KR101062319B1 - 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법 및 이에 이용되는 카세트 - Google Patents

솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법 및 이에 이용되는 카세트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법 및 이에 이용되는 카세트에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법 및 이에 이용되는 카세트는 윈도우의 일 측면에 배면전극층, 광흡수층, 버퍼층, 윈도우층 및 투과층을 포함하는 솔라셀을 순차적으로 적층형성하는 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법에 있어서, 윈도우의 일 측면 중 일정영역에만 솔라셀을 형성하도록 개구된 4매의 마스크를 준비하는 준비단계; 트레이에 상기 윈도우를 안착시킨 후 상기 트레이에 제1마스크를 안착시켜 배면전극층을 진공증착하는 제1증착 단계; 상기 제1마스크를 제거하고, 제2마스크를 상기 트레이에 안착시켜 상기 제1증착 단계를 거친 상기 윈도우 상에 상기 광흡수층 및 상기 버퍼층을 순차적으로 진공증착하는 제2증착 단계; 상기 제2마스크를 제거하고, 제3마스크를 상기 트레이에 안착시켜 상기 제2증착 단계를 거친 상기 윈도우 상에 상기 윈도우층을 진공증착하는 제3증착 단계; 상기 제3마스크를 제거하고, 제4마스크를 상기 트레이에 안착시켜 상기 제3증착 단계를 거친 상기 윈도우 상에 상기 투과층을 진공증착하는 제4증착 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 4매의 마스크만을 이용하여 윈도우의 일정 영역에만 솔라셀을 형성함으로써 건물의 내부로 태양광이 입사되는 부분을 사용자가 원하는 형태로 제조할 수 있는 솔라셀을 이용한 윈도우의 제조방법이 제공된다.
솔라셀, 태양전지, 마스크, 진공증착, 다층박막, 윈도우

Description

솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법 및 이에 이용되는 카세트{The Method For Manufacturing of Window using Solar Cell And Cassette used for the same}
본 발명은 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법 및 이에 이용되는 카세트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사용자가 원하는 부분만의 투과를 이용하여 솔라셀을 제조할 수 있는 솔라셀 제조방법 및 이에 이용되는 카세트에 관한 것이다.
일반적으로, 솔라셀(Solar Cell 또는 Photovoltaic Cell)은 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광발전의 핵심소자이다.
반도체의 pn접합으로 만든 솔라셀에 반도체의 금지대폭(Eg:Band-gap Energy)보다 큰 에너지를 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되는데, 이들 전자-정공이 pn접합부에 형성된 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 모이게 됨에 따라 pn간에 기전력(광전기력 : Photovoltage)이 발생하게 된다. 이때 양단의 전극에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 되는 것이 동작원리이다.
1980년대 이후 솔라셀 제조에 가장 먼저 사용된 반도체 재료가 단결정실리콘이다. 현재 솔라셀 시장에서 차지하는 비중이 많이 하락하긴 하였지만 현재로서도 시장, 특히 대규모 발전시스템 분야에서 가장 널리 이용되고 있다.
이는 단결정실리콘으로 만든 솔라셀의 효율이 기타 재료로 만든 솔라셀에 비해 변환효율이 높기 때문이다.
반면에 가격은 아직 높은데, 그 해결방안으로 보다 저급의 실리콘을 이용하는 방법, 대량생산 및 공정 개선에 의한 방법 등이 시도 또는 계획되고 있다.
다결정실리콘 솔라셀은 원재료로 저급의 실리콘 웨이퍼를 사용하는데, 따라서 효율은 단결정실리콘에 비해 낮은 반면 가격은 싸다. 그리고 이용분야도 주택용 시스템 등이 주대상이다.
단결정 및 다결정실리콘은 bulk 상태의 원재료로부터 솔라셀을 만들기 때문에 원재료비가 비싸고, 공정 자체가 복잡하여 가격의 절감측면에서는 한계가 있을 수밖에 없다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 기판의 두께를 혁신적으로 줄이는 기술 또는 유리와 같이 값싼 기판 위에 박막형태의 솔라셀을 증착시키는 기술이 주목을 받고 있다. 그 이유는 기존의 박막 제조공정을 이용할 경우보다 값싼 방법으로 솔라셀의 대량생산이 가능하기 때문이다.
박막형 솔라셀 중 가장 처음으로 개발된 것이 비정질실리콘으로 기존 결정질실리콘 솔라셀의 약 1/100에 해당하는 두께만으로도 솔라셀의 제조가 가능하다. 하지만 결정질실리콘 솔라셀에 비해 효율이 낮고, 특히 초기 빛에 노출될 경우 효율이 급격히 떨어지는 단점이 있다.
따라서, 대규모 발전용으로는 사용되지 못하고, 시계, 라디오, 완구, 소규모 가전제품의 전원용으로 주로 사용되고 있었는데, 최근 효율의 향상과 함께 초기 열화현상을 최소화할 수 있는 다중접합 구조의 비정질실리콘 솔라셀의 개발과 함께 일부 전력용으로 이용이 되기 시작하였다.
뒤이어 개발된 박막형 솔라셀이 CdTe, CuInSe2계의 화합물 반도체를 소재로 한 것이다. 비정질 실리콘에 비해 효율이 높고, 또한 초기 열화현상이 없는 등 비교적 안정성이 높은 솔라셀로 현재 CdTe는 대규모 전력용으로 사용을 위한 실증시험 중에 있다.
CuInSe2는 실험실적으로 만든 박막형 솔라셀 중에서 가장 높은 변환효율을 기록하고 있는데, 아직까지 파일럿 생산단계로 대량생산단계까지는 이르지 못하고 있다.
이들 박막형 솔라셀은 전력용으로 사용되기까지에는 앞으로도 더 많은 연구개발이 필요할 것으로 예상되고 있다.
CuInSe2로 대표되는 Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅳ족 Chalcopyrite계 화합물 반도체는 직접천이형 에너지 밴드갭을 가지고 있고, 광흡수계수가 1x105㎝- 1 로 반도체 중에서 가장 높아 두께 1~2㎛의 박막으로도 고효율의 솔라셀 제조가 가능하고, 또한 장기적으로 전기광학적 안정성이 매우 우수한 특성을 지니고 있다.
따라서, 현재 사용되고 있는 고가의 결정질 실리콘 솔라셀를 대체하여 태양광발전의 경제성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 저가, 고효율의 솔라셀 재료로 부각되고 있다.
한편, CuInSe2는 밴드갭이 1.04eV로 이상적인 밴드갭 1.4eV를 맞추기 위해 In의 일부를 Ga으로, Se이 일부를 S로 치환하기도 하는데, 참고로 CuGaSe2 의 밴드갭은 1.6eV, CuGaS2의 밴드갭은 2.5eV이다.
In의 일부를 Ga으로, Se의 일부를 S으로 대체한 오원화합물은 CIGSS[Cu(InxGa1-x)(SeyS1-y)2]로 표기되는데, 대표적으로 이들을 CIS, CIGS로 표기하기도 한다. 장점 중의 하나인 장기적 신뢰성의 경우 1988년 11월에 시작한 미국 NREL(National Renewable Energy Laboratory)의 장기 옥외 시험결과 10년 이후에도 효율의 변화가 없는 것으로 나타난 바 있다.
CuInSe2 화합물반도체 박막형 솔라셀은 1980년대 미국 Boeing사가 기존의 단결정실리콘(20W/kg) 솔라셀을 대체할 수 있는 우주용의 경량 고효율 솔라셀로 처음 연구되었을 만큼 효율이 높고 안정성이 우수한데, 우주용 솔라셀에서 가장 중요한 요소인 단위 중량당의 발전량이 현재 단일접합에서도 약 100W/kg으로 기존의 Si이나 GaAs 솔라셀의 20~40 W/kg 에 비해 월등히 우수하다.
또한 1980년대 말부터는 저가 고효율의 지상발전용 박막형 솔라셀을 목표로 선진국에서 집중적으로 기술개발이 추진되고 있는데, 밴드갭 1.2eV의 단일접합 CuInGaSe2 솔라셀에서 최고 변환효율 19.2% 달성하여 기존 웨이퍼 형태의 다결정실리콘 솔라셀의 최고효율(19.8%)에 근접하고 있다.
이러한 박막형 솔라셀의 장점을 활용하여 광전변환효율의 초고효율화를 달성하고 공정 측면에서도 저가화가 달성되면 화력발전 등 기존 발전방식과 전력시장에 서 충분히 경쟁할 수 있고, 장차 우주용 솔라셀로도 그 활용도가 크게 기대된다.
특히 유리와 같은 투명기판을 이용한 전형적인 구조의 CIGS(CuInGaSe2)박막형 솔라셀의 저가화 및 고효율화를 목표로 다양한 공정이 시도되고 있다.
도 1 내지 도 3은 종래 CIGS 박막형 솔라셀의 제조공정의 개략도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 종래 CIGS 박막형 솔라셀은 유리기판(100)의 일 측면 전면에 걸쳐 몰리브덴 등의 금속을 사용하여 스퍼터링법으로 배면전극층(101a)을 적층한 후, 상기 배면전극층(101a)을 레이저로 스크라이빙(scribing)하여 배면전극패턴(101)을 형성한다.
이후, 상기 배면전극패턴(101)이 형성된 유리기판(100)의 상부 전면에 걸쳐 동시증착(Co-evaporation)의 방법으로 CIGS계 화합물인 광흡수층(102)을 적층한다.
상기 광흡수층(102)의 상부에는 황화카드뮴(CdS)을 CBD(Chemical bath deposition)법으로 버퍼층(103)을 형성한다.
다음, 도 2를 참조하면, 버퍼층(103)의 일정부분으로부터 유리기판(100)까지 패턴홀(a)이 형성되도록 기계적으로 스크라이빙(scribing)한 후, i-ZnO 및 n-ZnO로 구성된 윈도우층(104)을 스퍼터링법으로 적층한다.
이후, 도 3에서와 같이, 윈도우층(104)의 일정 부분으로부터 배면전극패턴(101)까지 패턴홀(b)이 형성되도록 기계적으로 스크라이빙(scribing)한다.
이후에는 상기 패턴홀(b)을 통해 태양광으로부터 전류를 집적할 수 있는 그리드 전극이 삽입되어 솔라셀의 구성이 완성된다.
이 같이 형성된 솔라셀에서의 배면전극패턴(101)은 광흡수층(102)에서 흡수한 광이 외부로 빠져나가지 못하도록 반사하는 기능을 수행한다.
또한, 상기 윈도우층(104)은 빛을 흡수하는 층으로 작용하고, 하부의 버퍼층(103)은 광흡수층(102)과 윈도우층(104)의 사이의 큰 밴드갭 차이를 완화하고 격자상수를 줄여주는 기능을 한다.
그런데, 상술한 바와 같은 종래 솔라셀 제조방법은 유리기판 전체에 솔라셀이 형성됨으로써, 일반적인 건물 등에 설치되는 윈도우에 적용하면 건물 내부로 태양광이 입사되지 못하는 문제점이 있었다.
아울러, 종래 솔라셀 제조방법에 사용되는 기계적 스크라이빙의 경우에는 건물의 윈도우와 같은 대면적에 적용하기에는 제조공정 시간이 많이 소비되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 건물에 설치되는 윈도우에 솔라셀을 적용하여 건물의 내부로 태양광이 입사될 수 있는 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법 및 이에 이용되는 카세트를 제공함에 있다.
또한, 윈도우 상에 솔라셀을 적층형성하되 4매의 마스크만을 이용하여 윈도우의 일정 영역에만 솔라셀을 형성함으로써 제조공정상 인라인 시스템에 적용가능한 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법 및 이에 이용되는 카세트를 제공함에 있다.
또한, 윈도우 상에 일정부분에만 솔라셀이 형성됨으로써, 건물의 내부로 태양광이 입사되는 부분을 사용자가 원하는 형태로 제조할 수 있는 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법 및 이에 이용되는 카세트를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라,윈도우의 일 측면에 배면전극층, 광흡수층, 버퍼층, 윈도우층 및 투과층을 포함하는 솔라셀을 순차적으로 적층형성하는 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법에 있어서, 윈도우의 일 측면 중 일정영역에만 솔라셀을 형성하도록 개구된 4매의 마스크를 준비하는 준비단계; 트레이에 상기 윈도우를 안착시킨 후 상기 윈도우에 제1마스크를 안착시켜 배면전극층을 진공증착하는 제1증착 단계; 상기 제1마스크를 제거하고, 제2마스크를 상기 트레이에 안착시켜 상기 제1증착 단계를 거친 상기 윈도우 상에 상기 광흡수층 및 상기 버퍼층을 순차적으로 진공증착하는 제2증착 단계; 상기 제2마스크를 제거하고, 제3마스크를 상기 트레이에 안착시켜 상기 제2증착 단계를 거친 상기 윈도우 상에 상기 윈도우층을 진공증착하는 제3증착 단계; 상기 제3마스크를 제거하고, 제4마스크를 상기 트레이에 안착시켜 상기 제3증착 단계를 거친 상기 윈도우 상에 상기 투과층을 진공증착하는 제4증착 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법에 의해 달성된다.
여기서, 상기 제3증착 단계와 상기 제4증착 단계의 사이 또는 상기 제4증착 단계 이후에 실행되며, 상기 윈도우층과 접촉하며 상기 투과층을 관통하여 상기 윈도우의 상향 외측으로 돌출되도록 그리드전극을 형성하는 그리드전극 형성단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1증착단계에서 증착되는 배면전극층 형성물질은 몰리브덴일 수 있다.
또한, 상기 제2증착 단계에서 증착되는 광흡수층 형성물질은 CuInGaSe("CIGS")계 인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제3증착 단계에서 증착되는 버퍼층 형성물질은 황화카드뮴(CdS) 또는 황화아연(ZnS)일 수 있다.
또한, 상기 제4증착 단계에서 증착되는 윈도우층의 형성물질은 ZnO인 것이 바람직하다.
한편, 상기된 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법에 이용되는 것으로, 일면에 다수의 안착수단이 설치되고, 가장자리를 따라 다수의 얼라인 핀이 설치된 트레이; 상기 트레이와 결합하도록 상기 트레이의 얼라인 핀과 대향되는 위치에 오목부가 형성된 마스크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 카세트가 이용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 건물에 설치되는 윈도우에 솔라셀을 적용하여 건물의 내부로 태양광이 입사될 수 있는 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법 및 이에 이용되는 카세트가 제공된다.
또한, 윈도우 상에 솔라셀을 적층형성하되 4매의 마스크만을 이용하여 윈도우의 일정 영역에만 솔라셀을 형성함으로써 제조공정상 인라인 시스템에 적용가능한 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법 및 이에 이용되는 카세트가 제공된다.
또한, 윈도우 상에 일정부분에만 솔라셀이 형성됨으로써, 건물의 내부로 태양광이 입사되는 부분을 사용자가 원하는 형태로 제조할 수 있는 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법 및 이에 이용되는 카세트가 제공된다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 솔라셀을 이용한 윈도우의 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명이 제1실시예에 따른 솔라셀을 이용한 제조방법의 순서도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 솔라셀을 이용한 제조방법은 준비단계(S10), 제1증착단계(S20), 제2증착단계(S30), 제3증착단계(S40), 제4증착단계(S50), 그리드전극 형성단계(S60)을 포함하여 구성된다.
여기서, 본 발명에 따른 솔라셀이 적층되는 윈도우는 대면적 유리기판(sodalime glass)으로서, 그 크기는 대략 1200mm×600mm (가로×세로) 또는 370mm×470mm 등으로 마련될 수 있다. 이 같이 마련된 윈도우의 일 측면에는 상기된 각 단계를 통해 순차적으로 각 구성들이 적층되어 솔라셀이 형성될 수 있다.
도 5는 도 4의 각 증착단계에서 사용되는 카세트의 개략도이다. 도 5를 참조하면, 카세트(CA)는 트레이(T)와 마스크(M)를 포함한다.
상기 트레이(T)는 후술할 윈도우(10)가 일 측면에 안착되도록 안착수단(T1)이 다수 개가 설치되고, 가장자리를 따라 후술할 마스크(M)가 안착되도록 얼라인 핀(T2,align pin)이 설치된다.
여기서, 안착수단(T1)은 유리기판인 윈도우(W)가 안착될 수 있도록 마그네트론(magnetron)인 것이 바람직하다.
상기 마스크(M)는 트레이(T)의 대향측면에 상기 트레이(T)와 결합하도록 오목부(Md)가 형성된다.
여기서, 오목부(Md)와 얼라인 핀(T2)은 결합시 안착된 윈도우(W)와 최대한 근접하도록 결합되되, 각 공정에 알맞도록 결합갭이 조절될 수 있다.
또한, 마스크(M)는, 도 6을 참조하면, 안착되는 윈도우(W)의 크기와 실질적으로 동일하거나 다소 크게 마련되며, 안착되는 윈도우(W)에 솔라셀이 형성되지 않도록 개구되지 않은 영역(A, 이하 "비솔라셀 영역"이라 함)과 솔라셀이 형성되도록 개구된 영역(B, 이하 "솔라셀 영역"이라 함)으로 구획된다.
여기서, 비솔라셀 영역(A)은 각 공정에 적용되는 4매의 마스크 모두가 공통적으로 개구되지 않은 형태로 마련되고, 솔라셀 영역(B)은 상기 4매의 마스크가 각각 적용되는 해당 공정에 맞게 개구된 형태로 마련된다.
특히, 솔라셀 영역(B)은 어떤 공정에서 쓰이는 마스크(M)냐에 따라 그 일부가 비솔라셀 영역(A)과 같이 개구되지 않은 형태로 마련될 수 있다.
즉, 4매의 마스크(M)는 공통적으로 개구되지 않은 비솔라셀 영역(A)이 형성됨으로 인해, 제조공정이 완료된 후의 윈도우의 일 측면에는 솔라셀이 형성되지 않는 영역이 형성됨으로써 윈도우의 일 측면으로부터 태양광이 입사하여 타 측면으로 투과될 수 있게 된다.
도시된 바는 설명의 편의를 도모하기 위해 마스크(M)의 비솔라셀 영역이 테두리 및 중앙영역에 크로스되는 형태로 구획된 것이 도시되어 있으나, 필요에 따라 비솔라셀 영역은 별도로 구획설정될 수 있다.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 솔라셀을 이용한 윈도우의 적층순서도이다.
상술한 바와 같은 마스크(M) 및 트레이(T)를 포함하는 카세트(CA)를 준비하 되, 마스크(M)는 트레이(T)에 안착되는 윈도우의 일 측면 중 일정영역에만 솔라셀을 형성하도록 개구된 4매의 마스크를 준비한다(S10).
이후, 도 7을 참조하면, 트레이에 윈도우(10)를 안착시키고, 상술한 바와 같이 준비된 4매의 마스크 중 제1마스크(M1)를 트레이에 안착시켜 소정의 진공챔버 내에서 윈도우(10)의 상부에 몰리브덴 등의 금속인 배면전극층(20)을 0.5㎛ ~ 1㎛의 두께로 진공증착한다(S20).
이때, 제1마스크(M1)의 솔라셀 영역(B)에는 배면전극층(20)이 소정의 패턴형상을 갖도록 제1패턴홀(1)이 형성됨으로써, 진공증착시 배면전극층(20)은 일정한 패턴형상으로 증착될 수 있다.
다음, 도 8을 참조하면, 제1증착 단계(S20)를 거친 후의 카세트(CA)로부터 제1마스크(M1)를 제거하고, 제2마스크(M2)를 트레이에 안착시켜 소정의 진공챔버 내에서 상기 배면전극층(20)의 상부 및 측면 일부에 CIGS계 화합물인 p-type 광흡수층(30)을 1㎛ ~ 2㎛의 두께로 진공증착한다(S30).
이때, 제2마스크(M2)의 솔라셀 영역(B)에는 상기 제1마스크(M1)의 패턴홀(1)을 기준으로 일정 간격 오프셋(offset)된 제2패턴홀(2)이 형성된다.
이후, 상기 제2마스크(M2)를 이용하여 상기 광흡수층(30)의 상부에 황화카드뮴(CdS) 또는 황화아연(ZnS)인 n-type 버퍼층(40)을 대략 0.03㎛ ~ 0.08㎛의 두께로 진공증착한다.
여기서, 상기 버퍼층(40)은 광흡수층(30)과 후술할 윈도우층(50)의 밴드갭 에너지와 격자상수의 차이를 완화하는 기능을 수행한다.
다음, 도 8을 참조하면, 제2증착 단계(S30)를 거친 후의 카세트(CA)로부터 제2마스크(M2)를 제거하고, 제3마스크(M3)를 트레이에 안착시켜 소정의 진공챔버 내에서 상기 버퍼층(40)의 상부에 산화아연(ZnO)인 윈도우층(50)을 0.3㎛ ~ 0.8㎛의 두께로 진공증착한다(S40).
이때, 상기 윈도우층(50)은 i-ZnO층(51)과 n-ZnO층(52)의 두 층으로 순차적으로 증착될 수 있다.
아울러, 제3마스크(M3)의 솔라셀 영역(B)에는 상기 제2마스크(M2)의 패턴홀(2)을 기준으로 일 방향(도시된 바는 좌측방향)으로 넓어진 제3패턴홀(2)이 형성됨으로써, 배면전극층(10)의 일부가 상향으로 노출되도록 윈도우층(50)이 증착될 수 있다.
또한, 상기 윈도우층(50)이 산화아연(ZnO) 재질로 형성됨으로써, 입사되는 태양광의 투과율이 80%이상 담보될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 윈도우층(50)이 i-ZnO층(51)과 n-ZnO층(52)으로 형성되는 것을 설명하고 있으나, 필요에 따라 n-ZnO층(52)을 ITO층으로 형성할 수도 있다.
다음, 도 9를 참조하면, 제3증착 단계(S40)를 거친 후의 카세트(CA)로부터 제3마스크(M3)를 제거하고, 제4마스크(M4)를 트레이에 안착시켜 소정의 진공챔버 내에서 상기 버퍼층(40)의 상부에 MgF2인 투과층(60)을 0.05㎛ ~ 0.20㎛의 두께로 진공증착한다(S50).
상기 투과층(60)은 외부로부터 입사하는 태양광이 효과적으로 투과될 수 있다. 실험적으로는 투과층(60)이 형성되지 않았을 경우와 비교하여 대략 1% ~ 3% 정도의 투과효율이 향상되는 것이 측정되었다.
한편, 제4마스크(M3)의 솔라셀 영역(B)에는 상기 제3증착 단계(S40)에서 형성된 윈도우층(50)의 상면을 덮도록 패턴홀(4)이 형성된다.
다음, 상기 투과층(60)에 기계적 스크라이빙(scribing)법 등을 적용하여 소정의 콘택홀(contact hole)을 형성한 후, 상기 콘택홀에 프린팅법 등을 적용하여 그리드전극(70)을 형성한다(S60).
이때, 형성되는 그리드전극(70)은 투과층(60)의 외측으로 돌출되도록 형성되어 솔라셀 표면에서의 전류를 수집하는 기능을 수행하게 된다.
한편, 상기 그리드전극 형성단계(S60)는 상기 제3증착 단계(S40)와 제4증착 단계(S50)의 사이에 실행될 수도 있다.
이 같은 방법을 통해 윈도우(10) 상에 순차적으로 적층형성된 솔라셀로부터 외측으로부터 조사되는 태양광을 전기로 변환시킬 수 있고, 윈도우(10) 상에 솔라셀이 적층되지 않은 영역에서는 적층된 구조가 없으므로 외측으로부터 조사되는 태양광은 윈도우(10)를 투과하게 된다.
즉, 종래의 솔라셀 적층방법을 이용하여 건물 등에 설치되는 대면적 윈도우에 적용하는 경우에 기계적 스크라이빙법 등을 이용하면 제조공정이 복잡해질 뿐 아니라 제조공정시간이 증가함에 따라 제조비용도 상승하게 되는 문제점이 있었으나, 본 발명에서와 같이 4매의 마스크를 순차적으로 적용하면 제조공정 및 제조비 용을 절감할 수 있게 된다.
또한, 4매의 마스크를 적용할 수 있는 진공챔버를 순차적으로 배열하게 되면 인라인 시스템 상에서도 구현될 수 있어 공정시간을 더욱 단축시킬 수 있게 된다.
또한, 기계적 스크라이빙법 등이 적용된 종래의 솔라셀 적층방법을 이용하여 건물 등에 설치되는 대면적 윈도우의 경우에는 건물 내부로 태양광이 투과되지 못함으로써 건물 내부에서 생활하는 사람들에게 답답함이 발생하는 문제점이 있었으나, 상술한 바와 같은 윈도우 상에 솔라셀이 형성되지 않는 부분이 확보됨으로써 건물 내부에도 태양광이 투과되는 부분을 쉽게 확보할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법을 적용하면 도 12에서와 같이, 4매의 마스크만 적용하면 윈도우 상에 일정한 형태로 솔라셀이 적층되는 영역(C)과 솔라셀이 적층되지 않는 영역(D)을 구획할 수 있게 된다.
즉, 최초 4매의 마스크 설계시 마스크의 비솔라셀 영역을 사용자 주문(user customized)에 따라 제작하면 솔라셀이 형성된 윈도우 제작시 다양한 형태의 태양광 투과영역 제작할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
도 1 내지 도 3은 종래 CIGS 박막형 솔라셀의 제조공정의 개략도,
도 4는 본 발명이 제1실시예에 따른 솔라셀을 이용한 제조방법의 순서도,
도 5는 도 4의 각 증착단계에 사용되는 카세트의 개략도,
도 6은 도 5의 마스크의 개략도,
도 7 내지 도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 솔라셀을 이용한 윈도우의 적층순서도,
도 12는 본 발명의 제1실시예에 따른 솔라셀을 이용한 윈도우의 제조방법이 적용된 윈도우의 다양한 실시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 윈도우 20 : 배면전극층 30 : 광흡수층
40 : 버퍼층 50 : 윈도우층 60 : 투과층
M : 마스크 M1 : 제1마스크 M2 : 제2마스크
M3 : 제3마스크 M4 : 제4마스크 T : 트레이
CA : 카세트

Claims (8)

  1. 윈도우의 일 측면에 배면전극층, 광흡수층, 버퍼층, 윈도우층 및 투과층을 포함하는 솔라셀을 순차적으로 적층형성하는 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법에 있어서,
    윈도우의 일 측면 중 일정영역에만 솔라셀을 형성하도록 개구된 4매의 마스크를 준비하는 준비단계;
    트레이에 상기 윈도우를 안착시킨 후 상기 트레이에 제1마스크를 안착시켜 배면전극층을 진공증착하는 제1증착 단계;
    상기 제1마스크를 제거하고, 제2마스크를 상기 트레이에 안착시켜 상기 제1증착 단계를 거친 상기 윈도우 상에 상기 광흡수층 및 상기 버퍼층을 순차적으로 진공증착하는 제2증착 단계;
    상기 제2마스크를 제거하고, 제3마스크를 상기 트레이에 안착시켜 상기 제2증착 단계를 거친 상기 윈도우 상에 상기 윈도우층을 진공증착하는 제3증착 단계;
    상기 제3마스크를 제거하고, 제4마스크를 상기 트레이에 안착시켜 상기 제3증착 단계를 거친 상기 윈도우 상에 상기 투과층을 진공증착하는 제4증착 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제3증착 단계와 상기 제4증착 단계의 사이 또는 상기 제4증착 단계 이 후에 실행되며, 상기 윈도우층과 접촉하며 상기 투과층을 관통하여 상기 윈도우의 상향 외측으로 돌출되도록 그리드전극을 형성하는 그리드전극 형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1증착단계에서 증착되는 배면전극층 형성물질은 몰리브덴인 것을 특징으로 하는 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제2증착 단계에서 증착되는 광흡수층 형성물질은 CuInGaSe("CIGS")계 인 것을 특징으로 하는 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제3증착 단계에서 증착되는 버퍼층 형성물질은 황화카드뮴(CdS) 또는 황화아연(ZnS)인 것을 특징으로 하는 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제4증착 단계에서 증착되는 윈도우층의 형성물질은 ZnO인 것을 특징으로 하는 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법.
  7. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법에 이용되며,
    일면에 다수의 안착수단이 설치되고, 가장자리를 따라 다수의 얼라인 핀이 설치된 트레이;
    상기 트레이와 결합하도록 상기 트레이의 얼라인 핀과 대향되는 위치에 오목부가 형성된 마스크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 카세트.
  8. 제 6항의 솔라셀을 이용한 윈도우 제조방법에 이용되며,
    일면에 다수의 안착수단이 설치되고, 가장자리를 따라 다수의 얼라인 핀이 설치된 트레이;
    상기 트레이와 결합하도록 상기 트레이의 얼라인 핀과 대향되는 위치에 오목부가 형성된 마스크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 카세트.
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