KR101036165B1

KR101036165B1 - 칼코지나이드계 태양전지의 제조방법

Info

Publication number: KR101036165B1
Application number: KR1020090095663A
Authority: KR
Inventors: 한윤수; 이수재; 김대환; 성시준; 강진규; 이동하
Original assignee: 재단법인대구경북과학기술원
Priority date: 2009-10-08
Filing date: 2009-10-08
Publication date: 2011-05-23
Also published as: KR20110038391A

Abstract

나트륨 화합물과 용매를 포함하는 전착액을 준비하는 단계, 상기 전착액에 P측 전극과 상대전극을 침지시키는 단계, 상기 P측 전극과 상기 상대전극 사이에 전계를 인가하여 상기 P측 전극 상부에 나트륨 수화물 박막을 형성시키는 단계, 상기 P측 전극에 형성된 상기 나트륨 수화물 박막 상부에 칼코지나이드계 태양전지셀을 형성시키는 단계, 및 상기 칼코지나이드계 태양전지셀 상부에 N측 전극을 형성시키는 단계를 포함하는 칼코지나이드계 태양전지의 제조방법이 제공된다.

Description

칼코지나이드계 태양전지의 제조방법{Method for fabricating chalcogenide solar cell}

본 명세서에 개시된 기술은 칼코지나이드계 태양전지의 제조방법 및 이에 의해 제조된 태양전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 나트륨 수화물 박막을 구비하여 향상된 광전변환효율을 갖는 칼코지나이드계 태양전지의 제조방법 및 이에 의해 제조된 태양전지에 관한 것이다.

석유자원 고갈의 위기감, 교토 의정서의 기후변화 협약 발효, 신흥 BRICs 개도국들의 경제성장에 따른 폭발적인 에너지 수요 등 기존 에너지와 차원이 다른 청정 무제한의 에너지가 요구되고 있으며, 국가적인 차원에서 신재생에너지 기술개발이 진행되고 있다. 신재생 에너지 중에서 태양전지(Solar Cell 또는 Photovoltaic Cell)는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광발전의 핵심소자이며, 현재 우주에서부터 가정에 이르기까지 전원공급용으로 광범위하게 활용되고 있다. 태양전지가 처음 만들어진 초기에는 주로 우주용으로 사용되었으나, 1970년대 2차례의 석유파동을 겪으면서 지상용 전원으로 활용하기 위한 가능성에 주목을 받게 되었고, 활발한 연구개발에 의해 1980년대부터 제한적으로 지상발전용으로 사용이 시작되었 다. 최근에는 항공, 기상, 통신 분야에 까지 사용되고 있으며, 태양광자동차, 태양광 에어콘 등도 주목받고 있다.

이러한 태양전지는 주로 실리콘이나 화합물 반도체를 이용하고 있으나, 이들은 반도체 소자 제작공정으로 제조되기 때문에 제조단가가 높으며, 또한 태양전지의 주된 부분을 차지하고 있는 실리콘 태양전지는 실리콘 원자재의 수급에 어려움을 겪고 있다. 이러한 상황에서 최근 실리콘 소재를 전혀 사용하지 않는 CIGS, CdTe와 같은 칼코지나이드(chalcogenide)계 태양전지가 현재 많은 주목을 받고 있다. 칼코지나이드는 칼코젠(chalcogen) 원소인 S, Se, Te를 포함하는 화합물을 의미하며, 태양전지 분야에 많이 응용되는 칼코지나이드 화합물은 IB-IIIA-VIA족 원소로 구성되어 있으며, CuInS₂(CIS), CuGaS₂(CGS), CuInSe₂(CISe), CuGaSe₂(CGSe), CuAlSe₂(CASe), CuInTe₂(CITe), CuGaTe₂(CGTe), Cu(In, Ga)S₂(CIGS), Cu(In, Ga)Se₂(CIGSe), Cu₂ZnSnS₄(CZTS) 등을 예로 들 수 있다. 이러한 칼코지나이드계 화합물 혹은 박막은 밴드갭 에너지가 1 내지 2 eV로서 반도체 중에서 가장 우수한 광흡수계수(1 x 10⁵ cm^-1)를 가질 뿐만 아니라 전기광학적으로도 매우 안정하여 태양전지의 광흡수층으로 매우 이상적인 소재이다. 태양전지 산업에 이용되는 또 다른 칼코지나이드 화합물로는 IIB-VIA족 원소로 구성되어 있는 CdS가 대표적이며, PN 접합이 이루어지는 계면에 위치하는 버퍼소재로서 적합하다. 대표적인 칼코지나이드계 태양전지는 CIGSe를 광흡수층으로 사용하고 있으며, CdS를 버퍼층으로 이용한다. 박막형성 방법으로는 여러 가지 물리 화학적인 제조방법이 이용되고 있다.

일반적으로 CIGSe 박막 태양전지 제작에 있어 소다석회 유리가 사용된다. 그 이유는 CIGSe의 열팽창 계수와 소다석회 유리의 선형 열팽창 계수가 같아 열팽창 계수 차이로 인한 박막 박리현상을 방지할 수 있기 때문이다. 그리고 소다석회유리에 함유된 나트륨(Na) 성분은 CIGSe 박막으로 확산되어 막질을 향상시키는 중요한 역할을 담당한다. Na가 CIGSe계 흡수층에 미치는 영향은 다음과 같다. 입경이 증가됨에 따라 (1 1 2)배향의 촉진, 광흡수층의 정공 농도 증가, 대면적 기판상에서의 균일화 향상, 고효율을 얻을 수 있는 Cu/(In+Ga) 비의 영역이 증가한다. 그래서 최근 Na 성분 첨가 방법 및 균일 제어를 위한 시도가 계속되고 있으며 NaF, Na₂Se, Na₂S와 같은 물질을 진공 증착법을 통하여 첨가하는 방법이 주로 사용된다.

만약 스테인레스 스틸과 같은 유연한 메탈호일이 기판으로 사용할 경우는 기판 자체에 Na을 함유하지 않고 있다. 이와 같이 Na를 함유하지 않은 기판 재료를 사용할 경우에는 얼마간의 Na 화합물을 인위적으로 첨가시키는 것이 필수적이다. 또한 소다석회 유리의 경우도 Na의 함량이 부족하거나 부위별로 일정치 않은 문제가 있기 때문에 추가적인 Na의 도입공정을 포함하기도 한다.

종래 CIGSe계 박막 태양전지 제조 공정에 있어, Na 성분의 첨가 방법은 진공 공정을 이용하여 NaF, Na₂Se, Na₂S, Na₂O₂와 같은 Na 화합물 성분을 도핑하는 방법과 CIGSe 박막 형성 후 이들 물질을 첨가하는 방법이 있으나 이러한 방법들은 Na성분의 조성 제어가 어렵고 진공 및 고온 조건이라는 단점이 있으므로 Na 첨가에 대한 진보된 개선 방안이 요구된다.

일 실시예에 따르면, 나트륨 화합물과 용매를 포함하는 전착액을 준비하는 단계, 상기 전착액에 P측 전극과 상대전극을 침지시키는 단계, 상기 P측 전극과 상기 상대전극 사이에 전계를 인가하여 상기 P측 전극 상부에 나트륨 수화물 박막을 형성시키는 단계, 상기 P측 전극에 형성된 상기 나트륨 수화물 박막 상부에 칼코지나이드계 태양전지셀을 형성시키는 단계, 및 상기 칼코지나이드계 태양전지셀 상부에 N측 전극을 형성시키는 단계를 포함하는 칼코지나이드계 태양전지의 제조방법이 제공된다.

다른 실시예에 따르면, 상기 제조방법에 의해 제조된 칼코지나이드계 태양전지가 제공된다.

이하, 본 명세서에 개시된 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 상술하는 예시적인 실시예들은 한정을 위한 것이 아니며, 다른 실시예들이 이용될 수 있으며, 여기서 개시되는 요부(subject matter)의 사상이나 범주를 벗어나지 않는 한 다른 변경들도 가능하다. 본 개시의 구성요소들, 즉 여기서 일반적으로 기술되고 및 도면에 기재되는 구성요소들은 다양하게 다른 구성으로 배열되고, 치환되고, 결합되고, 도안될 수 있으며, 이것들의 모두는 명백하게 예상되어지며, 본 개시의 일부를 형성하고 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

일 구성요소 또는 일 층이 다른 구성요소 또는 다른 층 "의 위에" 또는 "에 상부에"라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소 또는 상기 일 층이 상기 다른 구성요소 또는 다른 층의 바로 위에 형성되는 경우는 물론, 이들 사이에 하나 이상의 구성요소 또는 층이 개재되는 경우도 포함할 수 있다.

본 개시에서는 상기와 같은 종래 선원기술 등의 문제점을 해결하기 위하여 칼코지나이드계 태양전지 제조시 칼코지나이드계 화합물 박막의 막질 향상에 중요한 역할을 담당하는 Na 성분을 도입하는 방법을 제공한다.

일 실시예에 따르면, 칼코지나이드계 태양전지의 제조방법은 다음과 같은 순서로 진행될 수 있다.

a) 나트륨 화합물과 용매를 포함하는 전착액을 준비한다. 다음 상기 전착액에 P측 전극과 상대전극을 침지시킨다. b) 상기 P측 전극과 상기 상대전극 사이에 전계를 인가하여 상기 P측 전극 상부에 나트륨 수화물 박막을 형성시킨다. c) 상기 P측 전극에 형성된 상기 나트륨 수화물 박막 상부에 칼코지나이드계 태양전지셀을 형성시킨다. d) 상기 칼코지나이드계 태양전지셀 상부에 N측 전극을 형성시킴으로써 칼코지나이드계 태양전지가 제조될 수 있다.

보다 상세하게는 다음과 같은 방식으로 칼코지나이드계 태양전지가 제조될 수 있다.

<기판/금속전극>

기판으로는 소다석회 실리카 유리 또는 비정질의 유리, 금속호일, 금속 테이프, 폴리 이미드와 같은 유연성 있는 플라스틱 등이 사용될 수 있다. 기판은 사용 직전에 세정공정을 거칠 수 있으며, 예를 들어, 아세톤, 알콜, 물 혹은 이들의 혼합 용액에 담근 후 초음파 세정을 실시할 수 있다.

상기 기판 위에 금속전극이 형성됨으로써 태양전지의 P측 전극이 제조될 수 있다. 상기 금속전극의 소재로서, 전기전도성을 갖는 소재이면 모두 가능하지만, 높은 전기전도도와 칼코지나이드계 화합물과의 오믹 접합이 가능하고, 고온에서의 안정성이 우수한 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브데늄(Mo), 금(Au), 니켈(Ni) 등이 양호하다. 상기 금속전극의 두께는 약 0.1~5 μm 정도이면 적합하다. 상기 금속전극은 DC 스퍼터링방식, 열증착 또는 이와 달리 화학적 증착법(CVD), 원자층 증착(ALD), 전기도금 등에 의해 형성될 수 있다.

<나트륨 수화물 코팅>

먼저, 나트륨 화합물을 용매 혹은 분산매질에 용해하여 전착액을 제조한다. 상기 전착액의 안정성을 향상시키기 위해서 추가적으로 물(H₂O), 버퍼용액, 글리세린과 같은 첨가제가 포함될 수 있다. 상기 금속전극이 형성된 기판, 즉 P측 전극을 작업전극(working electrode)으로 하여 상대전극(counter electrode)과 함께 상기 전착액에 침지시킨다음 전착에 의한 나트륨 수화물 코팅을 실시한다.

도 1은 전착법에 의해 P측 전극 표면에 나트륨 수화물을 코팅하는 과정을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 금속전극이 형성된 기판, 즉 작업전극(P측 전극)을 음극(-)에 연결시키고 상대전극을 양극(+)에 연결시킨 다음 0.1 V ~ 200 V 범위 로 직류전계를 인가함에 의해 P측 전극 표면에 나트륨 수화물을 코팅할 수 있다. 상기 상대전극은 전도성을 나타내는 물질이면 무엇이든지 가능하며, 스테인레스스틸, 구리판, 백금 등을 사용할 수 있다.

상기 전착액 제조를 위한 나트륨 화합물로는 나트륨을 포함하고 있으면, 특별히 제한되지 않으며, NaF, Na₂Se, Na₂S, Na(CH₃COO), Na₂CO₃, NaOH, NaCl, NaNO₃ 등을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 상기 나트륨 화합물을 용해시키는 용매로는 물, 알콜류, 유기용매 등이 사용할 수 있지만, 이들의 혼합액을 이용하여도 상관없다. 특히 용매가 물인 경우에는 전착된 나트륨 수화물이 다시 물에 재용해 될 도 있으므로 제2의 용매와 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 전착액의 농도는 0.1mM ~ 3 M인 것이 바람직하다. 상기 농도에서 나트륨 수화물이 균일하게 코팅될 수 있다. 나트륨 화합물로서 소디움 아세테이트(sodium acetate)를 이용할 경우의 음극과 양극에서 일어나는 전기화학 반응은 아래와 같다.

양극에서의 반응: 2H₂O → 4H⁺ + O₂(g) + 4e^-

CH₃COO^- + H⁺ CH₃COOH

음극에서의 반응: 2H₂O + 2e^- → 2OH^- + H₂(g)

Na⁺ + OH^- → NaOH

이상과 같이 음극인 금속전극 표면에 나트륨 수화물(NaOH)이 형성하게 되어, 칼코지나이드계 광흡수층에 대한 Na 공급원으로서의 역할을 하게 된다.

<칼코지나이드계 태양전지셀>

상기 나트륨 수화물 박막이 형성된 금속전극 상부에는 칼코지나이드계 태양전지셀이 형성되어 상기 나트륨 수화물 박막과 접하게 된다. 상기 칼코지나이드계 태양전지셀은 P형 반도체층인 칼코지나이드계 화합물 박막과 N형 반도체층인 ZnO 박막이 접합된 구조를 취할 수 있다. 또한 P형 반도체층과 N형 반도체층 사이에는 CdS와 같은 버퍼층이 개재될 수도 있지만 반드시 필요한 것은 아니다.

상기 칼코지나이드계 화합물로는 CuInS₂(CIS), CuGaS₂(CGS), CuInSe₂(CISe), CuGaSe₂(CGSe), CuAlSe₂(CASe), CuInTe₂(CITe), CuGaTe₂(CGTe), Cu(In, Ga)S₂(CIGS), Cu(In, Ga)Se₂(CIGSe), Cu₂ZnSnS₄(CZTS) 등을 예로 들 수 있으며, 이를 단독으로 또는 이들을 복수로 조합하여 사용할 수 있다. 이 중에서 가장 대표적인 CIGSe 박막의 경우 4개의 금속원소(Cu, In, Ga, Se)를 출발원소로 사용하는 동시증발법을 사용하여 증착될 수도 있고, 이들 금속원소 혹은 화합물을 스퍼터링 및 셀렌화(selenization) 시켜 박막을 형성할 수도 있다. 또한 상기와 같이 진공장비를 사용하지 않고 칼코지나이드 화합물이나 전구체 나노입자를 제조한 후 이를 이용하여 인쇄공정과 같은 습식방식으로도 박막의 형성이 가능하다. 이러한 P형 반도체층의 두께는 1~3 μm 정도로 형성시키면 양호하다. 이상과 같은 방법으로 칼코지나이드계 화합물을 형성시키며, 이 과정에서 상기 전착법에 의해 금속전극 표면에 형성된 나트륨이 칼코지나이드계 화합물 층으로 이동함으로써 최종 흡수층의 성능을 향상시키게 된다.

상기 N형 반도체층으로는 주로 i-ZnO(intrinsic ZnO)가 사용될 수 있으며, 스퍼터링 방식으로 박막을 형성시키거나, ZnO 나노입자를 이용하여 인쇄공정과 같은 습식방식으로 박막을 형성할 수 있으며, 5~500 nm의 두께면 적합하다.

P형 반도체층인 CIGSe 박막과 N형 반도체층인 ZnO 박막사이의 에너지 갭이 크고 격자상수 차이가 크므로 그 사이에 버퍼층을 형성하기도 하며, 상기 에너지갭과 격자상수 차이를 완화시켜 보다 양호한 PN접합이 이루어져 효율향상에 도움을 줄 수 있다. 이러한 버퍼층용 재료로는 황화카드뮴(CdS)이 이용될 수 있으나 중금속인 Cd을 사용하지 않는 ZnS, Zn(O,S), ZnSe, (Zn,In)Se, In(OH,S), In₂S₂ 등이 이용될 수 있다. 버퍼층을 형성하기 위한 방법으로는 화학욕증착(chemical bath deposition) 방식이나 ILGAR(ion layer gas reaction) 방식 혹은 진공하에서 증착시키는 방법이 이용될 수 있으며, 10~500 nm 두께면 적합하다. 이러한 버퍼층은 효율향상 측면에서 도움을 주지만 태양전지가 작동하는데 있어서 반드시 필요한 것은 아니다.

<N측 전극>

N형 반도체층인 i-ZnO 박막 상부에는 N측 전극이 형성된다. 이러한 N측 전극용 소재로는 Zn계 산화물, Sn계 산화물, In계 산화물, Ti계 산화물, 금속나노입자 등이 적용될 수 있고, 전극 두께는 5~400 nm 정도로 형성하면 적합하다. 보다 구체적으로 살펴보면 도핑된 ZnO(ZnO:Al, ZnO:B, ZnO:Ga, ZnO:N 등)계 소재, SnO₂ 소재, ITO 소재, TiO₂ 소재, TiOx(1＜x＜2) 소재를 이용하여 진공증착(스퍼터링, 열증착, CVD 등)방식으로 칼코지나이드계 태양전지셀 상부에 박막을 형성시킬 수 있으며, ZnO계 나노입자, 도핑된 ZnO계 나노입자, SnO₂ 나노입자, ITO 나노입자, TiO₂ 나노입자, TiOx(1＜x＜2) 나노입자, 졸, 금속 나노입자 등을 이용하여 인쇄공정과 같은 습식방식으로도 형성이 가능하다. 또한, 상기 N측 전극은 도핑된 ZnO, SnO₂, ITO, TiO₂, TiOx(1＜x＜2), 금속나노입자 등과 같은 물질이 단독 혹은 복수로 선택될 수 있고, 그 구조가 단층구조일 수도 있으며, 2층구조 및 3층구조 등과 같이 적층구조일 수도 있다.

상기와 같은 제조공정으로 구현된 칼코지나이드계 태양전지는 추가적으로 N측 전극 상부에 그리드전극과 반사방지층 등이 형성될 수도 있다. 상기 그리드전극은 주로 금속 접촉층으로 이루어지고 전자빔 시스템 또는 다른 방법을 통하여 형성시킬 수 있으며, 주로 Ni, Al, Ag 등이 이용될 수 있다. 태양전지에 입사되는 태양광의 반사 손실을 줄여 효율을 더욱 더 증가시키는 기능을 하는 반사방지층은 일반 적으로 MgF₂ 등이 사용되는데 전자빔 증발법에 의하여 두께가 600~1000 Å 정도로 형성하여 사용될 수 있다.

칼코지나이드계 태양전지의 제조에 있어, 흡수층에 Na 성분을 첨가하기 위한 방법으로서 채택된 전착법은 다양한 공정조건 하에 수행될 수 있다. 예를 들어, 전착용 Na 화합물의 선정, 전착 시간, 전압 조절, 전해액의 Na 농도 변화, 버퍼용액의 선정 등을 통하여 기판에 부착되는 Na의 부착량 조절이 가능하다. 또한 이온화된 Na 성분을 전기화학적 방법을 사용하여 기판 표면에 첨가함으로서 균일 조성의 Na 첨가가 가능하다. 특히 금속판 및 고분자 형태의 유연기판이 적용된 CIGS계 태양전지 제조에 있어 흡수층 막질 향상을 위한 Na 첨가 공정을 효과적으로 수행할 수 있다. 또한 상온 상압 조건에서 공정이 가능할 뿐만 아니라 상대적으로 낮은 공정비용으로도 대면적 기판 적용이 가능하여 Na 첨가용 상업화 공정으로 매우 바람직하다.

이하 본 개시된 기술을 실시예를 통하여 더욱 구체화 하지만, 이는 이해를 돕기 위하여 제시되는 것일 뿐 본 개시된 기술의 사상이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

전착액을 제조하기 위하여 유리 비이커에 이소프로필알콜 200 g을 가한 후 소디움 아세테이트 50 mg을 용해시켰다. 이 용액에 추가적으로 버퍼용액과 응집방 지제인 글리세린 0.5 g을 가한 후 30분간 교반하여 전착액을 제조하였다. 음극으로서 몰리브덴이 코팅된 스테인레스스틸(이하 Mo 전극이라 칭함)과 양극(상대전극)인 구리판을 3 cm 간격을 두고 마주보도록 배치시켰다. 직류전계 10 V에서 10초간 전착시켜 Mo 전극 상부에 나트륨 수화물 박막을 형성시켰다. Mo 전극의 나트륨 수화물 상부에 CIGSe를 동시증발법으로 형성(2 μm)시키고, 버퍼층인 CdS 박막을 CBD(chemical bath deposition)법을 이용하여 50 nm의 두께로 형성시켰으며, 그 상부에 N형 반도체층인 i-ZnO 막을 형성하였다. N형반도체 상부에 ZnO:Al을 N측 전극으로 형성시켰다. N형 반도체인 순수 ZnO의 경우 RF 마그네트론 스퍼터링법으로 증착하였고 n타입의 ZnO(ZnO:Al)의 경우 Al이 2.5 wt% 첨가된 타겟을 사용하였다. 그리고 전자빔을 이용하여 Al 그리드전극을 형성하여 태양전지 소자를 완성하였다. 태양전지 변환특성은 AM 1.5, 100 ㎽/㎠조건에서 기준 전지로 보정한 후 측정하였다. 도 2는 전착법으로 형성시킨 나트륨 수화물 박막을 구비한 태양전지의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다. 도 2를 참조하면, V _OC 는 0.79 V, J _SC 는 26.34 mA/cm² 및 필 팩터(Fill Factor)는 0.72를 나타내었으며, 15.51 %의 광전변환효율을 나타내었다.

비교예

나트륨 수화물 박막의 형성공정을 생략한 점을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지를 제조하였다. 광전변환효율 측정결과 10.23%를 나타내었다.

실시예 2

부틸알콜 150 g과 증류수 1 g을 가한 후 NaNO₃ 100 mg을 첨가하여 전착액을 제조하였다. 상기 전착액을 이용하고, 기타 공정은 실시예 1과 동일하게 하여 태양전지를 제조하였다. 광전변환효율 측정결과 14.76%를 나타내었다.

실시예 3

에틸알콜 200 g과 증류수 2 g을 가한 후 소디움 나이트레이트 50 mg을 첨가하여 전착액을 제조하였다. 상기 전착액을 이용하고, 기타 공정은 실시예 1과 동일하게 하여 태양전지를 제조하였다. 광전변환효율 측정결과 13.89%를 나타내었다.

실시예 4

실시예 1에서 제시한 태양전지 제조과정 중에서 흡수층을 CIGSe 대신에 CIGS로 사용하고, 버퍼층을 CdS 대신에 ZnS를 사용하였으며, ZnO:Al 대신에 ITO를 사용 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 태양전지를 제조하였다. 광전변환효율 측정결과 13.39%를 나타내었다.

실시예 5

실시예 1에서 제시한 태양전지 제조과정 중에서 Mo 전극 대신에 W을 사용 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 태양전지를 제조하였다. 광전변환효율 측정결과 12.17%를을 나타내었다.

상술한 바와 같이 박막 태양전지 제조에 있어 전착법을 사용함으로써, 정밀 Na 성분 제어가 가능하여 고품질의 박막 제조가 실현 가능하다. 특히 Na성분이 포함되지 않은 금속판 및 고분자 형태의 유연기판이 적용된 CIGS계 태양전지 제조에 있어 흡수층 막질 향상을 위한 Na 첨가 공정을 효과적으로 수행할 수 있다. 본 명세서에 개시된 기술은 상온 상압 조건에서 공정이 가능할 뿐만 아니라 상대적으로 낮은 공정비용으로도 대면적 기판 적용이 가능하여 공정의 효율성 증진 및 태양전지 효율 증대가 기대되어 생산비용 절감 등 경제적 가치 창출 효과가 크다.

도 1은 전착법에 의해 P측 전극 표면에 나트륨 수화물을 코팅하는 과정을 나타낸 도면이다.

도 2는 전착법으로 형성시킨 나트륨 수화물 박막을 구비한 태양전지의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.

Claims

나트륨 화합물과 용매를 포함하는 전착액을 준비하는 단계;

상기 전착액에 P측 전극과 상대전극을 침지시키는 단계;

상기 P측 전극과 상기 상대전극 사이에 전계를 인가하여 상기 P측 전극 상부에 나트륨 수화물 박막을 형성시키는 단계;

상기 P측 전극에 형성된 상기 나트륨 수화물 박막 상부에 칼코지나이드계 태양전지셀을 형성시키는 단계; 및

상기 칼코지나이드계 태양전지셀 상부에 N측 전극을 형성시키는 단계를 포함하는 칼코지나이드계 태양전지의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 나트륨 화합물은 NaF, Na₂Se, Na₂S, Na(CH₃COO), Na₂CO₃, NaOH, NaCl, 및 NaNO₃의 군으로부터 선택되는 1종 이상인 칼코지나이드계 태양전지의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 전착액이 물(H₂O), 버퍼용액 및 글리세린으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제를 추가적으로 포함하는 칼코지나이드계 태양전지의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 전착액의 농도가 0.1mM ~ 3 M인 칼코지나이드계 태양전지의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 P측 전극은 기판 위에 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브데늄(Mo), 금(Au), 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속이 형성된 칼코지나이드계 태양전지의 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 기판은 유리, 금속호일, 금속 테이프, 또는 플라스틱인 칼코지나이드계 태양전지의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 칼코지나이드계 태양전지셀은 P형반도체 층으로서 칼코지나이드계 화합물 박막과 N형반도체 층으로서 i-ZnO 박막이 접합된 구조를 포함하는 칼코지나이드계 태양전지의 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 P형반도체 층과 상기 N형반도체 층 사이에 버퍼층이 더 개재된 칼코지나이드계 태양전지의 제조방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 제조된 칼코지나이드계 태양전지.