KR101079614B1 - 박막형 태양전지의 제조방법 - Google Patents

박막형 태양전지의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 효율을 저하시키지 않으면서 공정 시간을 단축시켜 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 박막형 태양전지의 제조방법에 관한 것으로, 박막형 태양전지의 제조 방법은 기판 상에 소정 간격으로 이격되는 제 1 전극을 형성하는 공정; 상기 제 1 전극을 포함한 기판 상에 광전 변환층을 형성하는 공정; 상기 광전 변환층의 전면에 투명 도전층을 형성하는 공정; 상기 투명도전층과 상기 광전 변환층의 소정 영역을 제거하여 콘택부를 형성하는 공정; 상기 제 1 전극의 소정 영역을 노출시키기 위한 노출 패턴을 가지는 제 2 전극을 상기 콘택부를 포함한 투명 도전층 상에 형성하는 공정; 및 상기 제 2 전극을 마스크로 한 서로 다른 2번의 식각 공정을 통해 상기 노출 패턴에 형성된 상기 투명 도전층 및 상기 광전 변환층을 제거하여 상기 제 1 전극의 소정 영역을 노출시키는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

박막형 태양전지의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING OF THIN FILM TYPE SOLAR CELL}
본 발명은 박막형 태양전지(Solar Cell)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 효율을 저하시키지 않으면서 공정 시간을 단축시켜 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 박막형 태양전지의 제조방법에 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 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 반도체 내에서 정공(Hole) 및 전자(Electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 정공(+)는 P형 반도체 쪽으로 이동하고 전자(-)는 N형 반도체 쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 되는 원리이다.
이와 같은 태양전지는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다.
기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체 물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이고, 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
기판형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수하기는 하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승되는 단점이 있으며, 광 투과영역 확보가 어려워 건축물의 유리창 대용으로 사용하기 어렵다.
박막형 태양전지는 기판형 태양전지에 비하여 효율이 다소 떨어지기는 하지만, 얇은 두께로 제조가 가능하고 저가의 재료를 이용할 수 있어 제조비용이 감소되는 장점이 있어 대량생산에 적합하며, 광 투과영역 확보가 상대적으로 용이하여 건축물의 유리창 대용으로 사용할 수 있다.
도 1은 일반적인 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하여 일반적인 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 전면에 제 1 전극(20)을 형성한 후, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 기판(10)의 소정 영역이 노출되도록 제 1 전극(20)을 소정 간격으로 제거하여 전극 분리부(30)를 형성한다.
다음, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 제 1 전극(20)이 형성된 기판(10)의 전면에 광전 변환층(40) 및 투명전도층(50)을 차례로 형성한 후, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 제 1 전극(20)의 소정 영역이 노출되도록 광전 변환층(40) 및 투명전도층(50)을 동시에 제거하여 콘택부(60)를 형성한다.
다음, 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 콘택부(60)와 투명전도층(50) 상에 제 2 전극(70)을 형성한다. 이때, 제 2 전극(70)은 콘택부(60)를 통해 제 1 전극(20)에 전기적으로 접속된다.
다음, 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 콘택부(60)에 인접한 제 1 전극(20)의 소정 영역이 노출되도록 제 2 전극(70), 광전 변환층(40) 및 투명전도층(50)을 동시에 제거하여 셀 분리부(80)를 형성한다.
이와 같은 일반적인 박막형 태양전지의 제조방법에서는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 레이저 조사장치를 이용한 레이저 스크라이빙 공정을 통해 제 2 전극(70)과 투명 도전층(50) 및 광전 변환층(40)을 동시에 제거하여 셀 분리부(80)를 형성하게 되는데, 기판(10)이 대형화될 수록 레이저 스크라이빙 공정 시간이 오래 걸리며, 레이저 스크라이빙 공정 시간을 단축시키기 위해 복수의 레이저 조사장치를 사용할 경우 비용이 증가한다는 문제점이 있다.
둘째, 건축물의 유리창은 가시권이 보장되어야 하므로, 건축물의 유리창 대용으로 박막형 태양전지를 사용하기 위해서는 어느 정도의 광 투과영역을 확보하여야 한다. 그러나, 광 투과영역은 제 2 전극(70)들 사이의 영역인 셀 분리부(80)에 한정되어 가시권이 보장되지 않기 때문에, 가시권의 보장을 위해 셀 분리부(80)의 폭을 증가시킬 경우 레이저 스크라이빙 공정을 여러 번 수행해야 되므로 생산성이 저하된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래의 박막형 태양전지의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 효율을 저하시키지 않으면서 공정 시간을 단축시켜 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 박막형 태양전지의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 효율이 저하되지 않고 공정시간이 오래 걸리지도 않으면서도 넓은 광 투과영역을 확보할 수 있어 건축물의 유리창 대용으로 용이하게 사용할 수 있도록 한 박막형 태양전지의 제조방법을 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법은 기판 상에 소정 간격으로 이격되는 제 1 전극을 형성하는 공정; 상기 제 1 전극을 포함한 기판 상에 광전 변환층을 형성하는 공정; 상기 광전 변환층의 전면에 투명 도전층을 형성하는 공정; 상기 투명도전층과 상기 광전 변환층의 소정 영역을 제거하여 콘택부를 형성하는 공정; 상기 제 1 전극의 소정 영역을 노출시키기 위한 노출 패턴을 가지는 제 2 전극을 상기 콘택부를 포함한 투명 도전층 상에 형성하는 공정; 및 상기 제 2 전극을 마스크로 한 서로 다른 2번의 식각 공정을 통해 상기 노출 패턴에 형성된 상기 투명 도전층 및 상기 광전 변환층을 제거하여 상기 제 1 전극의 소정 영역을 노출시키는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 전극 및 상기 투명 도전층은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, 및 ZnO:H 중 어느 하나의 투명한 도전물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 노출 패턴은 상기 제 1 전극의 제 1 소정 영역을 상기 콘택부와 나란하게 노출시켜 셀 분리부를 형성하기 위한 셀 분리패턴, 및 상기 제 1 전극의 제 2 소정 영역을 노출시켜 광 투과부를 형성하기 위한 광 투과패턴 중 적어도 하나의 패턴을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 전극의 소정 영역을 노출시키는 공정은 상기 제 2 전극을 마스크로 하여 상기 노출 패턴에 형성된 상기 투명 도전층을 제거하는 습식 식각 공정; 및 상기 습식 식각 공정 이후에 상기 제 2 전극을 마스크로 하여 상기 노출 패턴에 형성된 상기 광전 변환층을 제거하는 건식 식각 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 전극의 소정 영역을 노출시키는 공정은 상기 제 2 전극을 마스크로 하여 상기 노출 패턴에 형성된 상기 투명 도전층과 상기 광전 변환층의 소정 부분을 동시에 제거하는 습식 식각 공정; 및 상기 습식 식각 공정 이후에 상기 제 2 전극을 마스크로 하여 상기 노출 패턴에 형성된 상기 광전 변환층의 나머지 부분을 제거하는 건식 식각 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 콘택부를 형성하는 공정은 상기 콘택부에 대응되는 상기 투명 도전층의 소정 영역을 노출시키는 위한 마스크 패턴을 상기 투명 도전층 상에 형성하는 공정; 상기 마스크 패턴을 마스크로 하여 상기 마스크 패턴에 형성된 상기 투명 도전층의 소정 영역을 제거하는 습식 식각 공정; 및 상기 마스크 패턴 또는 상기 투명 도전층을 마스크로 하여 상기 습식 식각 공정에 의해 노출된 상기 광전 변환층을 제거하여 상기 콘택부를 형성하는 건식 식각 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법은 기판 상에 소정 간격으로 이격되는 제 1 전극을 형성하는 공정; 상기 제 1 전극을 포함한 기판 상에 제 1 광전 변환층을 형성하는 공정; 상기 제 1 광전 변환층 상에 제 2 광전 변환층을 형성하는 공정; 상기 제 2 광전 변환층의 전면에 투명 도전층을 형성하는 공정; 상기 투명도전층과 상기 제 2 및 제 1 광전 변환층의 소정 영역을 제거하여 콘택부를 형성하는 공정; 상기 제 1 전극의 소정 영역을 노출시키기 위한 노출 패턴을 가지는 제 2 전극을 상기 콘택부를 포함한 투명 도전층 상에 형성하는 공정; 및 상기 제 2 전극을 마스크로 한 서로 다른 2번의 식각 공정을 통해 상기 노출 패턴에 형성된 상기 투명 도전층 및 상기 제 2 및 제 1 광전 변환층을 제거하여 상기 제 1 전극의 소정 영역을 노출시키는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 전극 및 상기 투명 도전층은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, 및 ZnO:H 중 어느 하나의 투명한 도전물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 노출 패턴은 상기 제 1 전극의 제 1 소정 영역을 상기 콘택부와 나란하게 노출시켜 셀 분리부를 형성하기 위한 셀 분리패턴, 및 상기 제 1 전극의 제 2 소정 영역을 노출시켜 광 투과부를 형성하기 위한 광 투과패턴 중 적어도 하나의 패턴을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 전극의 소정 영역을 노출시키는 공정은 상기 제 2 전극을 마스크로 하여 상기 노출 패턴에 형성된 상기 투명 도전층, 상기 제 2 광전 변환층, 및 상기 제 1 광전 변환층의 소정 부분을 동시에 제거하는 습식 식각 공정; 및 상기 습식 식각 공정 이후에 상기 제 2 전극을 마스크로 하여 상기 노출 패턴에 형성된 상기 제 1 광전 변환층의 나머지 부분을 제거하는 건식 식각 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 박막형 태양전지의 제조 방법은 상기 제 1 광전 변환층과 상기 제 2 광전 변환층 사이에 버퍼층을 형성하는 공정을 더 포함하며, 상기 제 1 전극의 소정 영역에 대응되는 상기 버퍼층의 소정 영역은 상기 습식 식각 공정에 의해 제거되는 것을 특징으로 한다.
상기 박막형 태양전지의 제조 방법은 상기 제 1 광전 변환층과 상기 제 2 광전 변환층 사이에 제 1 버퍼층을 형성하는 공정; 상기 제 2 광전 변환층과 상기 투명도전층 사이에 제 2 버퍼층을 형성하는 공정; 및 상기 제 2 버퍼층 상에 제 3 광전 변환층을 형성하는 공정을 더 포함하며, 상기 제 1 전극의 소정 영역에 대응되는 상기 제 3 광전 변환층, 상기 제 2 버퍼층, 상기 제 2 광전 변환층, 상기 제 1 버퍼층, 및 상기 제 1 광전 변환층의 소정 영역은 상기 습식 식각 공정에 의해 제거되는 것을 특징으로 한다.
상기 습식 식각 공정은 알칼리성 용액을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 건식 식각 공정은 반응성 이온 식각 공정, 상압 플라즈마 공정, 및 리모트 플라즈마 공정 중 어느 하나의 공정에 의해 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 건식 식각 공정은 불소(F) 계열의 식각 가스 및 염소(Cl) 계열의 식각 가스 중 적어도 하나의 식각 가스를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 불소 계열의 식각 가스는 SF6, NF3, CF4, C2F6, C3F8, C4F6, C5F8, C6F6, 및 ClF3 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 염소 계열의 식각 가스는 Cl2, Cl3, BCl3, HCl, SiCl4, 및 CHCl3 　중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 식각 가스에는 Ar, N2, 및 CDA(Clean Dry Air) 중 어느 하나의 가스가 혼합되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 전극은 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), 및 마이크로 콘택 프린팅(Micro Contact Printing) 중 어느 하나의 프린팅 방법을 이용하여 상기 노출 패턴을 포함하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 박막형 태양전지의 제조방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 제 2 전극의 패턴을 마스크로 한 습식 식각 공정을 통해 투명 도전층을 먼저 제거한 후, 건식 식각 공정을 통해 광전 변환층을 제거하여 셀 분리부를 형성함으로써 셀 분리부의 공정 시간을 감소시킬 수 있으며, 셀 분리부의 형성시 제 1 전극의 손상을 원천적으로 방지하여 태양전지의 효율 저하를 방지할 수 있다.
둘째, 습식 및 건식 식각 공정을 차례로 수행하여 셀 분리부를 형성하므로 셀 분리부의 크기를 증가시키더라도 짧은 시간에 셀 분리부를 형성하면서도 가시권을 보장할 수 있어 건축물의 유리창 대용으로 용이하게 사용할 수 있다.
셋째, 제 2 전극의 패턴을 마스크로 한 습식 식각 공정을 통해 투명 도전층을 먼저 제거한 후, 건식 식각 공정을 통해 광전 변환층을 제거하여 셀 분리부와 동시에 광 투과부를 형성함으로써 셀 분리부와 더불어 광 투과부를 통해 유리창 대용으로 적용하기에 충분한 가시권을 확보할 수 있다.
도 1은 일반적인 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도이다.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 나타내는 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 도 7d에 도시된 제 2 전극의 형성시 마련되는 광 투과영역의 다양한 실시 예를 설명하기 위한 평면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하여 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 전면에 제 1 전극(120)을 형성한 후, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 기판(110)의 소정 영역이 노출되도록 제 1 전극(120)을 소정 간격으로 제거하여 전극 분리부(130)를 형성한다. 여기서, 제 1 전극(120)은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 기판(110) 전면에 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, ZnO:H 등과 같은 투명한 도전물질로 형성된다. 이때, 제 1 전극(120)은 대략 1㎛의 두께로 형성될 수 있다.
한편, 제 1 전극(120)은 태양광이 입사되는 면이기 때문에 입사되는 태양광이 태양전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 하기 위해서 텍스처(Texturing) 가공 공정을 통해 요철구조를 가지도록 형성될 수 있다. 텍스처 가공 공정이란 물질 표면을 울퉁불퉁한 요철구조로 형성하여 마치 직물의 표면과 같은 형상으로 가공하는 공정으로서, 포토리소그라피법(photolithography)을 이용한 식각공정, 화학용액을 이용한 이방성 식각공정(anisotropic etching), 또는 기계적 스크라이빙(mechanical scribing)을 이용한 홈 형성 공정 등을 통해 수행할 수 있다.
다음, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 전극 분리부(130)과 제 1 전극(120)이 형성된 기판(100) 전면에 광전 변환층(140) 및 투명 도전층(150)을 차례로 형성한다.
광전 변환층(140)은 실리콘계 반도체물질로 형성될 수 있으며, P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성될 수 있다.
N형 반도체층은 N형 도핑물질(예컨대, 안티몬(Sb), 비소(As), 인(P) 등의 5족 원소 물질)로 도핑된 반도체층을 의미하며, I형 반도체층은 진성 반도체층을 의미하며, P형 반도체층은 P형 도핑물질(예컨대, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 3족 원소 물질)로 도핑된 반도체층을 의미한다. 여기서, I형 반도체층 대신에 N형 또는 P형 반도체층 보다 얇은 두께의 N형 또는 P형 반도체층이 형성될 수도 있고, I형 반도체층 대신에 N형 또는 P형 반도체층 보다 도핑 농도가 낮은 N형 또는 P형 반도체층이 형성될 수 있다.
이와 같이 광전 변환층(140)이 PIN구조로 형성되면, I형 반도체층이 P형 반도체층과 N형 반도체층에 의해 공핍(Depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(Drift)되어 각각 P형 반도체층 및 N형 반도체층에서 수집되게 된다.
한편, 광전 변환층(140)이 PIN구조로 형성될 경우에는 제 1 전극(120) 상에 P형 반도체층을 형성하고 다음 I형 반도체층 및 N형 반도체층을 형성하는 것이 바람직한데, 그 이유는 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 의해 낮기 때문에 입사광에 의한 수집효율을 극대화하기 위해서 P형 반도체층을 수광면에 가깝게 형성하기 위함이다.
투명 도전층(150)은 MOCVD법 등을 통해 제 1 전극(120)과 동일한 투명 도전물질로 형성된다. 이때, 투명 도전층(150)은 대략 100㎚ 정도의 두께로 형성될 수 있다. 이러한, 투명 도전층(150)은 광전 변환층(140)을 투과한 태양광을 산란시켜 다양한 각으로 진행시킴과 아울러 후술되는 제 2 전극(170)에서 반사되어 광전 변환층(140)으로 재입사되는 광의 비율을 증가시킴으로써 태양전지의 효율을 향상시킨다.
다음, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 전극 분리부(130)에 인접한 제 1 전극(120) 상에 형성된 광전 변환층(140) 및 투명 도전층(150)의 소정 영역을 동시에 제거하여 콘택부(160)를 형성한다. 여기서, 콘택부(160)는 레이저 스크라이빙 공정에 의해 수행될 수 있다.
다음, 도 2의 (d)에 도시된 바와 같이, 콘택부(160)에 인접한 제 1 전극(120) 상에 형성된 투명 도전층(150)의 소정 영역이 노출되는 셀 분리패턴(175)을 가지는 노출 패턴을 포함하도록 콘택부(160)와 투명 도전층(150) 상에 제 2 전극(170)을 형성한다. 여기서, 셀 분리패턴(175)은 투명 도전층(150) 상에 제 2 전극(170)이 형성되지 않는 영역이다. 이러한, 패턴 형태의 제 2 전극(170)은 콘택부(160)를 통해 제 1 전극(120)에 전기적으로 접속됨과 아울러 셀 분리패턴(175)을 사이에 두고 이격된다.
이러한 패턴 형태의 제 2 전극(170)은 인쇄법을 이용하여 한 번의 공정으로 형성할 수 있다. 즉, 제 2 전극(170)은 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(Micro Contact Printing) 공정에 의해 형성될 수 있다.
다음, 도 2의 (e)에 도시된 바와 같이, 셀 분리패턴(175)을 포함하는 제 2 전극(170)을 마스크로 하여 셀 분리패턴(175) 내에 형성된 투명 도전층(150)을 제거한다. 일반적으로 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, ZnO:H 등과 같은 투명한 도전물질로 형성된 투명 도전층(150)은 습식 식각 공정에 의해 용이하게 제거할 수 있는 반면에, 건식 식각 공정으로는 제거가 용이하지 않다는 특성을 갖는다. 이에 따라, 본 발명은 습식 식각 공정을 통해 투명 도전층(150)을 제거한다.
상기의 습식 식각 공정은 식각조(미도시)에 소정의 식각용액(미도시)을 저장하고, 기판을 식각용액에 침지하는 침지 방식으로 수행되거나, 기판에 식각용액을 분사하는 스프레이 방식으로 수행될 수 있다. 특히 스프레이 방식의 경우 기판을 이송시키면서 수행되므로 공정 시간을 줄일 수 있다.
이와 같이 습식 식각 공정을 이용하게 되면 비용이 절감되고 공정 시간을 줄여 생산성을 향상시킬 수 있는데, 이를 위해서는 최적화된 습식 식각 공정 조건을 찾는 것이 요구되고, 본 발명자는 반복적인 실험을 통해 최적화된 습식 식각 공정 조건을 확인하였다.
구체적으로는, 최적의 식각용액 조성을 발견하였고, 그와 같은 식각용액을 이용하여 식각 공정을 수행함에 있어서 식각용액 온도 및 식각 시간 등을 최적화하였다. 즉, 최적의 식각용액은 알칼리성 용액, 예를 들어, NaOH, KOH, HCl, HNO3, H2SO4, H3PO3, H2O2, 및 C2H2O4로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 용액을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 식각용액은 물로 희석하여 이용할 수 있는데, 이 경우 식각용액의 농도는 5% ~ 50% 범위인 것이 바람직하다. 그리고, 최적의 식각용액의 온도는 25℃ ~ 80 ℃로 유지하는 것이 바람직하며, 최적의 식각 시간은 3초 ~ 2분 범위인 것이 바람직하다.
이와 같은 습식 식각 공정이 완료되면, 소성 공정을 진행하여 습식 식각 공정 이후에 기판(110) 상에 잔류하는 식각용액 성분들을 제거한다.
다음, 도 2의 (f)에 도시된 바와 같이, 셀 분리패턴(175)을 포함하는 제 2 전극(170)을 마스크로 하여 셀 분리패턴(175) 내에 형성된 광전 변환층(140)을 제거하여 셀 분리패턴(175)에 셀 분리부(180)를 형성한다. 이에 따라, 기판(110) 상에는 셀 분리패턴(175)을 포함하는 셀 분리부(180)에 의해 소정 간격으로 이격됨과 아울러 제 1 전극(120)을 통해 전기적으로 직렬 접속되는 복수의 태양전지 셀이 형성된다.
일반적으로 실리콘계 반도체물질로 형성된 광전 변환층(140)은 건식 식각 공정 또는 습식 식각 공정에 의해 용이하게 제거할 수 있다. 그러나, 광전 변환층(140)을 습식 식각 공정을 통해 투명 도전층(150)과 동시에 제거하게 될 경우, 투명 도전층(150)과 동일한 도전물질로 이루어진 제 1 전극(120)의 소정 부분이 함께 제거될 수 있고, 이로 인한 제 1 전극(120)의 손상에 의해 태양전지의 효율이 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명은 제 1 전극(120)이 건식 식각 공정에 의해서는 쉽게 제거되지 않는 특성을 갖기 때문에, 광전 변환층(140)의 제거시 제 1 전극(120)을 손상을 원천적으로 방지하기 위하여 건식 식각 공정을 통해 광전 변환층(140)을 제거한다.
광전 변환층(140)을 제거하기 위한 건식 식각 공정은 반응성 이온 식각 공정, 상압 플라즈마 공정, 또는 리모트 플라즈마 공정에 의해 수행될 수 있다.
또한, 광전 변환층(140)을 제거하기 위한 건식 식각 공정은 불소(F) 계열의 식각 가스, 염소(Cl) 계열의 식각 가스, 또는 불소 계열의 가스와 염소 계열의 가스를 혼합한 식각 가스를 이용할 수 있다. 나아가, 상기의 식각 가스에는 Ar, N2, 및 CDA(Clean Dry Air) 중 어느 하나의 가스가 혼합될 수 있다. 이때, 불소 계열의 식각 가스는 SF6, NF3, CF4, C2F6, C3F8, C4F6, C5F8, C6F6, 및 ClF3 중 적어도 하나의 가스를 이용할 수 있고, 염소 계열의 식각 가스는 Cl2, Cl3, BCl3, HCl, SiCl4, 및 CHCl3 　 중 적어도 하나의 가스를 이용할 수 있다.
이와 같은 건식 식각 공정이 완료되면, 건식 식각 공정 이후에 기판(110) 상에 잔류하는 가스 성분들을 제거하기 위한 소성 공정을 추가로 수행할 수 있다.
상술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법은 셀 분리패턴(175)을 포함하는 셀 분리부(180)의 형성하기 위해 제 2 전극(170)의 패턴에 의해 형성된 셀 분리패턴(175)을 마스크로 한 습식 식각 공정을 통해 투명 도전층(150)을 먼저 제거한 후, 건식 식각 공정을 통해 광전 변환층(140)을 제거함으로써 셀 분리부(180)의 형성시 제 1 전극(120)의 손상을 원천적으로 방지하여 태양전지의 효율 저하를 방지할 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법은 제 2 전극(170)의 패턴 형태를 조절하여 셀 분리패턴(175)의 크기를 조절할 수 있기 때문에 종래의 레이저 스크라이빙 공정 대비 공정시간이 오래 걸리지도 않으면서 셀 분리패턴(175)을 통해 넓은 광 투과영역을 확보할 수 있어 건축물의 유리창 대용으로 용이하게 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하여 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 3의 (a) 내지 (d)에 도시된 바와 같이, 기판(110) 상에 제 1 전극(120), 전극 분리부(130), 광전 변환층(140), 투명 도전층(150), 콘택부(160), 및 셀 분리패턴(175)을 가지는 패턴 형태의 제 2 전극(170)을 형성한다. 여기서, 도 3의 (a) 내지 (d)에 도시된 각 제조 방법은 상술한 도 2의 (a) 내지 (d)에 도시된 각 제조 방법과 동일하게 이루어진다.
다음, 도 3의 (e)에 도시된 바와 같이, 제 2 전극(170)의 패턴에 의해 형성된 셀 분리패턴(175)을 마스크로 하여 상술한 본 발명의 제 1 실시 예의 습식 식각 공정을 통해 셀 분리패턴(175) 내에 형성된 투명 도전층(150)과 광전 변환층(140)의 소정 부분을 동시에 제거한다. 이때, 투명 도전층(150)과 광전 변환층(140)의 소정 부분을 동시에 제거하기 위한 습식 식각 공정은 상술한 발명의 제 1 실시 예의 습식 식각 시간 보다 길게 설정되는 것을 제외하고는 모두 동일하게 된다.
이와 같은 습식 식각 공정이 완료되면, 소성 공정을 진행하여 습식 식각 공정 이후에 기판(110) 상에 잔류하는 식각용액 성분들을 제거한다.
다음, 도 3의 (f)에 도시된 바와 같이, 제 2 전극(170)의 패턴에 의해 형성된 셀 분리패턴(175)을 마스크로 하여 상술한 본 발명의 제 1 실시 예의 건식 식각 공정을 통해 셀 분리패턴(175) 내에 형성된 광전 변환층(140)의 나머지 부분을 제거한다. 이때, 광전 변환층(140)의 나머지 부분을 제거하기 위한 건식 식각 공정은 상술한 발명의 제 1 실시 예의 건식 식각 시간 보다 짧게 설정되는 것을 제외하고는 모두 동일하게 된다.
이와 같은 건식 식각 공정이 완료되면, 건식 식각 공정 이후에 기판(110) 상에 잔류하는 가스 성분들을 제거하기 위한 소성 공정을 추가로 수행할 수 있다.
상술한 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법은 셀 분리패턴(175)을 포함하는 셀 분리부(180)의 형성하기 위해 투명 도전층(150)과 함께 광전 변환층(140)의 소정 부분을 제거함으로써 상술한 본 발명의 제 1 실시 예의 효과를 제공함과 아울러 습식 식각 공정의 공정 제어를 보다 용이하게 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법은 광전 변환층(140)을 소위 탠덤(Tandem) 구조로 형성하는 것을 제외하고는 상술한 본 발명의 제 2 실시 예와 동일하기 때문에 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 전면에 제 1 전극(120)을 형성한 후, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 기판(110)의 소정 영역이 노출되도록 제 1 전극(120)을 소정 간격으로 제거하여 전극 분리부(130)를 형성한다.
다음, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 전극 분리부(130)과 제 1 전극(120)이 형성된 기판(100) 전면에 광전 변환층(140) 및 투명 도전층(150)을 차례로 형성한다.
한편, 광전 변환층(140)은 탠덤 구조로써 순서대로 적층된 제 1 광전 변환층(142), 버퍼층(144), 및 제 2 광전 변환층(146)을 포함하여 구성된다.
제 1 광전 변환층(142)은 상술한 PIN구조의 비정질 반도체물질로 이루어지고, 제 2 광전 변환층(146)은 상술한 PIN구조의 미세결정질 반도체물질로 이루어질 수 있다. 여기서, 비정질 반도체물질은 단파장의 광을 잘 흡수하고, 미세결정질 반도체물질은 장파장의 광을 잘 흡수하는 특성이 있기 때문에, 비정질 반도체물질과 미세결정질 반도체물질을 조합할 경우 광흡수효율이 증진될 수 있다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 제 1 광전 변환층(142)으로서 비정질반도체/게르마늄, 미세결정질 반도체 물질 등 다양하게 변경 이용할 수 있고, 제 2 광전 변환층(146)으로서 비정질 반도체물질, 비정질반도체/게르마늄 등 다양하게 변경 이용할 수 있다.
버퍼층(144)은 제 1 광전 변환층(142) 및 제 2 광전 변환층(146) 사이에서 터널접합을 통해 정공 및 전자의 이동을 원활히 하는 역할을 하는 것으로서, 제 1 전극(120)과 동일한 투명 도전물질로 형성된다.
투명 도전층(150)은 MOCVD법 등을 통해 제 1 전극(120)과 동일한 투명 도전물질로 형성된다.
다음, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 전극 분리부(130)에 인접한 제 1 전극(120) 상에 형성된 제 1 광전 변환층(142), 버퍼층(144), 및 제 2 광전 변환층(146)을 포함하는 광전 변환층(140) 및 투명 도전층(150)의 소정 영역을 동시에 제거하여 콘택부(160)를 형성한다. 여기서, 콘택부(160)는 레이저 스크라이빙 공정에 의해 수행될 수 있다.
다음, 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이, 콘택부(160)에 인접한 제 1 전극(120) 상에 형성된 투명 도전층(150)의 소정 영역이 노출되는 셀 분리패턴(175)을 가지는 노출 패턴을 포함하도록 콘택부(160)와 투명 도전층(150) 상에 제 2 전극(170)을 형성한다.
다음, 도 4의 (e)에 도시된 바와 같이, 상술한 습식 식각 공정을 통해 셀 분리패턴(175)을 포함하는 제 2 전극(170)을 마스크로 하여 셀 분리패턴(175) 내에 형성된 투명 도전층(150), 제 2 광전 변환층(146), 버퍼층(144), 및 제 2 광전 변환층(142)의 소정 부분을 제거한다. 이때, 제 1 광전 변환층(142)의 일부는 상술한 습식 식각 공정에 의해 제거된다.
한편, 광전 변환층(140)이 상술한 탠덤 구조로 형성될 경우에는 제 2 광전 변환층(146), 버퍼층(144), 및 제 1 광전 변환층(142) 모두를 상술한 습식 식각 공정을 통해 동시에 제거할 수 있기 때문에 탠덤 구조에 대응되도록 습식 공정의 식각 시간을 설정함으로써 제 1 전극(120) 상에 형성된 제 1 광전 변환층(142)의 소정 부분을 제외한 나머지 버퍼층(144)과 제 2 광전 변환층(146)의 일부를 동시에 제거하게 된다. 이때, 상기의 습식 식각 공정은 상술한 제 1 실시 예와 같이 제 2 광전 변환층(146) 및 버퍼층(144)만을 동시에 제거할 수도 있다.
이와 같은 습식 식각 공정이 완료되면, 소성 공정을 진행하여 습식 식각 공정 이후에 기판(110) 상에 잔류하는 식각용액 성분들을 제거한다.
다음, 도 4의 (f)에 도시된 바와 같이, 상술한 건식 식각 공정을 통해 셀 분리패턴(175)을 포함하는 제 2 전극(170)을 마스크로 하여 셀 분리패턴(175) 내에 형성된 제 1 광전 변환층(142)의 나머지 부분을 제거하여 셀 분리패턴(175)에 셀 분리부(180)를 형성한다. 이때, 상기의 습식 식각 공정에서 제 2 광전 변환층(146) 및 버퍼층(144)만이 제거된 경우, 상기의 건식 식각 공정에서는 셀 분리패턴(175) 내에 형성된 제 1 광전 변환층(142)의 전체를 제거하여 셀 분리패턴(175)에 셀 분리부(180)를 형성한다.
이와 같은 건식 식각 공정이 완료되면, 건식 식각 공정 이후에 기판(110) 상에 잔류하는 가스 성분들을 제거하기 위한 소성 공정을 추가로 수행할 수 있다.
상술한 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법은 상술한 본 발명의 제 2 실시 예와 동일한 효과를 제공함과 아울러 광전 변환층(140)을 탠덤 구조로 형성함으로써 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법은 광전 변환층(140)을 트리플(Triple) 구조로 형성하는 것을 제외하고는 상술한 본 발명의 제 2 실시 예와 동일하기 때문에 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 전면에 제 1 전극(120)을 형성한 후, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 기판(110)의 소정 영역이 노출되도록 제 1 전극(120)을 소정 간격으로 제거하여 전극 분리부(130)를 형성한다.
다음, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 전극 분리부(130)과 제 1 전극(120)이 형성된 기판(100) 전면에 광전 변환층(140) 및 투명 도전층(150)을 차례로 형성한다.
한편, 광전 변환층(140)은 트리플 구조로써, 순서대로 적층된 제 1 광전 변환층(142), 제 1 버퍼층(144), 제 2 광전 변환층(146), 제 2 버퍼층(147), 제 3 광전 변환층(148)을 포함하여 구성된다. 제 1 내지 제 2 광전 변환층(142, 146, 148) 각각은 P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성될 수 있다.
투명 도전층(150)은 MOCVD법 등을 통해 제 1 전극(120)과 동일한 투명 도전물질로 형성된다.
다음, 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 전극 분리부(130)에 인접한 제 1 전극(120) 상에 형성된 제 1 광전 변환층(142), 제 1 버퍼층(144), 제 2 광전 변환층(146), 제 2 버퍼층(147), 제 3 광전 변환층(148)의 소정 영역을 동시에 제거하여 콘택부(160)를 형성한다. 여기서, 콘택부(160)는 레이저 스크라이빙 공정에 의해 수행될 수 있다.
다음, 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이, 콘택부(160)에 인접한 제 1 전극(120) 상에 형성된 투명 도전층(150)의 소정 영역이 노출되는 셀 분리패턴(175)을 가지는 노출 패턴을 포함하도록 콘택부(160)와 투명 도전층(150) 상에 제 2 전극(170)을 형성한다.
다음, 도 5의 (e)에 도시된 바와 같이, 상술한 습식 식각 공정을 통해 셀 분리패턴(175)을 포함하는 제 2 전극(170)을 마스크로 하여 셀 분리패턴(175) 내에 형성된 투명 도전층(150), 제 3 광전 변환층(148), 제 2 버퍼층(147), 제 2 광전 변환층(146), 제 1 버퍼층(144), 및 제 1 광전 변환층(142)의 소정 부분을 제거한다. 이때, 제 1 광전 변환층(142)의 일부는 상술한 습식 식각 공정에 의해 제거된다. 이러한, 상기의 습식 식각 공정은 상술한 제 1 실시 예와 같이 제 2 광전 변환층(146) 및 버퍼층(144)만을 동시에 제거할 수도 있다.
이와 같은 습식 식각 공정이 완료되면, 소성 공정을 진행하여 습식 식각 공정 이후에 기판(110) 상에 잔류하는 식각용액 성분들을 제거한다.
다음, 도 5의 (f)에 도시된 바와 같이, 상술한 건식 식각 공정을 통해 셀 분리패턴(175)을 포함하는 제 2 전극(170)을 마스크로 하여 셀 분리패턴(175) 내에 형성된 제 1 광전 변환층(142)의 나머지 부분을 제거하여 셀 분리패턴(175)에 셀 분리부(180)를 형성한다. 이때, 상기의 습식 식각 공정에서 제 2 광전 변환층(146) 및 버퍼층(144)만이 제거된 경우, 상기의 건식 식각 공정에서는 셀 분리패턴(175) 내에 형성된 제 1 광전 변환층(142)의 전체를 제거하여 셀 분리패턴(175)에 셀 분리부(180)를 형성한다.
이와 같은 건식 식각 공정이 완료되면, 건식 식각 공정 이후에 기판(110) 상에 잔류하는 가스 성분들을 제거하기 위한 소성 공정을 추가로 수행할 수 있다.
상술한 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법은 상술한 본 발명의 제 2 실시 예와 동일한 효과를 제공함과 아울러 광전 변환층(140)을 트리플 구조로 형성함으로써 태양전지의 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법은 콘택부(160)의 형성 방법을 제외하고는 상술한 본 발명의 제 1 내지 제 4 실시 예 중 어느 하나의 실시 예와 동일하게 이루어진다. 즉, 상술한 본 발명의 제 1 내지 제 4 실시 예에서는 레이저 스크라이빙 공정을 통해 콘택부(160)를 형성하였으나, 본 실시 예에서는 레이저 스크라이빙 공정 대신에 상술한 습식 및 건식 식각 공정을 이용하여 콘택부(160)를 형성함으로써 공정 시간의 관점에서 콘택부(160)를 형성하기 위한 공정 시간을 줄일 수 있도록 한 것이다. 이하, 상술한 실시 예와 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 전면에 제 1 전극(120)을 형성한 후, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 기판(110)의 소정 영역이 노출되도록 제 1 전극(120)을 소정 간격으로 제거하여 전극 분리부(130)를 형성한다.
다음, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 전극 분리부(130)과 제 1 전극(120)이 형성된 기판(100) 전면에 광전 변환층(140) 및 투명 도전층(150)을 차례로 형성한다. 여기서, 광전 변환층(140)은 도 2의 (b)에서와 같이 싱글(Single) 구조, 도 4의 (b)에서와 같이 탠덤 구조, 도 5의 (b)에서와 같이 트리플 구조 중 어느 하나의 구조를 가지도록 형성될 수 있다.
다음, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 투명 도전층(150) 상에 소정 간격으로 이격되는 마스크 패턴(157)을 형성한 후, 마스크 패턴(157)을 마스크로 하여 상술한 습식 식각 공정을 통해 투명 도전층(150)의 소정 영역을 제거한다. 여기서, 마스크 패턴(157)을 마스크로 한 습식 식각 공정에서는 투명 도전층(150)만이 제거되도록 공정 조건을 설정하거나, 도 3의 (e)와 유사하게 투명 도전층(150)과 광전 변환층(140)의 일부가 동시에 제거되도록 공정 조건을 설정할 수 있다.
다음, 습식 식각 공정에 의해 투명 도전층(150)이 제거되면, 마스크 패턴(157)을 제거한 후, 상술한 소성 공정을 수행하여 투명 도전층(150)의 제거 및 마스크 패턴(157)의 제거시 잔류하는 잔류 물질들을 제거한다.
다음, 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이, 투명 도전층(150)을 마스크로 하여 상술한 건식 식각 공정을 통해 광전 변환층(140)을 제거하여 콘택부(160)를 형성한다.
다음, 도 6의 (e)에 도시된 바와 같이, 콘택부(160)에 인접한 제 1 전극(120) 상에 형성된 투명 도전층(150)의 소정 영역이 노출되는 셀 분리패턴(175)을 포함하도록 콘택부(160)와 투명 도전층(150) 상에 제 2 전극(170)을 패턴 형태로 형성한다.
다음, 도 6의 (f)에 도시된 바와 같이, 제 2 전극(170)의 패턴에 의해 형성된 셀 분리패턴(175)을 마스크로 하여 상술한 습식 식각 공정을 통해 셀 분리패턴(175) 내에 형성된 투명 도전층(150)을 제거한다. 여기서, 셀 분리패턴(175)을 마스크로 한 습식 식각 공정에서는 도 2의 (e)에서와 같이 투명 도전층(150)만이 제거되도록 공정 조건을 설정하거나, 도 3의 (e), 도 4의 (e), 및 도 5의 (e)에서와 같이 투명 도전층(150)과 광전 변환층(140)의 일부가 동시에 제거되도록 공정 조건을 설정할 수 있다.
이와 같은 습식 식각 공정이 완료되면, 소성 공정을 진행하여 습식 식각 공정 이후에 기판(110) 상에 잔류하는 식각용액 성분들을 제거한다.
다음, 도 6의 (g)에 도시된 바와 같이, 제 2 전극(170)의 패턴에 의해 형성된 셀 분리패턴(175)을 마스크로 하여 상술한 본 발명의 제 1 실시 예의 건식 식각 공정을 통해 셀 분리패턴(175) 내에 형성된 광전 변환층(140)을 제거하여 셀 분리패턴(175)에 셀 분리부(180)를 형성한다.
이와 같은 건식 식각 공정이 완료되면, 건식 식각 공정 이후에 기판(110) 상에 잔류하는 가스 성분들을 제거하기 위한 소성 공정을 추가로 수행할 수 있다.
상술한 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법은 습식 및 건식 식각 공정을 차례로 이용하여 콘택부(160)를 형성함으로써 상술한 본 발명의 제 1 내지 제 4 실시 예의 효과뿐만 아니라 콘택부(160)를 형성하기 위한 공정 시간을 감소시킬 수 있다.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 나타내는 사시도이다.
본 발명의 제 6 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법은 넓은 광 투과영역을 확보하여 건축물의 유리창 대용으로 용이하게 사용할 수 있는 박막형 태양전지의 제조 방법에 한 것이다. 이하, 상술한 실시 예들과 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 전면에 제 1 전극(120)을 형성한 후, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 기판(110)의 소정 영역이 노출되도록 제 1 전극(120)을 소정 간격으로 제거하여 전극 분리부(130)를 형성한다.
다음, 도 7b에 도시된 바와 같이, 전극 분리부(130)과 제 1 전극(120)이 형성된 기판(100) 전면에 광전 변환층(140) 및 투명 도전층(150)을 차례로 형성한다. 여기서, 광전 변환층(140)은 도 2의 (b)에서와 같이 싱글(Single) 구조, 도 4의 (b)에서와 같이 탠덤 구조, 도 5의 (b)에서와 같이 트리플 구조 중 어느 하나의 구조를 가지도록 형성될 수 있다.
다음, 도 7c에 도시된 바와 같이, 전극 분리부(130)에 인접한 제 1 전극(120) 상에 형성된 광전 변환층(140) 및 투명 도전층(150)의 소정 영역을 동시에 제거하여 콘택부(160)를 형성한다. 여기서, 콘택부(160)는 상술한 레이저 스크라이빙 공정에 의해 형성되거나, 상술한 습식 및 건식 식각 공정에 의해 형성될 수 있다.
다음, 도 7d에 도시된 바와 같이, 콘택부(160)에 인접한 제 1 전극(120) 상에 형성된 투명 도전층(150)의 소정 영역이 노출되는 셀 분리패턴(175)과 광 투과패턴(177)을 가지는 노출 패턴을 포함하도록 콘택부(160)와 투명 도전층(150) 상에 제 2 전극(170)을 형성한다. 이때, 패턴 형태(170)의 제 2 전극(170)은 상술한 인쇄법에 의해 형성될 수 있다. 이러한, 패턴 형태의 제 2 전극(170)은 콘택부(160)를 통해 제 1 전극(120)에 전기적으로 접속됨과 아울러 셀 분리패턴(175)을 사이에 두고 이격된다.
셀 분리패턴(175)과 광 투과패턴(177)은 투명 도전층(150) 상에 제 2 전극(170)이 형성되지 않는 영역이다. 이때, 셀 분리패턴(175)은 콘택부(160)와 나란하도록 제 1 전극(120)과 중첩되는 투명 도전층(150) 상에 마련되고, 광 투과패턴(177)은 투명 도전층(150) 상에 소정의 간격을 가지도록 직선 형태로 마련된다.
다음, 도 7e에 도시된 바와 같이, 셀 분리패턴(175)과 광 투과패턴(177)을 포함하는 제 2 전극(170)을 마스크로 하여 상술한 습식 식각 공정을 통해 셀 분리패턴(175)과 광 투과패턴(177) 내에 형성된 투명 도전층(150)을 제거한다. 여기서, 제 2 전극(170)을 마스크로 한 습식 식각 공정에서는 도 2의 (e)에서와 같이 투명 도전층(150)만이 제거되도록 공정 조건을 설정하거나, 도 3의 (e), 도 4의 (e), 및 도 5의 (e)에서와 같이 투명 도전층(150)과 광전 변환층(140)의 일부가 동시에 제거되도록 공정 조건을 설정할 수 있다.
이와 같은 습식 식각 공정이 완료되면, 소성 공정을 진행하여 습식 식각 공정 이후에 기판(110) 상에 잔류하는 식각용액 성분들을 제거한다.
다음, 도 7f에 도시된 바와 같이, 제 2 전극(170)을 마스크로 하여 상술한 본 발명의 제 1 실시 예의 건식 식각 공정을 통해 셀 분리패턴(175)과 광 투과패턴(177) 내에 형성된 광전 변환층(140)을 제거하여 셀 분리패턴(175)에 대응되는 셀 분리부(180)를 형성함과 동시에 광 투과패턴(177)에 대응되는 광 투과부(190)를 형성한다. 이에 따라, 기판(110) 상에는 셀 분리부(180)에 의해 소정 간격으로 이격됨과 아울러 제 1 전극(120)을 통해 전기적으로 직렬 접속되는 복수의 태양전지 셀이 형성된다.
이와 같은 건식 식각 공정이 완료되면, 건식 식각 공정 이후에 기판(110) 상에 잔류하는 가스 성분들을 제거하기 위한 소성 공정을 추가로 수행할 수 있다.
한편, 도 7d에서 상술한 제 2 전극(170)은 직선 형태의 광 투과패턴(177)을 포함하도록 형성될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형태의 광 투과패턴(177)을 포함하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(170)의 패턴 형태에 따라 마련되는 광 투과패턴(177)은 도 8a에 도시된 바와 같이 곡선 형태로 마련되거나, 도 8b에 도시된 바와 같이 문자 형태로 마련될 수도 있다. 또한, 도시하지 않았지만, 광 투과패턴(177)은 도형, 기호, 또는 숫자 형태로 마련될 수도 있으며, 필요에 따라 다양한 형태로 마련될 수 있다.
상술한 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법은 상술한 본 발명의 제 1 내지 제 5 실시 예 중 어느 하나의 효과뿐만 아니라, 셀 분리부(180)와 더불어 광 투과부(190)를 통해 태양광이 투과될 수 있기 때문에 유리창 대용으로 적용하기에 충분한 가시권을 확보할 수 있게 된다. 특히, 광 투과부(190)의 전체 면적을 조절함으로써 필요에 따라 가시 영역을 적절히 변경할 수 있으며, 광 투과부(190)를 다양한 형태로 형성하여 광고 효과도 구현할 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.
110: 기판 120: 제 1 전극
130: 전극 분리부 140: 광전 변환층
150: 투명 도전층 160: 콘택부
170: 제 2 전극 175: 셀 분리패턴
177: 광 투과영역 180: 셀 분리부
190: 광 투과부

Claims (19)

  1. 기판 상에 소정 간격으로 이격되는 제 1 전극을 형성하는 공정;
    상기 제 1 전극을 포함한 기판 상에 광전 변환층을 형성하는 공정;
    상기 광전 변환층의 전면에 투명 도전층을 형성하는 공정;
    상기 투명도전층과 상기 광전 변환층의 소정 영역을 제거하여 콘택부를 형성하는 공정;
    상기 콘택부를 통해 상기 제 1 전극에 접속되고 상기 제 1 전극의 소정 영역을 노출시키기 위한 노출 패턴을 가지는 제 2 전극을 상기 투명 도전층 상에 형성하는 공정; 및
    상기 제 2 전극을 마스크로 한 습식 식각 공정과 건식 식각 공정의 순차적인 공정을 통해 상기 노출 패턴에 형성된 상기 투명 도전층 및 상기 광전 변환층을 제거하여 상기 제 1 전극의 소정 영역을 노출시키는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 투명 도전층은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, 및 ZnO:H 중 어느 하나의 투명한 도전물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 노출 패턴은 상기 제 1 전극의 제 1 소정 영역을 상기 콘택부와 나란하게 노출시켜 셀 분리부를 형성하기 위한 셀 분리패턴, 및 상기 제 1 전극의 제 2 소정 영역을 노출시켜 광 투과부를 형성하기 위한 광 투과패턴 중 적어도 하나의 패턴을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 전극의 소정 영역을 노출시키는 공정은,
    상기 제 2 전극을 마스크로 하여 상기 노출 패턴에 형성된 상기 투명 도전층을 제거하는 습식 식각 공정; 및
    상기 습식 식각 공정 이후에 상기 제 2 전극을 마스크로 하여 상기 노출 패턴에 형성된 상기 광전 변환층을 제거하는 건식 식각 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 전극의 소정 영역을 노출시키는 공정은,
    상기 제 2 전극을 마스크로 하여 상기 노출 패턴에 형성된 상기 투명 도전층과 상기 광전 변환층의 소정 부분을 동시에 제거하는 습식 식각 공정; 및
    상기 습식 식각 공정 이후에 상기 제 2 전극을 마스크로 하여 상기 노출 패턴에 형성된 상기 광전 변환층의 나머지 부분을 제거하는 건식 식각 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 콘택부를 형성하는 공정은,
    상기 콘택부에 대응되는 상기 투명 도전층의 소정 영역을 노출시키는 위한 마스크 패턴을 상기 투명 도전층 상에 형성하는 공정;
    상기 마스크 패턴을 마스크로 하여 상기 마스크 패턴에 형성된 상기 투명 도전층의 소정 영역을 제거하는 습식 식각 공정; 및
    상기 마스크 패턴 또는 상기 투명 도전층을 마스크로 하여 상기 습식 식각 공정에 의해 노출된 상기 광전 변환층을 제거하여 상기 콘택부를 형성하는 건식 식각 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
  7. 기판 상에 소정 간격으로 이격되는 제 1 전극을 형성하는 공정;
    상기 제 1 전극을 포함한 기판 상에 제 1 광전 변환층을 형성하는 공정;
    상기 제 1 광전 변환층 상에 제 2 광전 변환층을 형성하는 공정;
    상기 제 2 광전 변환층의 전면에 투명 도전층을 형성하는 공정;
    상기 투명도전층과 상기 제 2 및 제 1 광전 변환층의 소정 영역을 제거하여 콘택부를 형성하는 공정;
    상기 콘택부를 통해 상기 제 1 전극에 접속되고 상기 제 1 전극의 소정 영역을 노출시키기 위한 노출 패턴을 가지는 제 2 전극을 상기 투명 도전층 상에 형성하는 공정; 및
    상기 제 2 전극을 마스크로 한 습식 식각 공정과 건식 식각 공정의 순차적인 공정을 통해 상기 노출 패턴에 형성된 상기 투명 도전층 및 상기 제 2 및 제 1 광전 변환층을 제거하여 상기 제 1 전극의 소정 영역을 노출시키는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 투명 도전층은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, 및 ZnO:H 중 어느 하나의 투명한 도전물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 노출 패턴은 상기 제 1 전극의 제 1 소정 영역을 상기 콘택부와 나란하게 노출시켜 셀 분리부를 형성하기 위한 셀 분리패턴, 및 상기 제 1 전극의 제 2 소정 영역을 노출시켜 광 투과부를 형성하기 위한 광 투과패턴 중 적어도 하나의 패턴을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 전극의 소정 영역을 노출시키는 공정은,
    상기 제 2 전극을 마스크로 하여 상기 노출 패턴에 형성된 상기 투명 도전층, 상기 제 2 광전 변환층, 및 상기 제 1 광전 변환층의 소정 부분을 동시에 제거하는 습식 식각 공정; 및
    상기 습식 식각 공정 이후에 상기 제 2 전극을 마스크로 하여 상기 노출 패턴에 형성된 상기 제 1 광전 변환층의 나머지 부분을 제거하는 건식 식각 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 광전 변환층과 상기 제 2 광전 변환층 사이에 버퍼층을 형성하는 공정을 더 포함하며,
    상기 제 1 전극의 소정 영역에 대응되는 상기 버퍼층의 소정 영역은 상기 습식 식각 공정에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 광전 변환층과 상기 제 2 광전 변환층 사이에 제 1 버퍼층을 형성하는 공정;
    상기 제 2 광전 변환층과 상기 투명도전층 사이에 제 2 버퍼층을 형성하는 공정; 및
    상기 제 2 버퍼층 상에 제 3 광전 변환층을 형성하는 공정을 더 포함하며,
    상기 제 1 전극의 소정 영역에 대응되는 상기 제 3 광전 변환층, 상기 제 2 버퍼층, 상기 제 2 광전 변환층, 상기 제 1 버퍼층, 및 상기 제 1 광전 변환층의 소정 영역은 상기 습식 식각 공정에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
  13. 제 4 항 내지 제 6 항, 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 습식 식각 공정은 알칼리성 용액을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
  14. 제 4 항 내지 제 6 항, 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 건식 식각 공정은 반응성 이온 식각 공정, 상압 플라즈마 공정, 및 리모트 플라즈마 공정 중 어느 하나의 공정에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
  15. 제 4 항 내지 제 6 항, 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 건식 식각 공정은 불소(F) 계열의 식각 가스 및 염소(Cl) 계열의 식각 가스 중 적어도 하나의 식각 가스를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 불소 계열의 식각 가스는 SF6, NF3, CF4, C2F6, C3F8, C4F6, C5F8, C6F6, 및 ClF3 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 염소 계열의 식각 가스는 Cl2, Cl3, BCl3, HCl, SiCl4, 및 CHCl3 　중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 식각 가스에는 Ar, N2, 및 CDA(Clean Dry Air) 중 어느 하나의 가스가 혼합되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
  19. 제 1 항, 제 3 항, 제 7 항, 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 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), 및 마이크로 콘택 프린팅(Micro Contact Printing) 중 어느 하나의 프린팅 방법을 이용하여 상기 노출 패턴을 포함하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
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