KR101063721B1 - 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 태양전지는 셀 영역과 주변영역을 포함하는 기판과, 상기 기판의 셀 영역에 순차적으로 적층 형성된 후면전극, 광 흡수층 및 버퍼층 및 전면전극과, 상기 주변영역에 형성된 홀을 포함하고, 상기 전면전극은 셀 영역으로부터 주변영역으로 연장 형성된다.
실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 셀 영역과 주변영역을 포함하는 기판을 준비하는 단계; 상기 기판의 셀 영역 상에 후면전극, 광 흡수층 및 버퍼층을 차례로 형성하는 단계; 및 상기 버퍼층 상의 셀 영역 및 주변영역 상에 전면전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 셀 영역 상에 형성된 상기 전면전극이 상기 주변영역 상에 연장되어 형성된다.
태양전지
Description
실시예는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지의 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지들에 대한 개발이 진행되고 있다.
특히, 유리 기판, 금속 후면 전극층, p형 CIGS계 광 흡수층, 고 저항 버퍼층, n형 창층 등을 포함하는 기판 구조의 pn 헤테로 접합 장치인 CIGS계 태양전지가 널리 사용되고 있다.
이러한 태양전지를 형성하기 위한 후, 전면전극의 신호를 정션 박스(junction box)로 전송하기 위해, 태양전지셀의 전면전극과 정션박스 사이에 버스파(bus bar)를 형성하고 있다.
실시예는 버스바의 길이를 최소화하고, 솔더링 작업을 최소화할 수 있는 태양전지 및 이의 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 태양전지는 셀 영역과 주변영역을 포함하는 기판과, 상기 기판의 셀 영역에 순차적으로 적층 형성된 후면전극, 광 흡수층 및 버퍼층 및 전면전극과, 상기 주변영역에 형성된 홀을 포함하고, 상기 전면전극은 셀 영역으로부터 주변영역으로 연장 형성된다.
실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 셀 영역과 주변영역을 포함하는 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판의 셀 영역 상에 후면전극, 광 흡수층 및 버퍼층을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 버퍼층 상에 전면전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 전면전극은 셀 영역으로부터 홀이 형성된 주변영역을 향해 연장 형성된다.
실시예에 따른 태양전지 및 이의 제조방법은 주변영역 상에 전면전극을 연장하여 형성함으로써 정션박스(junction)와 연결하기 위한 버스바의 길이를 최소화 할 수 있다.
또한, 버스바와 전면전극의 접촉면에서 발생하는 저항을 최소화할 수 있고, 기판의 홀 근처에서만 솔더링을 하므로 솔더링 작업을 최소화할 수 있으며, 이로 인해 전체적인 공정 시간을 단축시킬 수도 있다.
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 1 내지 도 4는 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 평면도 및 측단면도이다.
도 1b는 태양전지의 평면도이며, 도 1a는 도 1b의 I-I'의 측단면도이다.
우선, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 후면전극(200), 광 흡수층(300) 및 버퍼층(400)을 형성한다.
상기 기판(100)은 유리(glass)가 사용되고 있으며, 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 기판(100)은 셀 영역(A)과 주변 영역(B)을 포함한다. 셀 영역(A)은 태양전지 셀이 형성될 영역으로써 기판(100)의 상부 중심 영역을 지칭하며, 주변 영역(B)은 셀 영역(A)을 둘러싸는 영역으로써 홀(10)이 형성된 영역을 지칭한다. 여기서, 태양전지 셀은 이후 설명될 후면 전극, 광 흡수층, 버퍼층 및 전면전극을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판(100)은 적어도 하나 이상의 홀(10)을 포함할 수 있다.
상기 홀(10)은 태양전지 셀의 전면전극의 신호를 상기 기판(100) 뒷면에 배치된 정션박스(junction box)로 연결시키기 위한 통로가 될 수 있다.
상기 후면전극(200)은 금속 등의 도전체로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 후면전극(200)은 몰리브덴(Mo) 타겟을 사용하여, 스퍼터링(sputtering) 공정에 의해 후면전극막을 형성한 후, 패터닝 공정으로 상기 후면전극(200)을 형성할 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(200)은 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다.
상기 후면전극(200)이 복수개의 층으로 형성될 때, 상기 후면전극(200)을 이루는 층들은 서로 다른 물질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 후면전극(200)은 스트라이프(stripe) 형태 또는 매트릭스(matrix) 형태로 배치될 수 있으며, 각각의 셀에 대응할 수 있다.
그러나, 상기 후면전극(200)은 상기의 형태에 한정되지 않고, 다양한 형태로 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, CIS계) 화합물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(300)을 형성하기 위해서, 구리 타겟, 인듐 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하여, 상기 후면전극(130) 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(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.
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 황화 카드뮴(CdS)이 상기 광 흡수층(300) 상에 적층되어 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.
이때, 상기 광 흡수층(300) 및 버퍼층(400)은 상기 주변영역(B) 상에도 형성될 수 있다.
즉, 상기 광 흡수층(300) 및 버퍼층(400)은 상기 후면전극(200)이 상기 주변영역(B) 상으로 노출되지 않게, 상기 후면전극(200)을 덮도록 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 상기 광 흡수층(300) 및 버퍼층(400) 모두를 상기 주변영역(B) 상에도 형성하였지만, 한정되지 않고, 상기 광 흡수층(300)과 버퍼층(400) 중 어느 하나의 층만을 상기 후면전극(200)을 덮도록 형성할 수 있다.
이는, 상기 후면전극(200)이 이후 형성될 전면전극과 직접 접촉하지 않도록 하기 위함이다.
그리고, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 광 흡수층(300), 버퍼층(400)을 관통하는 콘택패턴(310)을 형성한다.
상기 콘택패턴(310)은 에칭(etching)을 이용한 물리적 방법 또는 레이 저(laser)를 조사(irradiate)하여 형성할 수 있으며, 상기 후면전극(200)의 일부가 노출된다.
이때, 상기 콘택패턴(310)은 상기 셀 영역(A)에만 형성될 수 있다.
그리고, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 버퍼층(400) 상에 투명한 도전물질을 적층하여 전면전극(500) 및 접속배선(700)을 형성한다.
상기 투명한 도전물질을 상기 버퍼층(400) 상에 적층시킬 때, 상기 투명한 도전물질이 상기 콘택패턴(310)의 내부에도 삽입되어, 상기 접속배선(700)을 형성할 수 있다.
상기 후면전극(200)과 전면전극(500)은 상기 접속배선(700)에 의해 전기적으로 연결된다.
상기 전면전극(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 스퍼터링 공정을 진행하여 알루미늄 또는 알루미나로 도핑된 산화 아연으로 형성되며, 상기 주변영역(B) 상에도 형성될 수 있다.
이때, 상기 광 흡수층(300) 및 버퍼층(400)이 상기 주변영역(B) 상에도 형성되어, 상기 주변영역(B) 상에 형성된 상기 전면전극(500)과 후면전극(200)은 주변영역(B)에서 접촉되지 않는다.
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 알루미늄 또는 알루미나를 도핑함으로써 낮은 저항 값을 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 층착한 2중 구조를 형성할 수도 있다.
이어서, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 전면전극(500), 광 흡수층(300), 버퍼층(400)을 관통하는 분리패턴(320)을 형성한다.
상기 분리패턴(320)은 에칭(etching)을 이용한 물리적 방법 또는 레이저(laser)를 조사(irradiate)하여 패터닝될 수 있다.
이때, 상기 분리패턴(320) 형성시, 상기 주변영역(B) 상에 형성된 상기 전면전극(500)도 일부가 제거될 수 있다.
즉, 상기 셀 영역(A)으로부터 상기 주변영역(B)으로 상기 전면전극(500)이 연장된 형태로 형성될 수 있다.
상기 주변영역(B) 상에 상기 전면전극(500)을 연장하여 형성함으로써 상기 셀 영역(A)의 신호를 정션박스(junction box)로 연결하기 위한 버스바의 길이를 최소화 할 수 있다.
즉, 집전하기 위한 버스파(bus bar)를 추가적으로 전면전극에 솔더링(soldering)하기 위해서는 넓은 면적으로 상기 버스파를 전면전극에 접착을 하였으나, 실시예에서는 상기 전면전극(500)을 연장하여 형성함으로써 버스바의 길이를 최소화 할 수 있다.
또한, 버스바와 전면전극의 접촉면에서 발생하는 저항을 최소화할 수 있고, 상기 기판(100)의 홀(10) 근처에서만 솔더링을 하므로 솔더링 작업을 최소화할 수 있으며, 이로 인해 전체적인 공정 시간을 단축시킬 수도 있다.
이상에서 설명한 실시예에 따른 태양전지 및 이의 제조방법은 전면전극이 셀 영역으로부터 주변영역으로 연장된 형태로 형성되어, 버스바의 길이를 최소화할 수 있으며, 솔더링 작업을 최소화하여 전체적인 공정을 단축시킬 수 있다.
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 4는 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.
Claims (8)
- 셀 영역과 주변영역을 포함하는 기판;상기 기판의 셀 영역에 순차적으로 적층 형성된 후면전극, 광 흡수층 및 버퍼층 및 전면전극;상기 주변영역에 형성된 홀을 포함하고,상기 전면전극은 셀 영역으로부터 주변영역으로 연장 형성되는 태양전지.
- 제 1항에 있어서,상기 전면전극은 주변영역에 형성된 홀까지 연결되도록 연장 형성된 태양전지.
- 제 1항에 있어서,상기 주변영역 상에 연장되어 형성된 상기 전면전극은 버스바(bus bar)에 의해 정션박스(junction box)와 연결되는 것을 포함하는 태양전지.
- 셀 영역과 주변영역을 포함하는 기판을 준비하는 단계;상기 기판의 셀 영역 상에 후면전극, 광 흡수층 및 버퍼층을 순차적으로 형성하는 단계; 및상기 버퍼층 상에 전면전극을 형성하는 단계를 포함하고,상기 전면전극은 셀 영역으로부터 홀이 형성된 주변영역을 향해 연장 형성되는 태양전지의 제조방법.
- 제 4항에 있어서,상기 전면전극은 주변영역에 형성된 홀까지 연결되도록 형성되는 태양전지의 제조방법.
- 제 4항에 있어서,상기 주변영역 상에 연장되어 형성된 상기 전면전극은 정션박스(junction box)와 연결되는 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
- 제 4항에 있어서,상기 주변영역 상에 연장되어 형성된 상기 전면전극은 버스바(bus bar)에 의해 정션박스(junction box)와 연결되는 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
- 제 4항에 있어서,상기 버퍼층 형성시, 상기 버퍼층을 상기 셀 영역과 주변영역 상에 형성하여, 상기 후면전극을 덮도록 형성하는 태양전지의 제조방법.
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