제어된 상 분리 도메인 구조를 만드는 장치 document_id A220623065820

종래 기술의 구리 인듐 셀레나이드 기반 광전지 (종종 'CIS 기반 PV'라고도 함)가 태양 전지 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려져 있다. CuInSe는 태양광으로부터 전기를 발생시키는 데에 있어 가장 신뢰성이 높고 가장 잘 동작하는 박막 재료이다. 이 기술에 대한 우려는 CIS PV의 생산량이 증가함에 따라 미래에 원료 공급 제약이 발생할 것이라는 점이다. 예를 들어, 인듐은 고농도 광석에서 자연적으로 생성되지 않는다. 전형적으로, 인듐은 아연 광석의 폐광미 (discarded tailings)로부터 얻어진다. CIS PV의 생산량이 약 10 기가와트/년 (GW/year)에서부터 약 100 기가와트/년까지의 대규모 범위로 접근함에 따라, 인듐 공급 제약이 명백하게 나타날 것이다. 이러한 공급 제약은 비용 상승을 초래할 것이다. 나아가, CIS PV의 생산량이 증가함에 따라, 다른 원료의 공급 제약 또한 나타날 것이다. 따라서, CIS PV 박막에서 발전 용량(generating capacity)의 와트당 필요한 원료의 양을 감소시키는 해법이 필요하다. 필요한 원료의 양을 줄이는 한 가지 방법은 CIS PV 박막 재료의 두께를 감소시키는 것이다. CIS의 고유 흡수 계수는 매우 높다 (즉, 약 105 ㎝-1). 이는 대부분의 입사광 에너지가 CIS의 매우 얇은 막에 흡수될 수 있음을 의미한다. 후면 반사재 (back surface reflector)의 사용은 대부분의 입사광 에너지를 흡수하는 데에 필요한 두께를 더욱 감소시킬 수 있다. 종래 기술의 CIS PV 제품은 전형적으로 약 2 마이크론 이상의 두께이지만, 후면 반사재 상에 위치하는 CIS PV 박막이 대부분의 입사광 에너지를 흡수하는 데에는 0.25 마이크론이면 이론적으로 충분하다는 것을 이해하는 것이 중요하다. 따라서, 더 얇은 CIS PV 박막을 생산하는 해법이 또한 필요하다. 한편, 더 얇은 CIS PV 막의 제조에 직접적으로 적용 가능한 필드 어시스트 동시 합성 (field assisted simultaneous synthesis)과 전달 기술 (transfer technology)이 개발되었다. U.S. 특허번호 제6,736,986호, 제6,881,647호, 제6,787,012호, 제6,559,372호, 제6,500,733호, 제6,797,874호, 제6,720,239호 및 제6,593,213호에는 이러한 필드 어시스트 동시 합성과 전달 기술의 다양한 측면들 (이 측면들은 결합하여 함께 사용될 수도 있고 아닐 수도 있음)이 설명되어 있다. 필드 어시스트 동시 합성과 전달 기술의 이점은, 프리커서 (precursor) 스택이 더 얇아질수록 더 잘 작동한다는 점이다. 예를 들어, CIS 기반 반응물 층에서 셀레늄의 증기압은 온도의 함수이다. 셀레늄을 함유하는 데에 필요한 상기 증기압은 공정 반응에 필요한 온도의 함수이다. 전압이 사용된다면, 두께가 감소함에 따라 원하는 압력을 달성하기 위한 전압이 떨어진다는 점을 이해하는 것이 중요하다. 필요한 전압이 감소됨에 따라 시스템에 대한 물리적 요구 (예컨대, 유전체에 대한 응력)도 감소한다. 따라서, 상기 프리커서 스택이 더 얇게 만들어질수록 주어진 압력을 발생시키는 데에 필요한 전압도 떨어지고, 이는 유전체 (예컨대, 릴리스 층 (release layer))에 대한 응력을 감소시키며, 이에 의해 유전체로서 사용될 수 있는 재료의 범위가 넓어진다. 필드 어시스트 동시 합성과 전달 기술의 다른 이점은, 더 낮은 열 소모비용 (thermal budget)을 가능하게 한다는 점이다. 더 낮은 열 소모비용은, (물리적 또는 화학적) 기상 증착과 같은 다른 접근법들에 비하여 필드 어시스트 동시 합성과 전달 기술이 더 빠른 속도를 가진 것에 기인한다. 필드 어시스트 동시 합성과 전달 기술에 의해 제공된 시간 및 에너지 절약과 함께, 결과물의 질 또한 향상될 수 있다. 예를 들어, CIS 기반 PV를 제조하는 경우, 필드 어시스트 동시 합성과 전달 기술을 사용함에 따라 가능해진 더 낮은 열 소모비용은 CIS 흡수재와 후면 금속 콘택트 간 계면에서 셀레늄과 몰리브데늄 사이에서와 같은 원치 않는 반응을 감소시킨다. 이러한 원치 않는 반응의 감소 결과 오염이 감소되고, 그 결과 후면 반사도가 더 높아진다. 최근, 전형적인 기술에 의해 제조된 CIS 박막은 화학 조성의 변동(fluctuation) 결과 생기는 도메인들을 포함하는 것으로 증명되었다. 전하 캐리어의 원치 않는 재결합이 이러한 CIS 기반 PV 흡수재 내의 나노도메인들 사이의 경계에서 발생한다. 따라서, 화학 조성이 변함에 따라 이러한 나노도메인들 사이의 경계를 제어하고 이상적으로 최적화하는 해법이 또한 필요하다. 지금까지는, 위에서 언급한 원료 필요량의 감소, 두께의 감소 및 나노도메인들 사이의 경계의 제어에 관한 요구를 충분히 만족시키지 못했다. 따라서, 이러한 문제들 모두를 동시에 해결할 수 있는 해법을 필요로 한다.