KR101073832B1 - 박막형 태양전지의 제조 방법 - Google Patents

박막형 태양전지의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 박막형 태양전지의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법은 기판 상에 전면전극을 형성하는 공정; 상기 전면전극의 소정 영역을 제거하여 전극 분리부를 형성하는 공정; 상기 전면전극과 상기 전극 분리부를 포함하는 기판 전면에 반도체층을 형성하는 공정; 상기 전면전극 상에 형성된 상기 반도체층의 소정 영역을 제거하여 콘택부를 형성하는 공정; 상기 반도체층의 제거에 의해 상기 콘택부에 잔존하는 잔여물질을 제거하는 공정; 및 상기 콘택부를 통해 상기 전면전극에 접속되도록 셀 분리부를 사이에 두고 이격되는 후면전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
박막형 태양전지, 콘택부, 잔여물질, 레이저 스크라이빙, 셀 분리부

Description

박막형 태양전지의 제조 방법{Method for manufacturing thin film type Solar Cell}
본 발명은 박막형 태양전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 박막형 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지의 구조 및 원리에 대해서 간단히 설명하면, 태양전지는 P(Positive)형 반도체와 N(Negative)형 반도체를 접합시킨 PN 접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(Hole)과 전자(Electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체 쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체 쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 된다.
이러한, 태양전지는 박막형 태양전지와 기판형 태양전지로 구분할 수 있다.
상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체 물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 기판형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수하기는 하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승되는 단점이 있다.
상기 박막형 태양전지는 상기 기판형 태양전지에 비하여 효율이 다소 떨어지기는 하지만, 얇은 두께로 제조가 가능하고 저가의 재료를 이용할 수 있어 제조비용이 감소되는 장점이 있어 대량생산에 적합하다.
상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 전면전극을 형성하고, 상기 전면전극 위에 반도체층을 형성하고, 상기 반도체층 위에 후면전극을 형성하여 제조되는데, 이하, 도면을 참조로 종래의 박막형 태양전지에 대해서 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1f는 종래의 박막형 태양전지의 제조 공정을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 1a에서 알 수 있듯이, 기판(10) 상에 전면전극(20)을 형성한다.
다음, 도 1b에서 알 수 있듯이, 레이저 스크라이빙(Laser Scribing) 공정을 통해 전면전극(20)의 소정 영역을 제거하여 전극 분리부(25)를 형성한다.
다음, 도 1c에서 알 수 있듯이, 기판(10) 전면에 반도체층(30)을 형성한다.
다음, 도 1d에서 알 수 있듯이, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 반도체층(30)의 소정 영역을 제거하여 콘택부(35)를 형성한다.
다음, 도 1e에서 알 수 있듯이, 스퍼터링(Sputtering) 공정을 이용하여 콘택부(35)를 포함하는 기판(10) 전면에 후면전극(40)을 형성한다.
다음, 도 1f에서 알 수 있듯이, 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 반도체층(30), 및 후면전극(40)의 소정 영역을 제거하여 셀 분리부(45)를 형성함으로써 전기적으로 직렬 접속된 복수의 태양전지 셀을 형성한다.
이와 같은 종래의 박막형 태양전지의 제조 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 콘택부(35)를 형성하는 공정에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 물질로 이루어지는 잔여물질(37)이 콘택부(35) 내에 잔존함으로써 전면전극(20)과 후면전극(40)의 접촉 저항이 증가되어 태양전지의 효율이 저하된다는 문제점이 있다.
둘째, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 셀 분리부(45)를 형성하는 공정에서 콘택부(35)에 잔존하는 잔여물질(37)과 동일한 잔여물질(47)이 셀 분리부(45) 내에 잔존함으로써 션트(Shunt) 저항 성분이 증가되어 태양전지의 효율이 저하된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 박막형 태양전지의 제조 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법은 기판 상에 전면전극을 형성하는 공정; 상기 전면전극의 소정 영역을 제거하여 전극 분리부를 형성하는 공정; 상기 전면전극과 상기 전극 분리부를 포함하는 기판 전면에 반도체층을 형성하는 공정; 상기 전면전극 상에 형성된 상기 반도체층의 소정 영역을 제거하여 콘택부를 형성하는 공정; 상기 반도체층의 제거에 의해 상기 콘택부에 잔존하는 잔여물질을 제거하는 공정; 및 상기 콘택부를 통해 상기 전면전극에 접속되도록 셀 분리부를 사이에 두고 이격되는 후면전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 박막형 태양전지의 제조 방법은 상기 셀 분리부에 잔존하는 잔여물질을 제거하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 콘택부 또는 상기 셀 분리부의 잔여물질을 제거하는 공정은 건식 에칭 공정을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 건식 에칭 공정은 불소(F) 계열 및 염소(Cl) 계열 중 적어도 하나의 에칭 가스를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 에칭 가스에는 Ar, N2, 또는 CDA가 혼합되는 것을 특징으로 한다.
상기 불소(F) 계열의 에칭 가스는 SF6, NF3, SF6+NF3, CF4, C2F6, C3F8, C4F6, C5F8, C6F6 및 ClF3 중 어느 하나의 가스이고, 상기 염소(Cl) 계열의 에칭 가스는 Cl2, Cl3, SiCl4, CHCl3, 및 HCl 중 어느 하나의 가스인 것을 특징으로 한다.
상기 건식 에칭 공정은 반응성 이온 에칭 공정, 상압 플라즈마 공정, 및 리모트 플라즈마 공정 중 어느 하나의 공정을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 콘택부 또는 상기 셀 분리부의 잔여물질을 제거하는 공정은 습식 에칭 공정을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 습식 에칭 공정은 NaOH, KOH, HCl, HNO3, H2SO4, H3PO3, H2O2, 및 C2H2O4로 이루어진 알칼리 용액 중에서 선택된 적어도 하나의 에칭 물질을 포함하는 에칭액을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 박막형 태양전지의 제조방법은 상기 반도체층의 형성 공정 이후에 상기 반도체층 상에 투명도전층을 형성하는 공정을 더 포함하고, 상기 콘택부의 형성 공정시 상기 반도체층과 상기 투명도전층의 소정 영역을 제거하는 것을 특징으로 한다.
상기 반도체층, 상기 투명도전층 및 상기 후면전극의 소정 영역을 제거하여 상기 셀 분리부를 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 콘택부의 잔여물질을 제거하는 공정 이후에 상기 콘택부를 포함하는 기판 전면에 투명도전층을 형성하는 공정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 박막형 태양전지의 제조방법은 상기 콘택부를 형성하는 공정 이전 또는 이후에 상기 반도체층의 소정 영역을 제거하여 상기 셀 분리부를 형성하거나, 상기 콘택부와 동시에 상기 셀 분리부를 형성하는 공정을 더 포함하며, 상기 콘택부의 잔여물질을 제거하는 공정시 상기 셀 분리부에 잔존하는 잔여물질을 제거하는 공정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 셀 분리부를 제외한 나머지 반도체층 상에 상기 후면전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 박막형 태양전지의 제조방법은 상기 반도체층의 형성 공정 이후에 상기 반도체층 상에 투명도전층을 형성하는 공정을 더 포함하고, 상기 콘택부 및 상기 셀 분리부 각각의 형성 공정시 상기 반도체층과 상기 투명도전층의 소정 영역을 제거하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법은 콘택부 및 셀 분리부 각각의 형성 공정 이후에 잔여물 제거 공정을 통해 콘택부 및 셀 분리부 각각의 내부에 잔존하는 잔여물질을 제거함으로써 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 박막형 태양 전지의 제조 공정을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3h를 참조하여 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 박막형 태양 전지의 제조 공정을 단계적으로 설명하면 다음과 같다.
우선, 도 3a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 위에 전면전극(200)을 형성한다.
기판(100)으로는 유리, 투명한 플라스틱, 또는 가요성 플라스틱을 이용할 수 있다.
전면전극(200)은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공정 또는 PECVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정 등에 의해 형성될 수 있다. 이때, 전면전극(200)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, 또는 Ag+Al+Zn 등과 같은 금속물질을 이용하여 형성하거나, ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorine doped Tin Oxide), ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, Ag, SnO2, SnO2:F, ZnO:Ga2O3, ZnO:Al2O3, SnO2:Sb2O3 등과 같은 투명한 도전층(TCO, Transparent Conductive Oxide)을 이용하여 형성할 수 있다.
이러한, 전면전극(200)은 태양광이 입사되는 면이기 때문에 입사되는 태양광이 태양전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 하는 것이 중요하며, 이를 위해서 전면전극(200)에 텍스처(Texturing) 가공공정을 추가로 수행할 수 있다.
텍스처 가공공정은 전면전극(200)의 표면을 울퉁불퉁한 요철구조로 형성하여 마치 직물의 표면과 같은 형상으로 가공하는 공정으로서, 포토리소그라피법(Photolithography)을 이용한 에칭공정, 화학용액을 이용한 이방성 에칭공정(Anisotropic Etching), 기계적 가공, 또는 물리적 가공을 이용한 홈 형성 공정 등을 통해 수행할 수 있다. 이와 같은 텍스처 가공공정을 전면전극(200)에 수행할 경우 입사되는 태양광이 태양전지 외부로 반사되는 비율은 감소하게 되며, 그와 더불어 입사되는 태양광의 산란에 의해 태양전지 내부로 태양광이 흡수되는 비율은 증가하게 되어, 태양전지의 효율이 증진되는 효과가 있다.
한편, 텍스처 가공공정에서는 상술한 홈 형성 공정을 이용하여 기판(100)의 표면에 울퉁불퉁한 요철구조로 형성할 수 있다. 이렇게, 기판(100)의 표면에 형성되는 요철구조로 인하여 전면전극(200)의 표면은 기판(100)의 표면에 형성된 요철구조와 동일한 요철구조를 가지게 된다.
다음, 도 3b에서 알 수 있듯이, 레이저 스크라이빙(Laser Scribing) 공정을 통해 전면전극(200)의 소정 영역을 제거하여 전극 분리부(250)를 형성한다.
다음, 도 3c에서 알 수 있듯이, 전면전극(200) 및 전극 분리부(250)를 포함하는 기판(100) 전면에 반도체층(300) 및 투명도전층(400)을 차례로 형성한다. 이때, 투명도전층(400)의 형성 공정은 생략될 수 있다.
반도체층(300)은 실리콘계 반도체 물질을 화학기상증착 공정 등을 이용하여 형성할 수 있다
반도체층(300)은 P형 반도체 물질, I형 반도체 물질 및 N형 반도체 물질이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성할 수 있다. 이와 같이 반도체층(300)을 PIN구조 로 형성하게 되면, I형 반도체 물질이 P형 반도체 물질과 N형 반도체 물질에 의해 공핍(Depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 전기장에 의해 드리프트(Drift)되어 각각 P형 반도체 물질 및 N형 반도체 물질에서 수집되게 된다. 한편, 반도체층(300)을 PIN구조로 형성할 경우에는 전면전극(200) 상부에 P형 반도체 물질을 형성하고 이어서 I형 반도체 물질 및 N형 반도체 물질을 형성하는 것이 바람직하다. 그 이유는 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(Drift Mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 의해 낮기 때문에 입사광에 의한 수집효율을 극대화하기 위해서 P형 반도체 물질을 수광면에 가깝게 형성하기 위함이다.
한편, 반도체층(300)은 도 3c의 확대도에서 알 수 있듯이, 제 1 반도체층(310), 버퍼층(320), 및 제 2 반도체층(330)이 순서대로 적층되어 소위 탠덤(Tandem) 구조로 형성될 수 있다.
제 1 반도체층(310) 및 제 2 반도체층(330)은 모두 P형 반도체 물질, I형 반도체 물질 및 N형 반도체 물질이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성된다. 이때, 제 1 반도체층(310)은 PIN구조의 비정질 반도체 물질로 이루어지고, 제 2 반도체층(330)은 PIN구조의 미세결정질 반도체 물질로 이루어질 수 있다.
비정질 반도체 물질은 단파장의 광을 잘 흡수하고, 미세결정질 반도체 물질은 장파장의 광을 잘 흡수하는 특성이 있기 때문에, 비정질 반도체 물질과 미세결정질 반도체 물질을 조합할 경우 광흡수효율이 증진될 수 있다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 제 1 반도체층(310)으로서 비정질 반도체/게르마늄, 미 세결정질 반도체 물질 등 다양하게 변경 이용할 수 있고, 제 2 반도체층(330)으로서 비정질 반도체 물질, 비정질 반도체/게르마늄 등 다양하게 변경 이용할 수 있다.
버퍼층(320)은 제 1 반도체층(310) 및 제 2 반도체층(330)의 사이에서 터널접합을 통해 정공 및 전자의 이동을 원활히 하는 역할을 하는 것으로서, ZnO와 같은 투명한 물질로 이루어진다.
또한, 반도체층(300)은 탠덤 구조 이외에, 제 1 반도체층, 제 2 반도체층, 제 3 반도체층, 및 제 1 내지 제 3 반도체층 사이마다 형성된 버퍼층을 포함하는 트리플(Triple) 구조로 형성될 수도 있다.
투명도전층(400)은 반도체층(300) 상에 형성된다. 이때, 투명도전층(400)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, Ag와 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 이러한, 투명도전층(400)은 생략 가능하지만, 태양전지의 효율증진을 위해서는 투명도전층(400)을 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 투명도전층(400)은 태양광을 산란시켜 다양한 각으로 진행하도록 함으로써 후술하는 후면전극에서 반사되어 반도체층(300)으로 재입사되는 광의 비율을 증가시키는 역할을 한다.
다음, 도 3d에서 알 수 있듯이, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 전면전극(200) 상에 형성된 반도체층(300) 및 투명도전층(400)의 소정 영역을 제거하여 콘택부(350)를 형성한다. 이때, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 콘택부(350)를 형성하게 되면, 레이저 스크라이빙 공정에 의해 반도체층(300)과 투명도전층(400)로 이루어지는 잔여물질(370)이 콘택부(350) 내에 잔존하게 된다.
다음, 도 3e에서 알 수 있듯이, 잔여물질 제거 공정을 통해 콘택부(350) 내에 잔존하는 잔여물질(370; 도 3d 참조)을 제거한다.
여기서, 잔여물질 제거 공정은 건식 에칭 공정 또는 습식 에칭 공정을 통해 수행될 수 있다.
건식 에칭 공정은 반응성 이온 에칭 공정, 상압 플라즈마 공정, 또는 리모트 플라즈마 공정을 통해 수행될 수 있다. 이때, 상기의 건식 에칭 공정에서는 NF3, SF6, ClF 등의 불소(F) 계열 또는 HCl, Cl2 등의 염소(Cl) 계열의 에칭 가스와 상기의 에칭 가스에 Ar, N2, 또는 CDA를 혼합한 에칭 가스를 이용하여 잔여물질을 제거할 수 있다.
상기의 반응성 이온 에칭 공정 및 상압 플라즈마 공정에서는 SF6, NF3 , SF6+NF3, CF4, C2F6, C3F8, C4F6, C5F8, C6F6 및 ClF3 등의 불소(F) 계열; 및 Cl2, Cl3, SiCl4, CHCl3, 및 HCl 등의 염소(Cl) 계열의 에칭 가스 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 예를 들어, 반응성 이온 에칭 공정에서는 에칭 가스로써 SF6를 이용하여 플라즈마를 발생시켜 잔여물질(370)을 제거할 수 있고, 상압 플라즈마 공정에서는 에칭 가스로써 NF3, SF6, 또는 NF3+SF6를 이용하여 상압 플라즈마를 발생시켜 이온과 라디칼에 의해 잔여물질(370)을 제거할 수 있다.
나아가, 반응성 이온 에칭 공정의 경우에는 상술한 에칭 가스에 Ar, N2의 불 활성 가스를 혼합하여 사용할 수 있고, 상압 플라즈마의 경우에는 저렴한 다량의 CDA 또는 N2에 상술한 에칭 가스를 혼합하여 사용할 수 있다.
그리고, 리모트 플라즈마 공정에서는 에칭 가스로써 NF3를 이용하여 플라즈마를 발생시켜 이온과 라디칼에 의해 잔여물질(370)을 제거하게 된다.
이와 같은, 건식 에칭 공정에서는 콘택부(350)에 의해 분리된 투명도전층(400)이 반도체층(300)을 보호하기 위한 마스크(Mask) 역할을 한다.
습식 에칭 공정은 NaOH, KOH, HCl, HNO3, H2SO4, H3PO3, H2O2, 및 C2H2O4로 이루어진 알칼리 용액 중에서 선택된 적어도 하나의 에칭 물질을 포함하는 에칭액을 이용하여 잔여물질(370)을 제거하게 된다.
다음, 도 3f에서 알 수 있듯이, 기판(100) 전면에 후면전극(500)을 형성한다.
후면전극(500)은 MOCVD 공정, PECVD 공정, 또는 스퍼터링 공정 등에 의해 형성될 수 있다. 이때, 후면전극(500)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, 또는 Ag+Al+Zn 등과 같은 금속물질을 이용하여 형성하거나, ITO, FTO, ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, Ag, SnO2, SnO2:F, ZnO:Ga2O3, ZnO:Al2O3, SnO2:Sb2O3 등과 같은 투명한 도전물질로 형성될 수 있다.
다음, 도 3g에서 알 수 있듯이, 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 전면전극(200) 상에 형성된 후면전극(500), 투명도전층(400), 및 반도체층(300)의 소정 영역을 제거하여 셀 분리부(550)를 형성함으로써 전기적으로 직렬 접속되는 복수의 태양전지 셀을 형성한다. 이때, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 셀 분리부(550)를 형성하게 되면, 레이저 스크라이빙 공정에 의해 반도체층(300)과 투명도전층(400)으로 이루어지는 잔여물질(470)이 셀 분리부(350) 내에 잔존하게 된다.
다음, 도 3h에서 알 수 있듯이, 상술한 잔여물질 제거 공정을 통해 셀 분리부(550) 내에 잔존하는 잔여물질(470; 도 3g 참조)을 제거한다.
이와 같은, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법은 콘택부(350) 및 셀 분리부(550) 각각의 형성 공정 이후에 잔여물 제거 공정을 통해, 도 4에 도시된 바와 같이, 콘택부(350) 및 셀 분리부(550) 각각의 내부에 잔존하는 잔여물질(370, 470)을 제거함으로써 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 5a 내지 도 5i는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막형 태양 전지의 제조 공정을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5i를 참조하여 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막형 태양 전지의 제조 공정을 단계적으로 설명하면 다음과 같다. 여기서, 상술한 제 1 실시 예와 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 5a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 위에 전면전극(200)을 형성한다.
다음, 도 5b에서 알 수 있듯이, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 전면전극(200)의 소정 영역을 제거하여 전극 분리부(250)를 형성한다.
다음, 도 5c에서 알 수 있듯이, 전면전극(200) 및 전극 분리부(250)를 포함하는 기판(100) 전면에 반도체층(300)을 형성한다.
다음, 도 5d에서 알 수 있듯이, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 전면전극(200) 상에 형성된 반도체층(300)의 소정 영역을 제거하여 콘택부(350)를 형성한다.
다음, 도 5e에서 알 수 있듯이, 상술한 잔여물질 제거 공정을 통해 콘택부(350) 내에 잔존하는 잔여물질(370; 도 5d 참조)을 제거한다.
다음, 도 5f에서 알 수 있듯이, 콘택부(350)를 포함하는 기판(100)의 전면에 투명도전층(400)을 형성한다. 이때, 투명도전층(400)의 형성 공정은 생략될 수 있다.
다음, 도 5g에서 알 수 있듯이, 투명도전층(400) 상에 후면전극(500)을 형성한다. 이때, 후면전극(500)은 상술한 제 1 실시 예에서와 같이 MOCVD 공정, PECVD 공정, 또는 스퍼터링 공정을 통해 형성될 수 있다.
다음, 도 5h에서 알 수 있듯이, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 전면전극(200) 상에 형성된 반도체층(300), 투명도전층(400), 및 후면전극(500)의 소정 영역을 제거하여 셀 분리부(550)를 형성함으로써 후면전극(500)에 의해 전기적으로 직렬 접속되는 복수의 태양전지 셀을 형성한다.
다음, 도 5i에서 알 수 있듯이, 상술한 잔여물질 제거 공정을 통해 셀 분리부(550) 내에 잔존하는 잔여물질(470; 도 5h 참조)을 제거한다.
이와 같은, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법은 콘택부(350) 및 셀 분리부(550) 각각의 형성 공정 이후에 잔여물 제거 공정을 통해 콘택부(350) 및 셀 분리부(550) 각각의 내부에 잔존하는 잔여물질(370, 470)을 제 거함으로써 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 6a 내지 도 6i는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 박막형 태양 전지의 제조 공정을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 도 6i를 참조하여 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 박막형 태양 전지의 제조 공정을 단계적으로 설명하면 다음과 같다. 여기서, 상술한 제 1 실시 예와 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 6a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 위에 전면전극(200)을 형성한다.
다음, 도 6b에서 알 수 있듯이, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 전면전극(200)의 소정 영역을 제거하여 전극 분리부(250)를 형성한다.
다음, 도 6c에서 알 수 있듯이, 전면전극(200) 및 전극 분리부(250)를 포함하는 기판(100) 전면에 반도체층(300)을 형성한다.
다음, 도 6d에서 알 수 있듯이, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 전면전극(200) 상에 형성된 반도체층(300)의 소정 영역을 제거하여 콘택부(350)를 형성한다.
다음, 도 6e에서 알 수 있듯이, 상술한 잔여물질 제거 공정을 통해 콘택부(350) 내에 잔존하는 잔여물질(370; 도 6d 참조)을 제거한다.
다음, 도 6f에서 알 수 있듯이, 콘택부(350)를 포함하는 기판(100)의 전면에 투명도전층(400)을 형성한다. 이때, 투명도전층(400)의 형성 공정은 생략될 수 있다.
다음, 도 6g에서 알 수 있듯이, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 전면전 극(200) 상에 형성된 반도체층(300) 및 투명도전층(400)의 소정 영역을 제거하여 콘택부(350)에 인접한 셀 분리부(550)를 형성한다.
다음, 도 6h에서 알 수 있듯이, 상술한 잔여물질 제거 공정을 통해 콘택부(350) 내에 잔존하는 잔여물질(370; 도 6g 참조)을 제거한다.
다음, 도 6i에서 알 수 있듯이, 프린팅 공정을 통해 셀 분리부(550)를 제외한 기판(100) 전면에 후면전극(500)을 형성한다. 이에 따라, 각 후면전극(500)은 콘택부(350)를 통해 전면전극(200)에 전기적으로 접속된다.
후면전극(500)을 형성하기 위한 프린팅 공정은 Ag, Al, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu 등과 같은 금속 페이스트(Paste)를 이용한 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 그라비아 프린팅(gravure printing), 그라비아 오프셋 프린팅(gravure offset printing), 리버스 오프셋 프린팅(reverse offset printing, 플렉소 프린팅(flexo printing), 또는 마이크로 콘택 프린팅(microcontact printing) 등이 될 수 있다. 이러한, 프린팅 공정을 이용하여 후면전극(500)을 형성할 경우 공정이 단순해지고 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 패턴 형성하는 경우에 비하여 기판이 오염될 우려가 줄어들고 기판의 오염 방지를 위한 세정공정 또한 줄어들게 된다.
이와 같은, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법은 콘택부(350) 및 셀 분리부(550) 각각의 형성 공정 이후에 잔여물 제거 공정을 통해 콘택부(350) 및 셀 분리부(550) 각각의 내부에 잔존하는 잔여물질(370, 470)을 제거함으로써 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있으며, 프린팅 공정을 통해 후면전 극(500)을 형성함으로써 태양전지의 제조 공정을 단순화할 수 있다.
도 7a 내지 도 7h는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 박막형 태양 전지의 제조 공정을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 내지 도 7h를 참조하여 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 박막형 태양 전지의 제조 공정을 단계적으로 설명하면 다음과 같다. 여기서, 상술한 제 1 실시 예와 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 7a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 위에 전면전극(200)을 형성한다.
다음, 도 7b에서 알 수 있듯이, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 전면전극(200)의 소정 영역을 제거하여 전극 분리부(250)를 형성한다.
다음, 도 7c에서 알 수 있듯이, 전면전극(200) 및 전극 분리부(250)를 포함하는 기판(100) 전면에 반도체층(300)을 형성한다.
다음, 도 7d에서 알 수 있듯이, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 전면전극(200) 상에 형성된 반도체층(300)의 소정 영역을 제거하여 콘택부(350)를 형성한다.
다음, 도 7e에서 알 수 있듯이, 상술한 잔여물질 제거 공정을 통해 콘택부(350) 내에 잔존하는 잔여물질(370; 도 7d 참조)을 제거한다.
다음, 도 7f에서 알 수 있듯이, 콘택부(350)를 포함하는 기판(100)의 전면에 투명도전층(400)을 형성한다. 이때, 투명도전층(400)의 형성 공정은 생략될 수 있다.
다음, 도 7g에서 알 수 있듯이, 투명도전층(400) 상에 소정 간격으로 이격된 패턴 형태의 후면전극(500)을 형성한다. 이때, 후면전극(500)은 상술한 제 2 실시 예에서와 같이 프린팅 공정을 통해 형성될 수 있다. 이와 같이, 프린팅 공정을 통해 후면전극(500)을 형성할 경우, 상술한 셀 분리부(550)가 형성될 투명도전층(400) 상의 분리 영역(510)을 제외한 나머지 투명도전층(400) 상에만 후면전극(500)을 형성하게 된다.
다음, 도 7h에서 알 수 있듯이, 후면전극(500)을 마스크로 하는 에칭 공정을 통해 분리 영역(510)에 의해 노출된 투명도전층(400)만을 제거하여 셀 분리부(550)를 형성한다.
에칭 공정으로는 건식 에칭 공정 또는 습식 에칭 공정이 사용될 수 있다.
건식 에칭 공정은 에칭 가스를 이용하여 분리 영역(510)에 의해 노출된 투명도전층(400)을 제거하여 셀 분리부(550)를 형성한다. 이때, 에칭 가스는 Ar 또는 Cl2 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 투명도전층(400)의 물질을 제거할 수 있는 가스 또는 혼합 가스가 될 수 있다.
습식 에칭 공정은 에칭액(미도시)이 저장된 에칭 베스(미도시)에 기판(100)을 침지시켜 투명도전층(400)을 제거하거나, 노즐(미도시)을 통해 이송되는 기판(100) 상에 에칭액을 분사하여 투명도전층(400)을 제거할 수 있다. 이때, 에칭액은 NaOH, KOH, HCl, HNO3, H2SO4, H3PO3, H2O2, 및 C2H2O4 등의 알칼리 용액 중에서 적어도 하나의 에칭 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, NaOH를 에칭액으로 사용할 경우, NaOH는 ZnO2의 물질로 이루어진 투명도전층(400)을 수초 내에 Zn2SiO3 형태로 빠르게 제거하여 셀 분리부(550)가 형성되도록 한다.
한편, 상술한 셀 분리부(550)의 형성 공정에서는 에칭 공정의 에칭 온도와 에칭 시간 등의 공정 조건을 변화시켜, 도 8에 도시된 바와 같이, 분리 영역(510)에 대응되는 투명도전층(400) 및 반도체층(300)을 동시에 제거하여 셀 분리부(550)를 형성할 수도 있다.
이와 같은, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법은 콘택부(350)의 형성 공정 이후에 잔여물 제거 공정을 통해 콘택부(350)의 내부에 잔존하는 잔여물질(370)을 제거함으로써 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있으며, 셀 분리부(550)의 형성을 위한 공정이 단순해지고, 레이저 스크라이빙 공정의 수를 저감할 수 있어 태양전지를 제조하기 위한 설비 비용을 저감시킬 수 있다.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 박막형 태양 전지의 제조 공정을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 내지 도 9f를 참조하여 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 박막형 태양 전지의 제조 공정을 단계적으로 설명하면 다음과 같다. 여기서, 상술한 제 1 실시 예와 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 9a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 위에 전면전극(200)을 형성한다.
다음, 도 9b에서 알 수 있듯이, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 전면전극(200)의 소정 영역을 제거하여 전극 분리부(250)를 형성한다.
다음, 도 9c에서 알 수 있듯이, 전면전극(200) 및 전극 분리부(250)를 포함 하는 기판(100) 전면에 반도체층(300) 및 투명도전층(400)을 차례로 형성한다. 이때, 투명도전층(400)의 형성 공정은 생략될 수 있다.
다음, 도 9d에서 알 수 있듯이, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 전면전극(200) 상에 형성된 반도체층(300) 및 투명도전층(400)의 소정 영역을 제거하여 서로 인접한 콘택부(350) 및 셀 분리부(550)를 형성한다. 이때, 콘택부(350) 및 셀 분리부(550)를 형성하는 공정에서는 콘택부(350)를 먼저 형성한 다음 셀 분리부(550)를 나중에 형성하거나, 셀 분리부(550)를 먼저 형성한 다음 콘택부(350)를 나중에 형성할 수도 있으며, 콘택부(350)와 셀 분리부(550)를 동시에 형성할 수도 있다.
다음, 도 9e에서 알 수 있듯이, 상술한 잔여물질 제거 공정을 통해 콘택부(350) 및 셀 분리부(550) 내에 잔존하는 잔여물질(370; 도 9d 참조)을 제거한다.
다음, 도 9f에서 알 수 있듯이, 프린팅 공정을 통해 셀 분리부(550)를 제외한 기판(100) 전면에 후면전극(500)을 형성한다. 이에 따라, 각 후면전극(500)은 콘택부(350)를 통해 전면전극(200)에 전기적으로 접속된다.
이와 같은, 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법은 반도체층(300)을 형성한 다음 반도체층(300)의 소정 영역을 제거하여 콘택부(350) 및 셀 분리부(550)를 형성한 후, 잔여물 제거 공정을 통해 콘택부(350) 및 셀 분리부(550) 각각의 내부에 잔존하는 잔여물질(370)을 제거함으로써 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있으며, 프린팅 공정을 통해 후면전극(500)을 형성함으로써 태양전지의 제조 공정을 단순화할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1a 내지 도 1f는 종래의 박막형 태양전지의 제조 공정을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 박막형 태양전지의 제조 공정에 따라 콘택부 내에 잔존하는 잔여물질을 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 박막형 태양 전지의 제조 공정을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 잔여물질 제거 공정에 의해 잔여물질이 제거된 콘택부 내부를 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5i는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막형 태양 전지의 제조 공정을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 도 6i는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 박막형 태양 전지의 제조 공정을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 내지 도 7h는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 박막형 태양 전지의 제조 공정을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 박막형 태양 전지의 제조 공정에 있어서, 셀 분리부를 형성 공정하기 위한 다른 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 박막형 태양 전지의 제조 공정을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 >
100: 기판 200: 전면전극
250: 전극 분리부 300: 반도체층
400: 투명도전층 350: 콘택부
500: 후면전극 550: 셀 분리부
370, 470: 잔여물질

Claims (15)

  1. 기판 상에 전면전극을 형성하는 공정;
    상기 전면전극의 소정 영역을 제거하여 전극 분리부를 형성하는 공정;
    상기 전면전극과 상기 전극 분리부를 포함하는 기판 전면에 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 전면전극 상에 형성된 상기 반도체층의 소정 영역을 제거하여 콘택부를 형성하는 공정;
    에칭 공정을 이용해 상기 반도체층의 제거에 의해 상기 콘택부에 잔존하는 잔여물질을 제거하는 공정; 및
    상기 콘택부를 통해 상기 전면전극에 접속되도록 셀 분리부를 사이에 두고 이격되는 후면전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 셀 분리부에 잔존하는 잔여물질을 제거하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 콘택부 또는 상기 셀 분리부의 잔여물질을 제거하는 공정은 상기 에칭 공정 중에서 건식 에칭 공정을 이용하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 건식 에칭 공정은 불소(F) 계열 및 염소(Cl) 계열 중 적어도 하나의 에칭 가스를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 에칭 가스에는 Ar, N2, 또는 CDA가 혼합되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 불소(F) 계열의 에칭 가스는 SF6, NF3, SF6+NF3, CF4, C2F6, C3F8, C4F6, C5F8, C6F6 및 ClF3 중 어느 하나의 가스이고,
    상기 염소(Cl) 계열의 에칭 가스는 Cl2, Cl3, SiCl4, CHCl3, 및 HCl 중 어느 하나의 가스인 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 건식 에칭 공정은 반응성 이온 에칭 공정, 상압 플라즈마 공정, 및 리모트 플라즈마 공정 중 어느 하나의 공정을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 콘택부 또는 상기 셀 분리부의 잔여물질을 제거하는 공정은 상기 에칭 공정 중에서 습식 에칭 공정을 이용하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 습식 에칭 공정은 NaOH, KOH, HCl, HNO3, H2SO4, H3PO3, H2O2, 및 C2H2O4로 이루어진 알칼리 용액 중에서 선택된 적어도 하나의 에칭 물질을 포함하는 에칭액을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체층의 형성 공정 이후에 상기 반도체층 상에 투명도전층을 형성하는 공정을 더 포함하고, 상기 콘택부의 형성 공정시 상기 반도체층과 상기 투명도전층의 소정 영역을 제거하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 콘택부를 형성하는 공정 이전 또는 이후에 상기 반도체층의 소정 영역을 제거하여 상기 셀 분리부를 형성하거나, 상기 콘택부와 동시에 상기 셀 분리부를 형성하는 공정을 더 포함하며, 상기 콘택부의 잔여물질을 제거하는 공정시 상기 셀 분리부에 잔존하는 잔여물질을 제거하는 공정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  14. 삭제
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 반도체층의 형성 공정 이후에 상기 반도체층 상에 투명도전층을 형성하 는 공정을 더 포함하고, 상기 콘택부 및 상기 셀 분리부 각각의 형성 공정시 상기 반도체층과 상기 투명도전층의 소정 영역을 제거하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
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