KR101020941B1 - 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

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박지홍
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예에 따른 태양전지는 기판 상에 서로 이격되어 배치된 제1후면전극 패턴 및 제2후면전극 패턴; 상기 제1후면전극 패턴과 제2후면전극 패턴 사이에 배치된 제1절연막; 상기 제2후면전극 패턴 상에 차례로 적층되어 배치된 광 흡수층, 버퍼층 및 전면전극; 상기 제1후면전극 패턴 상에 형성된 관통전극; 및 상기 광 흡수층, 버퍼층 및 전면전극의 적층물과 상기 관통전극 사이에 배치된 제2절연막을 포함하며, 상기 관통전극과 상기 전면전극은 전기적으로 연결된 것을 포함한다.
태양전지, 관통전극, 연결전극

Description

태양전지 및 이의 제조방법{SOLAR CELL AND METHOD OF FABIRCATING THE SAME}
실시예는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지에 대한 개발이 진행되고 있다.
특히, 유리 기판, 금속 후면 전극층, p형 CIGS 계 광 흡수층, 고저항 버퍼층, n형 창층 등을 포함하는 기판 구조의 pn 헤테로 접합 장치인 CIGS계 태양전지가 널리 사용되고 있다.
이렇게 형성된 태양전지의 효율을 증대시키기 위해, 많은 연구가 진행되고 있다.
실시예는 광 효율을 증대시킬 수 있는 태양전지 및 이의 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 태양전지는 기판 상에 서로 이격되어 배치된 제1후면전극 패턴 및 제2후면전극 패턴; 상기 제1후면전극 패턴과 제2후면전극 패턴 사이에 배치된 제1절연막; 상기 제2후면전극 패턴 상에 차례로 적층되어 배치된 광 흡수층, 버퍼층 및 전면전극; 상기 제1후면전극 패턴 상에 형성된 관통전극; 및 상기 광 흡수층, 버퍼층 및 전면전극의 적층물과 상기 관통전극 사이에 배치된 제2절연막을 포함하며, 상기 관통전극과 상기 전면전극은 전기적으로 연결된 것을 포함한다.
실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 기판 상에 서로 이격되도록 제1후면전극 패턴 및 제2후면전극 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1후면전극 패턴과 제2후면전극 패턴 사이에 제1절연막을 형성하는 단계; 상기 제1후면전극 패턴, 제2후면전극 패턴 및 제1절연막이 형성된 상기 기판 전면에 광 흡수층, 버퍼층 및 전면전극을 차례로 적층하는 단계; 상기 제1후면전극 패턴이 노출되도록 비아홀을 형성하고, 상기 비아홀의 측벽에 제2절연막을 형성하는 단계; 및 상기 제2절연막이 형성된 상기 비아홀을 금속물질로 매립하여 관통전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 관통전극과 상기 전면전극은 전기적으로 연결된 것을 포함한다.
실시예에 따른 태양전지 및 이의 제조방법은 제1후면전극 패턴과 연결된 관통전극 및 연결전극의 면적이 좁아, 광 흡수층인 수광부의 면적을 증가시킬 수 있어, 태양전지의 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 수광부의 면적이 넓어 저전압 고전류의 태양전지를 제작할 수 있으며, 대면적의 태양전지 모듈을 제작하는데에도 적용할 수 있다.
그리고, 관통전극이 형성될 비아홀의 개수 및 간격을 조절하여, 광 흡수층의 전하 수집 효율을 조절할 수 있다.
즉, 태양전지 패널의 전하 수집 효율을 고려하여, 비아홀의 개수 및 간격을 조절할 수 있다.
그리고, 기판의 제1주변영역(Y)과 제2주변영역(Z)으로 제1전극과 제2전극이 노출되어, 이후, 여러 개의 태양전지 패널을 연결하여 사용할 때 전극간 연결이 용이하게 된다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 층, 막 또는 전극 등이 각 기판, 층, 막, 또는 전극 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 15 내지 도 17은 실시예에 따른 태양전지를 도시한 평면도 및 단면도이다.
도 15 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 태양전지는 기판(100), 후면전극(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 전면전극(500), 제1산화막 패턴(250), 제2산화막 패턴(350), 관통전극(600) 및 연결전극(650)을 포함한다.
상기 기판(100)은 유리(glass)가 사용되고 있으며, 알루미나와 같은 세라믹 기판, 스테인레스 스틸, 티타늄기판 또는 폴리머 기판 등도 사용될 수 있다.
상기 후면전극 패턴(200)은 제1후면전극 패턴(201)과 제2후면전극 패턴(202)을 포함하며, 몰리브덴(Mo)과 같은 금속 등의 도전체로 형성될 수 있다.
상기 제1절연막 패턴(250)은 상기 제1홀(205) 내부를 채우도록 형성되어, 상기 제1후면전극 패턴(201)과 제2후면전극 패턴(202)을 분리시킬 수 있다.
상기 제1절연막 패턴(250)은 SiO2 또는 Si3N4를 포함하는 산화막 및 질화막으로 형성될 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 Ⅰb-Ⅲb-Ⅵb계 화합물을 포함한다.
더 자세하게, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In, Ga)Se2, CIGS계) 화합물을 포함한다.
이와는 다르게, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-셀레나이드계(CuInSe2, CIS계) 화합물 또는 구리-갈륨-셀레나이드계(CuGaSe2, CGS계) 화합물을 포함할 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 외부의 광을 입사받아, 전기 에너지로 변환시킨다. 상기 광 흡수층(300)은 광전효과에 의해서 광 기전력을 생성한다.
상기 버퍼층(400)은 적어도 하나 이상의 층으로 형성되며, 상기 광 흡수층(300)이 형성된 상기 기판(100) 상에 황화 카드뮴(CdS), ITO, ZnO, i-ZnO 중 어느 하나 또는 이들의 적층으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 버퍼층(400)은 n형 반도체 층이고, 상기 광 흡수층(300)은 p형 반도체 층이다. 따라서, 상기 광 흡수층(300) 및 버퍼층(400)은 pn 접합을 형성한다.
상기 전면전극(500)은 상기 기판(100) 상에 알루미늄으로 도핑된 산화 아연으로 형성된다.
상기 전면전극(500)은 상기 광 흡수층(300)과 pn접합을 형성하는 윈도우(window)층으로서, 태양전지 전면의 투명전극의 기능을 하기 때문에 광투과율이 높고 전기 전도성이 좋은 산화 아연(ZnO)으로 형성된다.
상기 제2절연막 패턴(350)은 비아홀(310)의 측벽에 형성되며, 상기 비아홀(310) 내부로 상기 전면전극(500)의 일부가 노출될 수도 있으나, 상기 제2절연막 패턴(350)은 상기 버퍼층(400)보다는 높게 형성될 수 있다.
즉, 상기 제2절연막 패턴(350)의 높이는 상기 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 전면전극(500)의 적층물보다는 낮게 형성될 수 있으나, 상기 광 흡수층(300) 및 버퍼층(400)의 적층물보다는 높게 형성될 수 있다.
이에, 상기 비아홀(310)의 측벽에는 상기 제2절연막 패턴(350)이 상기 버퍼층(400)과 광 흡수층(300)을 모두 덮도록 형성될 수 있다.
상기 제2절연막 패턴(350)은 SiO2 또는 Si3N4를 포함하는 산화막 및 질화막으로 형성될 수 있다.
상기 관통전극(600)은 은(Ag), 알루미늄(Al) 또는 이들이 합금(alloy)으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 제2절연막 패턴(350)이 형성된 상기 비아홀(310)의 폭은 10㎛~1㎜의 폭으로 형성되어, 상기 관통전극(600)의 폭(W2) 또한 10㎛~1㎜의 폭으로 형성될 수 있다.
상기 연결전극(650)은 상기 관통전극(600) 상에 형성되어, 상기 관통전극(600)과 전면전극(500)을 전기적으로 연결해준다.
이때, 상기 연결전극(650)의 폭은 상기 관통전극(600)의 폭보다 넓게 형성되어, 상기 관통전극(600) 및 전면전극(500)과 접하도록 형성될 수 있다.
상기 연결전극(650)은 상기 관통전극(600)과 동일한 물질인 은(Ag), 알루미늄(Al) 또는 이들이 합금(alloy) 형태로 형성될 수 있다.
이때, 상기 연결전극(650)의 폭은 20㎛~2㎜의 폭으로 형성될 수 있다.
이렇게 형성된 태양전지는 상기 제1후면전극 패턴(201)과 상기 전면전극(500)이 상기 관통전극(600) 및 연결전극(650)에 의해 연결된 구조를 가진다.
그리고 상기 제2후면전극 패턴(202) 상으로는 광 흡수층(300)이 배치되어, 상기 광 흡수층(300)에서 형성된 전하가 제1후면전극 패턴(201)으로 전달될 수 있 는 구조를 가진다.
또한, 상기 제1후면전극 패턴(201)과 연결된 상기 관통전극(600) 및 연결전극(650)의 면적이 좁아, 상기 광 흡수층(300)인 수광부의 면적을 증가시킬 수 있어, 태양전지의 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 수광부의 면적이 넓어 저전압 고전류의 태양전지를 제작할 수 있으며, 대면적의 태양전지 모듈을 제작하는데에도 적용할 수 있다.
그리고, 상기 관통전극(600)이 형성될 상기 비아홀(310)의 개수 및 간격을 조절하여, 상기 광 흡수층(300)의 전하 수집 효율을 조절할 수 있다.
즉, 태양전지 패널의 전하 수집 효율을 고려하여, 상기 비아홀(310)의 개수 및 간격을 조절할 수 있다.
그리고, 상기 기판(100)의 제1주변영역(Y)과 제2주변영역(Z)으로 제1전극(210)과 제2전극(220)이 노출되어, 이후, 여러 개의 태양전지 패널을 연결하여 사용할 때 전극간 연결이 용이하게 된다.
이하, 태양전지 제조공정에 따라 상기 태양전지를 더 자세히 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 18은 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 평면도 및 단면도이다.
우선, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 후면전극 패턴(200)을 형성한다.
상기 기판(100)은 유리(glass)가 사용되고 있으며, 알루미나와 같은 세라믹 기판, 스테인레스 스틸, 티타늄기판 또는 폴리머 기판 등도 사용될 수 있다.
유리 기판으로는 소다라임 유리(sodalime glass)를 사용할 수 있으며, 폴리머 기판으로는 폴리이미드(polyimide)를 사용할 수 있다.
또한, 상기 기판(100)은 리지드(rigid)하거나 플렉서블(flexible)할 수 있다.
상기 후면전극 패턴(200)은 금속 등의 도전체로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 후면전극 패턴(200)은 몰리브덴(Mo) 타겟을 사용하여, 스퍼터링(sputtering) 공정에 의해 형성될 수 있다.
이는, 몰리브덴(Mo)이 가진 높은 전기전도도, 광 흡수층과의 오믹(ohmic) 접합, Se 분위기 하에서의 고온 안정성 때문이다.
또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 후면전극 패턴(200)은 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다.
상기 후면전극 패턴(200)이 복수개의 층으로 형성될 때, 상기 후면전극 패턴(200)을 이루는 층들은 서로 다른 물질로 형성될 수 있다.
상기 후면전극 패턴(200)은 상기 기판(100) 상에 후면전극막을 형성한 후, 패터닝하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 후면전극 패턴(200)을 형성하는 방법은 이에 한정되지 않고, 상기 기판(100)에 마스크를 배치시킨 후, 상기 후면전극 패턴(200)의 모양대로 증착하여 형성될 수 있다.
상기 후면전극 패턴(200)은 제1후면전극 패턴(201) 및 제2후면전극 패턴(202)을 포함한다.
상기 기판(100)은 셀 영역(X), 제1주변영역(Y) 및 제2주변영역(Z)을 포함한다.
이때, 상기 제1후면전극 패턴(201) 및 제2후면전극 패턴(202)은 상기 셀 영역(X)에 형성된다.
상기 제1후면전극 패턴(201)은 상기 제2후면전극 패턴(202)에 둘러싸인 형태로 형성될 수 있다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1후면전극 패턴(201)의 일부가 상기 제2후면전극 패턴(202)에 삽입된 형태로 형성될 수 있다.
그러나, 상기 제1후면전극 패턴(201)과 제2후면전극 패턴(202)의 모양은 이에 한정되지 않고, 다양한 형태로 형성될 수 있다.
즉, 상기 제1후면전극 패턴(201)이 3개의 패턴으로 형성되고, 상기 제2후면전극 패턴(202)에 둘러싸인 형태로 형성되지만, 상기 제1후면전극 패턴(201)의 길이 및 개수는 여러 가지로 변형될 수 있다.
상기 제1후면전극 패턴(201)과 제2후면전극 패턴(202) 사이에는 홀(205)이 형성되어, 상기 제1후면전극 패턴(201)과 제2후면전극 패턴(202)은 서로 이격되어 형성된다.
상기 제1후면전극 패턴(201) 및 제2후면전극 패턴(202) 형성시, 상기 제1주변영역(Y) 및 제2주변영역(Z)에는 제1전극(210) 및 제2전극(220)이 형성된다.
상기 제1전극(210) 및 제2전극(220)은 상기 제1후면전극 패턴(201) 및 제2후면전극 패턴(202)과 동일한 물질로 형성될 수 있으며, 상기 제1후면전극 패턴(201) 및 제2후면전극 패턴(202) 형성과 동시에 형성될 수 있다.
즉, 상기 제1전극(210)과 제2전극(220)은 상기 제1후면전극 패턴(201) 및 제2후면전극 패턴(202) 형성과 동시에 형성되어, 상기 제1후면전극 패턴(201) 및 제2후면전극 패턴(202)으로부터 연장된 형태로 형성될 수 있다.
상기 제1전극(210) 및 제2전극(220)은 태양전지 모듈을 서로 직렬 연결하여 사용할 때, 서로 다른 태양전지 모듈을 연결하기 위해 사용된다.
이어서, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 홀(205) 및 제1후면전극 패턴(201) 상에 제1절연막 패턴(250)을 형성한다.
상기 제1절연막 패턴(250)은 상기 제1홀(205) 내부를 채우도록 형성되어, 상기 제1후면전극 패턴(201)과 제2후면전극 패턴(202)을 분리시킬 수 있다.
또한, 상기 제1절연막 패턴(250)은 상기 제1후면전극 패턴(201) 상에도 일부가 형성될 수 있다.
즉, 상기 제1절연막 패턴(250)이 상기 제1후면전극 패턴(201) 상에도 형성되나, 상기 제1후면전극 패턴(201)의 일부가 노출될 수 있다.
이때, 상기 제1후면전극 패턴(201) 상에도 상기 제1절연막 패턴(250)이 형성된 영역은 이후 광 흡수층이 상기 제1절연막 패턴(250) 상에 형성되며, 노출된 상기 제1후면전극 패턴(201)에는 이후 관통전극이 형성된다.
또한, 상기 제1절연막 패턴(250)은 셀 영역(X)에만 형성될 수 있다.
상기 제1절연막 패턴(250)은 상기 홀(205), 제1후면전극 패턴(201), 제2후면전극 패턴(202)을 포함하는 상기 기판(100) 상에 제1절연막을 형성한 후, 상기 제2후면전극 패턴(202)과 상기 제1후면전극 패턴(201)의 일부가 노출되도록 선택적 식각 공정을 진행하여 형성할 수 있다.
또한, 상기 제1절연막 패턴(250)을 형성하는 방법은 이에 한정되지 않고, 상기 기판(100) 상에 마스크를 배치시킨 후, 상기 홀(205)과 제1후면전극 패턴(201)의 일부에만 절연막이 증착되도록 할 수도 있다.
이에, 상기 제1절연막 패턴(250)은 상기 홀(205) 내부에 모두 채워지고, 상기 제1후면전극 패턴(201)의 일부만 노출되도록 상기 제1후면전극 패턴(201) 상에도 형성될 수 있다.
상기 제1절연막 패턴(250)은 SiO2 또는 Si3N4를 포함하는 산화막 및 질화막으로 형성될 수 있다.
그리고, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제1절연막 패턴(250)을 포함하는 상기 기판(100)의 셀 영역(X) 전면에 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 전면전극(500)을 형성한다.
상기 광 흡수층(300)은 Ⅰb-Ⅲb-Ⅵb계 화합물을 포함한다.
더 자세하게, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In, Ga)Se2, CIGS계) 화합물을 포함한다.
이와는 다르게, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-셀레나이드계(CuInSe2, CIS계) 화합물 또는 구리-갈륨-셀레나이드계(CuGaSe2, CGS계) 화합물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(300)을 형성하기 위해서, 구리 타겟, 인듐 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하여, 상기 후면전극 패턴(200) 상에 CIG계 금속 프리커서(precursor)막이 형성된다.
이후, 상기 금속 프리커서막은 셀레니제이션(selenization) 공정에 의해서, 셀레늄(Se)과 반응하여 CIGS계 광 흡수층(300)이 형성된다.
또한, 상기 금속 프리커서막을 형성하는 공정 및 셀레니제이션 공정 동안에, 상기 기판(100)에 포함된 알칼리(alkali) 성분이 상기 후면전극 패턴(200)을 통해서, 상기 금속 프리커서막 및 상기 광 흡수층(300)에 확산된다.
알칼리(alkali) 성분은 상기 광 흡수층(300)의 그레인(grain) 크기를 향상시키고, 결정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 광 흡수층(300)은 구리,인듐,갈륨,셀레나이드(Cu, In, Ga, Se)를 동시증착법(co-evaporation)에 의해 형성할 수도 있다.
상기 광 흡수층(300)은 외부의 광을 입사받아, 전기 에너지로 변환시킨다. 상기 광 흡수층(300)은 광전효과에 의해서 광 기전력을 생성한다.
상기 버퍼층(400)은 적어도 하나 이상의 층으로 형성되며, 상기 광 흡수층(300)이 형성된 상기 기판(100) 상에 황화 카드뮴(CdS), ITO, ZnO, i-ZnO 중 어느 하나 또는 이들의 적층으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 버퍼층(400)은 n형 반도체 층이고, 상기 광 흡수층(300)은 p형 반도체 층이다. 따라서, 상기 광 흡수층(300) 및 버퍼층(400)은 pn 접합을 형성한다.
상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300)과 이후 형성될 전면전극의 사이에 배치된다.
즉, 상기 광 흡수층(300)과 전면전극은 격자상수와 에너지 밴드 갭의 차이가 크기 때문에, 밴드갭이 두 물질의 중간에 위치하는 상기 버퍼층(400)을 삽입하여 양호한 접합을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 한 개의 버퍼층을 상기 광 흡수층(300) 상에 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 버퍼층은 복수개의 층으로 형성될 수도 있다.
상기 전면전극(500)은 상기 기판(100) 상에 스퍼터링 공정을 진행하여 알루미늄으로 도핑된 산화 아연으로 형성된다.
상기 전면전극(500)은 상기 광 흡수층(300)과 pn접합을 형성하는 윈도우(window)층으로서, 태양전지 전면의 투명전극의 기능을 하기 때문에 광투과율이 높고 전기 전도성이 좋은 산화 아연(ZnO)으로 형성된다.
이때, 상기 산화 아연에 알루미늄을 도핑함으로써 낮은 저항값을 갖는 전극을 형성할 수 있다.
상기 전면전극(500)인 산화 아연 박막은 RF 스퍼터링방법으로 ZnO 타겟을 사용하여 증착하는 방법과 Zn 타겟을 이용한 반응성 스퍼터링, 그리고 유기금속화학증착법 등으로 형성될 수 있다.
또한, 전기광학적 특성이 뛰어난 ITO(Indium tin Oxide) 박막을 산화 아연 박막 상에 증착한 2중 구조를 형성할 수도 있다.
이어서, 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제1후면전극 패턴(201) 상으로 상기 전면전극(500), 버퍼층(400) 및 광 흡수층(300)을 관통하는 비아홀(310)을 형성한다.
상기 비아홀(310)은 상기 전면전극(500), 버퍼층(400) 및 광 흡수층(300)에 선택적 식각공정을 진행하여 형성될 수 있다.
상기 비아홀(310)로 상기 제1후면전극 패턴(201)이 노출될 수 있으며, 상기 제1절연막 패턴(250)도 일부가 노출될 수 있다.
그러나, 상기 비아홀(310)은 상기 제1절연막 패턴(250)의 크기보다 작게 형성되어, 상기 제2후면전극 패턴(202)은 노출되지 않는다.
본 실시예에서는 상기 비아홀(310)을 원형으로 형성하였으나, 모양은 이에 한정되지 않고 여러가지 모양으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 비아홀(310)은 적어도 하나 이상 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는 상기 비아홀(310)이 6개 형성된 것을 도시하였다.
상기 비아홀(310)이 본 실시예에서와 같이 복수개 형성된 경우, 상기 비아홀(310) 사이의 간격은 0.5㎝ 내지 3㎝의 간격으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 비아홀(310)은 상기 기판(100)에 적어도 하나 이상 형성될 수 있으며, 0.16~16개/㎠가 형성될 수 있다.
그리고, 도 12 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 비아홀(310)의 측벽에 제2절연막 패턴(350)을 형성한다.
상기 제2절연막 패턴(350)은 상기 비아홀(310)이 형성된 상기 기판(100 전면에 제2절연막을 형성한 후, 이방성 식각 공정을 진행하여, 상기 비아홀(310)의 측벽에만 상기 제2절연막이 남겨지도록 형성될 수 있다.
즉, 상기 제2절연막에 이방성 식각 공정을 진행하면, 수직적으로 식각비율이 높아, 상기 비아홀(310)의 측벽에는 상기 제2절연막 패턴(350)이 형성된다.
이때, 상기 제2절연막 패턴(350)이 형성된 상기 비아홀(310)로 상기 제1후면전극 패턴(201)이 노출된다.
그리고, 상기 비아홀(310) 내부로 상기 전면전극(500)의 일부가 노출될 수도 있으나, 상기 제2절연막 패턴(350)은 상기 버퍼층(400)보다는 높게 형성될 수 있다.
즉, 상기 제2절연막 패턴(350)의 높이는 상기 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 전면전극(500)의 적층물보다는 낮게 형성될 수 있으나, 상기 광 흡수층(300) 및 버퍼층(400)의 적층물보다는 높게 형성될 수 있다.
이에, 상기 비아홀(310)의 측벽에는 상기 제2절연막 패턴(350)이 상기 버퍼층(400)과 광 흡수층(300)을 모두 덮도록 형성될 수 있다.
상기 제2절연막 패턴(350)은 SiO2 또는 Si3N4를 포함하는 산화막 및 질화막으로 형성될 수 있다.
이어서, 도 15 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 제2절연막 패턴(350)이 형성된 상기 비아홀(310) 내부를 채우는 관통전극(600) 및 연결전극(650)을 형성한다.
상기 관통전극(600)은 은(Ag), 알루미늄(Al) 또는 이들이 합금(alloy) 형태의 페이스트(paste)를 상기 비아홀(310) 내부에 삽입하여 형성한다.
또한, 상기 관통전극(600)은 상기 비아홀(310) 내부에 상기 물질 이외의 전도성 물질을 삽입하여 형성할 수도 있다.
즉, 상기 비아홀(310)이 형성된 상기 기판(100) 전면에 전도성 물질을 형성한 후, 상기 비아홀(310) 내부에만 전도성 물질이 남겨지도록 식각공정을 진행하여 상기 관통전극(600)이 형성될 수도 있다.
이때, 상기 제2절연막 패턴(350)이 형성된 상기 비아홀(310)의 폭은 10㎛~1㎜의 폭으로 형성되어, 상기 관통전극(600)의 폭(W2) 또한 10㎛~1㎜의 폭으로 형성될 수 있다.
상기 연결전극(650)은 상기 관통전극(600) 상에 형성되어, 상기 관통전극(600)과 전면전극(500)을 전기적으로 연결해준다.
이때, 상기 연결전극(650)의 폭은 상기 관통전극(600)의 폭보다 넓게 형성되어, 상기 관통전극(600) 및 전면전극(500)과 접하도록 형성될 수 있다.
상기 연결전극(650)은 상기 관통전극(600)과 동일한 물질인 은(Ag), 알루미늄(Al) 또는 이들이 합금(alloy) 형태로 형성될 수 있다.
즉, 상기 연결전극(650)은 은(Ag), 알루미늄(Al) 또는 이들이 합금(alloy) 형태의 페이스트(paste)를 상기 관통전극(600)과 전면전극(500)이 연결되도록 상기 관통전극(600)과 전면전극(500) 상에 형성될 수 있다.
이때, 상기 연결전극(650)의 폭은 20㎛~2㎜의 폭으로 형성될 수 있다.
이렇게 형성한 태양전지는 상기 제1후면전극 패턴(201)과 상기 전면전극(500)이 상기 관통전극(600) 및 연결전극(650)에 의해 연결된 구조를 가진다.
그리고 상기 제2후면전극 패턴(202) 상으로는 광 흡수층(300)이 배치되어, 상기 광 흡수층(300)에서 형성된 전하가 제1후면전극 패턴(201)으로 전달될 수 있는 구조를 가진다.
또한, 상기 제1후면전극 패턴(201)과 연결된 상기 관통전극(600) 및 연결전극(650)의 면적이 좁아, 상기 광 흡수층(300)인 수광부의 면적을 증가시킬 수 있어, 태양전지의 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 수광부의 면적이 넓어 저전압 고전류의 태양전지를 제작할 수 있으며, 대면적의 태양전지 모듈을 제작하는데에도 적용할 수 있다.
그리고, 상기 관통전극(600)이 형성될 상기 비아홀(310)의 개수 및 간격을 조절하여, 상기 광 흡수층(300)의 전하 수집 효율을 조절할 수 있다.
즉, 태양전지 패널의 전하 수집 효율을 고려하여, 상기 비아홀(310)의 개수 및 간격을 조절할 수 있다.
그리고, 상기 기판(100)의 제1주변영역(Y)과 제2주변영역(Z)으로 제1전극(210)과 제2전극(220)이 노출되어, 이후, 여러 개의 태양전지 패널을 연결하여 사용할 때 전극간 연결이 용이하게 된다.
즉, 도 18에 도시된 바와 같이, 여러 개의 태양전지 패널을 연결하여 사용할 경우, 상기 제1주변영역(Y)에 형성된 제1전극(210)과 서로 다른 패널에 형성된 제2전극(220)이 서로 연결될 수 있다.
이상에서 설명한 실시예에 따른 태양전지 및 이의 제조방법은 제1후면전극 패턴과 연결된 관통전극 및 연결전극의 면적이 좁아, 광 흡수층인 수광부의 면적을 증가시킬 수 있어, 태양전지의 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 수광부의 면적이 넓어 저전압 고전류의 태양전지를 제작할 수 있으며, 대면적의 태양전지 모듈을 제작하는데에도 적용할 수 있다.
그리고, 관통전극이 형성될 비아홀의 개수 및 간격을 조절하여, 광 흡수층의 전하 수집 효율을 조절할 수 있다.
즉, 태양전지 패널의 전하 수집 효율을 고려하여, 비아홀의 개수 및 간격을 조절할 수 있다.
그리고, 기판의 제1주변영역(Y)과 제2주변영역(Z)으로 제1전극과 제2전극이 노출되어, 이후, 여러 개의 태양전지 패널을 연결하여 사용할 때 전극간 연결이 용이하게 된다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1 내지 도 18은 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 평면도 및 단면도이다.

Claims (12)

  1. 기판 상에 서로 이격되어 배치된 제1후면전극 패턴 및 제2후면전극 패턴;
    상기 제1후면전극 패턴과 제2후면전극 패턴 사이에 배치된 제1절연막;
    상기 제2후면전극 패턴 상에 차례로 적층되어 배치된 광 흡수층, 버퍼층 및 전면전극;
    상기 제1후면전극 패턴 상에 형성된 관통전극; 및
    상기 광 흡수층, 버퍼층 및 전면전극의 적층물과 상기 관통전극 사이에 배치된 제2절연막을 포함하며,
    상기 관통전극과 상기 전면전극은 전기적으로 연결된 것을 포함하는 태양전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 관통전극과 상기 전면전극을 전기적으로 연결하는 연결전극을 더 포함하며,
    상기 연결전극은 상기 관통전극과 전면전극 상에 금속물질로 형성된 것을 포함하는 태양전지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 연결전극의 폭은 상기 관통전극의 폭보다 넓게 형성된 것을 포함하는 태양전지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1후면전극 패턴의 일부는 상기 광 흡수층 하부에 배치되며,
    상기 제1후면전극 패턴의 일부와 상기 광 흡수층 사이에는 상기 제1절연막이 배치되어, 서로 분리된 것을 포함하는 태양전지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1후면전극 패턴으로부터 연장되어 형성된 제1전극; 및
    상기 제2후면전극 패턴으로부터 연장되어 형성된 제2전극을 더 포함하는 태양전지.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 기판은 셀 영역과 주변영역을 포함하며,
    상기 제1후면전극 패턴, 제2후면전극 패턴, 광 흡수층, 버퍼층 및 전면전극의 구조물은 셀 영역에 형성되며,
    상기 제1전극 및 제2전극은 주변영역에 배치되는 것을 포함하는 태양전지.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1전극과 제2전극은 노출된 것을 포함하는 태양전지.
  8. 기판 상에 서로 이격되도록 제1후면전극 패턴 및 제2후면전극 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제1후면전극 패턴과 제2후면전극 패턴 사이에 제1절연막을 형성하는 단계;
    상기 제1후면전극 패턴, 제2후면전극 패턴 및 제1절연막이 형성된 상기 기판 전면에 광 흡수층, 버퍼층 및 전면전극을 차례로 적층하는 단계;
    상기 제1후면전극 패턴이 노출되도록 비아홀을 형성하고, 상기 비아홀의 측벽에 제2절연막을 형성하는 단계; 및
    상기 제2절연막이 형성된 상기 비아홀을 금속물질로 매립하여 관통전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 관통전극과 상기 전면전극은 전기적으로 연결된 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 관통전극과 상기 전면전극을 전기적으로 연결하는 연결전극을 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 연결전극은 상기 관통전극과 전면전극 상에 금속물질로 형성된 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제1후면전극 패턴의 일부는 상기 광 흡수층 하부에 배치되며,
    상기 제1후면전극 패턴의 일부와 상기 광 흡수층 사이에 상기 제1절연막이 배치되어, 서로 분리된 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 제1후면전극 패턴으로부터 연장되어 형성된 제1전극을 형성하는 단계; 및
    상기 제2후면전극 패턴으로부터 연장되어 형성된 제2전극을 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제1전극 및 제2전극은 상기 제1후면전극 패턴 및 제2후면전극 패턴 형성과 동시에 형성되는 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 기판은 셀 영역과 주변영역을 포함하며,
    상기 제1후면전극 패턴, 제2후면전극 패턴, 광 흡수층, 버퍼층 및 전면전극의 구조물은 셀 영역에 형성되며,
    상기 제1전극 및 제2전극은 주변영역에 형성되는 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
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