KR101124226B1 - 전구체를 이용한 cis 박막의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지 광흡수층용 CuInSe2 박막의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게, a) 하기 화학식 1의 구리 아미노알콕사이드, 하기 화학식 2의 인듐 아미노알콕사이드, 셀레늄 분말을 이용하여 CuInSe2 나노입자를 제조하는 단계; b) 상기 CuInSe2 나노입자를 함유하는 코팅액을 몰리브덴(Mo) 막이 형성된 유리 기판의 몰리브덴 막 상에 상압 도포하여 코팅층을 형성하는 단계; 및 c) 상기 코팅층이 형성된 유리 기판을 열처리하여 CuInSe2 박막을 형성하는 단계;를 포함하여 수행된다.
Figure 112011010715189-pat00003

(상기 화학식 1에서, m은 1 내지 3 범위의 정수이고; R 및 R'은 독립적으로 C1-C4 선형 또는 분지형 알킬기다.)
(화학식 2)
In[O-A-NR1R2]2[NR3 2]
(상기 화학식 2에서, A는 C2-C5의 알킬렌이고; 상기 A는 하나 이상의 C1-C5의 선형 또는 분지형 알킬기로 더 치환될 수 있고; R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소 또는 C1-C5의 선형 또는 분지형 알킬기이고; R3는 C1-C5의 선형 또는 분지형 알킬기 또는 트리(C1-C5)알킬실릴기이다.)

Description

전구체를 이용한 CIS 박막의 제조방법{Fabrication Method of CIS Thin Film Using Precursor}
본 발명은 전구체를 하여 CuInSe2 박막을 형성하는 방법 및 상기 CuInSe2 박막이 구비된 태양전지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
태양전지(Solar Cell)는 태양광을 이용해 전기를 발생시키는 장비이다. 태양전지의 구조 및 원리에 대해서 간단히 설명하면, 태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 p-n접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지가 p-n접합으로 만든 태양전지에 반도체의 금지대폭(Eg: Band gap Energy)보다 높은 에너지를 가진 태양광을 흡수하면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때, p-n접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하여 p-n 반도체 간에 기전력이 발생하게 된다. 이때 양단의 전극에 부하를 연결하면 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 되는 원리이다.
태양전지는 광 흡수층으로 사용되는 물질에 따라 다양하게 구분되는데, 광 흡수층으로 실리콘을 이용하는 실리콘계 태양전지가 대표적이다. 실리콘계 태양전지는 기판형(단결정(single crystal), 다결정(poly crystal)) 태양전지와 박막형(비정질(amorphous), 다결정(poly crystal)) 태양전지로 구분된다. 이외에도 태양전지의 종류에는 CdTe, CIS(CuInSe2), CIGS(CuInGaSe2)의 화합물 박막 태양전지, III-V족 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기 태양전지 등을 들 수 있다.
이런 태양전지들은 대면적화, 저가화, 고효율화를 위해서 많은 개발이 진행되고 있다. 현재 1세대인 결정형 실리콘 대양전지는 높은 효율과 안정된 성능을 바탕으로 태양광 발전 시장의 90%를 점유하고 있다.
그러나 실리콘 소재의 공급부족현상이 갈수록 심화되고 있으며 수급 불균형에 의한 고비용 요소도 당분간 해소되지 않을 것이다. 반면, 차세대 태양광 발전 기술인 박막형 태양전지는 결정형 실리콘 대양전지에 비해 에너지 회수 기간이 절반 정도로 짧고, 소재 비용을 약 1/100로 줄일 수 있으며, 손쉽게 대면저화 할 수 있기 때문에 제조비용을 혁신적으로 절감 시킬 것이다.
박막형 태양전지의 흡수층을 제조하는 방법은 크게 진공분위기 하에서 증착하는 방법과 비진공분위기 하에서 증착하는 방법으로 나눌 수 있다. 진공분위기에서 흡수층을 제조하는 방법은 고효율의 흡수층을 제조할 수 있는 장점이 있으나, 대면적의 흡수층 제조시 균일성이 떨어지고 고가의 장비를 사용해야하는 단점이 있다. 반면에 비진공분위기에서 증착하는 방법은 대면적에 균일하게 증착할 수 있으나 결정성이 떨어져 효율이 낮은 단점이 있다.
일본 출원특허 제 2001-053314호는 Cu 및 Se의 미세분말과 In의 유기금속염을 혼합 및 분산시켜 도전성 기판에 코팅하고 비산화성 분위기에서 열처리하여 박막을 형성하는 방법을 제시하고 있으나, 생산효율이 떨어지는 단점이 있다. 또한 미국 등록특허 제 6127202호는 금속 산화물 나노 입자의 혼합물을 환원 분위기 및 셀레늄 기체의 분위기 하에서 반응시켜 CIGS를 만드는 방법을 개시하고 있고 미국 등록 특허 제 6268014호는 금속 산화물과 산화물이 아닌 입자를 혼합하여 환원 분위기 및 셀레늄 분의기를 이용하여 반응시키는 방법을 제시하였다. 이들 방법의 경우 셀레늄 분위기 하에서 반응하므로 셀레늄의 손실이 크다는 단점이 있고 분산, 결합 및 반응 균일성이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명은 전구체를 이용하여 비진공 코팅방법으로 치밀한 CuInSe2 박막을 제조하는 방법을 제공하는 것이며, 높은 생산성을 가지며 고품질의 CuInSe2 광흡수층이 구비된 태양전지를 제공하는 것이다.
이하 본 발명의 제조방법을 상세히 설명한다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 태양전지용 CIS 광흡수층인 CuInSe2 박막의 제조방법은 a) 하기 화학식 1의 구리 아미노알콕사이드, 하기 화학식 2의 인듐 아미노알콕사이드 및 셀레늄 분말을 이용하여 CuInSe2 나노입자를 제조하는 단계; b) 상기 CuInSe2 나노입자를 함유하는 코팅액을 몰리브덴(Mo) 막이 형성된 유리 기판의 몰리브덴 막 상에 상압 도포하여 코팅층을 형성하는 단계; 및 c) 상기 코팅층이 형성된 유리 기판을 열처리하여 CuInSe2 박막을 형성하는 단계;를 포함한다.
(화학식 1)
Figure 112011010715189-pat00001
상기 화학식 1에서, m은 1 내지 3 범위의 정수이고, R 및 R'은 독립적으로 C1-C4 선형 또는 분지형 알킬기다.
(화학식 2)
In[O-A-NR1R2]2[NR3 2]
상기 화학식 2에서, A는 C2-C5의 치환 또는 비치환된 알킬렌이고, R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소 또는 C1-C5의 선형 또는 분지형 알킬기이고, R3는 C1-C5의 선형 또는 분지형 알킬기 또는 트리(C1-C5)알킬실릴기이다. 상기 A가 치환된 경우, 상기 A는 하나 이상의 C1-C5의 선형 또는 분지형 알킬기로 치환되는 것이 바람직하다.
더 상세하게는 상기 화학식 2의 인듐 아미노알콕사이드는 하기 화학식 3으로 표시되는 인듐 아미노알콕사이드 화합물을 포함한다.
(화학식 3)
In[O-CR4R5(CH2)n-NR1R2]2[NR3 2]
상기 화학식 2에서, R1, R2, R4 및 R5는 서로 독립적으로 수소 또는 C1-C5의 선형 또는 분지형 알킬기이고, R3은 C1-C5의 선형 또는 분지형 알킬기 또는 트리(C1-C5)알킬실릴기이고, n은 1내지 3의 정수이다.
보다 바람직하게는 상기 인듐 아미노알콕사이드는 상기 화학식 3에서 n이 1또는 2인 인듐 아미노알콕사이드 화합물이 바람직하며, 구체적으로는 상기 화학식 3에서 R1, R2, R4 및 R5는 서로 독립적으로 수소, CH3, C2H5, CH(CH3)2 및 C(CH3)3로부터 선택되며, R3는 CH3, C2H5, CH(CH3)2, C(CH3)3, Si(CH3)3, Si(C2H5)3 또는 Si(CH3)(C2H5)2로부터 선택되는 인듐 아미노알콕사이드 화합물이다.
상기 화학식 2의 인듐 아미노알콕사이드 화합물의 상세한 제조방법은 대한민국 공개특허 2010-0087071호를 참고한다.
상기 화학식 2의 인듐 선구 물질인 인듐 아미노알콕사이드 화합물은 안정한 착화합물이고, 금속과 결합하는 알콕사이드의 산소에 대하여 α-탄소 위치에 비극성 알킬기가 결합해 있어 유기 용매에 대한 친화성이 높고, 중심 금속이 이웃한 리간드의 산소와 분자간 상호 작용을 일으키지 못하도록 입체 장애를 주기 때문에 단위체로 존재할 수 있다.
상기 화학식 1의 구리 아미노알콕사이드 화합물은 탄소 오염이 없는 순수한 구리 화합물을 형성할 수 있으며, 유기 용매에 친화성이 매우 우수한 장점이 있다. 상기 화학식 1의 구리 아미노알콕사이드의 상세한 제조방법은 대한민국 등록특허 제0704464호 또는 대한민국 공개특허 2008-0084602 호를 참고한다.
본 발명에 따른 CuInSe2 박막 제조 공정에서, 상기 a) 단계는, a1) 셀레늄 분말, 계면활성제 및 제1용매를 함유하는 제1용액을 교반하며 230 내지 250℃의 온도로 가열하는 단계; 및 a2) 가열된 제1용액에 상기 구리 아미노알콕사이드, 인듐 아미노알콕사이드 및 제2용매를 함유하는 제2용액을 주입하여 교반하는 단계;를 포함한다.
상기 a2) 단계에서 상기 제1용액의 셀레늄 : 상기 제2용액의 구리 : 제2용액의 인듐의 몰비는 제조하고자 하는 CuInSe2 나노입자의 화학양론비인 2 : 1 : 1인 특징이 있다.
전구체로, 셀레늄 분말, 상기 화학식 1의 구리 아미노알콕사이드 및 상기 화학식 2의 인듐 아미노알콕사이드를 사용함으로써, 전구체의 반응성이 매우 우수하고 유기 용매에 대한 용해도가 매우 높아 상기 제1용액 및 제2용액에 함유된 구리, 셀레늄 및 인듐의 몰비가 그대로 유지된 CuInSe2 나노입자가 제조되며, 불순물을 함유하지 않는 순수한 CuInSe2 나노입자가 제조되며, 추가적인 환원제 없이 CuInSe2 나노입자가 제조되며, 230 내지 250℃의 매우 낮은 온도에서 CuInSe2 나노입자가 제조되는 장점이 있으며, 상기 화학식 1의 구리 아미노알콕사이드 및 상기 화학식 2의 인듐 아미노알콕사이드를 사용하여 CuInSe2 나노입자를 제조함으로써, 상압 도포 및 저온 열처리에 의해 극히 치밀한 CuInSe2 박막이 제조되는 장점이 있다.
상기 계면활성제는 헥사데실아민인 특징이 있으며, 상기 헥사데실아민에 의해 제조된 CuInSe2 나노입자는 톨루엔을 포함한 유기 용매에 매우 높은 분산력을 갖게 된다. 상기 헥사데실아민은 상기 인듐 아미노알콕사이드 또는 구리 아미노알콕사이드 당량에 대해 2 내지 4배 당량비를 갖도록 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 제1용매는 헥사데칸, 상기 제2용매는 톨루엔인 것이 바람직하다.
상기 a2) 단계의 교반이 수행된 후, 원심분리를 이용하여 a2) 단계에서 제조된 나노입자의 회수가 수행되는 것이 바람직하며, 회수된 나노입자는 메탄올 및 톨루엔을 포함하는 유기용매에 의한 세척 과정을 거칠 수 있다.
이때, 상기 a1) 내지 a2) 단계는 상기 구리 아미노알콕사이드와 인듐 아미노알콕사이드가 공기 중에 불안정함에 따라 산소, 수분이 차단된 불활성 분위기(일 예로 질소분위기) 하에서 수행되는 것이 바람직하다.
상기 b) 단계의 상기 코팅액은 상기 CuInSe2 나노입자를 30 내지 50 중량% 함유하는 톨루엔인 특징이 있으며, 상기 코팅액은 CuInSe2 나노입자와 톨루엔을 혼합하고 초음파를 인가하여 제조되는 것이 바람직하다.
보다 특징적으로, 상기 코팅액은 하기의 화학식 4의 주석 아미노알콕사이드를 더 함유한다.
(화학식 4)
Sn[O-B-NR6R7]2
상기 화학식 4에서 B는 할로겐으로 치환되거나 치환되지 않은 선형 또는 분지형의 (C2-C10)알킬렌기이고; R6 및 R7은 서로 독립적으로 할로겐으로 치환되거나 치환되지 않은 선형 또는 분지형의 (C1-C7)알킬기이다.
상기 주석 아미노알콕사이드는 하기 화학식 5의 주석 아미노알콕사이드 화합물을 포함한다.
(화학식 5)
Sn[OCR8R9(CH2)p-NR6R7]2
상기 식에서, p는 1 내지 3 중의 정수이고, R6 및 R7은 서로 독립적으로 불소로 치환되거나 치환되지 않은 선형 또는 분지형 (C1-C5)알킬기이며; R8 및 R9는 서로 독립적으로 수소 또는 불소로 치환되거나 치환되지 않은 선형 또는 분지형의 (C1-C5)알킬기이다.
상기 화학식 5에서 p가 1 또는 2인 주석 아미노알콕사이드 화합물이 바람직하며, 구체적으로는 상기 화학식 5에서 R6 및 R7은 서로 독립적으로 CH3, CF3, C2H5, CH(CH3)2 및 C(CH3)3로부터 선택되며, R8 및 R9는 서로 독립적으로 수소, CH3, CF3, C2H5, CH(CH3)2 및C(CH3)3로부터 선택되는 주석 아미노알콕사이드 화합물을 포함한다.
상기 화학식 4의 주석 아미노알콕사이드의 상세한 제조방법은 대한민국 공개특허 제 2009-0100583 호를 참고한다.
상기 코팅액이 상기 주석 아미노알콕사이드를 함유함으로써, 단순 상압 도포 공정에 의해 극히 치밀한 CuInSe2 박막이 제조되는 특징이 있으며, 단순 상압 도포 후 낮은 열처리 온도에서도 입자성장 및 치밀화가 매우 활발히 일어나는 특징이 있으며, 매우 적은 주석아미노알콕사이드가 첨가되어도 제조되는 CuInSe2 박막의 모든 부분에서 고르게 치밀화 및 입자성장이 발생하여 균질하게 치밀한 CuInSe2 박막이 제조되는 특징이 있으며, 주석과 CuInSe2 물질 간의 이상(different phase), 금속간화합물의 형성이 방지되면서 상압 도포에 의해 기공이 거의 존재하지 않는 CuInSe2 박막이 제조되는 특징이 있다.
이상 또는 금속간화합물의 형성을 방지하며 단순 상압 도포에 의해 극히 치밀한 CuInSe2 박막을 제조하기 위해, 상기 b) 단계의 상기 코팅액은 상기 CuInSe2 나노입자 100 중량부에 대해 5 내지 15 중량부의 상기 주석 아미노알콕사이드를 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라, 태양전지용 광흡수층인 CuInSe2 박막은 몰리브덴(Mo) 막이 형성된 유리 기판에 형성되며, 상세하게, 유리 기판에 형성된 몰리브덴 막 상부에 상기 코팅액이 도포된 후 열처리되어 제조된다.
상기 도포는 상압 도포인 특징이 있으며, 상기 상압 도포는 코팅액의 도포시 인위적으로 압력을 제어하지 않고 도포가 수행되는 것을 의미하며, 비진공 도포를 의미하며, 대기압에서 수행되는 도포를 의미한다.
상기 코팅액의 상기 도포는 닥터 블레이드, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 스핀 코팅 드랍-와이즈(drop-wise) 코팅 및 실크 스크린에서 선택된 하나 이상의 방법으로 수행되는 특징이 있다.
상기 도포가 수행된 후, 상기 도포된 코팅층에 함유된 매질(톨루엔)을 휘발 제거하는 건조과정이 수행될 수 있으며 상기 건조과정이 수행된 후 상기 코팅층이 형성된 유리 기판을 열처리하여 CuInSe2 박막을 형성하는 단계가 수행될 수 있다.
상기 b) 단계의 상기 유리는 소다회 유리인 특징이 있다. 상기 유리 기판을 소다회 유리 기판으로 사용함으로써, 상기 몰리브덴 막 상부로 상기 상압 도포된 CuInSe2 나노입자가 저온에서도 매우 빠르게 치밀화되어 우수한 품질의 CuInSe2 광흡수층을 제조할 수 있다.
상세하게, 유리 기판으로 나트륨을 함유하는 소다회유리를 사용하는 특징이 있으며, 이에 따라 유리 기판이 첨가되어 있는 나트륨 이온이 몰리브덴 배면전극의 입계면을 거쳐 그 위의 CuInSe2 광흡수층으로 확산되는 현상이 일어난다. 나트륨 이온이 확산됨으로써 CuInSe2 결정립의 성장과 표면 형상이 개선되고 정공의 밀도가 높아져 충진율과 개방 전압이 높아지는 효과가 나타나 결과적으로 태양전지의 특성이 향상된다.
상기 c)단계는 상기 코팅층이 형성된 유리 기판을 열처리하여 유리 기판의 몰리브덴 막 상에 CuInSe2 박막을 형성하는 단계로, 상기 c) 단계의 열처리시 상기 코팅층에 함유된 용매(톨루엔)의 제거가 동시에 수행될 수 있음은 물론이다.
상기 c) 단계의 열처리는 저온 열처리인 특징이 있으며, 상세하게 상기 열처리는 300 내지 600℃에서 수행되는 특징이 있다. 상기 c) 단계의 열처리 온도가 300℃ 이하인 경우, 유기용매가 제거되지 않고, CuInSe2 입자의 결정립의 성장이 잘 이뤄지지 않을 위험이 있으며, 열처리 온도가 너무 높을 시에는 몰리브덴 막이 형성된 유리 기판에 변형이 유발 될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 제조방법은 낮은 온도에서 순수하고 화학양론비를 갖는 CuInSe2 나노입자의 제조가 가능한 금속 전구체를 사용하여 CuInSe2 나노입자를 제조하는 특징이 있으며, 제조된 CuInSe2 나노입자를 함유하는 코팅액을 비진공 코팅하여 저온에서 치밀한 태양전지용 CuInSe2 광흡수층인 CuInSe2 박막을 제조하는 특징이 있다.
상기의 제조방법으로 제조된 CuInSe2 박막을 광흡수층으로 포함하는 태양전지는 결정성이 우수하고 치밀한 CuInSe2 광흡수층이 구비되어, 높은 충진율과 개방 전압을 갖는 특징이 있다.
본 발명은 태양전지용 CuInSe2 광활성층을 고가의 진공장비를 사용하지 않고 용액 공정으로 저가의 대량 생산이 가능한 장점이 있으며, 저온 열처리를 통해 결정성이 우수하고 치밀한 CuInSe2 박막이 제조되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예1에 따라 제조된 CuInSe2 나노입자의 x-선 회절 분석 결과를 도시한 것이며,
도 2는 본 발명의 실시예1에 따라 제조된 CuInSe2 박막의 x-선 회절 분석 결과를 도시한 것이며,
도 3은 본 발명의 실시예1에 따라 제조된 CuInSe2 박막 단면을 관찰한 주사전자 현미경 사진이며,
도 4는 본 발명의 실시예2에 따라 제조된 치밀화된 CuInSe2 박막 단면을 관찰한 주사전자 현미경 사진이다.
아래의 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명의 예시에 불과한 것으로서 본 발명의 특허 청구 범위가 이에 따라 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
셀레늄 분말 (0.078 g, 1 mmol), 헥사데실아민 (0.326 g, 1.5 mmol) 및 헥사데칸 (10 ml)을 삼구둥근플라스크에 넣고 80 ℃ 에서 진공분위기 하에서 30 분간 교반시켜 제1용액을 제조하였다.
다음으로, 질소분위기의 장갑상자에서 별개의 10 ml 둥근플라스크에 비스(디메틸아미노-2-에틸-2-프로폭시)구리(II)(Cu(dmamp)2) (0.147 g, 0.5 mmol), {비스[1-디메틸아미노-2-메틸-2-프로폭시][비스(트리메틸실릴) 아미도]}인듐 (In(dmamp)2(btsa)) (0.253 g, 0.5 mmol) 및 2 ml의 톨루엔을 넣어주어 제2용액을 제조하였다. 이 반응에서 구리 전구체 및 인듐 전구체가 톨루엔에 잘 녹는 것을 볼 수 있다.
이후, 제1용액을 교반시키며 240 ℃ 까지 15분 동안에 올려 준다. 이 과정 중 검은색의 셀레늄 분말이 220 ℃ 에서 헥사데칸에 녹는 것을 볼 수 있다. 제1용액을 240 ℃까지 가열 한 후, 제2용액을 주사기에 담아 제1용액이 담긴 플라스크에 빠르게 넣어 주면서 240℃의 온도로 90분간 교반시킨다. 이 때 용액의 색이 무색에서 검은색으로 변하는 것을 볼 수 있다.
90분간 반응이 끝 난 후 원심분리기를 이용하여 CuInSe2 입자를 용매와 분리한 후, 메탄올과 톨루엔을 이용하여 부수물질들을 제거 해준다. 이와 같은 세정과정을 2~3번 반복한다. 세정과정이 끝난 후에는 40 ℃ 진공오븐에서 건조시킨다. 도 1은 제조된 CuInSe2 나노입자의 x-선 회절 분석 결과를 도시한 것이다. 합성한 나노입자는 기존 문헌에 알려져 있는 테트라고날(Tetragonal) CuInSe2 (JCPDS 40-1487)와 일치한다. 이를 통해 합성 과정 중 다른 상은 없는 것으로 확인 할 수 있다. X-선 회절 패턴에서 2θ 값이 26.6ㅀ, 44.1ㅀ , 52.38ㅀ에서 주요 피크를 보이는데 이는 각각 (111), (204)/(220), (312)면이다.
건조된 CuInSe2 나노입자 1 g과 톨루엔 1.25 g 을 넣고 초음파를 이용해 40wt% CuInSe2 나노 입자 코팅액를 만든다.
몰리브덴 박막이 형성된 소다회 유리 기판을 세척 한 후 제조한 코팅액을 마이크로 피펫을 이용하여 기판 위에 150㎕를 떨어트려 코팅을 한다(drop-wise). 코팅액을 코팅한 후 실온에서 충분히 건조 시켜 준다. 건조가 끝난 후 500℃로 급속 열처리(RTA; Rapid Thermal annealing)하여 치밀화된 CuInSe2 박막을 제조하였다.
도 2는 제조된 CuInSe2 박막의 x선 회절결과이며, 도 3은 본 발명에 따라 소다회 유리기판(도 3의 소다라임 유리)-몰리브덴 막(도 3의 Mo 배면전극)-CuInSe2 박막(도 3의 CIS 광흡수층)의 적층구조를 갖는 태양전지 광흡수층용 CuInSe2 박막의 단면을 관찰한 주사전자 현미경 사진이다. X- 선 회절 패턴의 경우 기판인 몰리브덴 피크만을 제외하면 나노입자만을 측정한 결과와 일치함을 알 수 있으며, 또한 도 3을 보면 합성된 나노입자가 균일하게 막을 형성한 것을 관찰 할 수 있다.
(실시예 2)
실시예 1에서 톨루엔 1.25 g에 건조된 CuInSe2 나노입자 1 g과 함께 주석전구체로 (디메틸아미노-2-메틸-2-프로폭시) 주석(II) (Sn(dmamp)2) 100mg을 첨가하여 CuInSe2 나노 입자 코팅액을 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 CuInSe2 박막을 제조하였다.
도 4는 실시예 2에서 제조한 CuInSe2 박막을 관찰한 주사전자현미경 사진으로, 도 4에서 알 수 있듯이 CuInSe2 입자의 성장 및 치밀화가 촉진되어 극히 치밀한 CuInSe2 박막이 제조됨을 알 수 있으며, 극히 균질하게 치밀한 박막이 제조됨을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. a) 하기 화학식 1의 구리 아미노알콕사이드, 하기 화학식 2의 인듐 아미노알콕사이드 및 셀레늄 분말을 이용하여 CuInSe2 나노입자를 제조하는 단계;
    b) 상기 CuInSe2 나노입자를 함유하는 코팅액을 몰리브덴(Mo) 막이 형성된 유리 기판의 몰리브덴 막 상에 상압 도포하여 코팅층을 형성하는 단계; 및
    c) 상기 코팅층이 형성된 유리 기판을 열처리하여 CuInSe2 박막을 형성하는 단계;
    를 포함하는 태양전지 광흡수층용 CuInSe2 박막의 제조방법.
    (화학식 1)
    Figure 112011010715189-pat00002

    (상기 화학식 1에서, m은 1 내지 3 범위의 정수이고; R 및 R'은 독립적으로 C1-C4 선형 또는 분지형 알킬기다.)
    (화학식 2)
    In[O-A-NR1R2]2[NR3 2]
    (상기 화학식 2에서, A는 C2-C5의 치환 또는 비치환된 알킬렌이고; R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소 또는 C1-C5의 선형 또는 분지형 알킬기이고; R3는 C1-C5의 선형 또는 분지형 알킬기 또는 트리(C1-C5)알킬실릴기이다.)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 a) 단계는
    a1) 셀레늄 분말, 계면활성제 및 제1용매를 함유하는 제1용액을 교반하며 230 내지 250℃의 온도로 가열하는 단계; 및
    a2) 가열된 제1용액에 상기 구리 아미노알콕사이드, 인듐 아미노알콕사이드 및 제2용매를 함유하는 제2용액을 주입하여 교반하는 단계;
    를 포함하는 CuInSe2 박막의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 a2) 단계에서 상기 제1용액의 셀레늄 : 상기 제2용액의 구리 : 제2용액의 인듐의 몰비는 2 : 1 : 1인 CuInSe2 박막의 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 계면활성제는 헥사데실아민이며, 상기 제1용매는 헥사데칸, 상기 제2용매는 톨루엔인 CuInSe2 박막의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 b) 단계의 상기 코팅액은 상기 CuInSe2 나노입자를 30 내지 50 중량% 함유하는 톨루엔인 CuInSe2 박막의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 b) 단계의 상기 코팅액은 하기의 화학식 4의 주석 아미노알콕사이드를 더 함유하는 CuInSe2 박막의 제조방법.
    (화학식 4)
    Sn[O-B-NR6R7]2
    (상기 화학식 4에서 B는 할로겐으로 치환되거나 치환되지 않은 선형 또는 분지형의 (C2-C10)알킬렌기이고; R6 및 R7은 서로 독립적으로 할로겐으로 치환되거나 치환되지 않은 선형 또는 분지형의 (C1-C7)알킬기이다.)
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 b) 단계의 상기 코팅액은 상기 CuInSe2 나노입자 100 중량부에 대해 5 내지 15 중량부의 상기 주석 아미노알콕사이드를 함유하는 CuInSe2 박막의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 b) 단계의 상기 유리는 소다회 유리인 CuInSe2 박막의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 b) 단계의 상기 도포는 닥터 블레이드, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 스핀 코팅, 드랍-와이즈 코팅 및 실크 스크린에서 선택된 하나 이상의 방법으로 수행되는 CuInSe2 박막의 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 c) 단계의 열처리는 300 내지 600℃에서 수행되는 CuInSe2 박막의 제조방법.
  11. 제 1항 내지 제10항에서 선택된 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 CuInSe2 박막을 광흡수층으로 포함하는 태양전지.
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