KR101189432B1 - Solar cell apparatus and method of fabricating the same - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 태양전지는 기판; 상기 기판의 상부에 이면전극층; 상기 이면전극층의 상부에 광 흡수층; 상기 광 흡수층의 상부에 버퍼층; 및 상기 버퍼층의 상부에 윈도우층;을 포함하고, 상기 이면전극층은 제 1 관통홈들을 포함하고 상기 제 1 관통홈들의 측면은 상기 기판의 상면과 경사지게 형성된다.Solar cell according to the embodiment is a substrate; A back electrode layer on the substrate; A light absorbing layer on the back electrode layer; A buffer layer on top of the light absorbing layer; And a window layer on the buffer layer, wherein the back electrode layer includes first through grooves and side surfaces of the first through grooves are inclined with an upper surface of the substrate.

Description

태양전지 및 이의 제조방법{SOLAR CELL APPARATUS AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}SOLAR CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF {SOLAR CELL APPARATUS AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}

실시예는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.An embodiment relates to a solar cell and a manufacturing method thereof.

최근 에너지의 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지에 대한 개발이 진행되고 있다.Recently, as the demand for energy increases, development of solar cells for converting solar energy into electrical energy is in progress.

특히, 유리지지기판, 금속 후면 전극층, p형 CIGS계 광 흡수층, 버퍼층, n형 투명전극층 등을 포함하는 지지기판 구조의 pn 헤테로 접합 장치인 CIGS계 태양전지가 널리 사용되고 있다.In particular, a CIGS-based solar cell, which is a pn heterojunction device having a support substrate structure including a glass support substrate, a metal back electrode layer, a p-type CIGS-based light absorbing layer, a buffer layer, an n-type transparent electrode layer, and the like, is widely used.

또한, 이러한 태양전지의 효율을 증가시키기 위해서 다양한 연구가 진행 중이다.In addition, various studies are underway to increase the efficiency of such solar cells.

실시예는 신뢰성이 향상된 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.The embodiment provides a solar cell having improved reliability and a method of manufacturing the same.

실시예에 따른 태양전지는 기판; 상기 기판의 상부에 이면전극층; 상기 이면전극층의 상부에 광 흡수층; 상기 광 흡수층의 상부에 버퍼층; 및 상기 버퍼층의 상부에 윈도우층;을 포함하고, 상기 이면전극층은 제 1 관통홈들을 포함하고 상기 제 1 관통홈들의 측면은 상기 기판의 상면과 경사지게 형성된다.Solar cell according to the embodiment is a substrate; A back electrode layer on the substrate; A light absorbing layer on the back electrode layer; A buffer layer on top of the light absorbing layer; And a window layer on the buffer layer, wherein the back electrode layer includes first through grooves and side surfaces of the first through grooves are inclined with an upper surface of the substrate.

실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 기판 상에 이면전극층을 형성하는 단계; 상기 기판의 상면을 노출하도록 상기 이면전극층의 일부를 식각하는 단계; 및, 상기 이면전극층 상에 광 흡수층, 버퍼층 및 윈도우층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 이면전극층의 일부를 식각하는 단계는, 레이저가 상기 기판의 상면에 대해 경사지는 방향으로 조사된다.A method of manufacturing a solar cell according to an embodiment includes forming a back electrode layer on a substrate; Etching a portion of the back electrode layer to expose the top surface of the substrate; And forming a light absorbing layer, a buffer layer, and a window layer on the back electrode layer, and etching the part of the back electrode layer is irradiated in a direction in which a laser is inclined with respect to an upper surface of the substrate.

실시예에 따르면, 제1 관통홈들에 의해 복수개로 분리되는 이면전극층의 측면이 기판과 경사를 갖도록 형성된다. 이에 따라서, 제1 관통홈들의 형성시 레이저로 인한 열충격에 의해 버(burr)가 발생하는 현상을 방지할 수 있게 된다.According to the embodiment, the side surface of the back electrode layer which is separated into a plurality by the first through grooves is formed to be inclined with the substrate. Accordingly, when the first through holes are formed, burrs may be prevented from occurring due to thermal shock caused by a laser.

또한, 기판과 경사면을 갖도록 형성되는 제1 관통홈들에 의해, 커버리지(coverage) 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있으므로, 신뢰성이 향상된 태양전지를 제공할 수 있다.In addition, since the coverage defects can be prevented from being caused by the first through holes formed to have the substrate and the inclined surface, it is possible to provide a solar cell having improved reliability.

도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1 에서 A-A`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 B를 확대한 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.
1 is a plan view illustrating a solar cell apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a cross section taken along AA ′ in FIG. 1.
3 is an enlarged cross-sectional view of B of FIG. 2.
4 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment.

실시예의 설명에 있어서, 각 지지기판, 층, 막 또는 전극 등이 각 지지기판, 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.In the description of the embodiments, when each support substrate, layer, film, or electrode is described as being formed "on" or "under" of each support substrate, layer, film, or electrode, etc. As used herein, “on” and “under” include both “directly” or “indirectly” other components. In addition, the upper or lower reference of each component is described with reference to the drawings. The size of each component in the drawings may be exaggerated for the sake of explanation and does not mean the size actually applied.

도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1에서 A-A`선을 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.FIG. 1 is a plan view illustrating a photovoltaic device according to an embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a cross section taken along a line A-A 'of FIG. 1.

도 2를 참조하면, 실시예에 따른 태양전지는 지지기판(100), 상기 지지기판(100) 상에 이면전극층(200), 상기 이면전극층(200) 상에 광 흡수층(300), 상기 광 흡수층(300) 상에 버퍼층(400) 및 고저항 버퍼층(500), 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 윈도우층(600)을 포함한다.2, a solar cell according to an embodiment includes a support substrate 100, a back electrode layer 200 on the support substrate 100, a light absorbing layer 300 on the back electrode layer 200, and the light absorbing layer. A buffer layer 400 and a high resistance buffer layer 500 on the 300 and a window layer 600 on the high resistance buffer layer 500 are included.

상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 이면전극층(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500) 및 윈도우층(600)을 지지한다.The support substrate 100 has a plate shape and supports the back electrode layer 200, the light absorbing layer 300, the buffer layer 400, the high resistance buffer layer 500, and the window layer 600.

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.The support substrate 100 may be an insulator. The support substrate 100 may be a glass substrate, a plastic substrate, or a metal substrate. In more detail, the support substrate 100 may be a soda lime glass substrate.

상기 지지기판(100)이 소다 라임 글래스인 경우, 소다 라임 글래스에 함유된 나트륨(Na)이 태양전지의 제조공정 중에 CIGS로 형성된 광 흡수층(300)으로 확산될 수 있는데, 이에 의해 광 흡수층(300)의 전하 농도가 증가하게 될 수 있다. 이는 태양전지의 광전 변환 효율을 증가시킬 수 있는 요인이 될 수 있다.When the support substrate 100 is soda lime glass, sodium (Na) contained in the soda lime glass may be diffused into the light absorbing layer 300 formed of CIGS during the manufacturing process of the solar cell, whereby the light absorbing layer 300 ), The charge concentration may increase. This may be a factor that can increase the photoelectric conversion efficiency of the solar cell.

이외에, 지지기판(100)의 재질로 알루미나와 같은 세라믹 기판, 스테인레스 스틸, 유연성이 있는 고분자 등이 사용될 수 있다. 상기 지지기판(100)은 투명할 수 있고 리지드하거나 플렉서블할 수 있다.In addition, a ceramic substrate such as alumina, stainless steel, a flexible polymer, or the like may be used as the material of the support substrate 100. The support substrate 100 may be transparent, rigid, or flexible.

상기 이면전극층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 이면전극층(200)은 도전층이다. 상기 이면전극층(200)은 태양전지 중 상기 광 흡수층(300)에서 생성된 전하가 이동하도록 하여 태양전지의 외부로 전류를 흐르게 할 수 있다. 상기 이면전극층(200)은 이러한 기능을 수행하기 위하여 전기 전도도가 높고 비저항이 작아야 한다.The back electrode layer 200 is disposed on the support substrate 100. The back electrode layer 200 is a conductive layer. The back electrode layer 200 may allow electric current generated in the light absorbing layer 300 of the solar cell to move so that current flows to the outside of the solar cell. The back electrode layer 200 should have high electrical conductivity and low specific resistance in order to perform this function.

또한, 상기 이면전극층(200)은 광 흡수층(300)을 형성하는 CIGS 화합물과 접촉되므로, 광 흡수층(300)과 이면전극층(200)은 접촉 저항치가 작은 저항성 접촉(ohmic contact)이 되어야 한다.In addition, since the back electrode layer 200 is in contact with the CIGS compound forming the light absorbing layer 300, the light absorbing layer 300 and the back electrode layer 200 should be an ohmic contact having a small contact resistance value.

또한, 상기 이면전극층(200)은 CIGS 화합물 형성시 수반되는 황(S) 또는 셀레늄(Se) 분위기 하에서의 열처리 시 고온 안정성이 유지되어야 한다. 또한, 상기 이면전극층(200)은 열팽창 계수의 차이로 인하여 상기 지지기판(100)과 박리현상이 발생되지 않도록 상기 지지기판(100)과 접착성이 우수하여야 한다.In addition, the back electrode layer 200 must maintain high temperature stability during heat treatment in a sulfur (S) or selenium (Se) atmosphere accompanying the formation of the CIGS compound. In addition, the back electrode layer 200 should be excellent in adhesion with the support substrate 100 so that the backing layer and the support substrate 100 are not peeled due to a difference in thermal expansion coefficient.

이러한 이면전극층(200)은 몰리브덴(Mo), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 텅스텐(W) 및 구리(Cu)중 어느 하나로 형성될 수 있다. 이 가운데, 특히 몰리브덴(Mo)은 다른 원소에 비해 상기 지지기판(100)과 열팽창 계수의 차이가 작기 때문에 접착성이 우수하여 박리현상이 발생하는 것을 방지할 수 있고 상술한 이면전극층(200)에 요구되는 특성을 전반적으로 충족시킬 수 있다.The back electrode layer 200 may be formed of any one of molybdenum (Mo), gold (Au), aluminum (Al), chromium (Cr), tungsten (W), and copper (Cu). Among them, in particular, molybdenum (Mo) has a small difference between the support substrate 100 and the coefficient of thermal expansion compared to other elements, and thus excellent adhesion can be prevented from occurring in the peeling phenomenon. Overall required properties can be met.

상기 이면전극층(200)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.The back electrode layer 200 may include two or more layers. In this case, each of the layers may be formed of the same metal, or may be formed of different metals.

상기 이면전극층(200)에는 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100) 상면의 일부를 노출하는 오픈 영역이다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 일 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.First through holes TH1 are formed in the back electrode layer 200. The first through holes TH1 are open regions exposing a portion of an upper surface of the support substrate 100. The first through holes TH1 may have a shape extending in one direction when viewed in a plan view.

상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해 노출된 지지기판(100)의 폭은 약 20㎛ 내지 150㎛ 일 수 있다.The width of the support substrate 100 exposed by the first through holes TH1 may be about 20 μm to 150 μm.

상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 상기 이면전극층(200)은 다수 개의 이면전극들로 구분된다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 이면전극들이 정의된다.The back electrode layer 200 is divided into a plurality of back electrodes by the first through holes TH1. That is, back electrodes are defined by the first through holes TH1.

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.The back electrodes are arranged in a stripe shape. Alternatively, the back electrodes may be arranged in a matrix form. At this time, the first through grooves TH1 may be formed in a lattice form when viewed from a plane.

상기 제 1 관통홈들(TH1)은 레이저에 의해 패터닝된다. 제 1 관통홈들(TH1)을 형성하기 위하여 기판과 수직방향으로 입사되는 기존 레이저 패터닝의 경우, 레이저 조사 부위에서의 공기 팽창 및 열충격(thermal shock)에 의해 이면전극층(200)에 버(burr)가 발생할 수 있다.The first through holes TH1 are patterned by a laser. In the case of conventional laser patterning incident in a direction perpendicular to the substrate to form the first through holes TH1, a burr is formed on the back electrode layer 200 by air expansion and thermal shock at the laser irradiation site. May occur.

상기 버는 이면전극층(200)에 패터닝을 형성할 때, 제 1 관통홈들(TH1)의 가장자리 부분에 생기는 얇게 끝이 말린 가공자국을 의미한다.When the burr is patterned on the back electrode layer 200, the burr refers to a thinly curled processing mark that occurs at an edge portion of the first through holes TH1.

대면적 태양전지의 경우, 지지기판 상에 성장되는 이면전극층은 밀도를 달리하여 복수의 층으로 형성될 수 있는데, 이 경우 지지기판과 접하는 하부 이면전극층은 상기 지지기판과의 접착성을 향상시키기 위하여 저밀도로 형성할 수 있고, 광 흡수층과 접하는 상부 이면전극층은 전기 전도도를 고려하여 상대적으로 고밀도로 형성할 수 있다.In the case of a large-area solar cell, the back electrode layer grown on the support substrate may be formed of a plurality of layers having different densities, in which case the lower back electrode layer in contact with the support substrate may be used to improve adhesion to the support substrate. It can be formed at a low density, and the upper back electrode layer in contact with the light absorbing layer can be formed at a relatively high density in consideration of electrical conductivity.

상기와 같이, 밀도가 상이한 복수의 층이 성장되는 경우, 제 1 관통홈들(TH1)을 형성하기 위한 패터닝 공정시 레이저로 인한 열충격에 의해 상대적으로 밀도가 낮은 하부 이면전극층의 열팽창계수가 상대적으로 큰 값을 가질 수 있다. 이에 의해 하부 이면전극층이 상부 이면전극층에 비해 상대적으로 더 팽창되므로 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된 이면전극층 가장자리 부근이 상부를 향해 휘어진 형상으로 형성될 수 있다.As described above, when a plurality of layers having different densities are grown, the thermal expansion coefficient of the lower back electrode layer having a relatively low density due to thermal shock caused by a laser during the patterning process for forming the first through holes TH1 is relatively. It can have a large value. As a result, since the lower back electrode layer is more expanded than the upper back electrode layer, the edge of the back electrode layer on which the first through holes TH1 are formed may be curved toward the top.

또한, 레이저를 수직으로 입사하여 이면전극층에 제 1 관통홈들(TH1)을 형성하는 경우, 이후에 성장되는 광 흡수층이 균일하게 성장되지 않고 그레인(grain)이 합해진 형상으로 형성되어 커버리지(coverage) 불량이 발생할 수 있다.In addition, in the case where the first through holes TH1 are formed in the back electrode layer by injecting the laser vertically, the light absorbing layer grown after the growth is not formed uniformly but is formed in a shape where grains are combined to cover coverage. Defects may occur.

이에 따라, 상기 그레인의 계면에서 전류의 손실이 발생하게 된다. 또한 상기 그레인이 기판과 이격되어 형성될 수도 있으므로 소자의 신뢰성은 개선의 여지가 있다.As a result, current loss occurs at the grain interface. In addition, since the grains may be formed spaced apart from the substrate, the reliability of the device may be improved.

도 3은 도 2의 B를 확대한 단면도이다. 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제 1 관통홈들(TH1)의 측면(210, 220)은 기판의 수직선과 경사진 각도(θ)를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 θ는 10°<θ≤80°의 범위로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 θ가 80°를 초과하는 경우, 인접한 이면전극간의 거리가 증가하게 되므로 상대적으로 광발전 영역은 감소하며, 30° 미만의 경우, 인접 이면전극간 거리가 좁아지게 되어 인접하는 태양전지 셀들 사이에 쇼트가 발생할 수 있으며, 바람직하게 상기 θ는 30°≤θ≤60°의 범위로 형성할 수 있다.3 is an enlarged cross-sectional view of B of FIG. 2. According to the exemplary embodiment of the present invention, the side surfaces 210 and 220 of the first through holes TH1 may be formed to have an inclination angle θ with a vertical line of the substrate. The θ may be formed in the range of 10 ° <θ ≦ 80 °. Preferably, when θ exceeds 80 °, the distance between adjacent back electrodes increases, so that the photovoltaic region is relatively reduced, and if the angle is less than 30 °, the distance between adjacent back electrodes becomes narrower. Short may occur between the battery cells, and preferably, θ may be formed in a range of 30 ° ≦ θ ≦ 60 °.

상기 제 1 관통홈들(TH1)의 측면(210, 220)은 각각 동일한 각도로 형성되거나 상기 범위 내에서 다른 값을 갖도록 형성될 수 있다.Side surfaces 210 and 220 of the first through holes TH1 may be formed at the same angle or have different values within the range.

상기 각도(θ)에 의해 상기 이면전극층(200)은 상부와 하부의 식각면적이 상이한 사다리꼴의 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)을 형성하기 위해 레이저를 복수의 방향에서 상기 기판의 수직면과 경사지게 입사하여 상부로 갈수록 식각면적이 넓어지도록 형성할 수 있다.According to the angle θ, the back electrode layer 200 may be formed in a trapezoidal shape having different upper and lower etching areas. That is, in order to form the first through holes TH1, the laser may be incident to the vertical plane of the substrate in a plurality of directions so as to be inclined so that the etching area thereof becomes wider.

상기와 같이 복수의 레이저가 상호 경사지게 입사되어 제 1 관통홈들(TH1)이 형성되므로, 이면전극층(200)의 측면이 지지기판(100)과 경사면을 갖도록 형성된다. 즉, 지지기판(100)으로부터 상부로 갈수록 식각면적이 증가하여 상부로 갈수록 제 1 관통홈들(TH1)의 폭이 증가할 수 있다. 이에 따라, 상부와 하부 이면전극층의 열팽창계수 차이에 의한 버가 발생할 확률이 감소하므로, 소자의 신뢰성이 향상될 수 있다.As described above, since the plurality of lasers are inclined to each other and the first through holes TH1 are formed, the side surface of the back electrode layer 200 is formed to have the inclined surface of the support substrate 100. That is, the etching area increases from the support substrate 100 toward the upper portion thereof, and thus, the width of the first through holes TH1 may increase from the supporting substrate 100 upward. Accordingly, the probability of occurrence of burrs due to the difference in thermal expansion coefficients of the upper and lower backside electrode layers is reduced, so that the reliability of the device can be improved.

상기 이면전극층(200) 상에는 광 흡수층(300)이 형성될 수 있다. 상기 광 흡수층(300)은 p형 반도체 화합물을 포함한다. 더 자세하게, 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, 구리-아연-주석-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다.The light absorbing layer 300 may be formed on the back electrode layer 200. The light absorbing layer 300 includes a p-type semiconductor compound. In more detail, the light absorbing layer 300 includes a group I-III-VI compound. For example, the light absorbing layer 300 may be formed of a copper-indium-gallium-selenide-based (Cu (In, Ga) Se 2 ; CIGS-based) crystal structure, copper-indium-selenide-based, or copper-gallium-selenide And a copper-zinc-tin-selenide-based crystal structure.

상기 광 흡수층(300) 상에는 버퍼층(400) 및 고저항 버퍼층(500)이 형성될 수 있다. CIGS 화합물을 광 흡수층(300)으로 갖는 태양전지는 p형 반도체인 CIGS 화합물 박막과 n형 반도체인 윈도우층(600) 박막간에 pn 접합을 형성한다. 하지만 두 물질은 격자상수와 밴드갭 에너지의 차이가 크기 때문에 양호한 접합을 형성하기 위해서는 밴드갭이 두 물질의 중간에 위치하는 버퍼층이 필요하다.The buffer layer 400 and the high resistance buffer layer 500 may be formed on the light absorbing layer 300. The solar cell having the CIGS compound as the light absorbing layer 300 forms a pn junction between the CIGS compound thin film as the p-type semiconductor and the window layer 600 thin film as the n-type semiconductor. However, since the two materials have a large difference in lattice constant and band gap energy, a buffer layer having a band gap in between the two materials is required to form a good junction.

상기 버퍼층(400)을 형성하는 물질로는 CdS, ZnS등의 Ⅱ-Ⅵ족이 있고 태양전지의 발전 효율 측면에서 CdS가 상대적으로 우수하다.Materials for forming the buffer layer 400 include II-VI groups such as CdS and ZnS, and CdS is relatively excellent in terms of power generation efficiency of solar cells.

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.The high resistance buffer layer 500 includes zinc oxide (i-ZnO) that is not doped with impurities. The energy bandgap of the high resistance buffer layer 500 is about 3.1 eV to 3.3 eV.

상기 고저항 버퍼층(500) 상에 윈도우층(600)이 형성된다. 상기 윈도우층(600)은 투명하며, 도전층이다. 또한, 상기 윈도우층(600)의 저항은 상기 이면전극층(200)의 저항보다 높다.The window layer 600 is formed on the high resistance buffer layer 500. The window layer 600 is transparent and is a conductive layer. In addition, the resistance of the window layer 600 is higher than the resistance of the back electrode layer 200.

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.The window layer 600 includes an oxide. For example, the window layer 600 may include zinc oxide, indium tin oxide (ITO), or indium zinc oxide (IZO).

또한, 상기 산화물은 알루미늄(Al), 알루미나(Al2O3), 마그네슘(Mg) 또는 갈륨(Ga) 등의 도전성 불순물을 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.In addition, the oxide may include conductive impurities such as aluminum (Al), alumina (Al 2 O 3 ), magnesium (Mg), or gallium (Ga). In more detail, the window layer 600 may include aluminum doped zinc oxide (AZO), gallium doped zinc oxide (GZO), or the like.

이상에서 검토한 바와 같이, 제 1 관통홈들(TH1)이 지지기판(100)의 수직선과 경사진 면을 갖도록 형성되므로, 제1 관통홈들(TH1)의 형성시 레이저로 인한 열충격에 의해 버(burr)가 발생하는 현상을 방지할 수 있게 된다.As discussed above, since the first through holes TH1 are formed to have a surface inclined with the vertical line of the support substrate 100, the burrs may be formed by thermal shock caused by a laser when the first through holes TH1 are formed. It is possible to prevent the occurrence of burrs.

또한, 기판과 경사면을 갖도록 형성되는 제1 관통홈들(TH1)에 의해, 커버리지 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있으므로, 신뢰성이 향상된 태양전지를 제공할 수 있다.
In addition, since the coverage failure may be prevented by the first through holes TH1 formed to have the substrate and the inclined surface, the solar cell having improved reliability may be provided.

도 4 내지 도 7은 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법을 도시한 단면도들이다. 본 제조방법에 관한 설명은 앞서 설명한 태양광 발전장치에 대한 설명을 참고한다.4 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the solar cell apparatus according to the embodiment. For a description of the present manufacturing method, refer to the description of the photovoltaic device described above.

도 4를 참고하면, 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.Referring to FIG. 4, the back electrode layer 200 is formed on the support substrate 100, and the back electrode layer 200 is patterned to form first through holes TH1. Accordingly, a plurality of back electrodes are formed on the support substrate 100. The back electrode layer 200 is patterned by a laser.

상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하며, 약 80㎛ 내지 약 200㎛의 폭을 가질 수 있다.The first through holes TH1 expose the upper surface of the supporting substrate 100 and may have a width of about 80 mu m to about 200 mu m.

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.In addition, an additional layer, such as a diffusion barrier, may be interposed between the support substrate 100 and the back electrode layer 200, wherein the first through holes TH1 expose the top surface of the additional layer. .

상기 제 1 관통홈들(TH1)은 측면이 기울기를 갖도록 형성될 수 있다. 이를 위해 복수의 레이저가 지지기판(100)의 수직선에 대해 경사진 각도(θ)를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 각도(θ)에 의해 상기 이면전극층(200)은 상부와 하부의 식각면적이 상이한 사다리꼴의 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)을 형성하기 위해 레이저를 복수의 방향에서 상기 기판의 수직면과 경사지게 입사하여 상부로 갈수록 식각면적이 넓어지도록 형성할 수 있다.The first through holes TH1 may be formed to have an inclined side surface. To this end, a plurality of lasers may be formed to have an inclination angle θ with respect to the vertical line of the support substrate 100. According to the angle θ, the back electrode layer 200 may be formed in a trapezoidal shape having different upper and lower etching areas. That is, in order to form the first through holes TH1, the laser may be incident to the vertical plane of the substrate in a plurality of directions so as to be inclined so that the etching area thereof becomes wider.

상기 복수의 레이저의 초점(focus)은 서로 40%이상 겹치지 않도록 형성하는 것이 바람직하다.The focus of the plurality of lasers is preferably formed so as not to overlap with each other by more than 40%.

상기 제 1 관통홈들(TH1)은 예를 들어, 약 500 내지 1200㎚의 파장을 가지는 레이저에 의해서 형성될 수 있다.The first through holes TH1 may be formed by, for example, a laser having a wavelength of about 500 to 1200 nm.

도 5를 참고하면, 상기 이면전극층(200) 상에 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 고저항 버퍼층(500)이 형성된다. Referring to FIG. 5, the light absorbing layer 300, the buffer layer 400, and the high resistance buffer layer 500 are formed on the back electrode layer 200.

상기 광 흡수층(300)은 스퍼터링 공정 또는 증발법 등에 의해서 형성될 수 있다.The light absorption layer 300 may be formed by a sputtering process or an evaporation process.

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.For example, a copper-indium-gallium-selenide (Cu (In, Ga) Se 2 ; CIGS system) is formed while simultaneously evaporating copper, indium, gallium, and selenium to form the light absorption layer 300. A method of forming a light absorbing layer 300 of a metal precursor film and a method of forming a metal precursor film by a selenization process are widely used.

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.When the metal precursor film is formed and selenization is subdivided, a metal precursor film is formed on the back electrode 200 by a sputtering process using a copper target, an indium target, and a gallium target.

이후, 상기 금속 프리커서 막은 셀레이제이션(selenization) 공정에 의해서, 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(300)이 형성된다.Then, the metal precursor film is formed with a light absorbing layer 300 of copper-indium-gallium-selenide (Cu (In, Ga) Se 2, CIGS system) by a selenization process.

이와는 다르게, 상기 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 상기 셀레니제이션 공정은 동시에 진행될 수 있다.Alternatively, the copper target, the indium target, the sputtering process using the gallium target, and the selenization process may be performed simultaneously.

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.Alternatively, the CIS-based or CIG-based optical absorption layer 300 can be formed by using only a copper target and an indium target, or by a sputtering process and a selenization process using a copper target and a gallium target.

이후, 황화 카드뮴이 스퍼터링 공정 또는 용액성장법(chemical bath depositon;CBD) 등에 의해서 증착되고, 상기 버퍼층(400)이 형성된다.Thereafter, cadmium sulfide is deposited by a sputtering process or a chemical bath depositon (CBD) or the like, and the buffer layer 400 is formed.

이후, 상기 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 고저항 버퍼층(500)의 일부가 제거되어 제 2 관통홈들(TH2)이 형성된다.Thereafter, a portion of the light absorbing layer 300, the buffer layer 400, and the high resistance buffer layer 500 is removed to form second through holes TH2.

상기 제 2 관통홈들(TH2)은 팁 등의 기계적인 장치 또는 레이저 장치 등에 의해서 형성될 수 있다.The second through holes TH2 may be formed by a mechanical device such as a tip or a laser device.

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.For example, the light absorbing layer 300 and the buffer layer 400 may be patterned by a tip having a width of about 40 μm to about 180 μm. In addition, the second through holes TH2 may be formed by a laser having a wavelength of about 200 to 600 nm.

이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 30㎛ 내지 약 100㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 이면전극층(200)의 상면의 일부를 노출하도록 형성된다.In this case, the width of the second through holes TH2 may be about 30 μm to about 100 μm. In addition, the second through holes TH2 are formed to expose a portion of the top surface of the back electrode layer 200.

도 6을 참고하면, 상기 광 흡수층(300) 상 및 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 윈도우층(600)이 형성된다. 즉, 상기 윈도우층(600)은 상기 버퍼층(400) 상 및 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 투명한 도전물질이 증착되어 형성된다.Referring to FIG. 6, a window layer 600 is formed on the light absorbing layer 300 and inside the second through holes TH2. That is, the window layer 600 is formed by depositing a transparent conductive material on the buffer layer 400 and inside the second through holes TH2.

이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 상기 투명한 도전물질이 채워지고, 상기 윈도우층(600)은 상기 이면전극층(200)에 직접 접촉하게 된다.In this case, the transparent conductive material is filled in the second through holes TH2, and the window layer 600 is in direct contact with the back electrode layer 200.

이때, 상기 윈도우층(600)은 무산소 분위기에서, 상기 투명한 도전물질이 증착되어 형성될 수 있다. 더 자세하게, 상기 윈도우층(600)은 산소를 포함하지 않는 불활성 기체 분위기에서 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드가 증착되어 형성될 수 있다.In this case, the window layer 600 may be formed by depositing the transparent conductive material in an oxygen-free atmosphere. In more detail, the window layer 600 may be formed by depositing zinc oxide doped with aluminum in an inert gas atmosphere containing no oxygen.

다음으로, 상기 버퍼층(400), 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 30㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.Next, a portion of the buffer layer 400, the high resistance buffer layer 500, and the window layer 600 is removed to form third through holes TH3. Accordingly, the window layer 600 is patterned to define a plurality of windows and a plurality of cells C1, C2... The width of the third through holes TH3 may be about 30 μm to about 200 μm.

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 셀의 윈도우로부터 연장되어, 상기 제 2 셀의 이면전극에 접속된다.The connection parts 700 are disposed inside the second through holes TH2. The connection parts 700 extend downward from the window layer 600 and are connected to the back electrode layer 200. For example, the connection parts 700 extend from the window of the first cell and are connected to the back electrode of the second cell.

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.Thus, the connection parts 700 connect adjacent cells to each other. In more detail, the connection parts 700 connect the windows and the back electrodes included in the cells C1 and C2... Adjacent to each other.

상기 접속부(700)는 상기 윈도우층(600)과 일체로 형성된다. 즉, 상기 접속부(700)로 사용되는 물질은 상기 윈도우층(600)으로 사용되는 물질과 동일하다. The connection part 700 is formed integrally with the window layer 600. That is, the material used as the connection part 700 is the same as the material used as the window layer 600.

도 7을 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. 이와 같이, 실시예에 따르면 제1 관통홈들의 형성시 레이저로 인한 열충격에 의해 버(burr)가 발생하는 현상을 방지할 수 있고, 신뢰성이 향상된 태양전지를 제공할 수 있다.Referring to FIG. 7, portions of the buffer layer 400, the high resistance buffer layer 500, and the window layer 600 are removed to form third through holes TH3. Accordingly, the window layer 600 is patterned to define a plurality of windows and a plurality of cells C1, C2... As described above, according to the embodiment, it is possible to prevent a phenomenon in which burrs are generated by thermal shock caused by a laser when forming the first through holes, and provide a solar cell having improved reliability.

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.In addition, the features, structures, effects and the like described in the embodiments are included in at least one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects, and the like illustrated in the embodiments may be combined or modified with respect to other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited to these combinations and modifications.

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.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.

Claims (10)

기판;
상기 기판의 상부에 이면전극층;
상기 이면전극층의 상부에 광 흡수층;
상기 광 흡수층의 상부에 버퍼층; 및
상기 버퍼층의 상부에 윈도우층;을 포함하고,
상기 이면전극층은 제 1 관통홈들을 포함하고 상기 제 1 관통홈들의 측면은 상기 기판의 상면과 경사지게 형성되며,
상기 이면전극층은 복수의 층으로 형성되고,
상기 복수의 이면전극층은 상부의 이면전극층이 하부의 이면전극층에 비해 입자밀도가 높은 값을 갖도록 형성되는 태양전지.
Board;
A back electrode layer on the substrate;
A light absorbing layer on the back electrode layer;
A buffer layer on top of the light absorbing layer; And
And a window layer on the buffer layer.
The back electrode layer includes first through grooves and side surfaces of the first through grooves are formed to be inclined with an upper surface of the substrate.
The back electrode layer is formed of a plurality of layers,
The plurality of back electrode layers are formed such that the upper back electrode layer has a higher particle density than the lower back electrode layer.
제1항에 있어서,
상기 제 1 관통홈들이 형성된 이면전극층의 측면은 기판의 수직선과 30°내지 60°의 기울기를 갖도록 형성되는 태양전지.
The method of claim 1,
The side surface of the back electrode layer having the first through grooves is formed to have a slope of 30 ° to 60 ° with a vertical line of the substrate.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제 1 관통홈들은 20㎛ 내지 150㎛의 폭으로 형성되는 태양전지.
The method of claim 1,
The first through holes are formed in a width of 20㎛ to 150㎛ solar cell.
삭제delete 기판 상에 이면전극층을 형성하는 단계;
상기 기판의 상면을 노출하도록 상기 이면전극층의 일부를 식각하는 단계; 및,
상기 이면전극층 상에 광 흡수층, 버퍼층 및 윈도우층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 이면전극층의 일부를 식각하는 단계는, 레이저가 상기 기판의 상면에 대해 경사지는 방향으로 조사되고,
상기 이면전극층을 형성하는 단계는,
상기 기판에 인접하는 하부 이면전극층을 형성하는 단계; 및,
상기 하부 이면전극층 상에 형성되고 상기 하부 이면전극층에 비해 상대적으로 입자밀도가 높은 상부 이면전극층을 형성하는 단계;를 포함하는 태양전지의 제조방법.
Forming a back electrode layer on the substrate;
Etching a portion of the back electrode layer to expose the top surface of the substrate; And,
Forming a light absorbing layer, a buffer layer, and a window layer on the back electrode layer;
Etching a portion of the back electrode layer, the laser is irradiated in a direction inclined with respect to the upper surface of the substrate,
Forming the back electrode layer,
Forming a lower back electrode layer adjacent the substrate; And,
And forming an upper back electrode layer formed on the lower back electrode layer and having a relatively higher particle density than the lower back electrode layer.
제7항에 있어서,
상기 레이저는 복수회 조사되고, 상기 기판의 수직선을 기준으로 대칭되며, 상기 기판의 수직선에 대해 각각 30°내지 60°의 기울기를 갖도록 입사하는 태양전지의 제조방법.
The method of claim 7, wherein
The laser is irradiated a plurality of times, symmetrical with respect to the vertical line of the substrate, the incident method of the solar cell is incident to have a slope of 30 ° to 60 ° with respect to the vertical line of the substrate, respectively.
제7항에 있어서,
상기 제 1 관통홈들은 500nm 내지 1200nm 파장의 레이저를 입사하여 형성되는 태양전지의 제조방법.
The method of claim 7, wherein
The first through holes are formed by injecting a laser having a wavelength of 500nm to 1200nm.
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