KR101081229B1 - Methode of fabricating solar cell - Google Patents
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Abstract
태양전지의 제조방법이 개시된다. 태양전지의 제조방법은 지지기판 상에 이면전극층을 형성하는 단계; 상기 이면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 상에 계면 활성제를 포함하는 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼층 상에 윈도우층을 형성하는 단계를 포함한다.Disclosed is a method of manufacturing a solar cell. A method of manufacturing a solar cell includes forming a back electrode layer on a support substrate; Forming a light absorbing layer on the back electrode layer; Forming an active layer including a surfactant on the light absorbing layer; Forming a buffer layer on the active layer; And forming a window layer on the buffer layer.
계면, 활성제, 나트륨, 버퍼, 카드뮴, 이온성 Surfactant, activator, sodium, buffer, cadmium, ionic
Description
실시예는 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.The embodiment relates to a method of manufacturing a solar cell.
최근 에너지의 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지에 대한 개발이 진행되고 있다.Recently, as the demand for energy increases, development of solar cells for converting solar energy into electrical energy is in progress.
특히, 유리기판, 금속 이면 전극층, p형 CIGS계 광 흡수층, 고 저항 버퍼층, n형 창층 등을 포함하는 기판 구조의 pn 헤테로 접합 장치인 CIGS계 태양전지가 널리 사용되고 있다.In particular, CIGS-based solar cells that are pn heterojunction devices having a substrate structure including a glass substrate, a metal back electrode layer, a p-type CIGS-based light absorbing layer, a high resistance buffer layer, an n-type window layer, and the like are widely used.
실시예는 향상된 특성을 가지는 버퍼층을 포함하는 태양전지의 제조방법을 제공하고자 한다.Embodiments provide a method of manufacturing a solar cell including a buffer layer having improved characteristics.
일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 지지기판 상에 이면전극층을 형성하는 단계; 상기 이면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 상에 계면 활성제를 포함하는 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼층 상에 윈도우층을 형성하는 단계를 포함한다.According to one or more exemplary embodiments, a method of manufacturing a solar cell includes forming a back electrode layer on a support substrate; Forming a light absorbing layer on the back electrode layer; Forming an active layer including a surfactant on the light absorbing layer; Forming a buffer layer on the active layer; And forming a window layer on the buffer layer.
일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 지지기판 상에 이면전극층을 형성하는 단계; 상기 이면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층을 계면활성제가 포함된 용액에 침지하여, 상기 광 흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼층 상에 윈도우층을 형성하는 단계를 포함한다.According to one or more exemplary embodiments, a method of manufacturing a solar cell includes forming a back electrode layer on a support substrate; Forming a light absorbing layer on the back electrode layer; Immersing the light absorbing layer in a solution containing a surfactant to form a buffer layer on the light absorbing layer; And forming a window layer on the buffer layer.
실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 활성층 또는 계면활성제를 사용하여, 버퍼층의 특성을 향상시킬 수 있다. 즉, 활성층은 광 흡수층 및 버퍼층 사이에 형성되어, 버퍼층을 형성하는 과정에서 기포의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 버퍼층을 형성하기 위한 용액에 계면활성제가 포함될 수 있고, 계면활성제에 의해서, 버퍼층을 형성하는 과정에서 기포의 발생을 억제할 수 있다.In the solar cell manufacturing method according to the embodiment, the active layer or the surfactant may be used to improve the characteristics of the buffer layer. That is, the active layer is formed between the light absorbing layer and the buffer layer, it is possible to suppress the generation of bubbles in the process of forming the buffer layer. In addition, a surfactant may be included in the solution for forming the buffer layer, and the surfactant may suppress generation of bubbles in the process of forming the buffer layer.
또한, 용액 또는 활성층에 포함된 계면활성제는 나트륨을 포함할 수 있다. 따라서, 이후의 공정에서, 계면활성제에 포함된 나트륨이 광 흡수층으로 확산되어, 광 흡수층의 전기적인 특성이 향상될 수 있다.In addition, the surfactant included in the solution or active layer may comprise sodium. Therefore, in a subsequent process, sodium contained in the surfactant is diffused into the light absorbing layer, so that the electrical properties of the light absorbing layer can be improved.
따라서, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 향상된 성능의 태양전지를 제공할 수 있다.Therefore, the manufacturing method of the solar cell according to the embodiment can provide a solar cell of improved performance.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 층, 영역, 또는 전극 등이 각 기판, 층, 영역, 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 하부에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.In the description of the embodiments, where each substrate, layer, region, or electrode is described as being formed "on" or "under" of each substrate, layer, region, or electrode, or the like. Thus, "on" and "under" include both "directly" or "indirectly" formed through other components. In addition, the upper or lower reference of each component is described with reference to the drawings. The size of each component in the drawings may be exaggerated for the sake of explanation and does not mean the size actually applied.
도 1 내지 도 5는 실시예에 따른 태양전지를 제조하기 위한 공정을 도시한 단면도들이다.1 to 5 are cross-sectional views illustrating a process for manufacturing a solar cell according to the embodiment.
도 1을 참조하면, 지지기판(100) 상에 스퍼터링 공정에 의해서 몰리브덴 등과 같은 금속이 증착되고, 이면전극층(200)이 형성된다. 상기 이면전극층(200)은 공정 조건이 서로 다른 두 번의 공정들에 의해서 형성될 수 있다.Referring to FIG. 1, a metal such as molybdenum is deposited on the
상기 지지기판(100) 및 상기 이면전극층(200) 사이에는 확산 방지막과 같은 추가적인 층이 개재될 수 있다.An additional layer such as a diffusion barrier may be interposed between the
상기 지지기판(100)은 절연체일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 유리기판, 플라스틱기판 또는 금속기판일 수 있다. 더 자세하게, 상기 지지기판(100)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 투명할 수 있다. 상기 지지기판(100)은 리지드(rigid)하거나 플렉서블(flexible)할 수 있다.The
상기 이면전극층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 이면전극층(200)은 도전층이다. 상기 이면전극층(200)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴(Mo) 등의 금속을 들 수 있다.The
또한, 상기 이면전극층(200)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.In addition, the
도 2를 참조하면, 상기 이면전극층(200) 상에 광 흡수층(300)이 형성된다.2, the
상기 광 흡수층(300)은 스퍼터링 공정 또는 증발법 등에 의해서 형성될 수 있다.The light absorbing
예를 들어, 상기 광 흡수층(300)을 형성하기 위해서 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시키면서 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(300)을 형성하는 방법과 금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션(Selenization) 공정에 의해 형성시키는 방법이 폭넓게 사용되고 있다.For example, copper, indium, gallium, selenide-based (Cu (In, Ga) Se 2 ; CIGS-based) while evaporating copper, indium, gallium, and selenium simultaneously or separately to form the
금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션 하는 것을 세분화하면, 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정에 의해서, 상기 이면전극(200) 상에 금속 프리커서 막이 형성된다.When the metal precursor film is formed and selenization is subdivided, a metal precursor film is formed on the
이후, 상기 금속 프리커서 막은 셀레이제이션(selenization) 공정에 의해서, 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(300)이 형성된다.Subsequently, the metal precursor film is formed of a copper-indium-gallium-selenide-based (Cu (In, Ga) Se 2 ; CIGS-based) light absorbing layer by a selenization process.
이와는 다르게, 상기 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 상기 셀레니제이션 공정은 동시에 진행될 수 있다.Alternatively, the copper target, the indium target, the sputtering process using the gallium target, and the selenization process may be performed simultaneously.
이와는 다르게, 구리 타겟 및 인듐 타겟 만을 사용하거나, 구리 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 셀레니제이션 공정에 의해서, CIS계 또는 CIG계 광 흡수층(300)이 형성될 수 있다.Alternatively, the CIS-based or CIG-based
상기 광 흡수층(300)은 상기 이면전극층(200) 상에 배치된다. 상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족계 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계) 결정 구조, 구리-인듐-셀레나이드계 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다.The light absorbing
상기 광 흡수층(300)의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1eV 내지 1.8eV일 수 있다.The energy band gap of the
이후, 상기 광 흡수층(300) 상에 계면 활성제가 분사된다. 상기 계면 활성제는 친수성을 가지며, 예를 들어, 양이온성 계면활성제 또는 비이온성 계면 활성제일 수 있다.Thereafter, a surfactant is sprayed on the
상기 계면 활성제로 사용되는 물질의 예로서는 팔미트산 나트륨(sodium palmitate)(CH3(CH2)14CO2Na), 폴리옥시에틸렌(polyoxyethylene;POE), 알코올 에톡실레이트(alcohol ethoxylate), 지방산 에톡실레이트 또는 노닐페닐 에톡실레이 트(nonyl phenyl ethoxylate) 등을 들 수 있다.Examples of the material used as the surfactant include sodium palmitate (CH 3 (CH 2 ) 14 CO 2 Na), polyoxyethylene (POE), alcohol ethoxylate, fatty acid Toxylate or nonyl phenyl ethoxylate, etc. are mentioned.
상기 계면 활성제는 물에 희석되어 사용될 수 있다. 즉, 상기 계면 활성제는 약 100ppm 내지 약 10000 ppm의 농도로 물에 희석되어 상기 광 흡수층(300) 상에 분사될 수 있다.The surfactant may be used diluted in water. That is, the surfactant may be diluted in water at a concentration of about 100 ppm to about 10000 ppm and sprayed onto the
이후, 상기 광 흡수층(300)의 상면은 세정된다. 이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 계면활성제로 이루어진 매우 얇은 막인 활성층(310)이 상기 광 흡수층(300)의 상면에 잔류한다.Thereafter, the upper surface of the
상기 활성층(310)에 의해서, 상기 광 흡수층(300)의 상면의 표면 특성은 향상된다.By the
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 광 흡수층(300) 상에 버퍼층(400)이 형성된다.As shown in FIG. 4, a
상기 버퍼층(400)은 화학 용액 성장법(chemical bath depositon;CBD)에 의해서 형성될 수 있다.The
상기 버퍼층(400)이 형성되기 위해서, 상기 버퍼층(400)을 형성하기 위한 이온들이 과포화된 수용액이 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 수용액은 Cd2 + 및 S2 -를 과포화된 상태로 포함할 수 있다.In order to form the
더 자세하게, 상기 수용액은 카드뮴 아세테이트(cadmium acetate) 및 티오우레아(thiourea)를 포함할 수 있으며, 완충제 및 암모니아 등을 더 포함할 수 있다.In more detail, the aqueous solution may include cadmium acetate and thiourea, and may further include a buffer and ammonia.
이후, 상기 광 흡수층(300)은 상기 수용액에 딥핑(dipping)된다. 즉, 상기 광 흡수층(300)은 상기 수용액과 직접 접촉하고, 화학 반응에 의해서, 상기 광 흡수층(300) 상에 상기 버퍼층(400)이 형성된다. 이때, 반응 온도는 약 60℃ 내지 약 80℃일 수 있다. 또한, 반응 시간은 약 10분 내지 약 15분 일 수 있다.Thereafter, the
비록 도 4에서는 도시되지 않았지만, 상기 버퍼층(400) 및 상기 광 흡수층(300) 사이에는 상기 활성층(310)이 여전히 잔류할 수 있다.Although not shown in FIG. 4, the
도 5를 참조하면, 상기 버퍼층(400) 상에 징크 옥사이드가 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 고저항 버퍼층(500)이 형성된다.Referring to FIG. 5, zinc oxide is deposited on the
이후, 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 윈도우층(600)이 형성된다. 상기 윈도우층(600)을 형성하기 위해서, 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 투명한 도전물질이 적층된다. 상기 투명한 도전물질의 예로서는 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드 등을 들 수 있다.Thereafter, the
상기 활성층(310)에 의해서, 상기 광 흡수층(300)의 상면 중에서, 소수성 부분 및 거친 부분에도 상기 버퍼층(400)이 균일하게 형성될 수 있다. 또한, 상기 버퍼층(400)이 형성되는 과정에서 발생하는 기포 등을 억제할 수 있다.The
이에 따라서, 상기 버퍼층(400)의 두께가 얇아지더라도, 핀-홀(pin-hole) 등과 같은 디펙은 감소될 수 있다. 즉, 상기 버퍼층(400)의 두께가 얇아짐에 따라서, 사용되는 카드뮴의 양을 줄일 수 있고, 제조 비용 및 환경처리 비용을 줄일 수 있다.Accordingly, even if the thickness of the
또한, 상기 계면 활성제로, 팔미트산 나트륨 등과 같은 나트륨을 포함하는 물질이 사용될 수 있다. 이때, 상기 활성층(310)에 포함된 나트륨은 상기 광 흡수 층(300)의 특성을 더 향상시킬 수 있다.In addition, as the surfactant, a material containing sodium such as sodium palmitate may be used. In this case, sodium included in the
따라서, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 향상된 성능의 태양전지를 제공할 수 있다.Therefore, the manufacturing method of the solar cell according to the embodiment can provide a solar cell of improved performance.
본 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에 의해서, 제조된 태양전지는 상기 계면 활성제가 소량이더라도 검출될 수 있다. 특히, 상기 계면 활성제는 탄소 및/또는 수소 등을 포함하므로, 본 실시예에 따른 태양전지 제조방법에 의해서, 제조된 태양전지는 탄소 및/또는 수소 등이 검출될 수 있다. 특히, 상기 광 흡수층(300) 및/또는 상기 버퍼층(400)에서 계면 활성제에 포함된 원소들이 검출될 수 있다.By the method for manufacturing a solar cell according to the present embodiment, the manufactured solar cell can be detected even if the amount of the surfactant is small. In particular, since the surfactant includes carbon and / or hydrogen, etc., by the solar cell manufacturing method according to the present embodiment, carbon and / or hydrogen may be detected in the manufactured solar cell. In particular, elements included in the surfactant may be detected in the
도 6 및 7은 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도들이다. 본 실시예들에서는 앞서 설명한 실시예들을 참조하고, 수용액에 대해서 추가적으로 설명한다. 앞선 태양광 발전장치에 대한 설명은 변경된 부분을 제외하고, 본 실시예에 따른 태양광 발전장치에 대한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.6 and 7 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to another embodiment. In the present embodiments, with reference to the above-described embodiments, the aqueous solution will be further described. The foregoing description of the photovoltaic device may be essentially combined with the description of the photovoltaic device according to the present embodiment, except for the changed part.
도 6을 참조하면, 앞서 설명한 실시예에서와 같이, 지지기판(100) 상에 이면전극층(200) 및 광 흡수층(300)이 차례로 형성된다.Referring to FIG. 6, as in the above-described embodiment, the
도 7을 참조하면, 상기 광 흡수층(300) 상에 버퍼층(400)이 형성된다. 이때, 상기 광 흡수층(300)의 상면에는 앞선 실시예의 활성층(310)이 형성되지 않는다.Referring to FIG. 7, a
상기 버퍼층(400)이 형성되기 위해서, 상기 버퍼층(400)을 형성하기 위한 수용액이 제조된다. 상기 수용액은 상기 버퍼층(400)을 형성하기 위한 이온들 뿐만 아니라, 계면 활성제를 더 포함한다. 상기 계면 활성제를 약 100ppm 내지 약 1000ppm의 농도로 포함할 수 있다.In order to form the
즉, 상기 수용액은 카드뮴 아세테이트(cadmium acetate), 티오우레아(thiourea), 완충제 및 암모니아 뿐만 아니라, 팔미트산 나트륨(sodium palmitate)(CH3(CH2)14CO2Na), 폴리옥시에틸렌(polyoxyethylene;POE), 알코올 에톡실레이트, 지방산 에톡실레이트 또는 노닐페닐 에톡실레이트 등을 더 포함할 수 있다.That is, the aqueous solution is not only cadmium acetate, thiourea, buffer and ammonia, but also sodium palmitate (CH 3 (CH 2 ) 14 CO 2 Na), polyoxyethylene POE), alcohol ethoxylate, fatty acid ethoxylate or nonylphenyl ethoxylate, and the like.
이후, 상기 광 흡수층(300)이 상기 수용액에 딥핑되어, 상기 광 흡수층(300) 상에 상기 버퍼층(400)이 형성된다.Thereafter, the
상기 수용액에 상기 계면 활성제가 포함되기 때문에, 상기 광 흡수층(300)의 상면 중에서, 소수성 부분 및 거친 부분에도 상기 버퍼층(400)이 균일하게 형성될 수 있다. 또한, 상기 버퍼층(400)이 형성되는 과정에서 발생하는 기포 등을 억제할 수 있다.Since the surfactant is included in the aqueous solution, the
이에 따라서, 상기 버퍼층(400)의 두께가 얇아지더라도, 핀-홀(pin-hole) 등과 같은 디펙은 감소될 수 있다. 즉, 상기 버퍼층(400)의 두께가 얇아짐에 따라서, 사용되는 카드뮴의 양을 줄일 수 있고, 제조 비용 및 환경처리 비용을 줄일 수 있다.Accordingly, even if the thickness of the
또한, 상기 계면 활성제로, 팔미트산 나트륨 등과 같은 나트륨을 포함하는 물질이 사용될 수 있다. 이때, 상기 활성층(310)에 포함된 나트륨은 상기 광 흡수 층(300)의 특성을 더 향상시킬 수 있다.In addition, as the surfactant, a material containing sodium such as sodium palmitate may be used. In this case, sodium included in the
또한, 상기 계면 활성제는 상기 수용액에 포함되어 사용되기 때문에, 상기 계면 활성제를 분사하기 위한 공정 및 세정 공정이 요구되지 않는다.In addition, since the surfactant is included and used in the aqueous solution, a step and a washing step for spraying the surfactant are not required.
따라서, 본 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 용이하게 태양전지를 제조할 수 있다.Therefore, the manufacturing method of the solar cell according to the present embodiment can easily produce a solar cell.
또한, 이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In addition, the features, structures, effects and the like described in the embodiments are included in at least one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects, and the like illustrated in the embodiments may be combined or modified with respect to other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited to these combinations and modifications.
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.Although described above with reference to the embodiment is only an example and is not intended to limit the invention, those of ordinary skill in the art to which the present invention does not exemplify the above within the scope not departing from the essential characteristics of this embodiment It will be appreciated that many variations and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified. And differences relating to such modifications and applications will have to be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.
도 1 내지 도 5는 실시예에 따른 태양전지를 제조하기 위한 공정을 도시한 단면도들이다.1 to 5 are cross-sectional views illustrating a process for manufacturing a solar cell according to the embodiment.
도 6 및 7은 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도들이다.6 and 7 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to another embodiment.
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