KR101144540B1 - 태양광 발전장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

태양광 발전장치 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

태양광 발전장치가 개시된다. 태양광 발전장치는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 이면전극층; 상기 이면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 배치되는 윈도우층을 포함하고, 상기 윈도우층은 상기 광 흡수층에 인접하여 배치되는 제 1 영역; 및 상기 제 1 영역 상에 배치되는 제 2 영역을 포함하고, 상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역보다 더 높은 농도로 도전성 도펀트를 포함한다.

Description

태양광 발전장치 및 이의 제조방법{SOLAR CELL APPARATUS AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
실시예는 태양광 발전장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지의 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양광 발전장치에 대한 개발이 진행되고 있다.
특히, 유리기판, 금속 후면 전극층, p형 CIGS계 광 흡수층, 고 저항 버퍼층, n형 윈도우층 등을 포함하는 기판 구조의 pn 헤테로 접합 장치인 CIGS계 태양광 발전장치가 널리 사용되고 있다.
이러한 태양광 발전장치에 있어서 낮은 저항, 높은 투과율 등의 전기적인 특성을 향상시키기 위한 연구가 진행되고 있다.
실시예는 향상된 전기적인 특성 및 내구성을 가지는 태양광 발전장치 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 이면전극층; 상기 이면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 배치되는 윈도우층을 포함하고, 상기 윈도우층은 상기 광 흡수층에 인접하여 배치되는 제 1 영역; 및 상기 제 1 영역 상에 배치되는 제 2 영역을 포함하고, 상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역보다 더 높은 농도로 도전성 도펀트를 포함한다.
실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법은 기판 상에 이면전극층을 형성하는 단계; 상기 이면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 및 상기 광 흡수층 상에 윈도우층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 윈도우층은 상기 광 흡수층에 인접하여 배치되는 제 1 영역; 및 상기 제 1 영역 상에 배치되는 제 2 영역을 포함하고, 상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역보다 더 높은 농도로 도전성 도펀트를 포함한다.
실시에에 따른 태양광 발전장치는 광 흡수층에 인접한 제 1 영역에 더 많은 양의 도전성 도펀트를 포함시킨다. 특히, 윈도우층의 최하부의 도전성 도펀트의 농도가 가장 높을 수 있다.
이에 따라서, 윈도우층의 최하부의 캐리어 모빌리티가 향상되고, 실시예에 다른 태양광 발전장치의 전체적인 직렬 저항이 감소된다.
또한, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 윈도우층으로부터 연장되어, 이면전극층에 직접 접촉하는 접속부를 포함할 수 있다. 이때, 접속부의 알루미늄의 농도가 높은 부분이 이면전극층과 직접 접촉되어, 윈도우층이 이면전극층에 접속될 수 있다. 이에 따라서, 각각의 셀 사이의 접촉 저항이 감소되고, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 향상된 전기적인 특성을 가질 수 있다.
또한, 도전성 도펀트가 필요한 영역인 제 1 영역에 상대적으로 많이 포함되고, 필요하지 않는 제 2 영역에는 상대적으로 적게 포함된다. 이에 따라서, 윈도우층은 전체적으로 적은 양의 도전성 도펀트를 포함한다. 따라서, 실시예에 다른 태양광 발전장치는 도전성 도펀트 등에 의한 투과율 저하를 줄이고, 윈도우층의 투과율을 향상시키고, 향상된 광-전 변환 효율을 가진다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지 패널을 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1에서 A-A`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 윈도우층의 도전성 도펀트의 농도를 도시한 그래프이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 윈도우층의 도전성 도펀트의 농도를 도시한 그래프이다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 윈도우층의 도전성 도펀트의 농도를 도시한 그래프이다.
도 6은 내지 도 9는 실시예에 따른 태양전지 패널을 제조하기 위한 공정을 도시한 도면들이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 층, 막 또는 전극 등이 각 기판, 층, 막, 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 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 평면도이다. 도 2는 도 1에서 A-A`선을 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 태양광 발전장치는 지지기판(100), 이면전극층(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500), 윈도우층(600) 및 다수 개의 접속부들(700)을 포함한다.
상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 이면전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500), 상기 윈도우층(600) 및 상기 접속부(700)를 지지한다.
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 리지드하거나 플렉서블할 수 있다.
상기 이면전극층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 이면전극층(200)은 도전층이다. 상기 이면전극층(200)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴 등의 금속을 들 수 있다.
또한, 상기 이면전극층(200)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
상기 이면전극층(200)에는 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 일 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)의 폭은 약 80㎛ 내지 200㎛ 일 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 상기 이면전극층(200)은 다수 개의 이면전극들로 구분된다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 상기 이면전극들이 정의된다.
상기 이면전극들은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서 서로 이격된다. 상기 이면전극들은 스트라이프 형태로 배치된다.
이와는 다르게, 상기 이면전극들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 격자 형태로 형성될 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 상기 이면전극층(200) 상에 배치된다. 또한, 상기 광 흡수층(300)에 포함된 물질은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 채워진다.
상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 계 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.
상기 광 흡수층(300)의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1eV 내지 1.8eV일 수 있다.
상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(400)은 황화 카드뮴(CdS)를 포함하며, 상기 버퍼층(400)의 에너지 밴드갭은 약 2.2eV 내지 2.4eV이다.
상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 배치된다. 상기 고저항 버퍼층(500)은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층(500)의 에너지 밴드갭은 약 3.1eV 내지 3.3eV이다.
상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)에는 제 2 관통홈들(TH2)이 형성된다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 광 흡수층(300)을 관통한다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 이면전극층(200)의 상면을 노출하는 오픈영역이다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 인접하여 형성된다. 즉, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 일부는 평면에서 보았을 때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)의 옆에 형성된다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
또한, 상기 광 흡수층(300)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 광 흡수부들을 정의한다. 즉, 상기 광 흡수층(300)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 상기 광 흡수부들로 구분된다.
상기 버퍼층(400)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 버퍼들로 정의된다. 즉, 상기 버퍼층(400)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 상기 버퍼들로 구분된다.
상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 고저항 버퍼들로 정의된다. 즉, 상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 상기 고저항 버퍼들로 구분된다.
상기 윈도우층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 배치된다. 상기 윈도우층(600)은 투명하며, 도전층이다. 또한, 상기 윈도우층(600)의 저항은 상기 이면전극층(200)의 저항보다 높다. 예를 들어, 상기 윈도우층(600)의 저항은 상기 이면전극층(200)의 저항보다 약 10배 내지 200배 더 클 수 있다.
상기 윈도우층(600)은 산화물을 포함한다. 예를 들어, 상기 윈도우층(600)은 징크 옥사이드(zinc oxide), 인듐 틴 옥사이드(induim tin oxide;ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(induim zinc oxide;IZO) 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 산화물은 알루미늄(Al), 알루미나(Al2O3), 마그네슘(Mg) 또는 갈륨(Ga) 등의 도전성 도펀트를 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 윈도우층(600)은 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(Al doped zinc oxide;AZO) 또는 갈륨 도핑된 징크 옥사이드(Ga doped zinc oxide;GZO) 등을 포함할 수 있다.
상기 도전성 도펀트의 농도는 상기 윈도우층(600)의 위치에 따라서 달라진다. 더 자세하게, 상기 도전성 도펀트의 농도는 상기 광 흡수층(300)과의 거리에 따라서 반비례할 수 있다. 즉, 상기 윈도우층(600) 내의 상기 도전성 도펀트의 농도는 상기 광 흡수층(300)에 가까워짐에 따라서 점차적으로 증가될 수 있다.
예를 들어, 상기 윈도우층(600)은 제 1 영역(610) 및 제 2 영역(620)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 영역(610)은 고저항 버퍼층(500)에 인접하고, 상기 제 2 영역(620)은 상기 제 1 영역(610) 상에 위치한다.
상기 제 1 영역(610)은 상대적으로 높은 농도로 상기 도전성 도펀트를 포함한다. 즉, 상기 제 1 영역(610)에서의 상기 도전성 도펀트의 농도는 상기 제 2 영역(620)보다 더 높다.
상기 제 2 영역(620)은 상대적으로 낮은 농도로 상기 도전성 도펀트를 포함한다. 즉, 상기 제 2 영역(620)에서의 상기 도전성 도펀트의 농도는 상기 제 1 영역(610)보다 더 낮다.
예를 들어, 상기 제 1 영역(610)은 상기 도전성 도펀트를 0.01wt% 내지 0.3wt%로 포함하고, 상기 제 2 영역(620)은 상기 도전성 도펀트를 0.3wt% 내지 5wt%로 포함할 수 있다.
상기 윈도우층(600)에서의 상기 도전성 도펀트의 농도는 두 개의 이상의 영역들로 구분되어서 설명될 수 있다. 예를 들어, 상기 윈도우층(600)에서 최하층의 영역에서 상기 도전성 도펀트의 농도는 가장 높다. 또한, 상기 윈도우층(600)에서 중간층의 영역에서 상기 도전성 도펀트의 농도는 상기 최하층의 영역의 상기 도전성 도펀트의 농도보다 더 낮다. 또한, 상기 윈도우층(600)에서 최상층의 영역에서 상기 도전성 도펀트의 농도는 가장 낮다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 윈도우층(600)의 위치에 따른 상기 도전성 도펀트의 농도는 선형적인 구배를 가질 수 있다. 즉, 상기 도전성 도펀트의 농도는 상기 윈도우층(600)의 높이가 증가됨에 따라서, 선형적으로 감소될 수 있다.
예를 들어, 상기 윈도우층(600)의 위치에 따른 상기 도전성 도펀트의 농도 구배는 상기 제 1 영역(610) 및 상기 제 2 영역(620)에서 모두 실질적으로 같을 수 있다. 즉, 상기 제 1 영역(610)의 상기 도전성 도펀트의 농도 구배는 상기 제 2 영역(620)의 상기 도전성 도펀트의 농도 구배에 대응될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 윈도우층(600)의 위치에 따른 상기 도전성 도펀트의 농도는 곡선의 구배를 가질 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 윈도우층(600)의 위치에 따른 상기 도전성 도펀트의 농도 곡선은 아래로 볼록한 형상을 가질 수 있다. 이에 따라서, 상기 제 1 영역(610)에서의 상기 도전성 도펀트의 농도 구배는 상기 제 2 영역(620)에서의 상기 도전성 도펀트의 농도 구배보다 더 클 수 있다. 즉, 상기 제 2 영역(620)에서보다 상기 제 1 영역(610)에서 상기 윈도우층(600)의 위치에 따라서 상기 도전성 도펀트의 농도가 더 급격하게 변화한다.
여기서, a는 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 윈도우층(600) 사이의 계면에서의 알루미늄의 농도이다. b는 상기 윈도우층(600)의 최상부의 알루미늄의 농도이다.
도 5를 참조하며, 상기 윈도우층(600)의 위치에 따른 상기 도전성 도펀트의 농도 곡선은 위로 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제 2 영역(620)에서의 상기 도전성 도펀트의 농도 구배는 상기 제 1 영역(610)에서의 상기 도전성 도펀트의 농도 구배보다 더 클 수 있다. 즉, 상기 제 1 영역(610)에서보다 상기 제 2 영역(620)에서 상기 윈도우층(600)의 위치에 따라서 상기 도전성 도펀트의 농도가 더 급격하게 변화한다.
상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 윈도우층(600)에는 제 3 관통홈들(TH3)이 형성된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 이면전극층(200)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 예를 들어, 상기 제 3 관통홈들(TH3)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛일 수 있다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 인접하는 위치에 형성된다. 더 자세하게, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 옆에 배치된다. 즉, 평면에서 보았을 때, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 옆에 나란히 배치된다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 윈도우층(600)은 다수 개의 윈도우들로 구분된다. 즉, 상기 윈도우들은 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서 정의된다.
상기 윈도우들은 상기 이면전극들과 대응되는 형상을 가진다. 즉, 상기 윈도우들은 스트라이프 형태로 배치된다. 이와는 다르게, 상기 윈도우들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
또한, 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 다수 개의 셀들(C1, C2...)이 정의된다. 더 자세하게, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 및 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 셀들(C1, C2...)이 정의된다. 즉, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 및 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 셀들(C1, C2...)로 구분된다.
상기 접속부들(700)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 배치된다. 상기 접속부들(700)은 상기 윈도우층(600)으로부터 하방으로 연장되며, 상기 이면전극층(200)에 접속된다. 예를 들어, 상기 접속부들(700)은 상기 제 1 셀(C1)의 윈도우로부터 연장되어, 상기 제 2 셀(C2)의 이면전극에 접속된다.
따라서, 상기 접속부들(700)은 서로 인접하는 셀들을 연결한다. 더 자세하게, 상기 접속부들(700)은 서로 인접하는 셀들(C1, C2...)에 각각 포함된 윈도우과 이면전극을 연결한다.
상기 접속부(700)는 상기 윈도우층(600)과 일체로 형성된다. 즉, 상기 접속부(700)로 사용되는 물질은 상기 윈도우층(600)으로 사용되는 물질과 동일하다. 상기 접속부들(700)은 상기 윈도우층(600)과 같은 분포로 상기 도전성 도펀트를 포함한다.
마찬가지로, 상기 접속부들(700)은 상기 도전성 도펀트를 상대적을 많이 포함하는 하부 영역(710) 및 상기 도전성 도펀트를 상대적으로 적게 포함하는 상부 영역(720)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 하부 영역(710)은 상기 제 1 영역(610)과 일체로 형성되고, 상기 상부 영역(720)은 상기 제 2 영역(620)과 일체로 형성될 수 있다.
상기 하부 영역(710)이 상기 이면전극층(200)에 직접 접촉하여 접속된다. 즉, 상기 접속부(700)는 상기 도전성 도펀트의 농도가 상대적으로 높은 하부 영역(710)을 통하여 상기 이면전극층(200)에 접속된다. 따라서, 상기 하부 영역(710)과 상기 이면전극층(200) 사이의 접속 특성이 향상될 수 있고, 상기 셀들(C1, C2...)이 상기 접속부들(700)에 의해서 효과적으로 연결된다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 셀들(C1, C2...) 사이의 단선을 방지하고, 상기 셀들(C1, C2...) 사이의 접촉 저항이 낮아진다. 이에 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 향상된 발전 효율을 가진다.
실시에에 따른 태양광 발전장치는 상기 제 1 영역(610)에 더 많은 양의 도전성 도펀트를 포함시킨다. 특히, 상기 윈도우층(600)의 최하부의 도전성 도펀트의 농도가 가장 높을 수 있다.
이에 따라서, 상기 윈도우층(600)의 최하부의 캐리어 모빌리티가 증가되고, 실시예에 다른 태양광 발전장치의 전체적인 직렬 저항이 감소된다.
또한, 상기 도전성 도펀트가 필요한 영역인 상기 제 1 영역(610)에 상대적으로 많이 포함되고, 필요하지 않는 제 2 영역(620)에는 상대적으로 적게 포함된다. 이에 따라서, 상기 윈도우층(600)은 전체적으로 적은 양의 도전성 도펀트를 포함할 수 있다. 따라서, 실시예에 다른 태양광 발전장치는 상기 윈도우층(600)의 투과율을 향상시키고, 향상된 광-전 변환 효율을 가진다.
도 6 내지 도 9는 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법을 도시한 단면도들이다. 본 제조방법에 관한 설명은 앞서 설명한 태양광 발전장치에 대한 설명을 참고한다.
도 6을 참조하면, 지지기판(100) 상에 이면전극층(200)이 형성되고, 상기 이면전극층(200)은 패터닝되어 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 지지기판(100) 상에 다수 개의 이면전극들이 형성된다. 상기 이면전극층(200)은 레이저에 의해서 패터닝된다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하며, 약 80㎛ 내지 약 200㎛의 폭을 가질 수 있다.
또한, 상기 지지기판(100) 및 상기 이면전극층(200) 사이에 확산방지막 등과 같은 추가적인 층이 개재될 수 있고, 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 추가적인 층의 상면을 노출하게 된다.
도 7을 참조하면, 상기 이면전극층(200) 상에 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 고저항 버퍼층(500)이 형성된다.
상기 광 흡수층(300)은 스퍼터링 공정 또는 증발법 등에 의해서 형성될 수 있다.
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.
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.
이후, 상기 금속 프리커서 막은 셀레이제이션(selenization) 공정에 의해서, 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(300)이 형성된다.
이와는 다르게, 상기 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 상기 셀레니제이션 공정은 동시에 진행될 수 있다.
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.
이후, 황화 카드뮴이 스퍼터링 공정 또는 용액성장법(chemical bath depositon;CBD) 등에 의해서 증착되고, 상기 버퍼층(400)이 형성된다.
이후, 상기 버퍼층(400) 상에 징크 옥사이드가 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 고저항 버퍼층(500)이 형성된다.
상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)은 낮은 두께로 증착된다. 예를 들어, 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)의 두께는 약 1㎚ 내지 약 80㎚이다.
이후, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)의 일부가 제거되어 제 2 관통홈들(TH2)이 형성된다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)은 팁 등의 기계적인 장치 또는 레이저 장치 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 180㎛의 폭을 가지는 팁에 의해서, 상기 광 흡수층(300) 및 상기 버퍼층(400)은 패터닝될 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 약 200 내지 600㎚의 파장을 가지는 레이저에 의해서 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 100㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 이면전극층(200)의 상면의 일부를 노출하도록 형성된다.
도 8을 참조하면, 상기 광 흡수층(300) 상 및 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 윈도우층(600)이 형성된다. 즉, 상기 윈도우층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상 및 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 투명한 도전물질이 증착되어 형성된다.
이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 상기 투명한 도전물질이 채워지고, 상기 윈도우층(600)은 상기 이면전극층(200)에 직접 접촉하게 된다.
이때, 상기 윈도우층(600)은 도전성 도펀트를 포함하는 투명한 도전물질이 증착되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 윈도우층(600)은 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드가 증착되어 형성될 수 있다.
상기 윈도우층(600)은 둘 이상의 소스들에 의해서 형성될 수 있다. 더 자세하게, 상기 윈도우층(600)은 둘 이상의 스퍼터링 타겟들을 사용하여 형성될 수 있다. 더 자세하게, 상기 윈도우층(600)은 낮은 농도의 도전성 도펀트를 포함하는 제 1 스퍼터링 타겟 및 높은 농도의 도전성 도펀트를 포함하는 제 2 스퍼터링 타겟을 사용하여 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 윈도우층(600)을 형성하기 위해서, 낮은 농도로 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드를 포함하는 제 1 스퍼터링 타겟 및 높은 농도로 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드를 포함하는 제 2 스퍼터링 타겟이 사용될 수 있다.
이때, 상기 제 1 스퍼터링 타겟 및 상기 제 2 스퍼터링 타겟에 인가되는 파워가 시간에 따라서 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 윈도우층(600)이 증착되지 시작할 때에는 상기 제 2 스퍼터링 타겟에 대응하는 캐소드에 높은 파워가 인가되고, 상기 제 1 스퍼터링 타겟에 대응하는 캐소드에는 낮은 파워가 인가된다.
이후, 상기 제 2 스퍼터링 타겟에 인가되는 파워는 점차적으로 낮아지고, 상기 제 1 스퍼터링 타겟에 인가되는 파워는 점차적으로 높아질 수 있다.
이에 따라서, 상기 윈도우층(600)의 하부인 제 1 영역(610)에는 더 높은 농도로 알루미늄이 도핑되고, 상기 윈도우층(600)의 상부인 제 2 영역(620)에는 더 낮은 농도로 알루미늄이 도핑될 수 있다.
더 자세하게, 상기 윈도우층(600)에 도핑되는 알루미늄의 농도는 상기 광 흡수층(300)으로부터 멀어질 수 록 더 낮아질 수 있다.
상기 윈도우층(600)의 알루미늄의 농도 구배는 상기 제 1 스퍼터링 타겟 및 상기 제 2 스퍼터링 타겟에 인가되는 파워가 적절하게 조절되어 결정될 수 있다.
이와는 다르게, 상기 윈도우층(600)은 알루미늄 타겟 및 징크 옥사이드 타겟이 사용되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 윈도우층(600)이 형성되기 시작할 때, 상기 알루미늄 타겟에는 높은 파워가 인가된다. 이후, 상기 알루미늄 타겟에 인가되는 파워는 점차적으로 낮아질 수 있다.
이에 따라서, 상기 윈도우층(600)의 제 1 영역(610)에는 더 높은 농도로 알루미늄이 도핑되고, 상기 윈도우층(600)의 제 2 영역(620)에는 더 낮은 농도로 알루미늄이 도핑될 수 있다.
더 자세하게, 상기 윈도우층(600)에 도핑되는 알루미늄의 농도는 상기 광 흡수층(300)으로부터 멀어질 수 록 더 낮아질 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 윈도우층(600)의 일부가 제거되어 제 3 관통홈들(TH3)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 윈도우층(600)은 패터닝되어, 다수 개의 윈도우들 및 다수 개의 셀들(C1, C2...)이 정의된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
이와 같이, 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법에 의해서, 향상된 접속 특성을 가지는 접속부(700)를 포함하고, 향상된 특성을 가지는 윈도우층(600)을 포함하는 태양광 발전장치가 제공될 수 있다.
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.
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.

Claims (13)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 이면전극층;
    상기 이면전극층 상에 배치되는 광 흡수층;
    상기 광 흡수층 상에 배치되는 윈도우층을 포함하고,
    상기 윈도우층은
    상기 광 흡수층에 인접하여 배치되는 제 1 영역; 및
    상기 제 1 영역 상에 배치되는 제 2 영역을 포함하고,
    상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역보다 더 높은 농도로 도전성 도펀트를 포함하는 태양광 발전장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 도펀트의 농도는 상기 광 흡수층에 가까워질수록 더 증가하는 태양광 발전장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 도펀트는 알루미늄(Al), 알루미나(Al2O3), 마그네슘(Mg) 및 갈륨(Ga)으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 태양광 발전장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 영역에서 상기 도전성 도펀트의 농도는 상기 광 흡수층에 가까워짐에 따라서 증가하고,
    상기 제 2 영역에서 상기 도전성 도펀트의 농도는 상기 광 흡수층에 가까워짐에 따라서 증가하는 태양광 발전장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 영역에서의 상기 광 흡수층과의 거리에 대한 상기 도전성 도펀트 농도의 제 1 기울기는 상기 제 2 영역에서의 상기 광 흡수층과의 거리에 대한 상기 도전성 도펀트 농도의 제 2 기울기와 동일한 태양광 발전장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 영역에서의 상기 광 흡수층과의 거리에 대한 상기 도전성 도펀트 농도의 제 1 기울기는 상기 제 2 영역에서의 상기 광 흡수층과의 거리에 대한 상기 도전성 도펀트 농도의 제 2 기울기보다 더 큰 태양광 발전장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 영역에서의 상기 광 흡수층과의 거리에 대한 상기 도전성 도펀트 농도의 제 1 기울기는 상기 제 2 영역에서의 상기 광 흡수층과의 거리에 대한 상기 도전성 도펀트 농도의 제 2 기울기보다 더 작은 태양광 발전장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 광 흡수층에는 관통홈이 형성되고,
    상기 윈도우층과 일체로 형성되며, 상기 이면전극층에 접속되는 접속부를 포함하고,
    상기 접속부는 상기 이면전극층과 직접 접촉하는 하부 영역 및 상기 하부 영역상에 배치되는 상부 영역을 포함하고,
    상기 하부 영역은 상기 상부 영역보다 더 높은 농도로 상기 도전성 도펀트를 포함하는 태양광 발전장치.
  9. 삭제
  10. 기판 상에 이면전극층을 형성하는 단계;
    상기 이면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 및
    상기 광 흡수층 상에 윈도우층을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 윈도우층은
    상기 광 흡수층에 인접하여 배치되는 제 1 영역; 및
    상기 제 1 영역 상에 배치되는 제 2 영역을 포함하고,
    상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역보다 더 높은 농도로 도전성 도펀트를 포함하는 태양광 발전장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 윈도우층을 형성하는 단계는 상기 광 흡수층 상에 투명한 도전물질 및 상기 도전성 도펀트를 동시에 증착하는 단계를 포함하며,
    상기 증착되는 도전성 도펀트의 양은 시간이 지남에 따라서 감소되는 태양광 발전장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 윈도우층을 형성하는 단계에서, 상기 투명한 도전 물질을 포함하는 제 1 타겟 및 상기 도전성 도펀트를 포함하는 제 2 타겟을 사용하며,
    상기 제 2 타겟에 인가되는 전력은 시간이 지남에 따라서 감소되는 태양광 발전장치.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 윈도우층을 형성하는 단계에서 서로 다른 농도로 상기 도전성 도펀트를 포함하는 다수 개의 타겟들을 사용하는 태양광 발전장치.
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