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KR101446910B1 - 도전성 유리의 투명전도 산화막 패턴 형성방법 및 이에의하여 제조되는 도전성 유리 - Google Patents

도전성 유리의 투명전도 산화막 패턴 형성방법 및 이에의하여 제조되는 도전성 유리 Download PDF

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KR101446910B1
KR101446910B1 KR1020070138344A KR20070138344A KR101446910B1 KR 101446910 B1 KR101446910 B1 KR 101446910B1 KR 1020070138344 A KR1020070138344 A KR 1020070138344A KR 20070138344 A KR20070138344 A KR 20070138344A KR 101446910 B1 KR101446910 B1 KR 101446910B1
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conductive oxide
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배호기
문형돈
박태진
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주식회사 동진쎄미켐
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Abstract

본 발명은 도전성 유리의 투명전도 산화막 패턴 형성방법 및 이에 의하여 제조되는 도전성 유리에 관한 것으로, 특히 유리기판 상면에서 투명전도 산화막이 형성되지 않는 부분에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 유리기판의 상면에 투명전도 산화막을 형성하는 단계; 및, 상기 유리기판 상의 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 유리의 투명전도 산화막 패턴 형성방법 및 이에 의하여 제조되는 도전성 유리에 관한 것이다.
이를 통하여 도전성 유리의 제작에 있어서 보다 용이하고, 저렴한 방법으로 투명전도 산화막(TCO) 패턴을 형성할 수 있고, 특히 FTO로 이루어지는 TCO의 경우에는 고가의 레이저 장비를 사용하지 않고 FTO 패턴이 형성된 도전성 유리를 제작할 수 있으며, 이와 같은 도전성 유리는 특히 염료감응태양전지의 전극판으로 활용될 수 있다.
포토레지스트, 투명전도 산화막, 도전성 유리

Description

도전성 유리의 투명전도 산화막 패턴 형성방법 및 이에 의하여 제조되는 도전성 유리 {METHOD OF PATTERNING TCO(TRANSPARENT CONDUCTIVE OXIDE) OF A CONDUCTIVE GLASS AND CONDUCTIVE GLASS PREPARED THEREBY}
본 발명은 도전성 유리의 투명전도 산화막 패턴 형성방법 및 이에 의하여 제조되는 도전성 유리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도전성 유리의 제작에 있어서 보다 용이하고, 저렴한 방법으로 투명전도 산화막(TCO) 패턴을 형성할 수 있고, 특히 FTO로 이루어지는 TCO의 경우에는 고가의 레이저 장비를 사용하지 않고 FTO 패턴이 형성된 도전성 유리를 제작할 수 있으며, 이와 같은 도전성 유리가 특히 염료감응태양전지의 전극판으로 활용될 수 있도록 하는 도전성 유리의 투명전도 산화막 패턴 형성방법 및 이에 의하여 제조되는 도전성 유리에 관한 것이다.
일반적으로 투명전도코팅은 디스플레이용 투명 도전막, 태양전지용 투명전도막 등에 사용되고 있으며, 그 시장이 날로 확대되고 있는데, 일반적으로 전기적으로 절연체인 유리(bare glass, soda-lime)에 전도성 물질을 코팅하여 제조되고 있다.
즉, 유리는 전기적으로 절연체로 상온에서 10-10 ~ 10-11 (Ω㎝)-1의 전기전도도를 갖고 있는데, 이러한 절연체인 유리에 높은 투광성을 유지한 채 전기전도성을 부여하기 위하여 유리의 표면에 다양한 TCO(투명전도 산화막)나 금속을 코팅하여 전도성을 부여하는 것이 바로 투명전도코팅이고 이에 의하여 제조되는 것이 도전성 유리이다.
그러나 이와 같은 도전성 유리의 투명전도코팅은 항상 유리의 전면에 코팅되어 사용되는 것이 아니라, 적용되는 분야나 장치에 따라 알맞은 패턴(일부분은 제거되고 나머지 부분만 존재하는)을 형성하여 사용되는 것이 일반적이다. 이에 대한 구체적인 예로, 도 1에 도시한 염료감응 태양전지를 예를 들면, 상부전극(제2전극) 및 하부전극(제1전극)이 각각 투명전도코팅으로 TCO가 코팅된 전도성 유리를 적용하고 있으며, 이러한 TCO는 도1에서 원으로 표시한 부분과 같이 셀 단위로 끊어진 부분을 가지는 패턴을 형성하여 한다.
이를 위하여 기존의 일반적인 도전성 유리에 있어서의, 투명전도코팅의 패턴형성의 경우에는, TCO가 기판 전체에 올라간 상태에서 Pattern을 형성하기 위해 PR을 이용하여 마스크에 형성된 이미지를 노광시켜 PR을 현상하고, 이후에 에천트를 이용하여 이를 식각하여 회로패턴을 형성하였다. 하지만, 염료감응태양전지를 만들기 위해서는 고온(약 500 ~ 600 ℃)에서 열적 안정성을 가져야 하고, 내화학성도 우수하여 전해질로부터 잘 견디는 FTO를 TCO로 주로 사용하고, 때로는 태양전지의 광전변환효율이 다소 낮지만, 저온에서 공정을 할 수 있는 재료를 이용할 경우에는 ITO를 사용한다.
이 경우에 ITO를 이용하는 경우에는 상기와 같은 에천트를 이용한 식각방법을 적용하여 패턴을 형성한다. 그러나 이와 같은 노광 및 에천트를 이용한 케미컬 에칭의 경우에는 에천트의 사용으로 비용이 증가하고, 공정이 용이하지 않으며, 환경오염의 가능성이 높은 문제점이 있다.
또한 FTO의 경우에는 FTO가 내 화학성이 우수하여 에천트를 이용한 케미컬 에칭이 불가능하기 때문에 회로형성을 하는 경우에 도 2에 도시한 바와 같이 레이저를 이용하여 회로를 형성하여야 하므로 장비비용이 증가하고, 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서 TCO를 이용하여 패턴이 형성된 도전성 유리를 만들 때 회로패턴 공정을 기존의 레이저 Pattern이나 노광을 이용한 케미컬 에칭공정을 하지 않고, TCO막의 패턴을 제작하는 방법의 개발이 절실한 실정이다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 도전성 유리의 제작에 있어서 보다 용이하고, 저렴한 방법으로 투명전도 산화막(TCO) 패턴을 형성할 수 있고, 특히 FTO로 이루어지는 TCO의 경우에는 고가의 레이저 장비를 사용하지 않고 FTO 패턴이 형성된 도전성 유리를 제작할 수 있으며, 이와 같은 도전성 유리는 특히 염료감응태양전지의 전극판으로 활용될 수 있도록 하는 도전성 유리의 투명전도 산화막 패턴 형성방법 및 이에 의하여 제조되는 도전성 유리를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
유리기판 상면에서 투명전도 산화막이 형성되지 않는 부분에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
상기 유리기판의 상면에 투명전도 산화막을 형성하는 단계; 및,
상기 유리기판 상의 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 유리의 투명전도 산화막 패턴 형성방법을 제공한다.
또한 본 발명은
상기 기술한 도전성 유리의 투명전도 산화막 패턴 형성방법에 의하여 제조되어, 유리기판 및 이의 상면에 형성된 투명전도 산화막 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 유리를 제공한다.
마지막으로 본 발명은
투명전극으로 이루어진 제1전극, 상기 투명전극의 반대 면에 결합하는 제2전극, 및 상기 제1전극 및 제2전극 사이의 산화물반도체, 염료 및 전해질로 이루어지는 중간층을 포함하는 염료감응태양전지에 있어서,
상기 제1전극 또는 제2전극은 상기 기술한 도전성 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응태양전지를 제공한다.
본 발명의 도전성 유리의 투명전도 산화막 패턴 형성방법 및 이에 의하여 제조되는 도전성 유리에 따르면, 도전성 유리의 제작에 있어서 보다 용이하고, 저렴한 방법으로 투명전도 산화막(TCO) 패턴을 형성할 수 있고, 특히 FTO로 이루어지는 TCO의 경우에는 고가의 레이저 장비를 사용하지 않고 FTO 패턴이 형성된 도전성 유리를 제작할 수 있으며, 이와 같은 도전성 유리는 특히 염료감응태양전지의 전극판으로 활용될 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.
이하 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 도전성 유리의 투명전도 산화막 패턴 형성방법에 관한 것으로, 유리기판 상면에서 투명전도 산화막이 형성되지 않는 부분에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 유리기판의 상면에 투명전도 산화막을 형성하는 단계 및, 상기 유리기판 상의 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함하여 구성된다.
즉, 이에 대한 구체적인 예를 도 3에 도시한 바와 같다. 도 3은 네거티브 포토레지스트(PR)를 적용한 경우를 도시한 것으로, 먼저 유리기판에 네거티브 PR을 도포하고, PR을 남기고자 하는 부분(유리기판 상면에서 투명전도 산화막이 형성되지 않는 부분)에만 노광이 이루어지도록 패턴이 형성된 포토 마스크를 이의 상면에 배치하고 도시한 바와 같이 노광과정을 거치면, 노광된 PR만이 현상과정이후에 남게 되어 PR 패턴(유리기판 상면에서 투명전도 산화막이 형성되지 않는 부분)이 형성되도록 하는 예를 나타낸다. 물론 이와 정반대로 포지티브 PR을 적용하는 경우에는 노광부분을 반대로 하여 동일한 PR패턴을 얻을 수도 있다. 물론 네가PR을 사용하는 경우에 도시한 바와 같이 바람직하게는 역taper가 형성되는 패턴을 형성하여 이후의 PR제거가 용이할 수 있으나, PR 종류에 따라 posi-PR도 역taper 패턴 형성 가능하므로 PR의 종류와 무관하게 PR을 사용할 수 있고, 단지 바람직하게는 역 taper형상의 단면을 가지는 PR패턴을 형성하는 것이 이후 PR제거에 용이하므로 좋다. 즉, 어떠한 과정을 거치든 결과적으로 도 3의 두 번째 단계의 PR패턴 즉, 유리기판 상면에서 투명전도 산화막이 형성되지 않는 부분에 포토레지스트 패턴을 얻을 수 있으면 된다.
즉, 구체적으로는 투명전도 산화막(TCO)을 형성하기 위해 필요한 Bare glass( soda-lime) 에 디스플레이에서 주로 사용하는 격벽 형성용 Nega PR을 이용하여 이를 유리기판에 도포하고, 노광 공정과정에서 원하는 회로 모양을 노광 마스크를 사용하여 노광한 후, 이를 현상한다. 이때 격벽의 높이는 도 3에 도시한 바와 같이 1 ~ 3 ㎛ 정도인 것이 바람직하다. 이는 TCO의 막 두께가 일반적으로 ITO의 경우는 1500 내지 2000 Å정도이고, FTO의 경우는 6000 내지 8000 Å이므로 대 략 1500 ~ 8000 Å의 범위에 존재하기 때문에 이보다는 높아야 패터닝이 가능하기 때문이다. 또한 격벽의 선폭은 회로의 설계치에 의해서 좌우 되므로 이에 따라 결정하도록 한다.
다음 단계로, 이와 같이 형성된 PR패턴을 가지는 상기 유리기판의 상면에 투명전도 산화막(TCO)을 형성하도록 한다. 바람직하게는 상기 투명전도 산화막의 형성은 유리기판 상면의 하부에서 상부로 성장하는 이방성 증착방법으로 형성되는 것이 좋다. 이 경우에 도 3에 도시한 바와 같이 상부로만 투명전도 산화막층이 형성되므로 이후의 PR제거 및 이에 따른 PR상부의 TCO제거에 용이하기 때문이다. 바람직하게는 도시한 바와 같은 역 테이퍼진 PR패턴 상에 이와 같은 이방성 증착이 이루어지는 경우에 PR패턴의 상부에만 증착이 이루어져 향후 PR제거를 용이하게 할 수 있기 때문이다. 구체적으로 상기 이방성 증착방법으로는 CVD를 포함하는 기상증착이나, 스퍼터링이나, 스프레이 코팅을 포함하는 습식코팅방법 등을 들 수 있다.
또한 이러한 투명전도 산화막 형성공정은 바람직하게는 상기 유리기판은 150 내지 250 ℃로 가열되는 것이 좋다. 더욱 바람직하게는 200 ℃인 것이 좋다. 즉, 상기 가열로 인하여 PR이 별도의 CURING 공정을 필요로 하지 않을 수 있으므로 공정을 단순화할 수 있고, 이와 같은 가열은 실제 공정에서는 상기 투명전도 산화막 형성공정에서 자연적으로 얻어지는 조건이기도 하다. 즉, CVD , Sputtering ,Spray 등을 이용하여 TCO 막을 형성하는 공정은 기판온도가 약 200℃ 정도 조건에서 수행되므로 격벽용 Nega PR 이 별다른 Curing 공정 없이 자연적으로 경화되어 단단히 굳어지게 된다.
여기서 상기 TCO는 공지의 다양한 TCO재질이 이에 적용될 수 있으며, 공정의 안정성 및 제조의 용이성 측면에서 바람직하게는 ITO 또는 FTO인 것이 좋고, 상기 투명전도 산화막이 ITO 또는 FTO인 경우에는 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 투명전도 산화막 형성단계와 포토레지스트 제거단계 사이에 상기 투명전도 산화막의 어닐링 열처리 단계를 더 포함하도록 하는 것이 바람직하다. 즉, TCO막이 형성된 이후 어닐링 열처리공정을 실시하여 TCO막의 결정성을 높여 줄 수 있다. 이는 반드시 ITO 및 FTO에 한정되는 것은 아니며, 어닐링을 통하여 특성을 개선할 수 있는 TCO의 경우에는 모두 선택적으로 적용할 수 있음은 물론이다.
이러한 어닐링 열처리는 일반적으로 ITO의 경우에는 250 내지 350 ℃ 부근에서 수행되며, FTO의 경우에는 500 ℃ 부근에서 수행되는데, 특히 FTO의 경우에는 어닐링 온도가 충분히 높아 통상 적용되는 PR의 Td(Decomposition Temperature)이상이 되므로 PR의 일부 제거를 상기 어닐링 열처리를 통하여 얻을 수 있으며, 이후의 PR제거 작업을 보다 용이하게, 단시간 내에 진행할 수 있다.
다음 단계로 상기 유리기판 상에서 PR을 제거하는 단계를 수행하는데, 이를 통하여 PR뿐만 아니라, PR의 상부에 증착된 투명전도 산화막도 함께 제거되어 도 3의 최하단에 도시한 바와 같은 패턴을 가지는 도전성 유리를 얻을 수 있다. 즉, 구체적으로는 PR을 제거하는 Rework용 케미컬(예를 들면, 아민계열 유기용매)을 이용하여 PR을 제거하고, 세정을 실시하면 회로 모양이 형성된 TCO glass를 얻을 수 있다.
또한 본 발명은 상기 기술한 바와 같은 도전성 유리의 투명전도 산화막 패턴 형성방법에 의하여 제조된 투명전도 산화막 패턴을 가지는 도전성 유리를 제공하는 바, 이는 상기 기술한 바와 같은 도전성 유리의 투명전도 산화막 패턴 형성방법에 의하여 제조되어, 유리기판 및 이의 상면에 형성된 투명전도 산화막 패턴을 포함하여 구성되며, 이의 구체적인 구성의 예는 도 3의 최하단에 도시한 바와 같다.
이와 같은 도전성 유리는 디스플레이, 태양전지 등에 적용될 수 있으며, 마지막으로 본 발명은 이와 같은 도전성 유리를 전극에 포함하는 염료감응태양전지를 제공하는 바, 이는 투명전극으로 이루어진 제1전극, 상기 투명전극의 반대 면에 결합하는 제2전극, 및 상기 제1전극 및 제2전극 사이의 산화물반도체(예를 들면 TiO2 등), 염료 및 전해질로 이루어지는 중간층을 포함하는 염료감응태양전지에 있어서, 상기 제1전극 또는 제2전극은 상기 기술한 도전성 유리를 포함하여 이루어진다.
이에 대한 구체적인 예는 도 1에 도시한 바와 같다. 즉, 도 1은 제1전극 및 제2전극을 모두 상기 기술한 바와 같은 본 발명의 도전성 유리로 구성한 것으로, 이외에도 제1전극만 또는 제2전극만을 본 발명의 도전성 유리로 구성할 수 있음은 물론이다.
즉, 일반적인 염료감응태양전지의 경우, 상기 기술한 바와 같이 제1전극(도 1의 하부전극), 제2전극(도 1의 상부전극) 및 산화물반도체 입자(예를 들면 TiO2 등)와 염료가 혼합된 층과 이의 상부에 위치하는 전해질 층(도 1 기준으로)으로 이루어진다. 여기서 제1전극을 도시한 바와 같이 본 발명의 도전성 유리로 구성할 수 있고, 이에 반도체 산화물(예를 들면 TiO2) 층을 형성할 수 있으며, 또는 제2전극을 도시한 바와 같이 본 발명의 도전성 유리로 구성할 수 있다. 이 경우에는 도시한 바와 같이 이의 하면에 백금을 코팅하여 백금 코팅층을 더 포함하여 구성할 수 있다. 즉, 상기와 같은 본 발명의 형성방법으로 형성된 Pattern 기판 위에 염료감응태양전지의 기본 구조인 광전극(TiO2)을 형성하고, 반대기판(제2전극)에는 상대전극인 Pt를 형성한다. 광전극에 염료를 흡착시키고, 2장을 결합시킨 다음 내부에 전해질을 주입시켜 주입구를 밀봉하면, 염료감응태양전지가 만들어질 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되는 것은 아니고, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술분야의 당업자가 다양하게 수정 및 변경시킨 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨은 물론이다.
도 1은 염료감응태양전지에 대한 일 실시예의 개략적인 단면을 도시한 단면도이다.
도 2는 종래의 FTO를 투명전도코팅으로 적용하는 경우의 패턴형성 방법을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 도전성 유리의 투명전도 산화막 패턴 형성방법의 일 실시예를 나타내는 개략도이다.

Claims (6)

  1. 유리기판의 상면에 1-3㎛의 격벽 형태로 포토레지스트를 도포하고, 상기 유리기판의 상면에서 투명전도 산화막이 형성되지 않는 부분에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 유리기판의 상면에 기상증착, 스퍼터링 및 스프레이 코팅을 포함하는 유리기판 상면의 하부에서 상부로 성장하는 이방성 증착방법으로 150 내지 250℃로 가열하면서 투명전도 산화막을 형성하는 단계; 및
    상기 투명전도 산화막의 어닐링 열처리를 수행하여 상기 유리기판 상의 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 유리의 투명전도 산화막 패턴 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포토레지스트를 제거하는 단계는,
    상기 투명전도 산화막의 어닐링 열처리를 수행한 후에 아민계열 유기용매를 이용하여 상기 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 유리의 투명전도 산화막 패턴 형성방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항의 도전성 유리의 투명전도 산화막 패턴 형성방법에 의하여 제조되어, 유리기판 및 이의 상면에 형성된 투명전도 산화막 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 유리.
  6. 투명전극으로 이루어진 제1전극, 상기 투명전극의 반대 면에 결합하는 제2전극, 및 상기 제1전극 및 제2전극 사이의 산화물반도체, 염료 및 전해질로 이루어지는 중간층을 포함하는 염료감응태양전지에 있어서,
    상기 제1전극 또는 제2전극은 제5항의 도전성 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응태양전지.
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