워, 인코포레이티드 태양 전지 제작용 반도체 박층의 증착을 위한 기술 및 장치
US7736940B2 (en) 2004-03-15 2010-06-15 Solopower, Inc. Technique and apparatus for depositing layers of semiconductors for solar cell and module fabrication
US7582506B2 (en) 2005-03-15 2009-09-01 Solopower, Inc. Precursor containing copper indium and gallium for selenide (sulfide) compound formation
US20070111367A1 (en) 2005-10-19 2007-05-17 Basol Bulent M Method and apparatus for converting precursor layers into photovoltaic absorbers
US20070093006A1 (en) 2005-10-24 2007-04-26 Basol Bulent M Technique For Preparing Precursor Films And Compound Layers For Thin Film Solar Cell Fabrication And Apparatus Corresponding Thereto
US7833821B2 (en) 2005-10-24 2010-11-16 Solopower, Inc. Method and apparatus for thin film solar cell manufacturing
US7713773B2 (en) 2005-11-02 2010-05-11 Solopower, Inc. Contact layers for thin film solar cells employing group IBIIIAVIA compound absorbers
US20080023059A1 (en) 2006-07-25 2008-01-31 Basol Bulent M Tandem solar cell structures and methods of manufacturing same
US20080175993A1 (en) 2006-10-13 2008-07-24 Jalal Ashjaee Reel-to-reel reaction of a precursor film to form solar cell absorber
US8323735B2 (en) 2006-10-13 2012-12-04 Solopower, Inc. Method and apparatus to form solar cell absorber layers with planar surface
US7854963B2 (en) 2006-10-13 2010-12-21 Solopower, Inc. Method and apparatus for controlling composition profile of copper indium gallium chalcogenide layers
US8187904B2 (en) 2008-07-21 2012-05-29 Solopower, Inc. Methods of forming thin layers of photovoltaic absorbers
US20100139557A1 (en) 2006-10-13 2010-06-10 Solopower, Inc. Reactor to form solar cell absorbers in roll-to-roll fashion
US20090183675A1 (en) 2006-10-13 2009-07-23 Mustafa Pinarbasi Reactor to form solar cell absorbers
JP4304638B2 (ja) 2007-07-13 2009-07-29 オムロン株式会社 Ｃｉｓ系太陽電池及びその製造方法
KR101403891B1 (ko) 2007-10-10 2014-06-11 한국생산기술연구원 니켈-철 합금층과, 그의 전주 장치 및 전주 방법과, 그의제조 장치 및 방법
US20100226629A1 (en) 2008-07-21 2010-09-09 Solopower, Inc. Roll-to-roll processing and tools for thin film solar cell manufacturing
KR101422609B1 (ko) 2011-11-17 2014-07-24 한국생산기술연구원 텍스처 구조를 갖는 열팽창 제어형 플렉서블 금속 기판재

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120136931A (ko) * 2011-06-10 2012-12-20 주식회사 포스코 ＣＩ(Ｇ)Ｓ 태양전지용 Ｆｅ-Ｎｉ합금 기판 및 그 제조방법

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Yasunori Tanji 외 1인. Thermal Expansion Coefficient of Fe-Ni(fcc) Alloys. Science report of the Research Institutes. Tohoku University. Vol.A22, Dec. 1970, pp135-145. *
Yasunori Tanji 외 1인. Thermal Expansion Coefficient of Fe-Ni(fcc) Alloys. Science report of the Research Institutes. Tohoku University. Vol.A22, Dec. 1970, pp135-145.*
구승현 외 2인. 플렉서블 태양전지 기판재용 Ni 계 합금의 열변형 예측. 한국신·재생에너지학회 2008년도 춘계학술대회논문집. 2008년, pp382-385. *
구승현 외 2인. 플렉서블 태양전지 기판재용 Ni 계 합금의 열변형 예측. 한국신·재생에너지학회 2008년도 춘계학술대회논문집. 2008년, pp382-385.*

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013073738A1 (ko) 2013-05-23
CN103917677A (zh) 2014-07-09
KR20130053893A (ko) 2013-05-24
US20140345677A1 (en) 2014-11-27
US9653629B2 (en) 2017-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101422609B1 (ko) 텍스처 구조를 갖는 열팽창 제어형 플렉서블 금속 기판재
KR101374690B1 (ko) Ｃｉｇｓ 태양전지용 철-니켈 합금 금속 포일 기판재
US5275714A (en) Method of producing an absorber layer for solar cells with the aid of electrodeposition
JP5318236B2 (ja) Ａｌ基材、それを用いた絶縁層付金属基板、半導体素子および太陽電池
US20140100112A1 (en) Electrodeposition of biaxially textured layers on a substrate
KR101255548B1 (ko) 나노쌍정 구조가 형성된 구리재료의 형성방법
KR101223415B1 (ko) 전해도금을 이용한 ｃｉｇｓ 박막 제조방법 및 이에 의한 태양전지
JP5524877B2 (ja) アルミニウム合金板およびその製造方法
Takashiri et al. Promotion of crystal growth in as-grown Bi2Te3 electrodeposited films without micro-pores using sputtered Bi2Te3 seed layers deposited on a glass substrate
JP2011190466A (ja) アルミニウム合金基板および太陽電池用基板
Zhang et al. Application of morphology and phase design of dealloying method in supercapacitor
DE102012216026B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer flexiblen Photovoltaik-Dünnschichtzelle mit einer Eisendiffusionsbarriereschicht und flexible Photovoltaik-Dünnschichtzelle mit einer Eisendiffusionsbarriereschicht
US20110186125A1 (en) Process for producing electrically conductive zinc oxide layered films and process for producing photoelectric conversion devices
US20120288986A1 (en) Electroplating method for depositing continuous thin layers of indium or gallium rich materials
WO2014030779A1 (ko) 나노쌍정 구조가 형성된 구리재료의 형성방법 및 이에 의해 제조된 구리재료
KR101935267B1 (ko) 초박형 실리콘 기판 제조 방법
Samantilleke et al. Flexible CuInSe2 photovoltaic cells fabricated by non-vacuum techniques
Mahalingam et al. Characterization of electrodeposited Zn1− xHgxSe thin films
JP4550928B2 (ja) 光電変換素子、及びこれを用いた太陽電池
Chung et al. Electrochemically fabricated alloys and semiconductors containing indium
Pandey et al. Composition, surface morphology and structure of n-CdSe films prepared by repeated cycles of electrodeposition
WO2013073778A1 (ko) 텍스처 구조를 갖는 열팽창 제어형 플렉서블 금속 기판재
CN112144086B (zh) 一种真空电化学沉积制备硒化物半导体的方法
KR101460236B1 (ko) 전해증착 박막의 무균열 분리 방법 및 물리적 특성 평가 방법
Sugimoto et al. Electrodeposition of textured nickel on nickel alloy Hastelloy

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
FPAY Annual fee payment
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170120

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180102

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190102

Year of fee payment: 6