KR101084362B1 - 태양전지의 제조방법 - Google Patents

태양전지의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양전지의 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 기판을 마련하는 단계와, 상기 기판의 일면 상에 제1전력을 인가하여 제1투명 전극막을 형성하는 단계와, 상기 제1투명 전극막 상에 제2전력을 인가하여 제2투명 전극막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 태양전지의 제조방법은, 종래의 표면 텍스처링 공정을 수행했을 경우와 동일한 특성 등을 유지하면서도, 공정 수를 감소시켜 제조 단가를 절감할 수 있다.

Description

태양전지의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING FOR SOLAR CELL}
본 발명은 태양전지의 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 투명 전극막을 포함하는 태양전지의 제조시, 상기 투명 전극막 표면에 요철을 형성하기 위한 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
실리콘 박막으로 이루어진 태양전지는 일반적으로 유리기판 상에 투명 전도성 막으로 이루어진 전극, P-타입 실리콘 박막, 진성(Intrinsic) 실리콘 박막, N-타입 실리콘 박막 및 금속전극이 순차적으로 증착되어 형성된다.
이러한 태양전지 중 상기 투명 전도성 막은, 태양전지용 전극으로 사용되기 위해 일정한 값의 특성, 즉, 가시광선 영역에서의 투과도(약 80% 이상), 헤이즈(Haze)율(약 15% 이상) 및 면 저항(약 10Ω/□ 이하) 등이 요구된다.
따라서, 태양전지는 상기 투명 전도성 막으로 투과되는 태양 광을 최대한 흡수하여 상기 태양 광의 손실을 최소화하기 위해, 투명 전도성 막 또는 유리 기판 표면에 물리적인 방식으로 요철을 형성하여 표면적을 증가시키는 표면 처리 기술, 즉, 표면 텍스처링(Texturing) 기술을 이용하거나 또는 실리콘 박막 상에 반사 방지막을 형성하는 방식을 사용하고 있다.
일반적으로 상기 투명 전도성 막 또는 유리 기판 표면에 물리적인 방식으로 요철을 형성하여 그의 표면적을 증가시키는 표면 텍스처링 기술은, 투명 전도성 막을 약 1㎛ 정도 증착 후 증착된 상기 투명 전도성 막 표면에 습식 식각 공정이나 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정을 이용하여 요철을 형성하거나, 또는, 투명 전도성 막 증착 전 상기 유리 기판을 습식 또는 건식 식각 공정을 이용하여 표면에 요철을 형성한 후 투명 전도성 막을 증착하고 있다.
그러나, 자세하게 도시하고 설명하지는 않았지만, 전술한 종래의 상기 투명 전도성 막 또는 유리 기판 표면에 물리적으로 요철을 형성하여 그의 표면적을 증가시키는 표면 텍스처링 기술의 경우에는, 상기와 같이 유리 기판 또는 투명 전도성 막의 증착 공정 수행 후, 상기 증착된 유리 기판 또는 투명 전도성 막 표면 상에 요철을 형성하기 위한 식각 공정을 추가로 수행함에 따라, 전체 태양전지의 제조 단가를 상승시키게 된다.
따라서, 종래의 표면 텍스처링 공정을 수행했을 경우와 동일한 특성, 즉, 가시광선 영역에서의 투과도(약 80% 이상), 헤이즈(Haze)율(약 15% 이상) 및 면 저항(약 10Ω/□ 이하) 특성 등을 동일하게 유지하면서도, 제조 공정 수를 감소시켜 제조 단가를 절감할 수 있는 태양전지의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 연구 노력한 결과 종래의 표면 텍스처링 공정을 수행했을 경우와 동일한 특성 등을 유지하면서도, 제조 공정 수를 감소시켜 제조 단가를 절감할 수 있는 태양전지의 제조방법을 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래의 표면 텍스처링 공정을 수행했을 경우와 동일한 특성 등을 획득할 수 있는 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 제조 단가를 감소시킬 수 있는 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판을 마련하는 단계; 상기 기판의 일면 상에 제1전력을 인가하여 제1투명 전극막을 형성하는 단계; 및 상기 제1투명 전극막 상에 제2전력을 인가하여 제2투명 전극막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법이다.
바람직한 실시예에서, 상기 제1투명 전극막 및 제2투명 전극막은 각각 스퍼터링 방식에 의한 투명전도산화막(TCO : Transparent Conducting Oxide)으로 형성된다.
바람직한 실시예에서, 상기 투명전도산화막은 산화아연계 물질이 스퍼터링 타겟으로 사용되어 형성된다.
바람직한 실시예에서, 상기 산화아연계 물질은 알루미늄 아연 산화물(AZO)을 포함한다.
바람직한 실시예에서, 상기 제1전력은 150∼250 와트(Watt)의 직류 전력(DC Power)인 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에서, 상기 제1투명 전극막은 0.1∼0.2㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에서, 상기 제2전력은 450∼550 와트(Watt)의 직류 전력(DC Power)인 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에서, 상기 제2전력은 650∼750 와트(Watt)의 직류 전력(DC Power)인 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에서, 상기 제2투명 전극막은 0.3∼0.4㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에서, 상기 제1투명 전극막 상에 제2전력을 인가하여 제2투명 전극막을 형성하는 단계 후, 상기 제2투명 전극막 상에 실리콘 박막 및 금속 전극을 순차적으로 형성하는 단계;를 더 포함한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
먼저, 본 발명의 태양전지의 제조방법은, 전도성 막 또는 유리 기판 표면에 요철을 형성하여 그의 표면적을 증가시키는 표면 텍스처링 공정을 수행하지 않고도, 종래의 표면 텍스처링 공정을 수행했을 경우와 동일한 특성, 즉, 가시광선 영역에서의 투과도, 헤이즈(Haze)율 및 면 저항 특성 등을 동일하게 획득할 수 있다.
또한, 본 발명의 태양전지의 제조방법은, 상기와 같이 전도성 막 또는 유리 기판의 표면의 표면적을 증가시키기 위한 표면 텍스처링 공정을 수행하지 않고도 표면적을 증가시킬 수 있으므로, 태양전지를 제조하기 위한 제조 공정 수를 감소시켜 그에 따른 제조 단가를 절감할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 공정별 단면도.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 그래프.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용한 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 공정별 단면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 태양전지용 기판(104)이 마련된다.
그런 다음, 마련된 태양전지용 기판(104) 일면의 유기물(도시안됨)이 아세톤(Acetone), 이소프로필알콜(IPA) 및 순수(DI Water)와 같은 물질이 이용되어 제거된다.
이때, 이러한 태양전지용 기판(104)은 태양 광(102)을 투과시키기 위해 유리기판 또는 플라스틱 기판으로 이루어진 투명기판으로 이루어진다.
이어서, 유기물이 제거되도록 세정된 기판(104)이 스퍼터링(Sputtering) 챔버(Chamber : 도시안됨) 내부에 로딩(Loading)된다.
한편, 이하에서는 당업자의 이해를 돕기 위해 기판 상에 형성되는 투명 전극막을 제1투명 전극막 및 제2투명 전극막으로 분류하여 설명하도록 한다.
도 2를 참조하면, 스퍼터링 챔버에 로딩된 기판(104)의 일면 상에 제1전력이 인가되어 제1투명 전극막(106a)이 약 0.1∼0.2㎛의 두께로 형성된다.
이러한 제1투명 전극막(106a)은 투명전도산화막(TCO : Transparent Conducting Oxide)으로 형성되며, 바람직하게는, 알루미늄 아연 산화물(AZO)과 같은 산화아연계 물질이 스퍼터링 타겟으로 사용되어 형성된다.
이때, 이러한 제1투명 전극막(106a)은 기판(104) 일면 상에 형성시, 제1투명 전극 막(106a)과 기판(104)과의 접착력 및 증착 밀도를 향상시키기 위해 스테인리스 스틸(SUS : Steel Use Stainless) 척(도시안됨)의 온도가 약 300∼400℃로 조절되는 것이 바람직하다.
또한, 이러한 제1투명 전극막(106a)은 기판(104) 일면 상에 형성시, 스퍼터링 챔버 내의 플라즈마(Plasma)를 생성시키기 위해 반응 가스로서 아르곤이 사용되며, 이러한 아르곤 가스의 유속은 약 25∼35 sccm으로 고정된다.
아울러, 스퍼터링 챔버 내의 진공 압력은 약 0.95∼1.05 mTorr가 되도록 조절되며, 기판(104) 전체에 형성되는 제1투명 전극막(106a)의 균일성을 향상시키기 위해 약 15∼25 rpm의 속도로 척이 회전되도록 조절된다.
여기서, 제1투명 전극막(106a)을 형성하기 위해 인가되는 제1전력은 150∼250 와트(Watt)의 직류 전력(DC Power)이 이용되며, 이때, 제1투명 전극막(106a)을 형성하기 위해 제1전력을 조절하는 이유는 제1투명 전극막(106a)의 입자의 크기를 작게 형성하여 증착하기 위함이다.
도 3을 참조하면, 제1전력이 인가되어 형성된 제1투명 전극막(106a) 상에 제2전력이 인가되어 제2투명 전극막(106b)이 약 0.3∼0.4㎛의 두께로 형성된다.
이러한 제2투명 전극막(106a)은 전술한 제1투명 전극막(106a)과 같이 투명전도산화막(TCO : Transparent Conducting Oxide)으로 형성되며, 바람직하게는, 알루미늄 아연 산화물(AZO)과 같은 산화아연계 물질이 스퍼터링 타겟으로 사용되어 형성된다.
여기서, 제2투명 전극막(106b)을 형성하기 위해 인가되는 제2전력은 450∼550 와트(Watt)의 직류 전력(DC Power) 또는 650∼750 와트(Watt)의 직류 전력(DC Power)이 이용되며, 이때, 제2투명 전극막(106b)을 형성하기 위해 제2전력을 조절하는 이유는 제2투명 전극막(106b)의 입자의 크기를 크게 형성하여 증착하기 위함이다.
즉, 제2투명 전극막(106b) 증착시, 제1투명 전극막(106a)의 작은 입자들이, 입자의 크기가 크게 형성되어 증착되는 제2투명 전극막(106b)의 각 입자 사이로 이동(Migration)되어 제2투명 전극막 표면(106b)에는 서로 상이한 크기로 이루어진 입자들이 동시에 노출되어 요철이 형성되게 된다.
다시 말해, 제1투명 전극막(106a)과 제2투명 전극막(106b) 증착시 인가되는 전력을 서로 상이하도록 조절하여, 각각의 막이 형성되는 증착율을 서로 상이하게 조절함으로써, 각각의 막 입자의 크기를 상이하게 형성할 수 있고, 이를 통해 제2투명 전극막(106b) 표면에는 서로 상이한 크기의 입자를 갖는 제1투명 전극막(106a)의 입자와 제2투명 전극막(106b)의 입자가 동시에 노출되어 요철을 형성하는 것이다.
도 4를 참조하면, 기판(104) 상에 순차적으로 형성된 제1투명 전극막(106a) 및 제2투명 전극막(106b)으로 이루어진 투명 전극막(106) 상에 실리콘 박막(108) 및 금속 전극(110)이 순차적으로 형성되어 본 발명의 실시예에 따른 태양전지가 완성된다.
한편, 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 통해 형성된 투명 전극막의 구체적인 가시광선 영역에서의 투과도, 헤이즈율 및 면 저항 특성을 측정한 결과값에 대해서 설명하도록 한다.
도 5 및 도 6은 각각 하기 표 1의 공정 조건과 같이, 200와트(Watt)의 제1전력 및 500와트(Watt)의 제2전력의 공정 조건에 따라 제조되는 투명 전극막의 가시광선 영역에서의 투과도 및 헤이즈율 특성을 자외선 및 가시광선 분광분석기(UV-Visible Spectrometer)를 이용하여 측정한 결과값을 도시한 그래프이다.
인자(Parameter) 증착 정지 증착
공정 시간(초) 2152 1200 1960
회전 속도(rpm) 20 20 20
가열 온도(℃) 300 300 300
반응가스(아르곤)의 유속(sccm) 30 0 30
챔버 압력(mTorr) 1 0 1
직류 전력(Watt) 200 0 500
증착율(Å/초) 0.697 0 1.785
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 200와트(Watt)의 제1전력 및 500와트(Watt)의 제2전력의 공정 조건에 따라 제조되는 투명 전극막의 가시광선 영역에서의 투과도 및 헤이즈율 특성의 결과값은 각각 약 85% 이상 및 약 15%(550㎚)가 되는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 이를 통해 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 통해 형성되는 투명 전극막은, 종래의 표면 텍스처링 공정을 수행했을 경우와 동일한 특성, 즉, 가시광선 영역에서의 투과도 및 헤이즈(Haze)율 특성 등을 동일하게 획득할 수 있다.
아울러, 하기 표 2는 상기 표 1의 공정 조건과 같이, 200와트(Watt)의 제1전력 및 500와트(Watt)의 제2전력의 공정 조건에 따라 제조되는 투명 전극막의 면 저항을 표면 저항측정기(4-Point Probe)를 이용하여 측정한 결과값을 도시한 그래프이다.
5.441Ω/□ 3.995Ω/□ 5.009Ω/□
3.653Ω/□ 3.781Ω/□ 3.593Ω/□
8.219Ω/□ 4.161Ω/□ 4.793Ω/□
표 2에 도시된 바와 같이, 투명 전극막의 면 저항은 평균값이 약 4.738이 되는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 이를 통해 본 발명의 실시예에 따라 200와트(Watt)의 제1전력 및 500와트(Watt)의 제2전력의 공정 조건에 따라 제조되는 투명 전극막은, 종래의 표면 텍스처링 공정을 수행했을 경우와 동일한 특성, 즉, 면 저항 특성을 동일하게 획득할 수 있다.
또한, 도 7 및 도 8은 각각 하기 표 3의 공정 조건과 같이, 200와트(Watt)의 제1전력 및 700와트(Watt)의 제2전력의 공정 조건에 따라 제조되는 투명 전극막의 가시광선 영역에서의 투과도 및 헤이즈율 특성을 자외선 및 가시광선 분광분석기(UV-Visible Spectrometer)를 이용하여 측정한 결과값을 도시한 그래프이다.
인자(Parameter) 증착 정지 증착
공정 시간(초) 2152 1200 1462
회전 속도(rpm) 20 20 20
가열 온도(℃) 300 300 300
반응가스(아르곤)의 유속(sccm) 30 0 30
챔버 압력(mTorr) 1 0 1
직류 전력(Watt) 200 0 700
증착율(Å/초) 0.697 0 2.394
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 200와트(Watt)의 제1전력 및 700와트(Watt)의 제2전력의 공정 조건에 따라 제조되는 투명 전극막의 가시광선 영역에서의 투과도 및 헤이즈율 특성의 결과값은 은 각각 약 80% 이상 및 약 15%(550㎚)가 되는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 이를 통해 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 통해 형성되는 투명 전극막은, 종래의 표면 텍스처링 공정을 수행했을 경우와 동일한 특성, 즉, 가시광선 영역에서의 투과도 및 헤이즈(Haze)율 특성 등을 동일하게 획득할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명은, 상기와 같이 투명 전극막 증착 시 인가하는 전력을 상이하게 조절하는 것으로 투명 전극막의 입자의 크기를 조절하여 투명 전극막 표면에 요철을 형성할 수 있므으로, 종래의 전도성 막 또는 유리 기판 표면에 요철을 형성하여 그의 표면적을 증가시키는 표면 텍스처링 공정을 수행하지 않고도, 표면 텍스처링 공정을 수행했을 경우와 동일한 특성, 즉, 가시광선 영역에서의 투과도, 헤이즈(Haze)율 및 면 저항 특성 등을 동일하게 획득할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같이 투명 전극막 입자의 크기를 조절하여 요철을 형성함으로써, 전도성 막 또는 유리 기판의 표면의 표면적을 증가시키기 위한 표면 텍스처링 공정을 수행하지 않고도 표면적을 증가시킬 수 있으므로, 태양전지를 제조하기 위한 공정 수를 감소시켜 그에 따른 제조 단가를 절감할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
102 : 태양광 104 : 기판
106a : 제1투명 전극막 106b : 제2투명 전극막
106 : 투명 전극막 108 : 실리콘 박막
110 : 금속 전극

Claims (11)

  1. 기판을 마련하는 단계;
    상기 기판의 일면 상에 제1전력을 인가하여 제1투명 전극막을 형성하는 단계; 및
    상기 제1투명 전극막 상에 제2전력을 인가하여 제2투명 전극막을 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1투명 전극막 및 제2투명 전극막은 각각 스퍼터링 방식에 의한 투명전도산화막(TCO : Transparent Conducting Oxide)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 투명전도산화막은 산화아연계 물질이 스퍼터링 타겟으로 사용되어 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 산화아연계 물질은 알루미늄 아연 산화물(AZO)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1전력은 150∼250 와트(Watt)의 직류 전력(DC Power)인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1투명 전극막은 0.1∼0.2㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2전력은 450∼550 와트(Watt)의 직류 전력(DC Power)인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2전력은 650∼750 와트(Watt)의 직류 전력(DC Power)인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2투명 전극막은 0.3∼0.4㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2투명 전극막은 0.3∼0.4㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1투명 전극막 상에 제2전력을 인가하여 제2투명 전극막을 형성하는 단계 후,
    상기 제2투명 전극막 상에 실리콘 박막 및 금속 전극을 순차적으로 형성하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008177625A (ja) 2008-05-07 2008-07-31 Masayoshi Murata 薄膜太陽電池用基板及びその製造方法、並びにそれを用いた薄膜太陽電池

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JP2008177625A (ja) 2008-05-07 2008-07-31 Masayoshi Murata 薄膜太陽電池用基板及びその製造方法、並びにそれを用いた薄膜太陽電池

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