JP2012532457A - 太陽光発電装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
太陽光発電装置及びその製造方法が開示される。太陽光発電装置は、基板と、前記基板上に配置される後面電極層と、前記後面電極層上に配置される光吸収層と、前記光吸収層上に配置される前面電極層と、を含み、前記後面電極層には多数個の溝が形成され、前記溝の内側面は前記基板の上面に対して斜めである。
【選択図】図１
【選択図】図１
Description
実施例は、太陽光発電装置及びその製造方法に関するものである。
最近、エネルギの需要が増加するに連れ、太陽光エネルギを電気エネルギに変換させる太陽電池に関する開発が進められている。
特に、ガラス基板、金属後面電極層、ｐ型ＣＩＧＳ系光吸収層、高抵抗バッファ層、ｎ型窓層などを含む基板構造のｐｎへテロ接合装置であるＣＩＧＳ系太陽電池が広く使用されている。
この際、電極間連結のために光吸収層にパターンを形成し、単位セルに分けるためにバッファ層と光吸収層にパターンを形成する。
前記パターンは真空工程で大気工程に変更されて進行され、機械的な（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）方法でパターニングを進行する際各層が剥がれるか、レーザ（ｌａｓｅｒ）を利用してパターニングを進行する際パターン付近の層が膨れ上がる現象が発生し、太陽電池の電気的特性が低下される恐れがある。
実施例は、工程時間を減らし、各層の変形のない太陽光発電装置及びその製造方法を提供する。
一実施例による太陽光発電装置は、基板と、前記基板上に配置される後面電極層と、前記後面電極層上に配置される光吸収層と、前記光吸収層上に配置される前面電極層と、を含み、前記後面電極層には多数子の溝が形成され、前記溝の内側面は前記基板の上面に対して斜めである。
一実施例による太陽光発電装置は、基板と、前記基板上に配置される後面電極層と、前記後面電極層上に配置される光吸収層と、前記光吸収層上に配置される前面電極層と、を含み、前記光吸収層には多数個の溝が形成され、前記溝の内側面は前記基板の上面に対して斜めである。
一実施例による太陽光発電装置の製造方法は、基板上に後面電極層を形成する段階と、前記後面電極層上に光吸収層を形成する段階と、前記光吸収層上に前面電極層を形成する段階と、を含み、前記後面電極層、前記光吸収層又は前記前面電極層を形成する段階において、前記基板上にマスクを配置し、次に、前記後面電極層、前記光吸収層又は前記前面電極層を形成するための原料物質を蒸着する。
実施例による太陽光発電装置の製造方法は、マスクを使用し、蒸着と共に溝を形成し、後面電極層、光吸収層及び前面電極層を形成する。従って、実施例による太陽光発電装置を形成するために、レーザパターニング又は機械的なスクライビング工程などの追加的な工程を必要としない。
従って、実施例による太陽光発電装置の製造方法は真空工程のみであり、後面電極層、光吸収層及び前面電極層を形成することができ、工程時間を短縮させることができる。
また、実施例による太陽光発電装置の製造方法は、後面電極層、光吸収層及び前面電極層の形成の際マスクを使用して溝を形成するため、後面電極層、光吸収層及び前面電極層に機械的な衝撃が加えられない。即ち、実施例による太陽光発電装置の製造方法は、機械的なスクライビングなどの工程が適用される際発生する剥がれ現象を防止することができる。
また、実施例による太陽光発電装置の製造方法では機械的な方法より更に精密なパターニングが可能であり、非活性領域（Ｎｏｎ−ａｃｔｉｖｅ ａｒｅａ：ＮＡＡ）を減少させることができ、太陽光発電装置の効率を増加させることができる。
また、前記光吸収層に形成される溝は斜めな内側面を含むため、前記光吸収層に形成される溝の内側面に前面電極層を形成するための物質が容易に蒸着され、コンタクトパターンが形成され得る。
また、前記光吸収層に形成される溝の内側面と前記光吸収層の上面が接触する部分はラウンド状を有してもよい。これによって、コンタクトパターンと前面電極層が互いに断線される現象が防止される。
実施例の説明に当たって、各基板、層、膜又は電極などが各基板、層、膜、又は電極などの「上（ｏｎ）」に、又は「下（ｕｎｄｅｒ）」に形成されるものとして記載される場合において、「上（ｏｎ）」と「下（ｕｎｄｅｒ）」は、「直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）」又は「他の構成要素を介在して（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）」形成されるものを全て含む。また、各構成要素の上又は下に対する基準は、図面を基準に説明する。図面における各構成要素の大きさは説明のために誇張されてもよく、実際に適用される大きさを意味するものではない。
図１乃至図９は、第１実施例による太陽光発電装置の製造方法を示す断面図である。図２は、後面電極層を形成するためのマスクを示す平面図である。図３は、マスクによって後面電極層が形成された状態を示す平面図である。
図１及び図３を参照すると、基板１００が提供され、前記基板１００上に後面電極層２００が形成される。
前記基板１００はガラス（ｇｌａｓｓ）が使用されており、アルミナのようなセラミック基板１００、ステンレススチール、チタン基板１００又はポリマ基板１００などが使用されてもよい。ガラス基板１００としては、ソーダライムガラス（ｓｏｄａｌｉｍｅ ｇｌａｓｓ）を使用してもよく、ポリマ基板１００としては、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）を使用してもよい。また、前記基板１００はリジッド（ｒｉｇｉｄ）であるかフレキシブル（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）であってもよい。
前記後面電極層２００を形成するため、前記基板１００上にマスク１０が配置される。
前記マスク１０は、前記基板１００上に前記後面電極層２００を形成するための物質を選択的に蒸着させる。図２を参照すると、前記マスク１０は、四角枠１１及び四角枠１１に固定される多数個の金属ワイヤ１２を含んでもよい。この際、前記金属ワイヤ１２は第１方向に互いに並んで延長される。前記金属ワイヤ１２の両端が前記四角枠１１に固定され、前記金属ワイヤ１２はぴんと張られた状態を維持する。
前記マスク１０は、透過部ＴＡ及び遮断部ＢＡを含む。前記透過部ＴＡは前記金属ワイヤ１２の間の領域に該当し、前記遮断部ＢＡは、前記金属ワイヤ１２が配置される領域に該当する。
即ち、前記マスク１０の透過部ＴＡを介して、前記基板１００上に前記後面電極層２００を形成するための物質が蒸着される。また、前記マスク１０の遮断部ＢＡによって、前記後面電極層２００を形成するための物質が遮断される。
前記後面電極層２００を形成するための物質の例としては、金属などの導電体で形成されてもよい。例えば、前記後面電極層２００はモリブデン（Ｍｏ）ターゲットを使用し、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）工程によって形成されてもよい。
これは、モリブデンが有する高い電気伝導度、光吸収層とのオーミック（ｏｈｍｉｃ）接合、Ｓｅ雰囲気下での高温安定性のためである。
上述した前記マスク１０は、前記後面電極層２００が形成される領域のみオープン（ｏｐｅｎ）された形で形成される。即ち、前記マスク１０は、前記後面電極層２００の間の領域のみを覆うように形成されてもよい。
これによって、前記後面電極層２００には前記金属ワイヤ１２に対応する第１貫通溝２０１が形成される。前記第１貫通溝２０１は、前記基板１００の上面を露出しながら形成される。前記第１貫通溝２０１は、前記第１方向に延長される形状を有する。前記第１貫通溝２０１によって、前記後面電極層２００は多数個の後面電極２１０で区分される。
前記第１貫通溝２０１の内側面は前記基板１００の上面に対して斜めである。前記第１貫通溝２０１の上部の幅は、前記第１貫通溝２０１の底面の幅より更に大きい。この際、前記第１貫通溝２０１の底面の幅は、約５０μｍ乃至１００μｍであってもよい。
前記後面電極２１０の側壁は斜めである。例えば、前記後面電極２１０の断面は台形状を有してもよい。即ち、前記後面電極２１０の上部の幅Ｗ１が前記基板１００と接する下部の幅Ｗ２より狭く形成されてもよい。
また、前記マスク１０を配置させる高さに応じて、前記後面電極２１０の側壁の傾斜度を調節することができる。前記後面電極２１０の側壁の傾斜度を調節する方法を、図４及び図５で簡略に図示する。
図４は、前記マスク１０を前記基板１００上に第１距離Ｄ１に配置させ、図５は前記基板１００上に第２距離Ｄ２に配置させた後、ターゲット５０によって蒸着工程を進行することを示している。
この際、前記マスク１０が前記第１距離Ｄ１より第２距離Ｄ２で前記基板１００と更に遠く離れており、前記第１距離Ｄ１で形成された第１角θ１）より前記第２距離Ｄ２）で形成された第２角θ２が更に大きく形成される。
即ち、影効果（ｓｈａｄｏｗ ｅｆｆｅｃｔ）によって第２距離Ｄ２で形成された後面電極２１２の側壁の傾斜度が、前記第１距離Ｄ１で形成された後面電極２１１の側壁の傾斜度より大きく形成される。
従って、前記マスク１０と基板１００の距離を調節して前記基板１００と前記第１貫通溝２０１の内側面の傾斜角度θを調節することができ、前記マスク１０と基板１００の距離（Ｄ）が大きくなるほど前記傾斜角度θは大きくなってもよい。
この際、前記基板１００の上面と第１貫通溝２０１の内側面の間の角度、即ち、前記傾斜角度θは、約９１°乃至１７０°であってもよい。更に詳しくは、前記傾斜角度θは前記第１貫通溝２０１の内側面が主に延長される方向と前記基板１００の上面の間の角度であり、約１００°乃至１２０°であってもよい。
上述したように、前記第１貫通溝２０１は前記基板１００の上面を露出させ、前記後面電極２１０から分離される。従って、前記後面電極層２００を形成するため、前記後面電極層２１０が分離されるための非真空方式のパターニング工程を必要としない。従って、前記後面電極２１０が分離されるために、レーザスクライビング工程のような非真空方式のパターニング工程を進行するための待機時間が所要されない。
そして、次に真空で形成される光吸収層形成工程を真空状態で直ちに進行することができ、工程時間を短出することができる。また、レーザを使用せずにパターンを形成し、前記後面電極２１０が膨れ上がる現象（ｂｕｒｒ）を防止することができる。即ち、本実施例による太陽光発電装置の製造方法は、強制的に後面電極層２００の一部を除去し、前記後面電極２１０を形成しない。これによって、前記後面電極２１０の一部が膨れ上がるか、パターニング工程による前記後面電極２１０の劣化が防止される。結果的に、前記後面電極層２００と基板１００の密着度が向上される。
この際、前記マスク１０は、金属（ｍｅｔａｌ）及び後面電極層２００として使用する材料から形成されてもよい。例えば、前記金属ワイヤ１２はモリブデンなどで形成されてもよい。
また、図示していないが、前記後面電極層２００は少なくとも一つ以上の層で形成されてもよい。前記後面電極層２００が複数個の層で形成される際、前記後面電極層２００を成す層は互いに異なる物質で形成されてもよい。
また、図３に示したように、前記後面電極層２００はストライプ（ｓｔｒｉｐｅ）形態又はマトリックス（ｍａｔｒｉｘ）形態で配置されてもよく、それぞれのセルに対応してもよい。
しかし、前記後面電極層２００は前記の形態に限らず、多様な形態で形成されてもよい。
そして、図６に示したように、前記後面電極層２００上に光吸収層３００、バッファ層４００が形成される。
前記光吸収層３００は、Ｉｂ−ＩＩＩｂ−ＶＩｂ系化合物を含む。更に詳しくは、前記光吸収層３００は、銅−インジウム−ガリウム−セレナイド系（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２，ＣＩＧＳ系）化合物を含む。
これとは異なって、前記光吸収層３００は、銅−インジウム−セレナイド系（ＣｕＩｎＳｅ２，ＣＩＳ系）化合物又は 銅−ガリウム−セレナイド系（ＣｕＧａＳｅ２，ＣＧＳ系）化合物を含んでもよい。
例えば、前記光吸収層３００を形成するために銅ターゲット、インジウムターゲット及びガリウムターゲットを使用し、前記後面電極層２００上にＣＩＧ系金属プリカーサ（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）膜が形成される。
次に、前記金属プリカーサ膜はセレニゼーション（ｓｅｌｅｎｉｚａｔｉｏｎ）工程によって、セレン（Ｓｅ）と反応してＣＩＧＳ系光吸収層３００が形成される。
また、前記金属プリカーサ膜を形成する工程及びセレニゼーション工程の間、前記基板１００に含まれたアルカリ（ａｌｋａｌｉ）成分が前記後面電極層２００を介して、前記金属プリカーサ及び前記光吸収層３００に拡散される。アルカリ成分は前記光吸収層３００のグレイン（ｇｒａｉｎ）の大きさを向上させ、結晶性を向上させることができる。
また、前記光吸収層３００は銅、インジウム、ガリウム、セレナイド（Ｃｕ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｓｅ）を同時蒸着法（ｃｏ−ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）によって形成してもよい。
前記光吸収層３００は外部の光を入射され、電気エネルギに変換させる。前記光吸収層３００は、光電効果によって光起電力を生成する。
この際、光吸収層３００を形成する物質は前記第１貫通溝２０１に埋め込まれる。
前記バッファ層４００は少なくとも一つの層で形成され、前記光吸収層３００が形成された前記基板１００上に硫化カドミウム（ＣｄＳ），ＩＴＯ，ＺｎＯ，ｉ−ＺｎＯのうちいずれか一つ又はこれらの積層で形成されてもよい。
この際、前記バッファ層４００はｎ型半導体層であり、前記光吸収層３００はｐ型半導体層である。従って、前記光吸収層３００及びバッファ層４００は、ｐｎ接合を形成する。
前記バッファ層４００は、前記光吸収層３００と次に形成される前面電極との間に配置される。
即ち、前記光吸収層３００と前面電極は格子常数とエネルギバンドギャップの差が大きいため、バンドギャップが２つの物質の中間に位置する前記バッファ層４００を挿入して良好な接合を形成することができる。
本実施例では、一つのバッファ層４００を前記光吸収層３００上に形成したが、これに限らず、前記バッファ層４００は複数個の層で形成されてもよい。
次に、図７に示したように、前記光吸収層３００及びバッファ層４００を貫通する第２貫通溝３１０が形成される。
前記第２貫通溝３１０は機械的な方法で形成されてもよく、前記後面電極層２００の一部が露出される。
そして、図８に示したように、前記バッファ層４００上に透明な導電物質を積層し、前面電極層５００及び接続配線７００を形成する。
前記透明な導電物質を前記バッファ層４００上に積層させる際、前記透明な導電物質が前記コンタクトパターン３１０の内部にも挿入され、前記接続配線７００を形成してもよい。
前記後面電極層２００と前面電極層５００は、前記接続配線７００によって電気的に接続される。
前記前面電極層５００は、前記基板１００上にスパッタリング工程を進行し、アルミニウムでドッピングされた酸化亜鉛で形成される。
前記前面電極層５００は前記光吸収層３００とｐｎ接合を形成するウィンドウ（ｗｉｎｄｏｗ）層であり、太陽電池前面の透明電極の機能を果たすため、光透過率が高くて電気伝導性のよい酸化亜鉛（ＺｎＯ）で形成される。
この際、前記酸化亜鉛にアルミニウムをドッピングすることで、低い抵抗値を有する電極を形成することができる。
前記前面電極層５００である酸化亜鉛薄膜は、ＲＦスパッタリング方法でＺｎＯターゲットを使用して蒸着する方法と、Ｚｎターゲットを利用した反応性スパッタリング、そして有機金属化学蒸着法などで形成されてもよい。
また、電気光学的特性の優れたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）薄膜を酸化亜鉛薄膜上に蒸着した２重構造を形成してもよい。
次に、図９に示したように、前記光吸収層３００、バッファ層４００及び前面電極層５００を貫通する分離パターン３２０を形成する。
前記分離パターン３２０は機械的な方法で形成されてもよく、前記後面電極層２００の一部が露出される。
前記バッファ層４００及び前面電極層５００は前記分離パターン３２０によって区分されてもよく、前記分離パターン３２０によってそれぞれのセルは互いに分離されてもよい。
前記分離パターン３２０によって、前記前面電極層５００、バッファ層４００及び光吸収層３００はストライプ形態又はマトリックス形態で配置されてもよい。
前記分離パターン３２０は前記の形態に限らず、多様な形態で形成されてもよい。
前記分離パターン３２０によって前記後面電極層２００、光吸収層３００、バッファ層４００及び前面電極層５００を含むセル（Ｃ１，Ｃ２）が形成される。
この際、前記接続配線７００によってそれぞれのセルは互いに連結されてもよい。即ち、前記接続配線７００は、第２セルの後面電極層と前記第２セルに隣接する前記第１セルの前面電極層５００を電気的に接続する。
図９に示したように、実施例によって、前記基板１００、前記後面電極層２００、前記光吸収層３００及び前記前面電極層５００を含む太陽光発電装置が提供される。
前記後面電極層２００は前記基板１００上に互いに離隔されて配置され、前記光吸収層３００は前記後面電極層２００上に電極間連結のための前記コンタクトパターン３１０及び単位セルに分けるための分離パターン３２０を含んで形成されてもよい。
前記前面電極層５００は前記光吸収層３００上に形成され、前記分離パターン３２０によって離隔されて配置される。
また、前記前面電極層５００は前記コンタクトパターン３１０内に挿入されて前記後面電極層２００と電気的に連結され、前記後面電極２１０の側壁は斜めであってもよい。
以上で説明した本実施例による太陽電池及びその製造方法は、後面電極層２００のパターニング工程のための待機工程なく全て真空工程で進行され、工程時間を短縮することができる。
また、前記後面電極層２００の形成の際には前記マスク１０を利用して形成し、レーザを使用したパターニングで発生する膨れ現象を防止することができる。また、更に精密なパターニングが可能であるため、非活性領域を減少させることができ、太陽光発電装置の光効率が増加され得る。
即ち、本実施例による太陽光発電装置の製造方法は前記マスク１０を使用し、前記後面電極２１０を真空工程で分離する。これによって、前記後面電極層２００がパターニングされるために、非真空方式のパターニング工程を必要としない。
従って、実施例による太陽光発電装置の製造方法は工程時間を減らすことができ、前記後面電極層２００の機械的又は熱的な損傷を防止することができる。
図１０乃至図１５は、第２実施例による太陽電池の製造方法を示す断面図である。本実施例に対する説明において、上述した実施例を参考にしてもよい。即ち、変更された部分を除いて、上述した実施例に対する説明は、本実施例に対する説明に本質的に結合し得る。
まず、図１０に示したように、基板１００上に予備の後面電極層２０２が形成される。
前記基板１００はガラスが使用されており、アルミナのようなセラミック基板１００、ステンレススチール、チタン基板１００又はポリマ基板１００などが使用されてもよい。ガラス基板１００としてはソーダライムガラスを使用してもよく、ポリマ基板１００としてはポリイミドを使用してもよい。また、前記基板１００はリジッドであるかフレキシブルであってもよい。
前記予備の後面電極層２０２は金属などの導電体で形成されてもよい。例えば、前記予備の後面電極層２０２はモリブデンターゲットを使用し、スパッタリング工程によって形成されてもよい。これは、モリブデンが有する高い電気伝導度、光吸収層とのオーミック接合、Ｓｅ雰囲気下での高温安定性のためである。また、図示していないが、前記予備の後面電極層２０２は少なくとも一つ以上の層で形成されてもよい。前記予備の後面電極層２０２が複数個の層で形成される際、前記後面電極２０２を成す層は互いに異なる物質で形成されてもよい。
次に、図１１に示したように、前記予備の後面電極層２０２にパターニング工程を進行して後面電極層２００を形成する。前記後面電極層２００は第１貫通溝２０１によって、前記基板１００が露出されるように形成されてもよい。
また、前記後面電極層２００はストライプ形態又はマトリックス形態で配置されてもよく、それぞれのセルに対応してもよい。しかし、前記後面電極層２００は前記の形態に限らず、多様な形態で形成されてもよい。
また、前記後面電極層２００は、上述した実施例と同じ方式でマスク１０を介してモリブデンなどが蒸着されて形成されてもよい。即ち、前記後面電極層２００は、レーザなどのパターニング工程を経ることなく、マスクによるパターニングによって形成されてもよい。
次に、図１２に示したように、前記後面電極層２００上に光吸収層３００、バッファ層４００が形成される。
前記光吸収層３００及び前記バッファ層４００を形成するために、前記後面電極層２００上に第１マスク２０が配置される。前記第１マスク２０は、前記後面電極層２００上に前記光吸収層３００を形成するための物質を選択的に蒸着させる。また、前記第１マスク２０は、前記後面電極層２００上に前記バッファ層４００を形成するための物質を選択的に蒸着させる。
図１３を参照すると、前記第１マスク２０は第１四角枠２１、前記第１四角枠２１に固定される多数個の第１金属ワイヤ２２及び多数個の第２金属ワイヤ２３を含んでもよい。この際、前記第１金属ワイヤ２２及び前記第２金属ワイヤ２３は、第１方向に互いに並んで延長される。前記第１金属ワイヤ２２及び前記第２金属ワイヤ２３の両端が前記第１四角枠２１に固定され、前記第１金属ワイヤ２２及び第２金属ワイヤ２３はぴんと張られた状態を維持する。
また、前記第１金属ワイヤ２２及び前記第２金属ワイヤ２３は互いに一対に配置される。即ち、一つの第１金属ワイヤ及び一つの第２金属ワイヤが互いに隣接して配置される。
前記第１マスク２０は、透過部ＴＡ及び遮断部ＢＡを含む。前記透過部ＴＡは、前記第１及び第２金属ワイヤ２２，２３の間の領域に該当し、前記遮断部ＢＡは、前記第１及び第２金属ワイヤ２２，２３が配置される領域に該当する。
即ち、前記第１マスク２０の透過部ＴＡを介して前記後面電極層２００上に前記光吸収層３００を形成するための物質が蒸着される。また、前記光吸収層３００上には、前記第１マスク２０の透過部ＴＡを介して前記バッファ層４００を形成するための物質が蒸着される。また、前記第１マスク２０の遮断部ＢＡをよって、前記光吸収層３００及び前期バッファ層４００を形成するための物質が遮断される。
前記光吸収層３００は、Ｉｂ−ＩＩＩｂ−ＶＩｂ系化合物を含む。更に詳しくは、前記光吸収層３００は、銅−インジウム−ガリウム−セレナイド系化合物を含む。
これとは異なって、前記光吸収層３００は、銅−インジウム−セレナイド系化合物又は銅−ガリウム−セレナイド系化合物を含んでもよい。
例えば、前記光吸収層３００を形成するために銅ターゲット、インジウムターゲット及びガリウムターゲットを使用し、前記後面電極層２００上にＣＩＧ系金属プリカーサ膜が形成される。
次に、前記金属プリカーサ膜はセレニゼーション工程によって、セレンと反応してＣＩＧＳ系光吸収層３００が形成される。
また、前記金属プリカーサ膜を形成する工程及びセレニゼーション工程の間、前記基板１００に含まれたアルカリ成分が前記後面電極層２００を介して、前記金属プリカーサ及び前記光吸収層３００に拡散される。アルカリ成分は前記光吸収層３００のグレインの大きさを向上させ、結晶性を向上させることができる。
また、前記光吸収層３００は、銅、インジウム、ガリウム、セレナイドを同時蒸着法によって形成してもよい。
前記光吸収層３００は外部の光を入射され、電気エネルギに変換させる。前記光吸収層３００は、光電効果によって光起電力を生成する。
前記バッファ層４００は少なくとも一つの層で形成され、前記光吸収層３００が形成された前記基板１００上に硫化カドミウム，ＩＴＯ，ＺｎＯ，ｉ−ＺｎＯのうちいずれか一つ又はこれらの積層で形成されてもよい。
この際、前記バッファ層４００はｎ型半導体層であり、前記光吸収層３００はｐ型半導体層である。従って、前記光吸収層３００及びバッファ層４００はｐｎ接合を形成する。
前記バッファ層４００は、前記光吸収層３００と次に形成される前面電極層５００との間に配置される。即ち、前記光吸収層３００と前面電極は格子常数とエネルギバンドギャップの差が大きいため、バンドギャップが２つの物質の中間に位置する前記バッファ層４００を挿入して良好な接合を形成することができる。
本実施例では、一つのバッファ層４００を前記光吸収層３００上に形成したが、これに限らず、前記バッファ層４００は複数個の層で形成されてもよい。
この際、前記光吸収層３００及びバッファ層４００は、前記第１マスク２０を利用して形成される。これによって、前記光吸収層３００及び前記バッファ層４００には多数個の第２貫通溝３１０及び多数個の第３貫通溝３２０が形成される。前記第２貫通溝３１０及び前記第３貫通溝３２０は、前記光吸収層３００及び前記バッファ層４００を貫通する。
即ち、前記後面電極層２００が形成された前記基板１００上に前記第１マスク２０を介してスパッタリングのような蒸着工程が進行される。これによって、前記第１金属ワイヤ２２に対応する領域に前記第２貫通溝３１０がそれぞれ形成される。また、前記第２金属ワイヤ２３に対応する領域に前記第３貫通溝３２０がそれぞれ形成される。
この際、前記第２貫通溝３１０及び前記第３貫通溝３２０は前記後面電極層２００を露出させる。また、前記第２貫通溝３１０及び前記第３貫通溝３２０の内側面は斜めである。従って、前記第２貫通溝３１０の上部の幅Ｗ３が下部の幅Ｗ４より広く形成されてもよい。同じく、前記第３貫通溝３２０の上部の幅が下部の幅より広く形成されてもよい。
また、上述した第１実施例のように、前記第１マスク２０を配置させる高さに応じる影効果によって前記第２貫通溝３１０及び前記第３貫通溝３２０の内側面の傾斜度を調節してもよい。
前記第２貫通溝３１０の内側面の傾斜度を調節する方法を図１４及び図１５に簡略に図示する。
図１４は、前記第１マスク２０を前記後面電極層２００から第３距離Ｄ３に配置させ、図１５は前記後面電極層２００から第４距離Ｄ４に配置させた後、ターゲット５０によって蒸着工程を進行することを示す図である。
この際、前記第３距離Ｄ３より第４距離Ｄ４が前記基板１００から更に遠く離れており、前記第３距離Ｄ３で形成された第３角θ３より前記第４距離Ｄ４で形成された第４角θ４が更に大きく形成される。
即ち、影効果によって第４距離Ｄ４で形成された第２貫通溝３１０の内側面の傾斜度が、前記第３距離Ｄ３で形成された第２貫通溝３１０の内側面の傾斜度より大きく形成される。
従って、前記第１マスク２０と前記後面電極層２００との距離を調節して前記後面電極層２００と前記第２貫通溝３１０に形成される連結パターンの接触角度θを調節することができ、前記第１マスク２０と後面電極層２００との距離Ｄが大きくなるほど傾斜角度θは大きくなってもよい。
ここで、前記第３角θ３と第４角θ４は、前記後面電極層２００の上面と前記第２貫通溝の内側面との間の角度である。更に詳しくは、前記第３角θ３と第４角θ４は、前記基板１００の上面及び前記第２貫通溝３２０の内側面との間の角度である。即ち、前記後面電極層２００の上面及び前記基板１００の上面は実質的に平行する。
前記後面電極層２００の上面及び前記第２貫通溝３２０の内側面の間の角度である第１傾斜角度θは、約９１°乃至１７０°であってもよい。更に詳しくは、前記第１傾斜角度θは、約９１°乃至１２０°であってもよい。
同じく、前記後面電極層２００の上面及び前記第３貫通溝３２０の内側面の間の角度である第２傾斜角度は、約９１°乃至１７０°であってもよい。更に詳しくは、前記第２傾斜角度は、約９１°乃至１２０°であってもよい。
次に、図１６に示したように、前記バッファ層４００上に透明な導電物質を積層し、前面電極層５００及び接続配線７００を形成する。
前記前面電極層５００は第２マスク３０を利用して形成されてもよい。前記第２マスク３０は、前記前面電極層５００を形成するための物質を前記バッファ層４００上に選択的に蒸着する。更に詳しくは、前記第２マスク３０を介し、前記第３貫通溝３３０を除いた部分にのみ前記前面電極層５００を形成するための物質が蒸着される。
即ち、前記バッファ層４００が形成された前記基板１００上に前記第２マスク３０を配置させた後、スパッタリングのような蒸着工程が進行し、前記前面電極層５００を形成してもよい。
図１７を参照すると、前記第２マスク３０は第２四角枠３１及び前記第２四角枠３１に固定される第３金属ワイヤ３２を含む。この際、前記第３金属ワイヤ３２は第１方向に互いに並んで延長される。前記第３金属ワイヤ３２の両端が前記四角枠３１に固定され、前記第３金属ワイヤ３２はぴんと張られた状態を維持する。
前記第２マスク３０は、透過部ＴＡ及び遮断部ＢＡを含む。前記透過部ＴＡは、前記第３金属ワイヤ３２の間の領域に該当し、前記遮断部ＢＡは、前記第３金属ワイヤ３２が配置される領域に該当される。
即ち、前記第２マスク３０の透過部ＴＡを介し、前記バッファ層４００上に前記前面電極層５００を形成するための物質が蒸着される。また、前記第２マスク３０の遮断部ＢＡによって、前記前面電極層５００を形成するための物質が遮断される。
前記第３金属ワイヤ３２は、それぞれ前記第３貫通溝３２０に対応して配置される。即ち、前記第２マスク３０は、前記第３金属ワイヤ３２が前記第３貫通溝に対応するよう、前記バッファ層４００上にアラインされる。
これによって、前記前面電極層５００には前記第３貫通溝３２０に対応する第４貫通溝５１０が形成される。前記第３貫通溝３２０及び前記第４貫通溝５１０は互いに連結され、一体に形成されてもよい。
図面とは異なって、前記第３貫通溝３２０及び前記第４貫通溝５１０は互いに少し食い違ってもよい。
前記第４貫通溝５１０の内側面は前記基板１００の上面に対して斜めであってもよい。即ち、前記第４貫通溝５１０の内側面は、前記光吸収層３００の上面に対して斜めであってもよい。また、前記第４貫通溝５１０の内側面は、前記バッファ層４００の上面に対して斜めであってもよい。
また、前記第４貫通溝５１０の断面は、逆台形状を有してもよい。即ち、前記第４貫通溝５１０の上部の幅が下部の幅より広く形成されてもよい。また、上述したように、前記第２マスク３０を配置させる高さを調節し、前記第４貫通溝５１０の第３傾斜角度が調節されてもよい。
前記基板１００の上面及び前記第４貫通溝５１０の内側面の間の角度である第３傾斜角度は、約９１°乃至１７０°であってもよい。更に詳しくは、前記第３傾斜角度は、約９１°乃至１２０°であってもよい。ここで、前記基板１００の上面及び前記バッファ層４００の上面は実質的に平行してもよい。
前記前面電極層５００として使用される物質の例としては透明な導電物質などが挙げられる。例えば、前記透明な導電物質は、アルミニウムがドッピングされたジンクオキサイド（Ａ１ ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ：ＡＺＯ）又はインジウムチンオキサイドであってもよい。
前記透明な導電物質は前記第２マスク３０を介して前記バッファ層４００上に蒸着される。これによって、前記第２貫通溝３１０の内側に前記透明な導電物質が蒸着され、前記第２貫通溝３１０の内側に接続配線７００が形成される。前記後面電極層２００と前面電極層５００は、前記接続配線７００によって電気的に接続される。
前記前面電極層５００は、前記光吸収層３００とｐｎ接合を形成するウィンドウ層であり、太陽電池前面の透明電極の機能を果たすため、光透過率が高くて電気伝導性のよい酸化亜鉛で形成されてもよい。この際、前記酸化亜鉛にアルミニウムをドッピングすることで、低い抵抗値を有する電極を形成してもよい。
前記前面電極層５００である酸化亜鉛薄膜は、ＲＦスパッタリング方法でＺｎＯターゲットを使用して蒸着する方法と、Ｚｎターゲットを利用した反応性スパッタリング、そして有機金属化学蒸着法などで形成されてもよい。
また、電気光学的特性が優れるＩＴＯ薄膜を酸化亜鉛薄膜上に蒸着した２重構造を形成してもよい。
前記第３貫通溝３２０及び前記第４貫通溝５１０は互いに連結されて分離パターンを形成する。これによって、前記バッファ層４００及び前面電極層５００は前記分離パターンによって区分されてもよく、前記分離パターンによってそれぞれのセルは互いに分離されてもよい。
そして、前記分離パターンによって、前記バッファ層４００及び光吸収層３００はストライプ形態又はマトリックス形態で配置されてもよい。前記分離パターンは前記の形態に限らず、多様な形態で形成されてもよい。
前記分離パターンによって前記後面電極層２００、光吸収層３００、バッファ層４００及び前面電極層５００を含むセルが区分される。
この際、前記接続配線７００によってそれぞれのセルは互いに連結されてもよい。即ち、前記接続配線７００は、第２セルの後面電極層２００と前記第２セルに隣接する前記第１セルの前面電極層５００を電気的に接続する。
本実施例による太陽光発電装置は、前記基板１００、前記後面電極層２００、前記光吸収層３００及び前記前面電極層５００を含む。
前記後面電極層２００は前記基板１００上に互いに離隔されて配置され、前記光吸収層３００は前記後面電極層２００上に電極間連結のためのコンタクトパターン３１０及び単位セルに分けるための分離パターンを含んで形成されてもよい。
前記前面電極層５００は前記光吸収層３００上に形成され、前記分離パターンによって離隔されて配置される。
また、前記前面電極層５００は前記コンタクトパターン３１０内に挿入され、前記後面電極層２００と電気的に接続される。
また、前記第２貫通溝３１０及び前記第３貫通溝３２０の側壁は斜めに形成されてもよく、上部の幅が下部の幅より広く形成されてもよい。
以上で説明した実施例による太陽電池及びこれの製造方法は、パターニング工程のための待機工程なく全て真空工程で進行され、工程時間を短縮することができる。
また、前記光吸収層３００、バッファ層４００及び前記前面電極層５００の形成の際、前記第１マスク２０及び前記第２マスク３０を利用する。この際、前記第２貫通溝３１０、前記第３貫通溝３２０及び前記第４貫通溝５１０は真空蒸着工程から形成される。これによって、機械的なパターニングによって発生し得る剥がれ現象を防止することができる。
また、実施例による太陽光発電装置の製造方法は、機械的な方法でパターニングするより精密なパターニングが可能である。これによって、非活性領域が減少され、実施例による太陽光発電装置の光効率が増加される。
特に、本実施例では、前記第１マスク２０を使用して前記光吸収層３００及びバッファ層４００を形成することで、追加的なパターニング工程を必要とせず、パターニング工程による待機工程を必要としない。
そして、次に真空で形成される上部電極形成工程を直ちに進行することができるため工程時間を短縮すことができ、機械的な方法を使用せずにパターンを形成し、前記光吸収層３００及びバッファ層４００の剥がれ現象を防止することができる。
また、機械的な方法を利用してパターニングするより前記第２貫通溝３１０内部の均一性（ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）が向上される。また、前記バッファ層４００の上面と前記第２貫通溝３１０の内側面は垂直に接触せず、緩慢に接触する。例えば、前記バッファ層４００の上面及び前記第２貫通溝３１０の内側面は互いにラウンドに接触してもよい。
従って、前記第２貫通溝３１０の内側に前記透明な導電物質が容易に蒸着され得る。これによって、前記連結配線７００のカバレッジ（ｃｏｖｅｒａｇｅ）が強化され、前記連結配線７００の面抵抗（ｓｈｅｅｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）が減少され得る。また、前記透明な導電物質が容易に蒸着されるため、前記連結配線７００の断線が防止される。
また、前記光吸収層３００及び前記バッファ層４００を第１マスク２０を利用してパターニングと共に蒸着し、更に精密なパターニングが可能になって非活性領域を減少させることができるため、太陽電池の光効率が増加される。
特に、本実施例では、前記第２マスク３０を使用して前記前面電極層５００を形成することで、追加的なパターニング工程を必要とせず、パターニング工程による待機工程を必要としない。
そして、追加的なパターニング工程を進行しないため工程時間を短縮することができ、機械的な方法を使用せずにパターンを形成して、前記前面電極層５００の剥がれ現象を防止することができる。
この際、前記第１マスク２０及び前記第２マスク３０は、前記後面電極層として使用する材料から形成されてもよい。例えば、前記第１マスク２０及び前記第２マスク３０はモリブデンから形成されてもよい。
また、前記第１実施例及び前記第２実施例は別に説明されたが、本発明の本質的な特徴が変更されない範囲内で互いに結合されることができる。
以上で実施例を中心に説明したが、これはただの例示であって本発明を限るものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、本実施例の本質的な特性を逸脱しない範囲内で、以上に例示されていない多様な変形と応用が可能であるということが分かるはずである。例えば、実施例に具体的に示した各構成要素は変形して実施してもよいものである。そして、このような変形と応用に関する差は、添付された特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものとして解釈されるべきである。
実施例による太陽光発電装置は、太陽光発電分野に利用される。
Claims (20)
- 基板と、
前記基板上に配置される後面電極層と、
前記後面電極層上に配置される光吸収層と、
前記光吸収層上に配置される前面電極層と、を含み、
前記後面電極層には多数個の溝が形成され、
前記溝の内側面は前記基板の上面に対して斜めである太陽光発電装置。 - 前記後面電極層は、前記溝によって分けられる多数個の後面電極を含み、
前記後面電極の上面の幅は、前記後面電極の下面の幅より更に小さい請求項１に記載の太陽光発電装置。 - 前記溝の内側面及び前記基板の上面の間の角度は９１°乃至１２０°である請求項１に記載の太陽光発電装置。
- 前記溝の底面の幅は５０μｍ乃至１００μｍである請求項１に記載の太陽光発電装置。
- 基板と、
前記基板上に配置される後面電極層と、
前記後面電極層上に配置される光吸収層と、
前記光吸収層上に配置される前面電極層と、を含み、
前記光吸収層に多数個の第１溝が形成され、
前記第１溝の内側面は前記基板の上面に対して斜めである太陽光発電装置。 - 前記前面電極層には多数個の第２溝が形成され、
前記第２溝の内側面は前記基板の上面に対して斜めである請求項５に記載の太陽光発電装置。 - 前記第２溝は、前記前面電極層及び前記光吸収層を貫通する請求項６に記載の太陽光発電装置。
- 前記後面電極層には多数個の第３溝が形成され、
前記第３溝の内側面は前記基板の上面に対して斜めである請求項６に記載の太陽光発電装置。 - 前記第２溝の内側面及び前記基板の上面の間の角度は９１°乃至１２０°である請求項６に記載の太陽光発電装置。
- 前記第１溝にそれぞれ配置される多数個のコンタクトパターンを含み、
前記コンタクトパターンの側面は前記基板の上面に対して斜めである請求項５に記載の太陽光発電装置。 - 前記コンタクトパターンの側面及び前記第３溝の内側面は互いに直接接触する請求項９に記載の太陽光発電装置。
- 前記第１溝の内側面及び前記基板の上面の間の角度は９１°乃至１２０°である請求項５に記載の太陽光発電装置。
- 前記光吸収層及び前記前面電極層の間に介在されるバッファ層を含み、
前記第１溝は、前記バッファ層及び前記光吸収層を貫通する請求項５に記載の太陽光発電装置。 - 前記バッファ層の上面及び前記第１溝が接触する部分はラウンド形状を有する請求項１３に記載の太陽光発電装置。
- 基板上に項面電極層を形成する段階と、
前記後面電極層上に光吸収層を形成する段階と、
前記光吸収層上に前面電極層を形成する段階と、を含み、
前記後面電極層、前記光吸収層又は前記前面電極層を形成する段階において、前記基板上にマスクを配置し、次に、前記後面電極層、前記光吸収層又は前記前面電極層を形成するための原料物質を蒸着する太陽光発電装置の製造方法。 - 前記後面電極層、前記光吸収層及び前記前面電極層は、互いに異なるマスクを使用して形成される請求項１５に記載の太陽光発電装置の製造方法。
- 前記マスクの幅は乃至である請求項１５に記載の太陽光発電装置の製造方法。
- 前記光吸収層及び前記前面電極層の間にバッファ層を形成する段階を含み、
前記光吸収層及び前記バッファ層を形成する段階は、
前記後面電極層上に前記マスクを配置する段階と、
第１マスクを蒸着マスクとして使用し、前記光吸収層を形成する段階と、
前記第１マスクを蒸着マスクとして使用し、前記光吸収層上に前記バッファ層を形成する段階と、を含み、
前記光吸収層及び前記バッファ層には、多数個の第１溝及び前記第１溝にそれぞれ隣接する多数個の第２溝が形成される請求項１５に記載の太陽光発電装置の製造方法。 - 前記第１溝の内側面は前記基板の上面に対して斜めである請求項１８に記載の太陽光発電装置の製造方法。
- 前記前面電極層を形成する段階は、
前記バッファ層上に第２マスクを配置する段階と、
前記第２マスクを蒸着マスクとして使用し、前記前面電極層を形成する段階と、を含み、
前記第２マスクは前記第２溝にそれぞれ対応される請求項１８に記載の太陽光発電装置の製造方法。
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