KR101442787B1 - 태양전지용 ｃｉｇｓ 박막 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양전지용 CIGS 박막 제조장치에 관한 것으로, 기판의 온도를 정확히 측정하기 위해 열전대를 기판에 접촉시킨 상태에서 박막의 제조가 이루어지도록 하는 것이다.
본 발명은 진공증발 장치에서 점증발원에서 증발된 유기물질이 기판에 증착되게 하는 장치에 있어서, 수 개의 점증발원이 기판의 하부에서 원형을 이루도록 배치하되 중심에서 동일한 거리를 이격시켜 배치하고, 상기 점증발원에서 증발되는 유기물질은 기판을 향하여 증발이 이루어지도록 유기물질의 증발 방향을 조절하며, 상기 기판은 고정시킨 상태에서 수 개의 열전대를 기판에 접촉시켜 온도 조절이 이루어지게 함으로써 이루어지게 된다.

Description

태양전지용 ＣＩＧＳ 박막 제조장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING OF BASED THIN FILM SOLARCELL}

본 발명은 태양전지용 CIGS 박막 제조장치에 관한 것으로, 기판의 온도를 정확히 측정하기 위해 열전대를 기판에 접촉시킨 상태에서 박막의 제조가 이루어지도록 하는 것이다.

최근 활발하게 이용되고 있는 CIGS 태양전지는 Cu, In, Ga, Se 화합물의 조성으로 진공증발 장치에서 제조된 태양전지의 한 분야로써, 셀렌화(Selenization) 방식, MOCVD 방식, 동시진공증발(evaporation) 방식 등이 사용되며, 이 중 동시진공증발법이 높은 변환 효율을 기록하고 있으며, 높은 전지 효율을 위해 기판에 증착된 Cu, In, Ga, Se 화합물의 균일한 박막과 기판온도를 일정하게 유지 시키는 것이 중요하다.

이같이 기판에 균일한 박막을 증착시키기 위해 기판을 회전시키는 공정을 사용하고 있으며 정확히 기판 온도를 측정하기 위해 비접촉식 파이로미터나 열전대를 이용하고 있으며, 그 중 파이로미터를 이용하여 기판의 온도를 측정하는 방법은 반도체 기판에 광을 조사하여 반도체 기판에서 반사되는 광의 파장의 세기를 검출함으로써 온도를 측정하는 것으로, 파이로미터는 초고온에서는 정확한 온도측정이 가능하나 몇 백℃ 정도의 범위에서는 그 정도가 정확하지 못하여 오차가 크게 발생하는 단점과 함께, 챔버 내부의 증발 물질에 의해 조사되거나 반사되는 빛의 정보가 왜곡될 가능성이 높아 대면적의 기판을 사용할 때 고비용이 소요되는 단점이 있고, 또한 원거리 비접촉식 측정으로 인해 측정 감도가 떨어지는 단점이 있다.

그리고 열전대를 이용하여 기판의 온도를 측정하는 방법은 열전대의 일측 단부를 기판 쪽에 배치하고 타측 단부를 컨트롤러에 연결한 상태에서, 기판이 가열되면 열에 의해 열전대의 일측과 타측 사이에 전압이 발생하게 되고, 이때 발생하는 전압은 온도차에 비례하므로, 컨트롤러에서 이 전압을 측정하면 기판의 온도를 측정할 수 있다.

그러나, 열전대를 이용하여 기판 온도를 검출하는 경우 기판 홀더를 회전시켜야 함에 따라 열전대와 기판의 접촉이 원활히 이루어지지 않는 관계로 측정 감도가 떨어지는 문제점이 있다.

즉, 저항가열 방법의 점 증발원 증착 공정은 도 2에 도시된 바와 같이 기판(10)의 중앙 하측으로 하나의 점증발원(11)을 위치시키는 경우 도면에 표시된 바와 같이 증착 박막 두께 분포 현상이 발생하게 되고, 이러한 문제를 해결하여 균일한 박막 두께 분포를 위해서는 도 1에 도시된 바와 같이 증발원(11)의 위치를 기판(10) 중심에서 일정 간격(q) 떨어트린 후 기판(10)을 회전시킴으로써 해소하고 있으나, 기판(10)을 회전시키는 것은 상기의 문제들을 발생시키게 된다.

이러한 문제를 해결하고자 특허등록 10-0734093호에 열전대 및 열원의 전원을 도선 연결이 아닌 회전 브러시와 고정 브러시로 구성되는 회전 단자를 이용하여 인가함으로써 회전되는 기판에 열전 소자를 직접 접촉시키는 것이 제시되어 있으나, 회전되는 기판에 안정되게 열전대를 접촉시키는 것은 구조적으로 복잡함을 초래하게 된다.

그리고, 기판에 균일한 박막을 형성하기 위한 기술로는 특허등록10-0786537호와 특허등록10-0977374호 및 특허등록10-1019493호와 일본 특개2004-0281525호가 있다.

대한민국 특허등록 10-0734093호(2007.06.25 등록) 대한민국 특허등록 10-0786537호(2007.12.11 등록) 대한민국 특허등록 10-0977374호(2010.08.16 등록) 대한민국 특허등록 10-1019493호(2011.02.25 등록) 일본국 특개 2004-0281525호(2004.10.07 공개)

본 발명은 진공증발 장치에서 기판에 균일한 박막 두께 분포를 위해 기판을 회전시킬 때 기판의 온도를 정확히 검출하기가 곤란한 문제를 해결하고자 하는 것으로, 기판을 회전시키지 않고 다수의 점증발원을 원형으로 배치함으로써 균일한 박막두께를 형성할 수 있으며, 기판을 회전시키지 않기 때문에 열전대를 기판에 접촉할 때 구조적으로 복잡하게 되는 문제를 해결하는 것이다.

본 발명은 진공증발 장치에서 다수의 점증발원을 원형으로 배치하되 상기 점증발원은 증발되는 유기물질이 기판을 향하게 하고, 상기 기판은 고정된 상태에서 수 개의 열전대가 접촉되어 온도측정이 이루어지게 하는 것으로, 다수의 점 증발원을 원형 배치하여 기판 회전 없이 균일한 박막 균일도 공정을 얻을 수 있는 것이다.

특히 본 발명은 기판을 회전시키지 않기 때문에 접촉 타입의 열전대를 기판 전 면적에 접촉시켜 균일한 기판 온도를 제어할 수 있다.

본 발명은 원형으로 배치된 점증발원의 수량과 중심과 이격된 거리 및 기판과의 거리에 따라 공정속도 및 균일도와 재료 사용량을 제어할 수 있으며, 또한 다수의 물질을 증착시키기 위하여 점증발원을 동심원 형태로 배열하거나 동심원 형태로 배치하되 인접된 점증발원에서 증발시키는 유기물질의 종류를 달리하여 사용할 수 있다.

본 발명은 정확한 기판 온도를 측정하기 위해 기판을 회전시키지 않고 균일한 박막을 형성할 수 있도록 하는 것으로, 기판이 회전하지 않기 때문에 열전대를 기판에 간단한 구조로 접촉시킬 수 있어 정확한 온도를 제어를 할 수 있음은 물론 기판이 회전하지 않기 때문에 기판의 전체 영역에 부착하여 기판 전 영역에 대한 온도제어를 정확히 할 수 있는 것이어서, 균일한 박막의 형성으로 높은 효율의 태양전지를 제공하는 효과가 있다.

또한 본 발명은 점증발원의 배치 형태와 위치에 따라 공정속도와 균일도를 제어할 수 있으며, 특히 서로 다른 유기물질을 증발시키는 점증발원을 종류별로 동심원을 이루게 배치하거나 동심원을 이루에 배치하되 인접된 유기물질의 종류가 다르게 함으로써 다수의 물질을 균일하게 증착시킬 수 있다.

도 1은 기존의 기판 회전 방식의 증착 설명도
도 2는 기존의 박막두께 분포를 보인 설명도
도 3은 본 발명의 고정된 기판에 원형의 점증발원이 배치된 상태를 보인 설명도
도 4는 본 발명의 증발원 배치 실시예 평면도
도 5는 본 발명의 증발원 배치 다른 실시예 평면도

본 발명은 진공증발 장치에서 점증발원에서 증발된 유기물질이 기판에 증착되게 하는 장치에 있어서, 수 개의 점증발원이 기판의 하부에서 원형을 이루도록 배치하되 중심에서 동일한 거리를 이격시켜 배치하고, 상기 점증발원에서 증발되는 유기물질은 기판을 향하여 증발이 이루어지도록 유기물질의 증발 방향을 조절하며, 상기 기판은 고정시킨 상태에서 수 개의 열전대를 기판에 접촉시켜 온도 조절이 이루어지게 함으로써 이루어지게 된다.

본 발명은 진공증발 장치에서, 기판을 회전시키지 않고 고정시킨 후 상기 기판의 하측으로 일정 거리를 이격시켜 다수 개의 점증발원을 원형으로 배치하되 상기 점증발원은 중심에서 동일한 거리를 유지하게 하고, 상기 점증발원에서 증발되는 유기물질은 증발 방향을 조절하여 기판을 향하여 증발되게 하며, 상기 기판에는 전 면적에 걸쳐 열전대를 접촉시켜 균일한 온도제어가 이루어지게 함으로써, 기판에 균일한 두께의 박막이 형성되게 하는 것이다.

본 발명은 점증발원의 배치 숫자와 형태에 따라 다양한 유기물질의 증착이 이루어지게 할 수 있으며, 점증발원이 중심과 이루는 거리와 점증발원이 기판과 이루는 거리를 조절하여 공정속도와 균일도를 조절할 수 있다.

특히, 다수의 유기물질 증착을 위하여 여러 개의 점증발원을 사용하되 동일한 유기물질을 증발시키는 점증발원끼리 동심원을 이루게 함으로써 균일한 증착이 이루어지게 하며, 이 과정에서 동심원에 배치된 점증발원의 인접된 점증발원에서는 서로 다른 유기물질의 증발이 이루어지게 할 수 있다.

본 발명은 수 개의 점증발원을 원형으로 배치하는 것과, 열전대의 접촉이 용이하도록 기판을 고정시키는 것이 특징적인 기술로써, 이하 본 발명을 첨부된 실시예 도면에 의거 상세히 설명한다.

본 발명은 내부에 진공분위기에서 점증발원(20)에서 증발된 유기물질이 증착되게 하는 기판(10)을 구비하되 상기 기판(10)은 회전시키지 않아 전 면적에 걸친 열전대의 접촉이 용이하여 정확한 온도 측정이 이루어지고, 열전대의 온도 측정에 따라 기판(10)의 전 면적에 걸친 균일한 온도 제어가 가능하게 된다.

특히, 본 발명의 기판(10)은 기존 방식과 달리 회전이 이루어지지 않는 관계로 열전대를 접촉시키는 구조가 지극히 간단하고, 또한 기판(10)의 전 면적에 걸친 온도 측정이 간단히 이루어지는 것이어서, 결과적으로 기판(10)의 온도를 제어할 때 전 면적에 걸쳐 균일한 제어가 이루어지게 할 수 있으며, 기판(10)의 균일한 온도제어는 기판(10)과 접촉하는 열전대를 다수 개 이용하여 전 면적에 걸친 온도 검출이 가능함으로써, 기판(10)의 균일한 온도제어가 가능하다.

본 발명에서 기판(10)의 하측에서 일정거리(h)를 이격시켜 배치되는 점증발원(20)은 수 개가 원형을 이루게 배치되는 것으로, 진공증발 장치의 중앙에서 일정거리(q)를 이격시켜 점증발원(20)을 배치시키되 점증발원(20)과의 사이가 동일하게 이루어지도록 한다.

여기서, 점증발원(20)은 내장된 유기물질을 가열하여 증발시키는 것으로, 점증발원(20)에서 가열되어 증발되는 유기물질은 증발 방향을 조절하여 기판(10)에 전체적으로 증착이 이루어질 수 있도록 한다.

즉, 점증발원(20)에서 최단거리의 기판(10) 까지의 거리(L1)와, 점증발원(20)에서 가장 먼 거리의 기판(10)까지의 거리(L2)는 서로 차이가 발생하게 유기물질의 증발이 이루어지도록 하는 것으로, 이러한 점증발원(20)이 중심에서 동일 거리(q)에 원형으로 배치되는 것이어서, 기판(10)에 증착되는 박막의 두께가 일정하게 유지될 수 있다.

이때, 기판(10)을 회전시키지 않고도 점증발원(20)에서 증발되어 기판(10)에 증착되는 박막은 균일한 두께를 갖게 되는 것으로, 그 이유는 전술된 바와 같이 점증발원(20)에서 증발되는 유기물질의 각도가 기판(10)을 향하여 증발되게 함으로써 이루어지는 것으로, 여러 개의 점증발원(20)에서 증발되는 유기물질이 기판(10)에 증착되는 박막의 두께가 일정하게 된다.

본 발명은 상기와 같이 기판(10)이 고정된 상태를 유지하는 것으로, 기판(10)이 고정되어 있기 때문에 열전대를 간단히 접촉시켜 쉽게 기판(10)의 온도 검출을 할 수 있는 것이다.

즉, 열전대는 회전되는 기판(10)에 접촉시키기가 어려운 것이지, 고정된 기판(10)에 접촉시키기는 간단한 이루어지게 되고, 특히 기판(10)의 고정으로 여러 개의 열전대를 기판(10)의 전 면적에 걸쳐 접촉이 이루어지게 함으로써 기판(10)의 전 면적에 대한 온도 검출이 이루어지게 되어 결과적으로 기판(10)에 증착되는 박막의 두께를 일정하게 유지할 수 있게 된다.

본 발명에서 원형으로 배치된 점증발원(20)은 그 수량을 조절하여 사용할 수 있고, 또한 점증발원(20)이 기판(10)과 이루는 거리(h)와 점증발원(20)이 동심원을 이룰 때 중심에서의 거리(q)를 조절하여 사용함으로써, 공정속도와 균일도 및 유기물질의 재료 사용량을 제어할 수 있다.

그리고, 본 발명은 기판(10)에 다수의 물질을 증착시키기 위해서는 도 4 및 도 5 에 도시된 바와 같이 각기 다른 종류의 유기물질을 증발시키는 점증발원(20)(21)(22)(23)을 동심원을 이루도록 배치하거나, 하나 이상의 동심원으로 배치하되 점증발원(20)(21)(22)(23)이 교호로 배치되게 함으로써 다수의 물질을 증착시키더라도 균일한 증착이 이루어지게 한다.

즉, 본 발명은 기판(10)을 회전시키지 않고 고정시킨 상태에서 열전대의 접촉이 이루어지게 하되 기판(10)의 회전과 동일한 효과를 나타낼 수 있도록 다수의 점증발원(20)을 동심원으로 배치하여 사용하는 한편 다수의 물질을 증착시키기 위하여 점증발원(20)(21)(22)(23)을 유기물질의 종류별로 동심원을 갖도록 배치하거나 같은 동심원에 배치하되 교호로 배치되게 하는 것이다.

이와 같이 본 발명은 진공증발 장치에서, 기판(10)을 고정시킨 후 점증발원(20)을 중심에서 일정거리(q)를 이격시킨 상태로 배치하여 유기물질의 증발과 증착이 이루어지게 하되 기판(10)에 열전대를 접촉시켜 기판(10)의 온도를 조절하여 일정하게 유지함으로써 일정한 두께의 박막이 기판(10)에 형성되도록 하는 것으로, 기판(10)을 회전시키지 않아 열전대의 접촉이 간단하고 여러 개의 열전대를 동시에 접촉시켜도 구조적으로 간단히 수행 할 수 있다.

따라서, 본 발명은 정확한 기판(10) 온도를 측정하기 위해 기판(10)이 회전하지 않기 때문에 열전대를 기판(10)에 간단히 접촉시킬 수 있어 정확한 온도를 제어 할 수 있음은 물론 기판(10)이 회전하지 않기 때문에 기판(10)의 전체 영역에 부착하여 기판(10)의 전 영역에 대한 온도제어를 정확히 할 수 있으며, 기판(10)을 향하여 유기물질의 증발이 이루어지는 점증발원(20)을 원형으로 배치함으로써 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있는 것이다.

그리고, 본 발명은 점증발원(20)의 숫자와 점증발원(20)이 기판(10)과 이루는 거리(h)와 점증발원(20)이 동심원을 이룰 때 중심에서의 거리(q)를 조절함으로써, 공정속도와 균일도 및 유기물질의 재료 사용량을 제어할 수 있다.

또한, 본 발명은 기판(10)에 다수의 물질을 증착시키기 위해서 각기 다른 종류의 유기물질을 증발시키는 점증발원(20)(21)(22)(23)을 동심원을 이루게 배치하거나, 하나 이상의 동심원으로 배치하되 점증발원(20)(21)(22)(23)이 교호로 배치하여 균일한 증착이 이루어지게 할 수 있다.

10 : 기판 20,21,22,23 : 점증발원

Claims (6)

1. 점증발원(20)의 유기물질을 증발시켜 기판(10)에 증착시키는 진공증발 박막제조 장치에서,
   상기 기판(10)을 회전시키지 않는 상태에서 수 개의 열전대가 기판(10)의 전면적에 걸쳐 접촉되게 하여 기판(10)의 온도를 측정한 후 측정된 온도로 기판(10)의 온도를 균일하게 제어하고,
   상기 기판(10)의 하측으로 일정 거리(h)를 이격시켜 다수 개의 점증발원(20)을 원형으로 배치하되 상기 점증발원(20)은 기판(10)의 하측 중심에서 일정거리(q)를 이격시켜 원형으로 배치하며,
   상기 점증발원(20)에서 증발되는 유기물질은 증발 방향을 조절하여 기판(10)을 향하여 전체적으로 증발되게 하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 CIGS 박막 제조장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 점증발원(20)의 배치숫자와 중심까지의 거리(q) 및 기판(10)까지의 거리(h)를 조절하여 사용하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 CIGS 박막 제조장치.
5. 제1항에 있어서, 점증발원(20)은 다른 종류의 유기물질을 증발시키게 하되 서로 동일한 종류의 유기물질을 증발시키는 점증발원(20)(21)(22)(23)은 종류별로 동심원을 이루게 배치하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 CIGS 박막 제조장치.
6. 제1항에 있어서, 점증발원(20)은 다른 종류의 유기물질을 증발시키게 하되 점증발원(20)(21)(22)(23)은 동심원을 이루게 하고, 상기 점증발원(20)(21)(22)(23)은 동심원을 이루며 유기물질의 종류에 따라 교호로 배치되게 하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 CIGS 박막 제조장치.

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