초록 ▼

□ 최종목표
o 대면적 CIGS 태양전지용 하향식 고온 증발원 개발
- 증발원 온도범위 : 100~1700℃
- 기판 크기 : 1200 mm 이상
- 증착 속도: 150nm/min 이상
- 박막 두께 불균일도 : ±7% 이하
- 물질 사용률 : 40%이상
- 외부 물질 충진 구조

o 대면적 CIGS 태양전지용 하향식 Se 증발원 개발
- 증발원 온도범위 : 100~500℃
- 기판 크기 : 1200 mm 이상
- 증착 속도 : 500nm/min 이상
- 박막의

□ 최종목표
o 대면적 CIGS 태양전지용 하향식 고온 증발원 개발
- 증발원 온도범위 : 100~1700℃
- 기판 크기 : 1200 mm 이상
- 증착 속도: 150nm/min 이상
- 박막 두께 불균일도 : ±7% 이하
- 물질 사용률 : 40%이상
- 외부 물질 충진 구조

o 대면적 CIGS 태양전지용 하향식 Se 증발원 개발
- 증발원 온도범위 : 100~500℃
- 기판 크기 : 1200 mm 이상
- 증착 속도 : 500nm/min 이상
- 박막의 두께 불균일도 : ±15% 이하
- 물질 사용률 : 40%이상
- 외부 물질 충진 구조

□ 개발내용 및 결과
○ 개발 내용
♦ Cu 박막 두께 불균일도 ±7% 이내, 증착 속도 150nm/min이상, Se 박막 두께 불균일도 ±15%이내, 증착 속도 500nm/min이상인 1200mm급 하향식 고온 및 저온 선형 증발원 개발.
♦ 물질 사용 효율 40% 이상인 선형 증발원 개발
♦ 고온 소스는 외부 간접 가열 방식을 적용하여 물질의 pass line과 히터를 별도로 두어 금속 물질에 의한 히터의 파손 및 물질 이동이 원활한 구조에서 히팅 구간의 최적화를 수행하고, 노즐구조의 전산 모사 결과 및 테스트 결과를 바탕으로 conductor line과 노즐부를 일체형으로 구성하여 열에 의한 변형을 방지하고 고온 소스의 신뢰성을 확보함.
♦ 선형 증발원은 도가니에 별도의 물질 충진구를 배치하고, 물질이 담겨지는 도가니를 배치.
♦ 진공 증착 시스템을 활용하여 1200mm급 개별 소스의 특성을 파악하고, 균일도 및 flux density를 재평가하여 고온 소스의 증착 특성을 최적화.

○ 개발 결과
① 1차년도
♦ 하향식 고온 선형 증발원 개발
- CIGS 증발원 Uniformity 전산 모사
⋅ 1200mm 급 노즐의 물질 분사 분포 : 3.45%
⋅ End effect를 보완할 수 있는 노즐구조 확립
- 하향식 고온 선형 증발원 평가 챔버 구축
⋅ 1단계 결과물인 평가 챔버 수정 보완
⋅ 평가 챔버에 대한 응력 해석
⋅ 로드락 챔버 추가
⋅ 1200mm 급 증발원 테스트 가능
⋅ 12ch. QCM 모니터 시스템 추가
⋅ 3650l/s급 고진공 확산 펌프 2기 추가
- 하향식 고온 선형 증발원 제작 및 평가
⋅ 하향식 고온 선형 증발원을 이용한 모의 실험 실시
⋅ 1200mm 급 하향식 고온 선형 증발원의 설계 및 모델링
⋅ 고온 선형 증발원에 대한 응력 및 기구 해석
⋅ 1200mm 급 하향식 고온 선형 증발원의 제작
⋅ 하향식 고온 선형 증발원의 성능 테스트
→ 두께 불균일도 : 15% 이하 달성
→ 물질 사용율 : 30% 이상 달성
→ 증착 속도 : 100 nm/min 이상 달성
→ 기판 크기 : 1200mm 달성
→ 증발원의 온도 : 1400~1600℃

♦ 하향식 Selenium 선형 증발원 개발
- 하향식 Se용 선형 증발원 평가 챔버 구축
⋅ 1단계 결과물인 평가 챔버 수정 보완
⋅ 로드락 챔버 추가
⋅ 1200mm 급 증발원 테스트 가능
- 하향식 Se용 선형 증발원 제작 및 평가

⋅ 1200mm 급 하향식 Se 선형 증발원의 제작
⋅ 하향식 고온 선형 증발원의 성능 테스트
→ 두께 불균일도 : 25% 이하 달성
→ 물질 사용율 : 30% 이상 달성
→ 증착 속도 : 300 nm/min 이상 달성
→ 기판 크기 : 1200mm 달성
→ 증발원의 온도 : 290~310℃

② 2차년도
♦ 하향식 고온 선형 증발원 개발
- 하향식 고온 선형 증발원 개선 및 평가
⋅ 하향식 고온 선형 증발원의 노즐부 개선 : Version 1~5
⋅ 하향식 고온 선형 증발원의 도가니부 개선 : Version 1~2
⋅ 하향식 고온 선형 증발원의 성능 테스트
→ 두께 불균일도 : 7% 이하 달성
→ 물질 사용율 : 40% 이상 달성
→ 증착 속도 : 150 nm/min 이상 달성
→ 기판 크기 : 1200mm 달성
→ 증발원의 온도 : 1400~1600℃

♦ 하향식 Selenium 선형 증발원 개발
- 하향식 Se용 선형 증발원 제작 및 평가
⋅ 1200mm 급 하향식 Se 선형 증발원의 노즐부 및 물질 분사구 개선
⋅ 하향식 선형 증발원의 연결부 히팅 구조 개선
⋅ 하향식 고온 선형 증발원의 성능 테스트
→ 두께 불균일도 : 15% 이하 달성
→ 물질 사용율 : 40% 이상 달성
→ 증착 속도 : 500 nm/min 이상 달성
→ 기판 크기 : 1200mm 달성
→ 증발원의 온도 : 290~310℃

□ 기술개발 배경
○ 하향식 선형 증발원의 필요성
♦ CIGS 태양광 소자 제작 시에는 대면적의 기판을 가열한 상태에서 박막을 형성해야 하기 때문에 상향 증착이 불가능하여 하향식 증착원이 필요.
♦ Flux의 분포 및 속도는 증발원의 온도에 의해 결정되기 때문에 특히 고온 증발 물질인 Cu의 flux는 제어가 어려워 재현성 확보가 어려움.
♦ 점증발원은 flux 분포가 좁고 기판과 증발원의 거리가 멀어 원료 물질의 사용효율이 나쁘고, 박막의 균일성을 확보하기 어려운 단점이 있음.
♦ CIGS태양전지는 Si 기반 태양전지 및 CdTe 태양전지와는 달리 4성분계 조성이어서 정밀 제어가 가능하여야 하며, 각 원소의 제어는 증발원의 온도 및 flux 상태 및 기판의 온도, 증착챔버의 환경 등에 매우 민감함.

○ 대면적화 및 양산화의 문제점
♦ 단결정 Si 태양전지(sc-Si), 다결정 Si 태양전지(mc-Si),CIGS 태양전지, CdTe태양전지, 비정질 Si 태양전지의 최고 효율(cell 크기, 20.4%)과 상업화된 모듈(600mm x 1200mm급 크기)의 최고 효율(14.6%)을 비교하면, 기타 태양전지의 경우 최고 효율과 상업화된 모듈의 효율 격차는 70.3~76% 수준임.
♦ 그러나 CIGS 태양전지는 61.3%로 셀 단위의 효율은 우수하지만 대면적화의 어려움이 있음을 알 수 있음.
♦ 또한 셀 최고 효율 20.4% 대비 세계 최고 효율 10개사의 평균 효율은 12.5%로서 대면적 모듈화에 의한 광변환 효율 감소율은 56%에 달함.

□ 핵심개발 기술의 의의
♦ 본 개발의 경우 국외의 일부 기업에서도 하향식 고온 선형 증발원의 기술 개발하고 있음. 그러나 국내에서는 1200mm급 하향식 선형 증발원의 기술 개발은 처음 시도되는 기술임.
♦ 하향식 고온 선형 증발원의 경우 1500℃이상의 고온 노즐 및 도가니의 설계 및 제작 기술을 개발함.
♦ 하향식 Se용 선형 증발원의 경우 반응성 금속 증기에 대한 내부식 특성을 가지고 100Å/s이상의 고속 증발원을 개발함.
♦ 하향식 고온 선형 증발원 및 하향식 Se용 선형 증발원 모두 물질 사용 효율 40%이상 달성함.
♦ 연구 개발된 하향식 고온 및 Se용 선형 증발원은 100% 국산화된 상태임.
♦ 대면적 대응 가능한 CIGS 태양전지용 선형 증발원은 진입 장벽이 높으며 개발에 필요한 기간이 길지만 개발 성공 시 CIGS 태양전지의 대형화 및 산업 경쟁력이 크게 향상됨.

□ 적용 분야
♦ 태양전지 (CIGS박막형) 광흡수층 증착 장치
♦ 금속 고온 증착 반도체 공정 장치

( 출처 : 초록 )

목차 Contents

• 표지 ... 1제출문 ... 2기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3기술개발사업 주요 연구성과 ... 15목차 ... 21제1장 서론 ... 22 제1절 과제의 개요 및 기술개발의 필요성 ... 22 제2절 국내․외 관련 기술의 현황 ... 35 제3절 기술개발 시 예상되는 기술적 ․ 경제적 파급 효과 ... 46제2장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 48 제1절 최종목표 및 평가방법 ... 48 제2절 단계별 개발목표 및 평가방법 ... 49 제3절 당해단계 연차별 개발목표 및 개발내용 ... 54 제4절 수행 결과의 보안 등급 ... 58 제5절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 59제3장 결과 및 사업화 계획 ... 60 제1절 연구 개발 최종 결과 ... 60 (1) 단계 연구개발 추진 일정 ... 60 (2) 단계 연구개발 추진 실적 ... 62 (3) 연차별 실적 ... 63 (4) 하향식 고온 선형 증발원 ... 66 (5) 하향식 Selenium 선형 증발원 ... 107 제2절 연구 개발 추진 체계 ... 124 (1) 연구 개발 추진 체계 ... 124 (2) 기술개발팀 편성도 ... 125 제3절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 126 제4절 고용창출 효과 ... 128 제5절 자체보안관리진단표 ... 129끝페이지 ... 130