KR101134595B1 - 태양전지 기판, 태양전지 기판 제조 방법 및 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 기판, 태양전지 기판 제조 방법 및 태양전지에 관한 것으로, 본 발명의 태양전지 기판은, 한쪽 표면에 제1 표면조도막이 형성된 투명기판과, 투명기판의 제1 표면조도막에 불순물이 도핑된 금속 산화물이 형성된 투명 도전막을 포함한다.
태양전지, 기판, 산화아연, 표면조도, 표면 거칠기, 투명기판
Description
본 발명은 태양전지 기판, 태양전지 기판 제조 방법 및 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 태양에너지를 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자이다. 태양전지는 현재 전기, 전자제품, 주택이나 건물의 전기 공급 그리고 산업 발전에 이르기까지 다양한 분야에 적용되고 있다. 태양전지의 가장 기본적인 구조는 pn 접합으로 구성된 다이오드 형태이며, 광 흡수층의 재료에 따라 구분되는데, 예컨대 광 흡수층으로 실리콘을 사용하는 실리콘 태양전지, 광 흡수층으로 CIS(CuInSe2)나 CdTe를 이용하는 화합물 태양전지, 다공질막의 나노입자 표면에 가시광 흡수로 전자가 여기되는 광감응 염료 분자가 흡착된 염료 감응형 태양전지, 복수개의 비정질 실리콘이 적층된 적층형 태양전지로 구분된다. 또한, 태양전지는 벌크형(단결정, 다결정 포함)과 박막형(비정질, 다결정) 태양전지로 구분된다.
현재는 다결정 실리콘을 이용하는 벌크형 결정질 실리콘 태양전지가 전체 시 장의 90%이상을 차지하고 있으며, 벌크형 결정질 실리콘 태양전지의 태양광 발전 단가는 기존의 화력, 원자력, 수력 등에 비해 최소 3배에서 최대 10배 이상 비싸다. 이는 고가의 실리콘 원료를 다량 사용하고 제조공정이 복잡한 결정질 실리콘 태양전지의 높은 제조 원가가 주요 원인이다. 이에, 최근 들어 비정질 실리콘(a-Si:H) 및 미세결정 실리콘(μc-Si:H) 박막 태양전지에 대한 연구와 상업화가 진행되고 있다.
도 1 은 종래 비정질 실리콘을 광 흡수층으로 사용하는 태양전지의 구조를 도시한다.
도시한 바와 같이, 종래 비정질 실리콘(예컨대, a-Si:H) 태양전지(110)는 투명기판(111)/투명 도전막(112)/불순물이 도핑된 P형 비정질 실리콘(a-Si:H)(113)/불순물이 도핑되지 않은 i형 비정질 실리콘(a-Si:H)(114)/불순물이 도핑된 n형 비정질 실리콘(a-Si:H)(115)/후면 반사막(Back reflector)(116)을 포함한다. 이러한 p-i-n형 비정질 실리콘(a-Si:H)에서 불순물이 도핑되지 않은 i형 비정질 실리콘(a-Si:H)(114)은 불순물이 도핑된 P형과 n형 비정질 실리콘(a-Si:H)(113, 115)에 의해 공핍(depletion)되며 내부에서 전기장이 발생하게 된다. 입사광(hv)에 의하여 i형 비정질 실리콘(a-Si:H)(114)에서 생성된 정공-전자 쌍은 내부 전기장에 의한 드리프트에 의해 각각 P형 비정질 실리콘(a-Si:H)(113)과 n형 비정질 실리콘(a-Si:H)(115)에 수집되어 전류를 발생하게 된다.
미세결정 실리콘(μc-Si:H)은 단결정과 비정질 실리콘의 경계물질로서 수십 ㎚에서 수백 ㎚의 결정 크기를 가지며, 결정사이의 결정경계에서는 흔히 비정질상이 존재하여 높은 결함 밀도로 인해 대부분 캐리어 재결합이 발생한다. 미세결정 실리콘(μc-Si:H)의 에너지 밴드갭은 약 1.6eV로 단결정 실리콘과 거의 동일한 값을 나타내며 비정질 실리콘(a-Si:H) 태양전지에서 나타나는 열화 현상이 없다. 미세결정 실리콘(μc-Si:H) 태양전지의 구조는 광 흡수층을 제외하면 비정질 실리콘(a-Si:H) 태양전지와 매우 유사한 구조를 갖고 있다.
비정질 실리콘(a-Si:H) 또는 미세결정 실리콘(μc-Si:H)을 광 흡수층으로 사용하는 단일 p-i-n 접합 박막 태양전지는 광 변환 효율이 낮아 실제로 사용하는데에는 많은 제약이 있다. 따라서 비정질 실리콘(a-Si:H) 또는 미세결정 실리콘(μc-Si:H) 박막 태양전지를 이중 또는 삼중으로 적층하여 제조하는 탠덤(Tandem)형 또는 트리플(Triple)형 적층형 태양전지가 사용되는데 이는 태양전지를 직렬 연결함으로서 개방전압을 높일 수 있고 입사광에 대한 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
도 2 는 종래 탠덤(Tandem)형 박막 태양전지의 구조를 도시한다.
도시한 바와 같이, 종래 탠덤(Tandem)형 박막 태양전지(210)는 크게 투명기판(211)/투명 도전막(212)/제1 pn 접합층(213)/터널링 pn 접합층(214)/제2 pn 접합층(215)/후면 반사막(Back reflector)(216)을 포함한다.
종래 탠덤(Tandem)형 박막 태양전지(210)는 밴드갭(예컨대, E g =1.9eV)을 갖 는 제1 pn 접합층(213)이 더 작은 밴드갭(예컨대, E g =1.42eV)을 갖는 제2 pn 접합층(215)의 위에 배치되어 1.9eV 보다 더 큰 에너지를 가진 광자(photon)는 제1 pn 접합층(213)에서 흡수되고, 1.42eV＜hv＜1.9eV 사이의 에너지를 가진 광자(photon)는 제1 pn 접합층(213)을 통과하나 제2 pn 접합층(215)에서 흡수된다. 태양전지의 적층수를 늘려감에 따라 높은 광전변환 효율을 얻을 수 있으나 적층수 증가는 태양전지의 제조 공정수 증가로 이어지고 그에 따른 공정비용 증가를 초래하는 단점이 있다.
한편, 태양전지에 사용되는 투명 도전막은 광 투과도(light transmittance)와 도전성(conductivity)과 빛 가둠(light trapping) 효과가 높을 것이 요구된다. 특히 비정질 실리콘 박막 태양전지에서는 비정질 실리콘의 광흡수율이 낮기 때문에 빛 가둠(light trapping)을 최대한 증가시키시는 것이 중요하다. 빛 가둠(light trapping) 효과를 구현하기 위해 태양전지용 투명 도전막은 그 표면에 텍스처링(Texturing) 구조를 가진다. 투명 도전막에 텍스처링(Texturing) 구조를 형성하는 방법은 투명기판에 도전막을 형성하는 과정에서 동시에 이루어지도 하고, 투명기판에 형성된 도전막을 습식 식각(Wet Etching) 통해 구현되기도 한다.
그런데, 투명기판에 도전막을 형성하면서 동시에 텍스처링(Texturing) 구조를 형성하기 위해서는 화학 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)공법이 가능하다. 스퍼터링(Sputtering) 공법으로 동시에 텍스처링(Texturing) 구조를 형성하는 기술은 아직 미정립되어 있는 상태이다. 그러므로 텍스처링(Texturing)를 형성하기 위해서는 스퍼터링(Sputtering)으로 코팅막을 성막한 후 도전막을 습식 식각(Wet Etching)하는 방법이 사용된다. 그러나 이 방법은 도전막을 형성하기 위해 사용되는 주석 도핑 산화인듐(ITO) 혹은 산화아연(ZnO)의 낭비를 초래하게 되는 문제점이 있다. 또한, 기존의 투명 도전막으로 주로 사용되고 있는 주석 도핑 산화인듐(ITO)은 주원료인 인듐(In)이 희귀원소로 지속적인 가격상승과, 수소 plasma 공정에서 인듐(In)의 높은 환원성과 그에 따라 수반되는 화학적 불안전성 등의 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 배경에서 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 광전변환 효율과 생산 효율이 높으면서도 제조 단가를 절감할 수 있는 태양전지 기판, 태양전지 기판 제조 방법 및 태양전지를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상에 따른 태양전지 기판은, 한쪽 표면에 제1 표면조도막이 형성된 투명기판과, 투명기판의 제1 표면조도막에 불순물이 도핑된 금속 산화물이 형성된 투명 도전막을 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 투명 도전막은 산화아연(ZnO)에 불순물이 0.1원자% 이상, 15원자% 이하 함유되고, 막 두께가 450㎚이상, 900㎚이하가 되도록 구현된다.
본 발명의 다른 부가적인 양상에 따른 태양전지 기판은, 도전막의 내습성을 높이기 위해 도전막에 형성되는 보호막을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 부가적인 양상에 따르면, 투명기판은 제1 표면조도막이 형성된 투명기판의 반대쪽 표면에 제2 표면조도막이 더 형성된다.
본 발명의 다른 양상에 따른 태양전지 기판 제조 방법은, 투명기판을 준비하는 단계와, 투명기판의 한쪽 표면에 제1 표면조도막을 형성하는 단계와, 제1 표면조도막에 불순물이 도핑된 금속 산화물이 형성된 투명 도전막을 형성하는 단계를 포함한다.
상기한 구성에 따르면, 본 발명의 태양전지 기판, 태양전지 기판 제조 방법 및 태양전지는 투명기판에 빛 가둠(light trapping) 효과를 구현하기 위한 표면조도막을 형성하도록 구현됨으로써, 기존의 투명 도전막 형성시 부가적으로 수반되던 텍스처링(Texturing) 구조 형성 공정을 제거하여 생산 효율을 높이고, 도전막에 텍스처링(Texturing) 구조 형성시 발생되던 금속의 낭비 문제를 해소하여 태양전지 기판의 제조 단가를 절감할 수 있는 유용한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 태양전지 기판, 태양전지 기판 제조 방법 및 태양전지는 투명 도전막에 불순물이 도핑된 산화아연(ZnO)이 주성분으로 구현됨으로써, 도전성과 광 투과성이 높고 제조 단가가 낮은 투명 도전막을 형성할 수 있는 유용한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 태양전지 기판, 태양전지 기판 제조 방법 및 태양전지는 제1 표면조도막이 형성된 투명기판의 반대쪽 표면에 제2 표면조도막이 형성되도록 구현됨으로써, 제2 표면조도막에 의해 입사광이 투명기판 표면에서 반사되는 것을 방지하여 투명 도전막의 광 투과율을 높일 수 있는 유용한 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 전술한, 그리고 추가적인 양상을 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
태양전지 기판
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 기판의 구조를 도시한다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지 기판(310)은 제1 표면조도막(312)과 제2 표면조도막(313)이 형성된 투명기판(311)과 투명 도전막(314)을 포함하여 구현될 수 있다. 본 명세서에서 표면조도막은 투명기판(311)의 표면에 형성되는 나노미터 수준의 작고 불규칙한 홈이 투명기판(311)의 표면 여기저기에 넓게 분포되어 이루어진 막을 의미한다.
투명기판(311)은 태양전지를 보호하는 것으로, 철분 함량이 0.02% 이하이고, 두께가 5mm 이하이며, 광 투과율이 90% 이상인 유리기판으로 구현될 수 있다. 다른 예로, 투명기판(311)은 열경화 또는 UV 경화가 가능한 유기물 투명기판으로서 주로 폴리머 계열의 물질, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEtylene Terephthalate, PET), 아크릴(Acryl), 폴리카보네이트(Polycabonate, PC), 우레탄 아크릴레이트(Urethane Acrylate), 폴리에스테르(Polyester), 에폭시 아크릴레이트(Epoxy Acrylate), 브롬화 아크릴레이트(Brominate Acrylate), 폴리염화비닐(PolyVinyl Chloride, PVC)로 구현될 수 있다.
제1 표면조도막(312)은 투명 도전막(314)을 통과한 입사광의 빛 가둠(light trapping) 효과를 높여주는 역할을 한다. 제2 표면조도막(313)은 투명기판(311) 표면에서 입사광이 반사되는 것을 방지하여, 투명기판(311)을 통해 투명 도전막(314)으로 입사되는 광 투과율을 높여주는 역할을 한다.
일례로, 제1 표면조도막(312)과 제2 표면조도막(313)은 투명기판(311)에 화 학 용액(예컨대, H2SiF6)을 이용하여 식각(Etching) 처리하여 형성할 수 있다. 다른 예로, 제1 표면조도막(312)과 제2 표면조도막(313)은 산화규소(SiO2)를 형성할 수 있는 조성용액을 투명기판(311) 표면에 코팅하고 대기중의 수화반응에 의해 다공성 산화물을 형성할 수 있다.
투명 도전막(314)은 광전변환에 의해 발생된 전류를 흘려주는 것으로, 높은 도전성과 광 투과율을 갖는 금속 물질로 구현된다. 일 실시예로 투명 도전막(314)은 투명기판(311)의 제1 표면조도막(312)에 형성되며, 불순물이 도핑된 산화아연(ZnO)을 주성분으로 한다. 여기서, 산화아연(ZnO)에 도핑된 불순물은 불소(F), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 붕소(B) 중 어느 하나로 구현될 수 있다.
일반적으로, 산화아연(ZnO)은 저온 증착이 가능하고 도핑이 용이하며 또한 좁은 전도대역을 가지기 때문에 도핑물질에 따라 전기, 광학적 성질 조절이 용이하다. 반면에, 산화아연(ZnO)은 수소 플라즈마 환원분위기에서 안정적이나 비저항이 높고, 시간이 지남에 따라 산소와 결합하여 비저항이 높아지는 등 특성이 열화되는 경향이 있다.
일 실시예에 있어서, 투명 도전막(314)은 산화아연(ZnO)에 불순물이 0.1원자% 이상, 15원자% 이하 함유되고, 막 두께가 450㎚이상, 900㎚이하가 되도록 구현되는 것이 바람직하다. 이 같은 실시예에서 투명 도전막(314)은 광 투과율은 높고 불순물에 의한 광 흡수율은 낮으며, 산화아연(ZnO)의 산소와 결합으로 인한 비저항의 증가를 억제할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 태양전지 기판(310)은 도전막의 내습성을 높이기 위해 투명 도전막(314)에 형성되는 보호막(315)을 더 포함할 수 있다. 투명 도전막(314)의 주성분으로 사용되는 산화아연(ZnO)은 습도가 높은 곳에서 특성이 열화된다. 보호막(315)은 산화아연(ZnO)을 습기로부터 보호하면서 전기 전도도와 광 투과율이 우수하여야 한다. 일례로, 보호막(315)은 막 두께가 15㎚이상, 25㎚이하이며, SnO2:F, ITO, TiO2, Nb2O5, Ta2O5, Ti2O3, Si3N4, Ti3O5 중 어느 하나의 물질을 포함하여 구현될 수 있다.
아래 표 1은 본 발명에 따른 태양전지 기판을 통과한 입사광의 빛 가둠(light trapping) 효과를 표면 거칠기(surface roughness)와 헤이즈값과 광전변환효율로 확인한 결과이다.
| 제곱 평균(Rms) 표면 거칠기 | 표면조도막 두께 | 헤이즈(Haze) | 광전변환효율η(%) |
| 30(nm) | 100nm | 0.7 | 6.0 |
| 72(nm) | 150nm | 15 | 7.1 |
| 127(nm) | 200nm | 44 | 8.2 |
여기서, 제곱 평균(Rms) 표면 거칠기는 유리기판과 표면조도막과 투명 도전막을 순차적으로 형성한 후 측정한 투명 도전막의 제곱 평균(Rms) 표면 거칠기이다. 투명 도전막의 막 두께는 700nm이며, 태양전지의 광 흡수층으로는 비정질 실리콘(a-Si:H)를 사용하였다.
표 1에서 알 수 있듯이 표면조도막의 두께가 늘어날수록 투명 도전막의 제곱 평균(Rms) 표면 거칠기와 헤이즈값과 광전변환효율이 커짐을 알 수 있다. 이에 본 발명에 따른 태양전지 기판은 기존과 같이 투명 도전막에 텍스처링(Texturing) 구조를 형성하지 않더라도 투명기판에 표면조도막을 형성하여 빛 가둠(light trapping) 효과를 높이고 그에 따라 광전변환효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
태양전지
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 구조이다.
도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 태양전지는 크게 제1 태양전지 기판(310)과, 광 흡수층(420)과, 제2 태양전지 기판(430)을 포함하여 구현될 수 있다.
제1 태양전지 기판(310)은 제1 표면조도막(312)과 제2 표면조도막(313)이 형성된 투명기판(311), 투명 도전막(314), 보호막(315)을 포함하여 구현될 수 있다. 제1 표면조도막(312)과 제2 표면조도막(313)이 형성된 투명기판(311), 투명 도전막(314), 보호막(315)에 대한 구성은 도 3을 참조하여 전술한 바와 같다.
광 흡수층(420)은 제1 태양전지 기판(310)으로부터 입사되는 광에너지(hv)를 흡수하여 전류로 변환시키는 역할을 한다. 광 흡수층(420)은 광전변환 효율이 높은 재료로 구현되는 것이 바람직하다. 일례로, 광 흡수층(420)은 비정질 실리콘, 화합물 반도체, 염료감응 반도체, 또는 그들 중 2개 이상이 적층된 것 중에서 적어도 어느 하나로 구현될 수 있다.
비정질 실리콘은 수소가 첨가된 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon, a-Si:H) 또는 수소가 첨가된 미세결정 실리콘(μc-Si:H)으로 구현될 수 있다. 화합물 반도체는 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 화합물(예컨대, CuInSe2) 반도체, Ⅱ-Ⅵ족 화합물(예컨대, CdTe, ZnSe, ZnS) 반도체, 및 Ⅲ-Ⅴ족 화합물(예컨대, GaAs, InAs, InP, InSb) 반도체로 구현될 수 있다.
염료감응 반도체는 제1 태양전지 기판(310)과 제2 태양전지 기판(430) 사이에 다공질막의 나노입자 표면에 가시광 흡수로 전자가 여기되는 광감응 염료 분자가 흡착되며, 제1 태양전지 기판(310)과 제2 태양전지 기판(430) 사이의 나머지 공간에는 산화환원용 전해질(예컨대, I-/I3-)로 채워진다. 다공질막의 나노입자 표면에 흡착되는 염료로는 Al, Pt, Pd, Eu, Pb, Ir 등의 금속 복합체 형태의 화합물, 또는 Ru 복합체를 포함하여 가시광을 흡수할 수 있는 물질로 이루어진다.
제2 태양전지 기판(430)은 후면 반사막(Back reflector)(431)과, 투명 도전막(432), 백 커버(433)를 포함하여 구현될 수 있다.
후면 반사막(431)은 광 흡수층(420)에서 흡수된 광의 손실을 막아, 광전변환 효율을 높여주는 역할을 한다. 후면 반사막(431)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 구리(Cu), 니켈(Ni) 중에서 선택된 1종 이상의 금속막으로 구현될 수 있다.
투명 도전막(432)은 광 흡수층(420)에서 광전변환에 의해 발생하는 전류가 흐르도록 하는 전극 역할을 하며, 백 커버(433)에 스프레이 혹은 스퍼터링(sputtering), 화학기상증착(CVD), 스프레이 열분해 증착(SPD) 등의 방법으로 코팅된다. 투명 도전막(432)은 주석 도핑 산화인듐(ITO), 불소 도핑 산화주석(FTO), 산화아연(ZnO), 안티몬 도핑 산화주석(ATO), 산화주석(TO) 중의 어느 하나를 포함하는 전도성 투명막, 또는 상기 물질의 복합적층막으로 구현될 수 있다.
백 커버(433)는 소다라임 글래스, 보로 실리케이트 글래스 등의 일반 투명기판 혹은 열경화 또는 UV 경화가 가능한 유기물 필름으로서 주로 폴리머 계열의 물질, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEtylene Terephthalate, PET), 아크릴(Acryl), 폴리카보네이트(Polycabonate, PC), 우레탄 아크릴레이트(Urethane Acrylate), 폴리에스테르(Polyester), 에폭시 아크릴레이트(Epoxy Acrylate), 브롬화 아크릴레이트(Brominate Acrylate), 폴리염화비닐(PolyVinyl Chloride, PVC)로 구현될 수 있다.
태양전지 기판 제조방법
도 5 는 본 발명에 따른 태양전지 기판 제조 방법에 과한 흐름도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지 기판 제조 방법은, 먼저 투명기판을 준비한다(S51). 투명기판은 일례로 철분 함량이 0.02% 이하이고, 두께가 5mm 이하이며, 광 투과율이 90% 이상인 유리기판으로 구현될 수 있다. 다른 예로, 투명기판은 열경화 또는 UV 경화가 가능한 유기물 필름으로서 주로 폴리머 계열의 물질, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEtylene Terephthalate, PET), 아크릴(Acryl), 폴리카보네이트(Polycabonate, PC), 우레탄 아크릴레이트(Urethane Acrylate), 폴리에스테르(Polyester), 에폭시 아크릴레이트(Epoxy Acrylate), 브롬화 아크릴레이트(Brominate Acrylate), 폴리염화비닐(PolyVinyl Chloride, PVC)을 사용할 수 있다.
이후, 투명기판에 표면조도막을 형성한다(S52). 일례로, 표면조도막은 투명기판(311)에 화학 용액(예컨대, H2SiF6)을 이용하여 식각(Etching) 처리하여 형성할 수 있다. 다른 예로, 표면조도막은 산화규소(SiO2)를 형성할 수 있는 조성용액을 투명기판 표면에 코팅하고 대기중의 수화반응에 의해 다공성 산화물을 형성할 수 있다. 표면조도막은 투명기판의 한쪽 표면에 형성될 수도 있고, 투명기판의 양쪽 표면에 형성될 수도 있다.
이후, 투명기판의 표면조도막에 투명 도전막을 형성한다(S53). 투명 도전막을 형성하는 방법은 스퍼터링법, 증발법, 전자빔 증발법, 유기금속화학기상증착(MOCVD)법, 열분해법, 스프레이 열분해법 등의 방법을 사용할 수 있다. 투명 도전막 물질은 불순물이 도핑된 산화아연(ZnO)을 사용한다.
산화아연(ZnO)은 저온 증착이 가능하고 도핑이 용이하며 또한 좁은 전도대역을 가지기 때문에 도핑물질에 따라 전기, 광학적 성질 조절이 용이하다. 또한, 산화아연(ZnO)은 수소 플라즈마 환원분위기에서 안정적이나 비저항이 높고, 시간이 지남에 따라 산소와 결합하여 비저항이 높아지는 등 특성이 열화되는 경향이 있다.
일실시예에 있어서, 단계 S53에서 형성되는 투명 도전막은 산화아연(ZnO)에 불순물이 0.1원자% 이상, 15원자% 이하 함유되고, 막 두께가 450㎚이상, 900㎚이하가 되도록 구현되는 것이 바람직하다. 여기서, 산화아연(ZnO)에 도핑된 불순물은 불소(F), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 붕소(B) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 이 같은 실시예에 따라 투명 도전막은 광 투과율은 높고 불순물에 의한 광 흡수율은 낮으며, 산화아연(ZnO)의 산소와 결합으로 인한 비저항의 증가를 억제할 수 있다.
이후, 투명 도전막에 보호막을 형성한다(S54). 투명 도전막의 주성분으로 사용되는 산화아연(ZnO)은 습도가 높은 곳에서 특성이 열화된다. 보호막은 산화아연(ZnO)을 습기로부터 보호하면서 전기 전도도와 광 투과율이 우수하여야 한다. 일례로, 보호막 물질은 SnO2:F, ITO, TiO2, Nb2O5, Ta2O5, Ti2O3, Si3N4, Ti3O5 중 어느 하나로 구현되며, 보호막 두께는 15㎚이상, 25㎚이하가 되는 것이 바람직하다.
지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1 은 종래 비정질 실리콘을 광 흡수층으로 사용하는 태양전지의 구조를 도시한다.
도 2 는 종래 탠덤(Tandem)형 박막 태양전지의 구조를 도시한다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 기판의 구조를 도시한다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 구조이다.
도 5 는 본 발명에 따른 태양전지 기판 제조 방법에 관한 흐름도이다.
<주요 도면 부호에 대한 설명>
310: 태양전지 기판
311: 투명기판
312: 제1 표면조도막
313: 제2 표면조도막
314: 투명 전도막
315: 보호막
Claims (16)
- 한쪽 표면에 제1 표면조도막이 형성된 투명기판;상기 투명기판의 제1 표면조도막에 불순물이 도핑된 금속 산화물이 형성된 투명 도전막; 및상기 투명 도전막의 내습성을 높이기 위해 상기 투명 도전막에 형성되는 보호막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 기판.
- 제 1 항에 있어서,상기 보호막은 막 두께가 15㎚이상, 25㎚이하이며, SnO2:F, ITO, TiO2, Nb2O5, Ta2O5, Ti2O3, Si3N4, Ti3O5 중 어느 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 기판.
- 제 1 항에 있어서, 상기 투명 도전막은,상기 금속 산화물에 불순물이 0.1원자% 이상, 15원자% 이하 함유되고,막 두께가 450㎚이상, 900㎚이하인 것을 특징으로 하는 태양전지 기판.
- 제 1 항에 있어서,상기 불순물이 도핑된 금속 산화물은 산화아연(ZnO)이고,상기 산화아연(ZnO)에 도핑된 불순물은 불소(F), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 붕소(B) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지 기판.
- 한쪽 표면에 제1 표면조도막이 형성되고 반대쪽 표면에 제2 표면조도막이 형성된 투명기판; 및상기 투명기판의 제1 표면조도막에 불순물이 도핑된 금속 산화물이 형성된 투명 도전막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 기판.
- 제 5 항에 있어서, 상기 투명 도전막은,상기 금속 산화물에 불순물이 0.1원자% 이상, 15원자% 이하 함유되고,막 두께가 450㎚이상, 900㎚이하인 것을 특징으로 하는 태양전지 기판.
- 제 5 항에 있어서,상기 불순물이 도핑된 금속 산화물은 산화아연(ZnO)이고,상기 산화아연(ZnO)에 도핑된 불순물은 불소(F), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 붕소(B) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지 기판.
- 청구항 1 항 내지 청구항 7 항 중 어느 한 항에 따른 태양전지 기판; 및상기 태양전지 기판을 통과한 입사광을 흡수하는 광 흡수층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제 8 항에 있어서,상기 광 흡수층은,비정질 실리콘, 화합물 반도체, 염료감응 반도체, 또는 그들 중 2개 이상이 적층된 것 중에서 적어도 어느 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 투명기판을 준비하는 단계;상기 투명기판의 한쪽 표면에 제1 표면조도막을 형성하는 단계;상기 투명기판의 반대쪽 표면에 제2 표면조도막을 형성하는 단계; 및상기 제1 표면조도막에 불순물이 도핑된 금속 산화물이 형성된 투명 도전막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 기판 제조 방법.
- 투명기판을 준비하는 단계;상기 투명기판의 한쪽 표면에 제1 표면조도막을 형성하는 단계;상기 제1 표면조도막에 불순물이 도핑된 금속 산화물이 형성된 투명 도전막을 형성하는 단계; 및상기 투명 도전막의 내습성을 높이기 위해 상기 투명 도전막에 보호막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 기판 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 보호막을 형성하는 단계에서,상기 보호막은 막 두께가 15㎚이상, 25㎚이하이며, SnO2:F, ITO, TiO2, Nb2O5, Ta2O5, Ti2O3, Si3N4, Ti3O5 중 어느 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 기판 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 태양전지 기판 제조 방법이:상기 제1 표면조도막이 형성된 투명기판의 반대쪽 표면에 제2 표면조도막을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 기판 제조 방법.
- 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 투명기판에의 표면조도막은 식각 또는 다공성 산화물 코팅을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 기판 제조 방법.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 투명 도전막을 형성하는 단계는,상기 금속 산화물에 불순물이 0.1원자% 이상, 15원자% 이하 함유되고, 막 두께가 450㎚이상, 900㎚이하인 투명 도전막을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 태양전지 기판 제조 방법.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 투명 도전막을 형성하는 단계에서,상기 불순물이 도핑된 금속 산화물은 산화아연(ZnO)이고,상기 산화아연(ZnO)에 도핑된 불순물은 불소(F), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 붕소(B) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지 기판 제조 방법.
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