KR101103960B1 - 팁, 태양전지 및 이를 이용한 태양전지 제조방법 - Google Patents

팁, 태양전지 및 이를 이용한 태양전지 제조방법 Download PDF

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Abstract

실시예에 따른 태양전지는, 기판 상에 형성되고, 후면전극, 광 흡수층, 버퍼층 및 전면전극을 포함하는 다수개의 태양전지 셀들; 및 상기 기판의 가장자리 영역이 노출되도록 상기 태양전지 셀들 중 에지 영역의 셀을 관통하는 노출영역을 포함하고, 상기 에지 영역의 셀의 전면전극은 상기 버퍼층과 단차를 가지는 것을 포함한다. 이에 따라, 태양전지 셀의 리키지 커런트 발생을 방지하여 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
태양전지, 기계적 패터닝

Description

팁, 태양전지 및 이를 이용한 태양전지 제조방법{TIP, THE SOLAR CELL AND METHDO OF FABRICATING THE SOLAR CELL USING THE TIP}
실시예는 팁, 태양전지 및 팁을 이용한 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지의 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지들에 대한 개발이 진행되고 있다.
특히, 유리 기판, 금속 후면 전극층, p형 CIGS 계 광 흡수층, 고저항 버퍼층, n형 창층 등을 포함하는 기판 구조의 pn 헤테로 접합 장치인 CIGS계 태양전지가 널리 사용되고 있다.
이러한 태양전지를 이루는 층들은 기판 상에 차례로 증착되고, 각층들이 부분적으로 증착 수준이 다르기 때문에, 이는 에지영역의 태양전지 셀에서 전기적 문제를 발생시킬 수 있다.
태양전지 형성시, 레이저(laser)를 이용하여 에지 영역을 패터닝하는데, 레이저 패터닝에 의하여 전극 잔류물질(melting particle)이 다량 발생될 수 있다.
이러한 전극 잔류물질은 에지 영역에 해당하는 태양전지 셀의 측면에서 리키지 커런트를 발생시키고 태양전지의 전기적 특성을 저하시킬 수 있다.
실시예는 태양전지의 에지 영역에서 리키지 커런트를 차단할 수 있는 팁, 태양전지 및 이를 이용한 태양전지의 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 태양전지는, 기판 상에 형성되고, 후면전극, 광 흡수층, 버퍼층 및 전면전극을 포함하는 다수개의 태양전지 셀들; 및 상기 기판의 가장자리 영역이 노출되도록 상기 태양전지 셀들 중 에지 영역의 셀을 관통하는 노출영역을 포함하고, 상기 에지 영역의 셀의 전면전극은 상기 버퍼층과 단차를 가지는 것을 포함한다.
실시예에 따른 태양전지의 제조방법은, 기판 상에 후면전극, 광 흡수층, 버퍼층 및 전면전극을 포함하는 태양전지 셀들을 형성하는 단계; 및 상기 태양전지 셀들 중 에지 영역의 셀에 팁(Tip)을 이용한 스크라이빙(scribing) 공정을 진행하여 상기 기판의 표면 및 상기 셀의 측면을 노출시키는 노출영역을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 노출영역을 형성할 때 상기 버퍼층의 에지영역의 표면이 노출되도록 전면전극을 일부 제거하여 전면전극 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 팁은, 태양전지의 스크라이빙용 팁에 있어서, 스크라이빙 대상을 스크라이빙 할 수 있는 접촉부 및 상기 접촉부를 지지하는 홀더부를 포함하고, 상기 접촉부는 상기 홀더부에서 하부 방향으로 연장되고 제1 너비를 가지는 상부 팁; 및 상기 상부 팁에서 하부로 연장되고, 상기 제1 너비보다 작은 제2 너비로 형성된 하부 팁을 포함한다.
실시예에 의하면, 태양전지 셀들 중 에지 영역에 위치한 태양전지 셀의 측벽을 선택적으로 제거하여 노출영역을 형성할 수 있다. 특히, 상기 노출영역은 복수개의 태양전지 셀들을 지지하는 기판을 선택적으로 노출시킬 수 있다.
이에 따라, 에지 영역에 위치한 태양전지 셀의 누설전류 발생을 방지할 수 있다.
또한, 상기 에지 영역 셀의 전면전극은 하부 박막들보다 작은 폭으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 전면전극의 잔류물질 등이 해당하는 후면전극과 전기적으로 연결되는 션트 패스(shunt path)를 방지할 수 있다.
따라서, 상기 태양전지 셀의 에지 영역에서 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 노출영역 및 전면전극은 기계적 스크라이빙 공정을 통해 형성될 수 있다. 특히, 한번의 스크라이빙 공정을 통해 상기 노출영역 및 전면전극이 동시에 형성될 수 있다.
이러한 기계적 스크라이빙 공정을 통해 상기 전면전극이 후면전극보다 작은 폭을 가지도록 패터닝 함으로써, 상기 전면전극과 후면전극의 전기적 연결을 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 한번의 패터닝 공정을 통해 태양전지 제조공정을 단순화시키고, 비용 및 시간을 절감할 수 있다.
또한, 상기 노출영역 및 전면전극이 팁을 이용한 스크라이빙 공정을 통해 형성되므로, 일반적은 레이저 공정에 의하여 발생될 수 있는 파티클 발생 및 이로 인한 누설전류의 발생을 차단할 수 있다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 층, 막, 표면, 전극 또는 팁 등이 각 기판, 층, 막, 표면, 전극 또는 팁 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, 도 9, 도 10 및 도 11을 참조하여, 실시예에 따른 태양전지를 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지를 도시한 평면도이다. 도 9는 도 1에서 에지영역의 셀에 대한 X-X'선 단면도이다. 도 10 및 도 11은 도 9에 도시된 에지 영역에 해당하는 셀의 다른 형태를 도시한 단면도이다.
도 9를 참조하여, 실시예에 따른 태양전지는 기판(100) 상에 형성된 다수 개의 셀(C1,C2,C3...Cn-1, Cn)들을 포함한다.
예를 들어, 상기 태양전지는 제1셀(C1) 및 제2셀(C2)을 포함할 수 있다.
상기 제1셀(C1)은 태양전지 셀들 중 에지영역에 위치한 셀이다. 상기 제2 셀(C2)은 상기 제1 셀(C1)을 기준으로 그 내측에 위치한 셀일 수 있다.
상기 제1셀(C1) 및 제2 셀(C2)은 후면전극(200), 광 흡수 패턴(300), 버퍼 패턴(400), 고저항 버퍼 패턴(500) 및 전면전극(600)을 포함한다.
상기 제1셀(C1)을 이루는 상기 박막층들의 에지영역은 그 일부가 제거되어 상기 기판(100)의 가장자리 상부 표면(110)을 노출시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제1셀(C1)의 외측벽은 상기 기판(100)의 표면에 대하여 수직방향을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 제1셀(C1)의 가장자리 영역이 선택적으로 제거되어 상기 기판(100)의 에지영역의 상부 표면(110)이 노출될 수 있다. 이에 따라, 상기 태양전지 에지 영역에서의 전기적 단락특성을 개선할 수 있다.
상기 제1셀(C1)의 전면전극 패턴(610)은 그 가장자리 영역의 일부가 제거되어 하부에 위치한 상기 고저항 버퍼 패턴(500)의 상부 표면의 일부를 노출시킬 수 있다.
즉, 상기 제1셀(C1)의 전면전극 패턴(610)은 그 하부의 층들에 대하여 단차부(620)를 가질 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 전면전극 패턴(610)은 제1폭(W1)으로 형성되어 상기 고저항 버퍼 패턴(500)의 상부 표면을 노출시킬 수 있다. 상기 전면전극 패턴(610) 하부 층들인 상기 고저항 버퍼 패턴(500), 버퍼 패턴(400), 광 흡수 패턴(300) 및 후면전극(200)은 제1폭(W1)보다 넓은 제2폭(W2)으로 형성되고, 상기 기판(100)의 상부 표면(110)을 노출시킬 수 있다.
또는 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제1셀(C1)의 측벽은 상기 기판(100)의 표면에 대하여 둔각을 가지도록 경사진 형태로 형성될 수 있다. 이때, 상기 전면전극 패턴(610)은 상기 고저항 버퍼 패턴(500)의 표면이 노출되도록 단차부(620)를 가질 수 있다.
또는, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 전면전극 패턴(610)은 제1폭(W1)으로 형성되어 상기 고저항 버퍼패턴(500)의 표면을 노출시킬 수 있다. 상기 전면전극 패턴(610) 하부의 상기 고저항 버퍼 패턴(500), 버퍼 패턴(400) 및 광 흡수 패턴(300)은 제1폭(W1)보다 넓은 제2폭(W2)으로 형성되어 하부의 상기 후면전극(200)의 표면을 노출시킬 수 있다. 상기 후면전극(200)은 상기 제2폭(W2)보다 넓은 제3폭(W3)으로 형성되어 상기 기판(100)의 표면을 노출시킬 수 있다.
즉, 상기 전면전극 패턴(610)은 상기 고저항 버퍼 패턴(500), 버퍼 패턴(400) 및 광 흡수 패턴(300)에 대하여 단차부(620)를 형성할 수 있다.
상기 고저항 버퍼 패턴(500), 버퍼 패턴(400) 및 광 흡수 패턴(300)은 상기 후면전극(200)에 대하여 단차부(220)를 형성할 수 있다.
상기 후면전극(200)은 상기 기판(100)에 대하여 단차부를 형성할 수 있다.
상기와 같이, 상기 제1셀(C1)에서 상기 광 흡수 패턴(300)의 전극역할을 상기 전면전극(600)과 상기 후면전극(200)이 서로 다른 폭을 가지도록 형성되어, 상기 전면전극(600)의 파티클이 상기 후면전극(200)과 연결되는 것을 완전히 차단할 수 있다.
이에 따라, 태양전지 에지 영역에서 리키지 커런트 발생을 방지할 수 있다.
도 12 및 도 13은 실시예에 따른 팁의 구조를 도시한 것이다.
실시예에 따른 팁은 태양전지를 제조할 때, 에지영역에 해당하는 제1셀(C1)의 가장자리 영역에 노출영역(P4)을 형성하기 위한 스크라이빙 공정에서 사용된다.
예를 들어, 상기 팁은 텅스텐 카바이드 혹은 그와 동등한 경도를 가지는 물질로 형성될 수 있다.
도 12를 참조하여, 상기 팁(10,20)은 스크라이빙 대상을 스크라이빙 할 수 있는 접촉부들 및 상기 접촉부들을 지지하는 홀더부(15)를 포함한다.
상기 접촉부들은 태양전지 형성을 위한 스크라이빙 공정시 전면전극 패턴(610)을 스크라이빙하는 상부 팁(17) 및 그 하부의 박막들을 패터닝하는 하부 팁(18)을 포함한다.
예를 들어, 상기 상부 팁(17)은 홀더부(15)에서 하부 방향으로 연장되고 제1 너비(D1)를 가질 수 있다. 상기 하부 팁(18)은 상기 상부 팁(17)에서 하부로 연장되고 상기 제1 너비(D1)보다 작은 제2 너비(D2)를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 하부 팁(18)은 에지영역에 해당하는 상기 기판(100)의 표면과 접하도록 수평면을 가지는 제1 접촉부(11), 및 상기 제1 접촉부(11)의 단부에서 상부 방향으로 연장되어 상기 후면전극(200), 광 흡수 패턴(300), 버퍼 패턴(400) 및 고저항 버퍼 패턴(500)의 측벽과 접하는 제2 접촉부(12)를 포함한다.
상기 상부 팁(17)은 상기 제2 접촉부(12)의 단부에서 일측 방향으로 수평연장되고, 상기 고저항 버퍼 패턴(500)의 상부 표면과 접하는 제3 접촉부(13) 및 상 기 제3 접촉부(13)의 단부에서 상부로 수직연장되어 상기 전면전극 패턴(610)의 측벽과 접하는 제4 접촉부(14)를 포함한다.
도 12의 (A)에 도시된 바와 같이, 상기 제2 접촉부(12)는 상기 제1 접촉부(11)에 대하여 직각을 가지는 형태일 수 있다.
도 12의 (B)에 도시된 바와 같이, 상기 제2 접촉부(12)는 상기 제1 접촉부(11)에 대하여 둔각을 가지는 형태일 수 있다.
예를 들어, 상기 팁(10)의 제2 접촉부(12)와 제3 접촉부(13)의 길이는 1 : 0.1~0.7의 비율로 형성될 수 있다.
상기 전면전극 패턴(610)을 형성하는 상기 제3 접촉부(13) 및 제4 접촉부(14)에 의하여 상기 단차부(620)를 형성할 수 있다. 따라서, 상기 제1셀(C1)의 측벽에서 전면전극 패턴(610)과 상기 후면전극(200)의 전기적 연결을 방지할 수 있다.
도 13을 참조하여, 상기 팁(30)은 스크라이빙 대상을 스크라이빙 할 수 있는 접촉부들 및 상기 접촉부들을 지지하는 홀더부(35)를 포함한다.
상기 접촉부들은 태양전지 형성을 위한 스크라이빙 공정시 전면전극 패턴(610)을 스크라이빙하는 상부 팁(37), 후면전극(200)을 패터닝하는 하부 팁(39) 및 상기 전면전극 패턴(610)과 후면전극(200) 사이의 박막을 패터닝하는 중간 팁(38)을 포함한다.
예를 들어, 상기 상부 팁(37)은 홀더부(15)에서 하부 방향으로 연장되고 제1 너비(D1)를 가질 수 있다. 상기 중간 팁(38)은 상기 상부 팁(37)에서 하부로 연장 되고 상기 제1 너비(D1) 보다 작은 제2 너비(D2)를 가질 수 있다. 상기 하부 팁(39)은 상기 중간 팁(38)에서 하부로 연장되고 상기 제2 너비(D2)보다 작은 제3 너비(D3)를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 하부 팁(39)은 셀의 에지영역에 해당하는 상기 기판(100)의 표면과 접하도록 수평면을 가지는 제1 접촉부(31), 및 상기 제1 접촉부(31)의 단부에서 상부 방향으로 연장되어 상기 후면전극(200)의 측벽과 접하는 제2 접촉부(32)를 포함한다.
상기 중간 팁(38)은 상기 제2 접촉부(32)의 단부에서 수평방향으로 돌출되어 상기 후면전극(200)의 상부 표면과 접하는 제3 접촉부(33), 상기 제3 접촉부(33)에서 상부 방향으로 연장되고 상기 광 흡수 패턴(300), 버퍼 패턴(400) 및 고저항 버퍼 패턴(500)의 측벽과 접하는 제4 접촉부(34)를 포함한다.
상기 상부 팁(37)은 상기 제4 접촉부(34)의 단부에서 수평방향으로 돌출되고, 상기 고저항 버퍼 패턴(500)의 상부 표면과 접하는 제5 접촉부(35) 및 상기 제5 접촉부(35)의 단부에서 상부로 수직연장되어 상기 전면전극 패턴(610)의 측벽과 접하는 제6 접촉부(36)를 포함한다.
상기 전면전극 패턴(610)을 형성하는 상기 제5 및 제6 접촉부(35,36)에 의하여 상기 단차부(620)를 형성할 수 있다. 또한, 상기 제2, 제3 및 제4 접촉부(32,33,34)에 의하여 상기 후면전극(200)에 단차부(220)을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 제1셀(C1)의 측벽에서 전면전극 패턴(610)과 상기 후면전극(200)의 전기적 연결을 방지할 수 있다.
예를 들어, 상기 제4 접촉부(34)의 길이(a), 제3 접촉부(33)의 길이(b), 제2 접촉부(32)의 길이(c)는 a>b>c, a>b+c, b>c의 상호 관계를 가질 수 있다.
상기 태양전지 및 팁의 설명에 있어서 미설명된 구성 또는 도면부호는 이하의 제조방법에서 상세히 설명하도록 한다.
이하, 도 2 내지 도 13을 참조하여, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명한다.
도 2을 참조하여, 기판(100) 상에 후면전극층(201)이 형성된다.
상기 기판(100)은 유리(glass)가 사용될 수 있으며, 세라믹 기판, 금속기판 또는 폴리머 기판 등도 사용될 수 있다.
예를 들어, 유리 기판으로는 소다라임 유리(sodalime glass) 또는 고변형점 소다유리(high strained point soda glass)를 사용할 수 있다. 금속 기판으로는 스테인레스 스틸 또는 티타늄을 포함하는 기판을 사용할 수 있다 폴리머 기판으로는 폴리이미드(polyimide)를 사용할 수 있다.
상기 기판(100)은 투명할 수 있다. 상기 기판(100)은 리지드(rigid)하거나 플렉서블(flexible) 할 수 있다.
상기 후면전극층(201)은 금속 등의 도전체로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 후면전극층(201)은 몰리브덴(Mo)을 타겟으로 사용하여, 스퍼터링(sputtering) 공정에 의해 형성될 수 있다.
이는, 몰리브덴(Mo)이 가진 높은 전기전도도, 광 흡수층과의 오믹(ohmic) 접 합, Se 분위기 하에서의 고온 안정성 때문이다.
상기 후면전극층(201)인 몰리브덴(Mo) 박막은 전극으로서 비저항이 낮아야하고, 열팽창 계수의 차이로 인하여 박리현상이 일어나지 않도록 기판(100)에의 점착성이 뛰어나야 한다.
한편, 상기 후면전극층(201)을 형성하는 물질은 이에 한정되지 않고, 나트륨(Na) 이온이 도핑된 몰리브덴(Mo)으로 형성될 수도 있다.
도면에 도시되지는 않았지만, 상기 후면전극층(201)은 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다. 상기 후면전극층(201)이 복수개의 층으로 형성될 때, 상기 후면전극층(201)을 이루는 층들은 서로 다른 물질로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하여, 상기 후면전극층(201)에 제1 관통홀(P1)이 형성되고, 다수개의 후면전극(200)이 패터닝 된다.
상기 제1 관통홀(P1)은 상기 기판(100)의 상면을 선택적으로 노출시킬 수 있다.
상기 제1 관통홀(P1)에 의하여 상기 후면전극(200)은 스트라이프(stripe) 형태 또는 매트릭스(matrix) 형태로 배치될 수 있으며, 각각의 셀에 대응할 수 있다.
한편, 상기 후면전극(200)은 상기의 형태에 한정되지 않고, 다양한 형태로 형성될 수 있다.
도 4를 참조하여, 상기 후면전극(200) 상에 광 흡수층(301), 버퍼층(401) 및 고저항 버퍼층(501)이 형성된다. 상기 광 흡수층(301)은 상기 제1 관통홀(P1)에 갭필될 수 있다.
상기 광 흡수층(301)은 Ⅰb-Ⅲb-Ⅵb계 화합물을 포함한다.
더 자세하게, 상기 광 흡수층(301)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In, Ga)Se2, CIGS계) 화합물을 포함한다.
이와는 다르게, 상기 광 흡수층(301)은 구리-인듐-셀레나이드계(CuInSe2, CIS계) 화합물 또는 구리-갈륨-셀레나이드계(CuGaSe2, CGS계) 화합물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(301)을 형성하기 위해서, 구리 타겟, 인듐 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하여, 상기 후면전극층(201) 상에 CIG계 금속 프리커서(precursor)막이 형성된다.
이후, 상기 금속 프리커서막은 셀레니제이션(selenization) 공정에 의해서, 셀레늄(Se)과 반응하여 CIGS계 광 흡수층(301)이 형성된다.
또한, 상기 광 흡수층(301)은 구리,인듐,갈륨,셀레나이드(Cu, In, Ga, Se)를 동시증착법(co-evaporation)에 의해 형성할 수도 있다.
상기 광 흡수층(301)은 외부의 광을 입사받아, 전기 에너지로 변환시킨다. 상기 광 흡수층(301)은 광전효과에 의해서 광 기전력을 생성한다.
상기 버퍼층(401)은 상기 광 흡수층(301) 상에 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있으며, CBD 공정에 의하여 황화 카드뮴(CdS)이 적층되어 형성될 수 있다.
이때, 상기 버퍼층(401)은 n형 반도체 층이고, 상기 광 흡수층(301)은 p형 반도체 층이다. 따라서, 상기 광 흡수층(301) 및 버퍼층(401)은 pn접합을 형성한다.
상기 고저항 버퍼층(501)은 상기 버퍼층(401) 상에 투명전극층으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 고저항 버퍼층(501)은 ITO, ZnO 및 i-ZnO 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 고저항 버퍼층(501)은 산화 아연(ZnO)를 타겟으로 한 스퍼터링 공정을 진행하여, 산화 아연층으로 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(401) 및 고저항 버퍼층(501)은 상기 광 흡수층(301)과 이후 형성된 전면전극의 사이에 배치된다.
즉, 상기 광 흡수층(301)과 전면전극층(601)은 격자상수와 에너지 밴드 갭의 차이가 크기 때문에, 밴드 갭이 두 물질의 중간에 위치하는 상기 버퍼층(401) 및 고저항 버퍼층을 삽입하여 양호한 접합을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 두 개의 버퍼층(401, 501)을 상기 광 흡수층(301) 상에 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 버퍼층(401,501)은 한개의 층으로만 형성될 수 있다.
도 5를 참조하여, 상기 고저항 버퍼층(501), 버퍼층(401) 및 광 흡수층(301)을 관통하는 제2 관통홀(P2)이 형성된다. 상기 제2 관통홀(P2)은 상기 후면전극(200)을 선택적으로 노출시킬 수 있다.
상기 제2 관통홀(P2)은 팁(Tip)과 같은 기계적 장치 또는 레이저 장치에 의 하여 형성될 수 있다.
상기 제2 관통홀(P2)은 상기 제1 관통홀(P1)에 인접하여 형성될 수 있다.
도 6을 참조하여, 상기 고저항 버퍼층(501) 상에 투명한 도전물질을 적층하여 전면전극층(601)이 형성된다.
상기 전면전극층(601)이 형성될 때, 상기 투명한 도전물질이 상기 제2 관통홀(P2)에도 삽입되어 접속배선(700)을 형성할 수 있다.
상기 후면전극(200)과 상기 전면전극층(601)은 상기 접속배선(700)에 의해 전기적으로 연결된다.
상기 전면전극층(601)은 스퍼터링 공정을 진행하여 알루미늄(Al) 또는 알루미나(Al2O3)로 도핑된 산화 아연으로 형성된다.
상기 전면전극층(601)은 상기 광 흡수층(301)과 pn접합을 형성하는 윈도우(window)층으로서, 태양전지 전면의 투명전극의 기능을 하기 때문에 광투과율이 높고 전기 전도성이 좋은 산화 아연(ZnO)으로 형성된다.
따라서, 상기 산화 아연에 알루미늄 또는 알루미나를 도핑함으로써 낮은 저항값을 갖는 전극을 형성할 수 있다.
상기 전면전극층(601)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 Thin Oxide) 박막을 산화 아연 박막 상에 층착한 2중 구조를 형성할 수도 있다.
도 7을 참조하여, 상기 전면전극층(601), 고저항 버퍼층(501), 버퍼층(401) 및 광 흡수층(301)을 관통하는 제3 관통홀(P3)이 형성된다.
상기 제3 관통홀(P3)은 상기 후면전극(200)을 선택적으로 노출시킬 수 있다. 상기 제3 관통홀(P3)은 상기 제2 관통홀(P2)과 인접하도록 형성될 수 있다.
상기 제3 관통홀(P3)은 레이저(laser)를 조사(irradiate)하거나 또는 팁(Tip)과 같은 물리적인(mechanical) 방법으로 형성할 수 있다.
따라서, 상기 제3 관통홀(P3)에 의하여 단위셀 별로 후면전극, 광 흡수 패턴(300), 버퍼 패턴(400), 고저항 버퍼 패턴(500) 및 전면전극(600)이 형성된다. 즉, 상기 제3 관통홀(P3)에 의해 각각의 셀(C1, C2)은 서로 분리될 수 있다.
그리고, 상기 제3 관통홀(P3)에 의해 상기 버퍼 패턴(400),광 흡수 패턴(300) 및 전면전극(600)은 스트라이프 형태 또는 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
상기 제3 관통홀(P3)은 상기의 형태에 한정되지 않고, 다양한 형태로 형성될 수 있다.
이때, 상기 접속배선(700)에 의해 각각의 셀은 서로 연결될 수 있다. 즉, 상기 접속배선(700)은 제1셀(C1)의 후면전극(200)과 상기 제1셀(C1)에 인접하는 상기 제2셀(C2)의 전면전극(600)을 물리적, 전기적으로 연결할 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하여, 상기 셀들 중 상기 기판(100)의 가장자리에 위치한 상기 제1 셀(C1)의 에지영역을 선택적으로 제거하여 노출영역(P4)이 형성된다.
즉, 상기 노출영역(P4) 형성공정은 에지영역 제거(edge region deletion) 공 정이다.
상기 노출영역(P4)에 의하여 태양전지 모듈의 가장자리 영역에 해당하는 상기 기판(100) 표면(110)이 노출될 수 있다.
상기 기판(100)의 에지영역에 해당하는 상기 제1셀(C1)의 일부가 선택적으로 제거됨으로써, 상기 기판(100)의 에지영역에서 전기적 단락을 방지할 수 있다.
상기 기판(100) 상에 형성되는 상기 셀들의 박막층들은 부분적으로 증착수준이 다르고 특히, 에지 영역에서 불균일한 형태로 증착될 수 있다.
이에 상기 기판(100)의 에지 영역에 해당하는 상기 제1셀(C1)에 노출영역(P4)을 형성함으로써, 상기 제1셀(C1)을 이루는 각 층들이 분리되도록 형성할 수 있다. 따라서. 에지 영역에서 상기 제1셀(C1)의 누설전류를 방지하여 태양전지의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 노출영역(P4)이 형성될 때 상기 제1셀(C1)의 전면전극(600)은 하부 박막들보다 작을 폭을 가지도록 패터닝되고, 전면전극 패턴(610)이 형성된다.
상기 전면전극 패턴(610)은 하부에 위치한 상기 고저항 버퍼 패턴(500)의 가장자리 상부 표면을 노출시킬 수 있다.
즉, 상기 전면전극 패턴(610)은 상기 고저항 버퍼 패턴(500)에 대하여 단차부(620)를 가지도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 전면전극 패턴(610)은 제1폭(W1)으로 형성되고, 상기 전면전극 패턴(610) 하부의 고저항 버퍼 패턴(500), 버퍼 패턴(400), 광 흡수층(301) 및 후면전극(200)은 상기 제1폭(W1)보다 넓은 제2폭(W2)을 가지도록 형성될 수 있 다.
상기 전면전극 패턴(610)이 상기 후면전극(200) 보다 작은 폭을 가지도록 형성되어, 에지 영역에서의 전기적 단락을 미연에 방지할 수 있다.
상기 노출영역(P4) 및 전면전극 패턴(610)은 기계적(machnical) 방법으로 형성될 수 있다.
상기 노출영역(P4) 및 전면전극 패턴(610)은 팁(Tip)을 사용한 스크라이빙(scribing) 공정에 의하여 동시에 형성될 수 있다.
도 8 및 도 12를 참조하여, 상기 팁을 구체적으로 설명한다. 설명의 편의를 위하여, 도 12의 (A)에 도시된 팁을 제1 팁(10)이라 지칭하고, 도 12의 (B)에 도시된 팁을 제2 팁(20)이라고 지칭한다.
도 12 의 (A)를 참조하여, 상기 제1 팁(10)은 스크라이빙 대상을 스크라이빙 할 수 있는 접촉부들 및 상기 접촉부들을 지지하는 홀더부(15)를 포함한다.
예를 들어, 상기 접촉부들은 제1 접촉부(11), 제2 접촉부(12), 제3 접촉부(13) 및 제4 접촉부(14)를 포함할 수 있다.
상기 제1 접촉부(11)는 상기 제1 셀의 에지 영역에 해당하는 상기 기판(100)과 접하도록 평탄한 표면을 가질 수 있다. 상기 제1 접촉부(11)의 제1 너비(D2)는 상기 노출영역(P4)와 동일할 수 있다.
상기 제2 접촉부(12)는 상기 제1 접촉부(11)의 단부에서 상부 방향으로 수직 연장되어 상기 후면전극(200), 광 흡수 패턴(300), 버퍼 패턴(400) 및 고저항 버퍼 패턴(500)의 측벽과 접하도록 평탄한 표면을 가질 수 있다. 상기 제2 접촉부(12)는 상기 후면전극(200), 광 흡수 패턴(300), 버퍼 패턴(400) 및 고저항 버퍼 패턴(500)의 높이와 동일한 높이를 가질 수 있다.
상기 제3 접촉부(13)는 상기 제2 접촉부(12)의 단부에서 일측방향으로 수평 연장되어 상기 고저항 버퍼 패턴(500)의 상부 표면과 접하도록 평탄한 표면을 가질 수 있다. 즉, 상기 제2 접촉부(12)와 제3 접촉부(13)는 직각 형태를 이룰 수 있다.
상기 제4 접촉부(14)는 상기 제3 접촉부(13)의 단부에서 상부 방향으로 수직연장되어 상기 전면전극 패턴(610)의 측벽과 접하도록 평탄한 표면을 가질 수 있다.
또는 도 12의 (B)에 도시된 바와 같이, 상기 제2 팁(20)의 제2 접촉부(12)는 상기 제1 접촉부(11)에 대하여 경사면을 가지도록 형성되어 둔각을 이룰 수 있다.
다시 도 8 및 도 9를 참조하여, 상기 제1 팁(10)을 사용한 스크라이빙 공정을 진행하여 상기 노출영역(P4)을 형성할 수 있다.
상기 제1셀(C1)의 에지영역에서 상기 제1 접촉부(11)는 상기 기판(100)의 표면과 접하고, 상기 제2 접촉부(12)는 후면전극(200), 광 흡수 패턴(300), 버퍼 패턴(400) 및 고저항 버퍼 패턴(500)과 접하고, 상기 제3 접촉부(13)는 상기 고저항 버퍼 패턴(500)의 상부 표면의 일부와 접하고, 상기 제4 접촉부(14)는 전면면극(600)의 측벽에 접하도록 위치시킨 후 스크라이빙 공정을 진행할 수 있다.
따라서, 상기 제1 접촉부(11)에 의하여 에지영역에서 상기 기판(100)의 상부 표면(110)이 노출되고, 상기 제2 접촉부(12)에 의하여 상기 후면전극(200), 광 흡 수 패턴(300), 버퍼 패턴(400) 및 고저항 버퍼 패턴(500)의 측벽이 노출된다. 상기 제3 접촉부(13) 및 제4 접촉부(14)에 의하여 상기 전면전극(600)의 일부가 제거되어 상기 고저항 버퍼 패턴(500)을 노출시키는 단차부(620)를 형성할 수 있다.
또한, 상기 후면전극(200), 광 흡수 패턴(300), 버퍼 패턴(400) 및 고저항 버퍼 패턴(500)의 측벽과 상기 단차부(620) 길이는 1 : 0.1~0.7의 비율을 가질 수 있다.
상기 단차부(620)의 단면적 만큼 상기 전면전극 패턴(610)이 상기 후면전극(200)과 분리된 구조를 가질 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 전면전극 패턴(610) 하부 박막들의 측벽은 상기 제1 팁(10)에 의한 스크라이빙 공정을 통해 상기 기판(100) 표면에 대하여 직각을 이룰 수 있다.
또는 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 전면전극 패턴(610) 하부 박막들의 측벽은 상기 제2 팁(20)에 의한 스크라이빙 공정을 통해 상기 기판 표면에 대하여 둔각을 이룰 수 있다.
도 11은 상기 제1 셀이 다른 형태로 형성된 것을 도시한 단면도이다. 도 11에 도시된 제1 셀은 도 13의 팁에 의하여 형성된 것일 수 있다. 설명의 편의를 위하여 도 13에 도시된 팁을 제3 팁이라고 지칭한다.
도 11를 참조하여, 상기 전면전극 패턴(610)은 상기 고저항 버퍼 패턴(500)과 단차부(620)를 가질 수 있다.
상기 전면전극 패턴(610)은 하부에 위치한 상기 고저항 버퍼 패턴(500)의 가 장자리 상부 표면을 노출시킬 수 있다. 즉, 상기 전면전극 패턴(610)은 상기 고저항 버퍼 패턴(500)에 대하여 단차부(620)를 가지도록 형성될 수 있다.
상기 고저항 버퍼 패턴(500), 버퍼 패턴(400) 및 광 흡수 패턴(300)은 상기 후면전극(200)의 가장자리 상부 표면을 노출시킬 수 있다. 즉, 상기 후면전극(200) 상부의 막들은 상기 후면전극(200)에 대하여 단차부(220)를 가지도록 형성될 수 있다.
상기 후면전극(200)은 상기 기판(100)의 가장자리 영역을 노출시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 전면전극 패턴(610)은 제1폭(W1)으로 형성되고, 상기 전면전극 패턴(610) 하부의 고저항 버퍼 패턴(500), 버퍼 패턴(400), 광 흡수 패턴(300)은 상기 제1폭(W1)보다 넓은 제2폭(W2)으로 형성되고, 상기 후면전극(200)은 상기 제2폭(W2)보다 넓은 제3폭(W3)으로 형성될 수 있다.
즉, 상기 제3 팁(30)을 사용한 스크라이빙 공정을 통해 노출영역(P4)을 형성함으로써, 상기 전면전극 패턴(610)과 후면전극(200)에 각각 단차부(620,220)를 형성할 수 있다.
상기 전면전극 패턴(610)이 상기 후면전극(200) 보다 작은 폭을 가지도록 형성되어, 에지 영역에서의 전기적 단락을 미연에 방지할 수 있다.
실시예는 기계적 공정을 통해 상기 노출영역(P4)을 형성할 수 있다. 즉, 에지 영역에 해당하는 제1셀(C1)의 가장자리 영역을 팁을 사용한 스크라이빙 공정을 통해 제거할 수 있다. 이에 따라, 태양전지의 누설전류의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 레이져(laser) 등을 사용한 열적 제거 시 발생할 수 있는 파티클 발생 및 재흡착과 이로 인한 절연파괴를 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 노출영역(P4)을 형성할 때 상기 제1셀(C1)의 가장자리 영역에 해당하는 전면전극(600)이 선택적으로 제거될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1셀(C1)에서 전면전극 패턴(610)과 후면전극(200)이 전기적으로 연결되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 상기 노출영역(P4) 및 전면전극 패턴(610)은 1회의 스크라이빙 공정을 통해 동시에 형성되고, 공정시간을 단축시킬 수 있다.
따라서, 태양전지의 전기적인 특성 및 신뢰성을 향상시킬 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 1은 실시예에 따른 태양전지 모듈을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2 내지 도 11은 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
도 12 및 도 13은 실시예에 따른 태양전지의 스크라이빙 팁을 도시한 단면도이다.

Claims (14)

  1. 기판 상에 형성되고, 후면전극, 광 흡수층, 버퍼층 및 전면전극을 포함하는 다수개의 태양전지 셀들; 및
    상기 기판의 가장자리 영역이 노출되도록 상기 태양전지 셀들 중 에지 영역의 셀을 관통하는 노출영역을 포함하고,
    상기 에지 영역의 셀의 전면전극은 상기 버퍼층과 단차부를 가지는 것을 포함하는 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에지 영역의 셀의 전면전극은 최외각 영역의 일부가 제거되어 상기 버퍼층의 가장자리 영역 표면을 노출시키는 것을 포함하는 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에지 영역의 셀의 전면전극은 제1 폭으로 형성되고, 그 하부의 상기 후면전극은 제1 폭보다 넓은 제2 폭으로 형성된 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에지 영역의 셀에 해당하는 상기 후면전극, 광 흡수층 및 버퍼층의 측벽은 상기 기판 표면에 대하여 직각 또는 둔각을 가지도록 형성된 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에지 영역의 셀의 전면전극은 제1 폭으로 형성되고, 그 하부의 버퍼층 및 광 흡수층은 상기 제1 폭보다 넓은 제2 폭으로 형성되고, 상기 후면전극은 상기 제2 폭보다 넓은 제3 폭으로 형성된 태양전지.
  6. 기판 상에 후면전극, 광 흡수층, 버퍼층 및 전면전극을 포함하는 태양전지 셀들을 형성하는 단계; 및
    상기 태양전지 셀들 중 에지 영역의 셀에 팁(Tip)을 이용한 스크라이빙(scribing) 공정을 진행하여 상기 기판의 표면 및 상기 셀의 측면을 노출시키는 노출영역을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 노출영역을 형성할 때 상기 버퍼층의 에지영역의 표면이 노출되도록 전면전극을 일부 제거하여 전면전극 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 팁은 제1 접촉부, 제2 접촉부, 제3 접촉부 및 제4 접촉부를 포함하며,
    상기 기판의 표면을 노출시키도록 상기 제1 접촉부는 상기 에지영역에 해당하는 상기 기판과 접하도록 평면으로 형성되고,
    상기 에지 영역의 셀이 선택적으로 제거되도록 상기 제2 접촉부는 상기 제1 접촉부에서 상부 방향으로 연장되어 상기 후면전극, 광 흡수층, 버퍼층과 동일한 높이로 형성되고,
    상기 버퍼층의 상면과 접하도록 상기 제3 접촉부는 상기 제2 접촉부에서 수평방향으로 돌출되고,
    상기 전면전극과 동일한 높이를 가지도록 상기 제4 접촉부는 상기 제3 접촉부에서 상부 방향으로 연장 형성되고,
    상기 전면전극 패턴은 상기 제3 및 제4 접촉부가 상기 에지영역의 셀에 해당하는 상기 전면전극을 일부 제거하여 형성되는 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 접촉부는 상기 제3 접촉부에 대하여 직각 또는 둔각을 가지도록 형성되고,
    상기 후면전극, 광 흡수층 및 버퍼층의 측면은 수직면 또는 경사면을 가지도록 형성되는 태양전지의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 노출영역을 형성할 때 상기 후면전극의 에지영역의 표면을 노출시키는 단차부를 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 팁은 제1 접촉부, 제2 접촉부, 제3 접촉부, 제4 접촉부, 제5 접촉부 및 제6 접촉부를 포함하며,
    상기 제1 접촉부는 상기 에지영역에 해당하는 상기 기판과 접하도록 평면으로 형성되고, 상기 제2 접촉부는 상기 제1 접촉부에서 상부 방향으로 연장되어 상기 후면전극의 측벽과 동일한 높이로 형성되고, 상기 제3 접촉부는 상기 제2 접촉부에서 돌출되어 상기 후면전극의 상면과 접하도록 형성되고, 상기 제4 접촉부는 상기 제3 접촉부에서 상부로 수직 연장되어 상기 광 흡수층, 버퍼층과 동일한 높이로 형성되고, 상기 제5 접촉부는 상기 제4 접촉부에서 돌출되어 상기 버퍼층의 상면과 접하도록 평면으로 형성되고, 상기 제6 접촉부는 상기 제5 접촉부에서 상부 방향으로 연장되어 상기 전면전극과 동일한 높이로 형성되어,
    상기 제5 및 제6 접촉부에 의하여 상기 전면전극 패턴이 형성되는 것을 포함하는 태양전지의 제조방법
  11. 태양전지의 스크라이빙용 팁에 있어서,
    스크라이빙 대상을 스크라이빙 할 수 있는 접촉부 및 상기 접촉부를 지지하는 홀더부를 포함하고,
    상기 접촉부는 상기 홀더부에서 하부 방향으로 연장되고 제1 너비를 가지는 상부 팁; 및
    상기 상부 팁에서 하부로 연장되고, 상기 제1 너비보다 작은 제2 너비로 형 성된 하부 팁을 포함하는 팁.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하부 팁은 스크라이빙 대상의 수평표면과 접하도록 수평면을 가지는 제1 접촉부 및 상기 제1 접촉부의 단부에서 상부 방향으로 연장된 제2 접촉부를 포함하고,
    상기 상부 팁은 상기 제2 접촉부의 단부에서 일측 방향으로 수평연장된 제3 접촉부 및 상기 제3 접촉부의 단부에서 상부로 수직연장된 제4 접촉부를 포함하는 팁.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 접촉부는 상기 제3 접촉부에 대하여 직각 또는 둔각을 이루는 팁.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2 접촉부와 제3 접촉부는 1: 0.1~0.7의 크기의 비를 가지는 팁.
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