KR101196350B1 - 박막형 태양전지와 그 제조 방법 및 이를 제조하기 위한 스퍼터링장치 - Google Patents

박막형 태양전지와 그 제조 방법 및 이를 제조하기 위한 스퍼터링장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판; 상기 기판 상에 형성된 후면전극층; 및 상기 후면전극층 상에 형성된 광흡수층을 포함하되, 상기 후면전극층은 제1후면전극층을 형성하는 결정입자들의 크기보다 작은 크기를 갖는 결정입자들로 형성된 제2후면전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지와 그 제조 방법 및 이를 제조하기 위한 스퍼터링장치에 관한 것으로,
본 발명에 따르면, 후면전극층과 광흡수층 간의 접착력을 향상시킴으로써 광흡수층의 결점(Defect)을 감소시킬 수 있고, 광흡수층의 표면 평탄도를 향상시킬 수 있다.

Description

박막형 태양전지와 그 제조 방법 및 이를 제조하기 위한 스퍼터링장치{Thin Film Type Solar Cell, Method for Manufacturing the same and Sputtering Apparatus for Manufacturing the same}
본 발명은 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 박막형 태양전지와 그 제조 방법 및 이를 제조하기 위한 스퍼터링장치에 관한 것이다.
태양전지(Solar Cell)는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다. 태양전지는 시계나 계산기 등 휴대용 전자기기의 전원으로부터 넓은 개활지에 설치된 산업용 발전설비까지 폭넓게 이용된다. 또한, 최근 친환경 대체 에너지의 필요성이 증가함에 따라 태양전지에 대한 관심이 고조되고 있다.
태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(nagative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 갖는다. 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 갖고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 생성된다. 이 때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)은 P형 반도체 쪽으로 이동하고, 상기 전자(-)는 N형 반도체 쪽으로 이동하게 된다. 이에 따라, 전위가 발생하게 됨으로써, 태양전지는 전력을 생산할 수 있게 된다.
이와 같은 태양전지는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다. 기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이다. 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체층을 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
박막형 태양전지는 광흡수층을 구성하는 재료를 기준으로 Si 박막형 태양전지와 화합물 박막형 태양전지로 나눌 수 있고, 그 중 화합물 박막형 태양전지는 다시 Ⅱ-Ⅵ 태양전지, I-III-VI(CIGS) 태양전지 등으로 분류할 수 있다. 이 중, CIGS 태양전지는 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 셀레늄(Se)의 4가지 원소가 합쳐져서 구성되는 화합물을 광흡수층으로 이용하는 것이다.
도 1은 종래의 박막형 태양전지의 기본 구조를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 박막형 태양전지는 기판(1) 상에 형성된 후면전극층(2), 후면전극층(2) 상에 형성된 광흡수층(3), 광흡수층(3) 상에 형성된 버퍼층(4), 버퍼층(4) 상에 형성된 투명전도층(5) 및 투명전도층(5) 상에 형성된 전면전극층(6)을 포함한다. 기판(1)은 유리(glass)로 형성될 수 있다. 후면전극층(2)은 몰리브덴(Mo) 재질로 형성되어 정극성(+) 전극으로 사용된다. 광흡수층(3)은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)을 포함하여 이루어지는 CIGS 화합물층이 될 수 있다. 버퍼층(4)은 ZnS 또는 CdS 등의 재질로 이루어질 수 있다. 투명전도층(5)은 태양광이 투과할 수 있는 윈도우 기능을 수행한다. 전면전극층(6)은 전자선 증착 방법으로 투명전도층 상에 형성되어 부극성(-) 전극을 형성한다.
여기서, 후면전극층(2)을 형성하는 결정입자들의 크기가 클수록, 후면전극층(2) 상에 형성된 광흡수층(3)의 표면이 고르지 못하게 되는 문제가 있다. 또한, 후면전극층(2)을 형성하는 결정입자들의 크기가 클수록, 후면전극층(2)과 광흡수층(3) 간의 부착력이 저하되고, 이로 따라 계면 분리 가능성이 높아지는 문제가 있다. 이에 따라, 종래의 박막형 태양전지는 소자상 결함(damage)을 가지고 있는 상태로 제조될 수 밖에 없고, 반사율과 효율이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 후면전극층을 형성하는 결정입자들의 크기를 조절함으로써 향상된 품질을 갖는 박막형 태양전지와 그 제조 방법 및 이를 제조하기 위한 스퍼터링장치를 제공하는 것이다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 박막형 태양전지는 기판; 상기 기판 상에 형성된 후면전극층; 및 상기 후면전극층 상에 형성된 광흡수층을 포함할 수 있다. 상기 후면전극층은 상기 기판 상에 형성된 제1후면전극층, 및 상기 제1후면전극층과 상기 광흡수층 사이에 위치되게 상기 제1후면전극층 상에 형성된 제2후면전극층을 포함할 수 있다. 상기 제2후면전극층은 상기 제1후면전극층을 형성하는 결정입자들의 크기보다 작은 크기를 갖는 결정입자들로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 박막형 태양전지에 있어서, 상기 후면전극층은 상기 기판과 상기 제1후면전극층 사이에 위치되게 상기 기판 상에 형성된 제3후면전극층을 포함할 수 있다. 상기 제3후면전극층은 상기 제1후면전극층을 형성하는 결정입자들의 크기 보다 작은 크기를 갖는 결정입자들로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 박막형 태양전지에 있어서, 상기 후면전극층은 상기 제1후면전극층과 상기 제2후면전극층을 각각 복수개 포함할 수 있다. 상기 기판 상에는 상기 제1후면전극층과 상기 제2후면전극층이 상기 기판에서 상기 광흡수층을 향하는 방향으로 교대로 적층되어 복수개가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 박막형 태양전지에 있어서, 상기 후면전극층은 상기 제3후면전극층, 상기 제1후면전극층, 및 상기 제2후면전극층을 각각 복수개 포함할 수 있다. 상기 기판 상에는 상기 제3후면전극층, 상기 제1후면전극층 및 상기 제2후면전극층이 상기 기판에서 상기 광흡수층을 향하는 방향으로 교대로 적층되어 복수개가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 박막형 태양전지에 있어서, 상기 제1후면전극층은 2.6w/cm2 이상 4.0w/cm2 이하의 크기 범위의 파워를 이용한 스퍼터링공정에 의해 형성되는 결정입자들을 포함할 수 있다. 상기 제2후면전극층은 0.5w/cm2 이상 2.6w/cm2 미만의 크기 범위의 파워를 이용한 스퍼터링공정에 의해 형성되는 결정입자들을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 박막형 태양전지는 기판; 상기 기판 상에 형성된 후면전극층; 및 상기 후면전극층 상에 형성된 광흡수층을 포함할 수 있다. 상기 후면전극층은 0.5w/cm2 이상 2.6w/cm2 미만의 크기 범위의 파워를 이용한 스퍼터링공정에 의해 형성되는 결정입자들을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 박막형 태양전지는 상기 기판으로부터 방출되는 나트륨 이온이 상기 광흡수층으로 확산되는 것을 차단하기 위한 베리어층을 포함할 수 있다. 상기 베리어층은 상기 기판과 상기 후면전극층 사이에 위치되게 상기 기판 상에 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조 방법은 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 및 상기 후면전극층 상에 광흡수층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 제1후면전극층을 형성하는 단계, 및 상기 제1후면전극층 상에 상기 제1후면전극층을 형성하는 결정입자들의 크기보다 작은 크기를 갖는 결정입자들을 포함하는 제2후면전극층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조 방법에 있어서, 상기 제1후면전극층을 형성하는 단계는 2.6w/cm2 이상 4.0w/cm2 이하의 크기 범위의 파워를 이용한 스퍼터링 공정을 통해 상기 기판 상에 상기 제1후면전극층을 형성할 수 있다. 상기 제2후면전극층을 형성하는 단계는 0.5w/cm2 이상 2.6w/cm2 미만의 크기 범위의 파워를 이용한 스퍼터링 공정을 통해 상기 제1후면전극층 상에 상기 제2후면전극층을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조 방법에 있어서, 상기 후면전극층을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 상기 제1후면전극층을 형성하는 결정입자들의 크기보다 작은 크기를 갖는 결정입자들을 포함하는 제3후면전극층을 형성할 수 있다. 상기 제1후면전극층을 형성하는 단계는, 상기 제3후면전극층 상에 상기 제1후면전극층을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조 방법에 있어서, 상기 제3후면전극층을 형성하는 단계는 0.5w/cm2 이상 2.6w/cm2 미만의 크기 범위의 파워를 이용한 스퍼터링 공정을 통해 상기 기판 상에 상기 제3후면전극층을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조 방법은 스퍼터링 공정을 통해 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 및 상기 후면전극층 상에 광흡수층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계는, 0.5w/cm2 이상 2.6w/cm2 미만의 크기 범위의 파워를 이용한 스퍼터링 공정에 통해 상기 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조 방법은 상기 기판으로부터 방출되는 나트륨 이온이 상기 광흡수층으로 확산되는 것을 차단하기 위한 베리어층을 상기 기판 상에 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 박막형 태양전지를 제조하기 위한 스퍼터링장치는 박막형 태양전지를 제조하기 위한 기판 상에 후면전극층을 형성하는 공정이 이루어지는 챔버; 상기 챔버에 설치되고, 상기 기판을 지지하기 위한 지지부재; 상기 챔버에 설치되고, 상기 기판 상에 상기 후면전극층을 형성하기 위한 타겟을 지지하는 백킹플레이트; 상기 백킹플레이트에 파워를 공급하기 위한 전력공급부; 및 상기 후면전극층이 서로 상이한 크기의 결정입자들을 갖는 복수개의 층으로 형성되도록 상기 백킹플레이트에 공급되는 파워의 크기를 조절하기 위해 상기 전력공급부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 박막형 태양전지를 제조하기 위한 스퍼터링장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 기판 상에 제1후면전극층을 형성하기 위해 2.6w/cm2 이상 4.0w/cm2 이하의 크기 범위의 파워가 상기 백킹플레이트에 공급되도록 사익 전력공급부를 제어한 후, 상기 제1후면전극층 상에 상기 제1후면전극층이 갖는 결정입자들의 크기보다 작은 크기의 결정입자들을 갖는 제2후면전극층을 형성하기 위해 0.5w/cm2 이상 2.6w/cm2 미만의 크기 범위의 파워가 상기 백킹플레이트에 공급되도록 상기 전력공급부를 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 박막형 태양전지를 제조하기 위한 스퍼터링장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 기판과 상기 제1후면전극층 사이에 상기 제1후면전극층이 갖는 결정입자들의 크기보다 작은 크기의 결정입자들을 갖는 제3후면전극층을 상기 기판 상에 형성하기 위해 0.5w/cm2 이상 2.6w/cm2 미만의 크기 범위의 파워가 상기 백킹플레이트에 공급되도록 상기 전력공급부를 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 박막형 태양전지를 제조하기 위한 스퍼터링장치는 박막형 태양전지를 제조하기 위한 기판 상에 후면전극층을 형성하는 공정이 이루어지는 챔버; 상기 챔버에 설치되고, 상기 기판을 지지하기 위한 지지부재; 상기 챔버에 설치되고, 상기 기판 상에 상기 후면전극층을 형성하기 위한 타겟을 지지하는 백킹플레이트; 상기 백킹플레이트에 파워를 공급하기 위한 전력공급부; 및 상기 백킹플레이트에 공급되는 파워의 크기를 조절하기 위해 상기 전력공급부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 후면전극층을 형성하기 위해 0.5w/cm2 이상 2.6w/cm2 미만의 크기 범위의 파워가 상기 백킹플레이트에 공급되도록 상기 전력공급부를 제어할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.
본 발명은 후면전극층과 광흡수층 간의 접착력을 향상시킴으로써, 광흡수층의 결점(Defect)을 감소시킬 수 있는 효과를 이룰 수 있다.
본 발명은 광흡수층의 표면 평탄도를 향상시킬 수 있고, 후면전극층을 박막 패시베이션(Passivation)으로 적용할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 박막형 태양전지가 갖는 반사율과 효율을 향상시킴으로써, 박막형 태양전지에 대한 품질을 향상시킬 수 있는 효과를 가질 수 있다.
도 1은 종래의 박막형 태양전지의 기본 구조를 나타내는 도면
도 2는 본 발명에 따른 박막형 태양전지의 적층 구조를 설명하기 위한 단면도
도 3은 후면전극층을 형성하는 몰리브덴의 파워별 결정입자의 크기 변화를 나타낸 예시도
도 4는 본 발명에 따른 박막형 태양전지를 제조하기 위한 스퍼터링장치의 구성을 나타낸 예시도
도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 일실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법에 따라 박막형 태양전지가 제조되는 과정을 나타낸 공정 단면도
이하에서는 본 발명에 따른 박막형 태양전지의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 어떤 구조물이 다른 구조물의 "상에" 또는 "아래에" 형성된다고 기재된 경우, 이러한 기재는 이 구조물들이 서로 접촉되어 있는 경우는 물론이고, 이들 구조물들 사이에 제3의 구조물이 개재되어 있는 경우까지 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 박막형 태양전지의 적층 구조를 설명하기 위한 단면도이고, 도 3은 후면전극층을 형성하는 몰리브덴의 파워별 결정입자의 크기 변화를 나타낸 예시도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 박막형 태양전지는 기판(10), 상기 기판(10) 상에 형성된 베리어층(20), 상기 베리어층(20) 상에 형성된 후면전극층(30), 상기 후면전극층(30) 상에 형성된 광흡수층(40), 상기 광흡수층(40) 상에 형성된 버퍼층(50), 상기 버퍼층(50) 상에 형성된 투명전도층(60) 및 상기 투명전도층(60) 상에 형성된 전면전극층(70)을 구비한다.
상기 기판(10)은 유리(glass)로 형성될 수 있다. 상기 기판(10)은 박막형 태양전지의 제조 공정 시 고온에 견딜 수 있도록 높은 열 저항성을 갖는 유리로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 기판(10)은 탄산나트륨 라임 유리(soda lime glass)로 형성될 수 있다. 상기 기판(10)은 유리 이외에도 스테인레스(SUS), 구리(Cu) 또는 고분자 필름 등으로 형성될 수도 있다. 상기 기판(10)으로 소정의 유연성(Flexibility)을 갖는 플렉서블 기판이 이용될 수도 있다.
상기 베리어층(20)은 상기 기판(10)으로부터 방출되는 나트륨 이온이 상기 후면전극층(30) 쪽으로 확산되는 것을 차단하는 기능을 수행한다. 이 경우, 상기 기판(10)은 나트륨 이온이 함유된 유리로 형성될 수 있다. 상기 베리어층(20)은 Al2O3 등으로 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 박막형 태양전지가 상기 베리어층(20)을 포함하는 경우, 상기 후면전극층(30) 또는 상기 광흡수층(40)에는 별도의 공정을 통해 나트륨 이온을 첨가하는 공정이 수행될 수 있다. 이 경우, 나트륨 이온은 NaF2 형태로 첨가될 수 있다.
도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 박막형 태양전지에 있어서, 상기 베리어층(20)은 생략될 수도 있다. 이 경우, 상기 기판(10)이 나트륨 이온을 함유한 재질로 형성된 것이면, 상기 기판(10)은 나트륨 이온을 상기 후면전극층(30) 또는 상기 광흡수층(40) 쪽으로 방출하는 기능을 수행할 수 있다. 이에 따라, 상기 후면전극층(30) 또는 상기 광흡수층(40)에 나트륨 이온을 첨가하는 공정이 생략될 수 있다. 상기 베리어층(20)이 생략된 경우, 본 발명에 따른 박막형 태양전지는 나트륨 이온을 함유하지 않은 재질로 형성된 기판(10)을 이용하고, 상기 후면전극층(30) 또는 상기 광흡수층(40)에 별도의 공정을 통해 나트륨 이온을 첨가하는 공정을 수행함으로써 제조될 수도 있다.
상기 후면전극층(30)은 정극성(+) 전극으로 기능한다. 상기 후면전극층(30)은 상기 기판(10) 상에 형성된다. 본 발명에 따른 박막형 태양전지가 상기 베리어층(20)을 포함하는 경우, 상기 후면전극층(30)은 상기 베리어층(20) 상에 형성될 수 있다. 상기 후면전극층(30)은 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 금(Au), 금/베릴륨(Au/Be), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 은(Ag), 구리(Cu) 중에서 적어도 하나를 이용하여 형성될 수 있다.
상기 후면전극층(30)은 작은 결정입자들을 포함하도록 형성될 수 있다. 상기 후면전극층(30)이 스퍼터링 공정에 의해 몰리브덴 박막으로 형성되는 경우, 작은 결정입자는 0.5kw 이상 1.5kw 미만의 파워(0.5w/cm2 이상 2.6w/cm2 미만)를 이용한 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있다. 작은 결정입자에 대비하여 큰 결정입자는, 1.5kw 이상의 파워를 이용한 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있다. 예컨대, 큰 결정입자는 1.5kw 이상 2.0kw 이하의 파워(2.6w/cm2 이상 ~ 4.0w/cm2 이하)를 이용한 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있다. 상기 후면전극층(30)은 서로 상이한 크기의 결정입자들을 갖는 복수개의 층으로 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 후면전극층(30)이 갖는 층들 중에서 상기 광흡수층(40)과 인접되어 있는 층에는 상기한 바와 같은 작은 결정입자들을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 후면전극층(30)이 몰리브덴 박막으로 형성되는 경우, 본 발명에 따른 박막형 태양전지는 다음과 같은 후면전극층(30)을 포함할 수 있다.
우선, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 박막형 태양전지에 있어서, 상기 후면전극층(30)은 단일층으로 형성될 수 있다. 상기 후면전극층(30)은 0.5w/cm2 이상 2.6w/cm2 미만의 크기 범위의 파워를 이용한 스퍼터링 공정에 의해 형성됨으로써, 작은 몰리브덴(Mo) 결정입자들이 적층되게 형성될 수 있다. 상기 후면전극층(30)은 상기 기판(10) 또는 상기 베리어층(20) 상에 형성될 수 있다.
다음, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 박막형 태양전지에 있어서, 상기 후면전극층(30)은 2개의 층을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 후면전극층(30)은 상기 기판(10) 상에 형성된 제1후면전극층(31), 및 상기 제1후면전극층(31) 상에 형성된 제2후면전극층(32)을 포함할 수 있다. 상기 제1후면전극층(31)은 상기 베리어층(20) 상에 형성될 수도 있다. 상기 제2후면전극층(32)은 상기 제1후면전극층(31)을 형성하는 결정입자들의 크기보다 작은 크기를 갖는 결정입자들을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2후면전극층(32)은 작은 결정입자들을 갖도록 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제2후면전극층(32)은 0.5w/cm2 이상 2.6w/cm2 미만의 크기 범위의 파워를 이용한 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있다. 상기 제1후면전극층(31)은 큰 결정입자를 갖도록 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1후면전극층(31)은 2.6w/cm2 이상 4.0w/cm2 이하의 크기 범위의 파워를 이용한 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있다.
다음, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 본 발명의 제3실시예에 따른 박막형 태양전지에 있어서, 상기 후면전극층(30)은 상술한 제2실시예와 비교할 때 제3후면전극층(33)을 더 포함할 수 있다. 상기 제3후면전극층(33)은 상기 기판(10)과 상기 제1후면전극층(31) 사이에 위치되게 상기 기판(10) 상에 형성된다. 상기 제3후면전극층(33)은 상기 베리어층(20) 상에 형성될 수도 있다. 상기 제3후면전극층(33)은 상기 제1후면전극층(31)을 형성하는 결정입자들의 크기 보다 작은 크기를 갖는 결정입자들로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제3후면전극층(33)은 작은 결정입자들을 갖도록 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제3후면전극층(33)은 0.5w/cm2 이상 2.6w/cm2 미만의 크기 범위의 파워를 이용한 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 후면전극층(30)은 4개 이상의 층을 갖도록 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 후면전극층(30)은 상술한 제2실시예 또는 제3실시예에서 설명된 적층 구조가 상기 기판(10)에서 상기 광흡수층(40)을 향하는 방향으로 연속적으로 적층된 상태로 구성될 수도 있다. 예컨대, 상기 후면전극층(30)은 상기 기판(10)에서 상기 광흡수층(40)을 향하는 방향으로, 작은 결정입자, 큰 결정입자, 작은 결정입자가 반복하여 적층되는 형태로 구성될 수도 있다. 예컨대, 상기 후면전극층(30)은 상기 기판(10)에서 상기 광흡수층(40)을 향하는 방향으로, 큰 결정입자, 작은 결정입자가 반복하여 적층되는 형태로 구성될 수도 있다.
본 발명에 따른 박막형 태양전지는 상술한 바와 같은 후면전극층(30)을 가짐으로써, 다음과 같은 작용 효과를 이룰 수 있다.
첫째, 본 발명에 따른 박막형 태양전지는 상기 후면전극층(30)이 작은 결정입자를 갖도록 형성됨으로써, 상기 후면전극층(30)과 상기 광흡수층(40) 간의 접착력을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 상기 광흡수층(40)의 결점(Defect)을 감소시킬 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 박막형 태양전지는 상기 후면전극층(30) 중에서 상기 광흡수층(40)에 접촉되는 부분이 작은 결정입자를 갖도록 형성됨으로써, 상기 광흡수층(40)의 표면 평탄도를 향상시킬 수 있고, 상기 후면전극층(30)을 박막 패시베이션(Passivation)으로 적용하여 핀홀(Pinhole)을 차단하도록 구현될 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 박막형 태양전지는 상기 후면전극층(30)의 전부 또는 일부가 작은 결정입자를 갖도록 형성됨으로써, 상기 후면전극층(30)의 표면이 조밀해지도록 할 수 있고, 이에 따라 반사율 및 효율이 증가될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 박막형 태양전지는 상기 후면전극층(30) 내에 소량의 나트륨(Sodium)이 첨가되는 상태로 구성될 수도 있다. 상기 후면전극층(30)이 갖는 결정입자의 크기는, 상기 기판(10) 상에 상기 후면전극층(30)을 증착하기 위한 스퍼터링장치의 파워 크기, 스퍼터링장치의 챔버 내부로 공급되는 아르곤 가스량, 또는 스퍼터링장치의 챔버 내의 압력 등의 인자를 변화시킴으로써 결정될 수도 있다. 상기 후면전극층(30)이 몰리브덴으로 형성되는 경우, 상기 후면전극층(30)이 갖는 결정입자의 크기는 몰리브덴 결정입자를 상기 기판(10) 또는 상기 베리어층(20) 상에 스캔하는 방법을 변화시킴으로써 결정될 수도 있다.
상기 후면전극층(30)이 몰리브덴으로 형성되는 경우, 몰리브덴 결정입자의 크기는, 직류(DC), 직류펄스(DC Pulse), 알에프(RF), 교류(AC), 알에프+직류(RF+DC) 등과 같은 다양한 종류의 전력공급부를 통해 공급되는 파워의 크기를 제어함으로써 변화될 수 있다.
예를 들어, 도 3은 본 발명에 따른 박막형 태양전지를 구성하는 후면전극층(30)을 형성하는 몰리브덴(Mo)의 파워별 결정입자의 크기 변화를 나타낸 예시도로서, 도 3의 (a) 내지 (f)에 도시된 바와 같이, 동일한 공정 조건 및 시간이 주어 지더라도, 스퍼터링장치의 파워를 0.5kw(0.9w/cm2), 0.8kw(1.4w/cm2), 1.0kw(1.7w/cm2), 1.2kw(2.1w/cm2), 1.5kw(2.6w/cm2), 2.0kw(3.5w/cm2)로 높여줌에 따라, 박막의 두께가 129nm, 192nm, 232nm, 272nm, 340nm, 435nm로 증가되는 것을 알 수 있다. 이로부터, 스퍼터링장치의 파워를 높여줌에 따라 기판에 증착되는 몰리브덴(Mo)의 결정입자의 크기가 증가함을 알 수 있다.
도 2를 참고하면, 상기 광흡수층(40)은 상기 후면전극층(30) 상에 형성된다. 상기 광흡수층(40)은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga)으로 이루어지는 다층의 전구체층을 셀레늄(Se) 가스 분위기에서 열처리하는 셀렌(Selen)화 공정을 거쳐 형성될 수 있다. 여기서, 다층의 전구체층은 구리 타겟(Target)을 이용한 스퍼터링 공정에 의해 형성된 구리층, 갈륨 타겟을 이용한 스퍼터링 공정에 의해 구리층 상에 형성된 갈륨층 및 인듐 타겟을 이용한 스퍼터링 공정에 의해 갈륨층 상에 형성된 인듐층으로 이루어진다. 상기 광흡수층(40)은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se), 및 황(S)을 이용하여 형성될 수도 있다.
도 2를 참고하면, 상기 버퍼층(50)은 상기 광흡수층(40) 상에 형성된다. 상기 버퍼층(50)은 ZnS 또는 CdS 등을 이용하여 형성될 수 있다.
도 2를 참고하면, 상기 투명전도층(60)은 상기 버퍼층(50) 상에 형성된다. 상기 투명전도층(60)은 태양광이 투과할 수 있는 윈도우 기능을 갖는다.
도 2를 참고하면, 상기 전면전극층(70)은 상기 투명전도층(60) 상에 형성된다. 상기 전면전극층(70)은 부극성(-) 전극으로 기능한다. 상기 전면전극층(70)은 도전성을 갖는 투명한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 전면전극층(70)은 ZnO:Al로 형성될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 박막형 태양전지를 제조하기 위한 스퍼터링장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 박막형 태양전지를 제조하기 위한 스퍼터링장치의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 박막형 태양전지를 제조하기 위한 스퍼터링장치(100)는 챔버(110), 타겟모듈(120), 지지부재(130), 타겟(140), 및 제어부(150)를 포함한다.
상기 챔버(110)에서는 상기 기판(10) 상에 상기 후면전극층(30)을 형성하는 스퍼터링 공정이 이루어진다. 상기 스퍼터링 공정이 이루어질 때, 상기 기판(10)은 상기 지지부재(130)에 지지된 상태이다. 상기 지지부재(130)는 상기 챔버(110) 내부에 위치되게 설치된다. 상기 지지부재(130)는 접지(ground)되어 있다. 상기 지지부재(130)에 지지된 기판(10) 상에는 베리어층(20)이 형성되어 있을 수도 있다.
도 4를 참고하면, 상기 타겟모듈(120)은 상기 챔버(110)에 설치된다. 상기 타겟모듈(120)은 일부가 상기 챔버(110) 내부에 위치되게 상기 챔버(110)에 설치될 수 있다. 상기 타겟모듈(120)은 상기 타겟(140)을 지지한다. 상기 타겟모듈(120)은 상기 타겟(140)이 상기 지지부재(130)에 지지된 기판(10)과 마주보게 위치되도록 상기 타겟(140)을 지지한다.
상기 타겟모듈(120)은 상기 타겟(140)을 지지하기 위한 백킹플레이트(Backing plate)(121), 및 상기 백킹플레이트(121)에 파워를 공급하기 위한 전력공급부(122)를 포함한다.
상기 백킹플레이트(121)는 상기 전력공급부(122)로부터 직류(DC), 직류펄스(DC Pulse), 알에프(RF), 교류(AC), 알에프+직류(RF+DC) 등과 같은 다양한 종류의 파워를 공급받는다. 상기 백킹플레이트(121)는 상기 챔버(110) 내부에 위치되게 상기 전력공급부(122)에 결합된다.
상기 전력공급부(122)는 상기 백킹플레이트(121)에 파워를 공급한다. 상기 전력공급부(122)는 상기 제어부(150)의 제어에 따라 상기 백킹플레이트(121)로 공급하는 파워의 크기를 조절할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 스퍼터링장치(100)는 상기 후면전극층(30)을 형성하는 결정입자의 크기를 변화시킬 수 있다. 상기 전력공급부(122)는 상기 백킹플레이트(121)에 공급하는 전압의 크기를 조절함으로써, 상기 백킹플레이트(121)에 공급하는 파워의 크기를 조절할 수도 있다. 상기 전력공급부(122)는 상기 챔버(110)에 결합된다.
상기 타겟(140)은 상기 기판(10) 상에 상기 후면전극층(30)을 증착하기 위한 재료를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 타겟(140)은 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 금(Au), 금/베릴륨(Au/Be), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 은(Ag), 구리(Cu) 중에서 적어도 하나를 포함하도록 형성될 수 있다.
상기 제어부(150)는 상기 후면전극층(30)이 갖는 결정입자들의 크기를 조절하기 위해 상기 타겟모듈(120)을 제어한다. 상기 제어부(150)는 상기 백킹플레이트(121)에 공급되는 파워의 크기를 조절하기 위해 상기 전력공급부(122)를 제어할 수 있다. 상기 제어부(150)는 상기 전력공급부(122)가 상기 백킹플레이트(121)로 공급하는 전압의 크기를 조절함으로써, 상기 백킹플레이트(121)에 공급되는 파워의 크기를 제어할 수도 있다. 상기 제어부(150)는 상기 챔버(110)에 설치될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 제어부(150)는 상기 챔버(110)와 독립되어 구비될 수도 있다.
도 3에 대한 설명에서 언급된 바와 같이, 동일한 조건 및 공정 시간 하에서 상기 타겟(140)을 이용하여 상기 기판(10) 상에 상기 후면전극층(30)을 증착시키기 위해 상기 타겟모듈(120)의 파워를 0.5kw, 0.8kw, 1.0kw, 1.2kw, 1.5kw, 2.0kw로 높여줌에 따라, 상기 기판(10) 상에 증착된 후면전극층(30)은 박막 두께가 증가한다. 이로부터, 상기 타겟모듈(120)의 파워가 높아짐에 따라 상기 후면전극층(30)을 형성하는 결정입자의 크기가 증가함을 알 수 있다. 따라서, 상기 제어부(150)는 상기 전력공급부(122)를 제어하여 상기 백킹플레이트(121)에 공급되는 파워의 크기를 조절함으로써, 도 3에 도시되어 있는 다양한 크기의 결정입자들로 형성된 후면전극층(30)들이 설정된 순서대로 상기 기판(10) 상에 증착되도록 할 수 있다. 설정된 순서는 작업자에 의해 상기 제어부(150)에 미리 저장되어 있을 수 있다. 또한, 작업자는 상기 제어부(150)를 조작함으로써 설정된 순서를 변경하는 것도 가능하다.
예를 들어, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 작은 결정입자들만으로 구성된 단일층의 후면전극층(30)을 상기 기판(10) 상에 증착하는 경우, 상기 제어부(150)는 상기 백킹플레이트(121)에 0.5kw(0.9w/cm2)의 파워가 공급되도록 상기 전력공급부(122)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(10) 상에는 작은 결정입자들을 갖는 후면전극층(30)이 129nm의 두께로 증착될 수 있다.
또 다른 예로, 사용자가 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 작은 결정입자들로 구성된 제3후면전극층(33), 큰 결정입자들로 구성된 제1후면전극층(31) 및 작은 결정입자들로 구성된 제2후면전극층(32)이 순차적으로 적층되어 있는 후면전극층(30)을 상기 기판(10) 상에 증착하는 경우, 상기 제어부(150)는 다음과 같이 상기 전력공급부(121)를 제어할 수 있다.
우선, 상기 제어부(150)는 일차적으로 상기 백킹플레이트(121)에 0.8kw(1.4w/cm2)의 파워가 일정 시간 동안 공급되도록 상기 전력공급부(122)를 제어함으로써, 상기 기판(10) 상에 상기 제3후면전극층(33)이 증착되도록 할 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(10) 상에는 작은 결정입자들을 갖는 제3후면전극층(33)이 192nm의 두께로 증착될 수 있다.
다음, 상기 제어부(150)는 이차적으로 상기 백킹플레이트(121)에 2.0kw(3.5w/cm2)의 파워가 일정 시간 동안 공급되도록 상기 전력공급부(122)를 제어함으로써, 상기 기판(10) 상에 상기 제1후면전극층(31)이 증착되도록 할 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(10) 상에는 큰 결정입자들을 갖는 제1후면전극층(31)이 435nm의 두께로 증착될 수 있다.
다음, 상기 제어부(150)는 마지막으로 상기 백킹플레이트(121)에 0.8kw(1.4w/cm2)의 파워가 일정 시간 동안 공급되도록 상기 전력공급부(122)를 제어함으로써, 상기 기판(10) 상에 상기 제2후면전극층(32)이 증착되도록 할 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(10) 상에는 작은 결정입자들을 갖는 제2후면전극층(32)이 192nm의 두께로 증착될 수 있다. 상기에서는 상기 제2후면전극층(32)과 상기 제3후면전극층(33)을 증착할 때 상기 백킹플레이트(121)에 동일한 파워가 공급되는 것으로 설명하였으나, 상기 제2후면전극층(32)과 상기 제3후면전극층(33)은 상기 백킹플레이트(121)에 서로 다른 파워가 공급됨으로써 서로 다른 크기의 결정입자들을 가지면서 상기 기판(10) 상에 서로 다른 두께로 증착될 수도 있다.
도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 스퍼터링장치(100)는 가스공급부(160)를 더 포함할 수 있다. 상기 가스공급부(160)는 상기 챔버(110)에 설치된다. 상기 가스공급부(160)는 상기 챔버(110) 내부에 아르곤(Ar) 가스를 주입하는 기능을 수행한다. 이 경우, 상기 제어부(150)는 상기 챔버(110) 내부로 주입되는 아르곤 가스의 양이 조절되도록 상기 가스공급부(160)를 제어함으로써, 상기 후면전극층(30)을 형성하는 결정입자들의 크기를 조절할 수도 있다.
도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 스퍼터링장치(100)는 진공펌프(170)를 더 포함할 수 있다. 상기 진공펌프(170)는 상기 챔버(110)에 설치된다. 상기 진공펌프(170)는 상기 챔버(110) 내부의 압력을 진공으로 유지시키는 기능을 수행한다. 이 경우, 상기 제어부(150)는 상기 챔버(110) 내부의 진공도가 조절되도록 상기 진공펌프(170)를 제어함으로써, 상기 후면전극층(30)을 형성하는 결정입자들의 크기를 조절할 수도 있다.
상기 제어부(150)는 상기 타겟모듈(120), 상기 가스공급부(160), 및 상기 진공펌프(170)들 중에서 적어도 하나를 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 제어부(150)는 상기 타겟모듈(120)의 파워, 아르곤 가스의 양 또는 상기 챔버(110) 내부의 압력들 중에서 적어도 하나를 조절함으로써, 상기 후면전극층(30)을 형성하는 결정입자들의 크기를 조절할 수 있다.
도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 스퍼터링장치(100)는 인라인 스퍼터링설비(Inline Sputtering System), 클러스터 스퍼터링설비(Cluster Sputtering System), 롤투롤 스퍼터링설비(Roll To Roll Sputtering System), 복합적 스퍼터링설비 등과 같이 스퍼터링을 기반으로 하는 설비에 적용될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 스퍼터링장치(100)의 동작을 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 상기 지지부재(130)에 상기 기판(10)이 안착된다. 상기 기판(10)은 별도의 이송장치에 의해 상기 지지부재(130)에 안착될 수 있다. 상기 기판(10) 상에 상기 후면전극층(30)이 증착되는 공정이 이루어질 때, 상기 지지부재(130)가 제1전극으로 기능하고, 상기 타겟모듈(120)의 백킹플레이트(121)가 제2전극의 기능을 수행할 수 있다. 상기 지지부재(130)와 상기 백킹플레이트(121)는 서로 마주보게 위치되도록 상기 챔버(110)에 설치된다.
다음, 상기 진공펌프(170)가 상기 챔버(110) 내부의 압력이 진공상태로 변환시킨다. 이 상태에서, 상기 가스공급부(160)가 아르곤(Ar) 등의 가스를 상기 챔버(110) 내부로 주입한다.
다음, 상기 제어부(150)의 제어에 따라 상기 전력공급부(122)가 상기 백킹플레이트(121)에 파워를 공급한다. 이에 따라, 지지부재(130)와 백킹플레이트(121) 사이에 위치된 아르곤 가스가 플라즈마 상태로 이온화된다. 이러한 플라즈마 중에서 양(+)으로 대전된 대전입자는 제2전극인 백킹플레이트(121) 쪽으로 가속됨으로써 상기 타겟(140)에 충돌한다. 이러한 충돌을 통해 상기 타겟(140)이 갖는 금속입자가 비산되고, 비산된 입자가 상기 지지부재(130) 쪽으로 가속됨으로써 상기 기판(10) 상에 증착된다. 이에 따라, 상기 기판(10) 상에 상기 후면전극층(30)이 형성된다. 상기 제어부(150)는 상기 백킹플레이트(121)에 공급되는 파워의 크기가 조절되도록 상기 전력공급부(122)를 제어함으로써, 상기 타겟(140)에 충돌하는 대전입자의 가속도를 조절할 수 있다. 이에 따라, 상기 제어부(150)는 상기 기판(10) 쪽으로 비산되는 금속입자의 크기를 조절함으로써, 상기 후면전극층(30)을 형성하는 결정입자들의 크기를 조절할 수 있다. 상기 타겟(140)으로부터 비산되는 금속입자는 몰리브덴일 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 박막형 태양전지 제조 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 일실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법에 따라 박막형 태양전지가 제조되는 과정을 나타낸 공정 단면도이다. 한편, 이하에서는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 베리어층(20) 상단에 작은 결정입자들을 갖는 제3후면전극층(33)이 적층되고, 상기 제3후면전극층(33) 상에 큰 결정입자들을 갖는 제1후면전극층(31)이 적층되며, 상기 제1후면전극층(31) 상에 작은 결정입자들을 갖는 제2후면전극층(32)이 적층되는 박막형 태양전지를 일례로 하여, 본 발명에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법을 설명한다.
우선, 도 5a에서 알 수 있듯이, 상기 기판(10) 상에 상기 베리어층(20)을 형성한다. 이러한 공정은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공정, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정, 스퍼터링공정, e 빔(e-beam) 공정, 열적(Thermal) 공정 등을 통해 상기 기판(10) 상에 상기 베리어층(20)을 형성함으로써 이루어질 수 있다. 상기 기판(10)은 유리(Glass), 탄산나트륨 라임 유리(Soda lime glass), 스텐레스(SUS), 구리(Cu), 고분자 필름 또는 플라스틱 등으로 형성될 수 있다.
다음, 도 5b에서 알 수 있듯이, 상기 베리어층(20) 상에 작은 결정입자들을 갖는 제3후면전극층(33)을 형성한다. 상기 제3후면전극층(33)은, 도 4에 도시된 바와 같은 스퍼터링장치(100)를 이용한 스퍼터링공정에 의해 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제어부(150)는 상기 백킹플레이트(121)에 0.5w/cm2 이상 2.6w/cm2 미만(또는, 0.5kw 이상 1.5kw 미만)의 파워가 공급되도록 상기 전력공급부(122)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 베리어층(20) 상에는 작은 결정입자들을 갖는 제3후면전극층(33)이 형성될 수 있다.
다음, 도 5c에서 알 수 있듯이, 상기 제3후면전극층(33) 상에 큰 결정입자들을 갖는 제1후면전극층(31)을 형성한다. 이러한 공정은, 상기 제어부(150)가 상기 제3후면전극층(33)을 형성하던 것과 비교하여 상기 백킹플레이트(121)에 공급되는 파워가 증가하도록 상기 전력공급부(122)를 제어함으로써 이루어질 수 있다. 상기 제어부(150)는 상기 백킹플레이트(121)에 2.6w/cm2 이상 4.0w/cm2 이하(또는, 1.5kw 이상 2.0kw 이하)의 파워가 공급되도록 상기 전력공급부(122)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 제3후면전극층(33) 상에는 큰 결정입자들을 갖는 제1후면전극층(33)이 형성될 수 있다.
다음, 도 5d에서 알 수 있듯이, 상기 제1후면전극층(31) 상에 작은 결정입자들을 갖는 제2후면전극층(32)을 형성한다. 이러한 공정은, 상기 제어부(150)가 상기 제1후면전극층(33)을 형성하던 것과 비교하여 상기 백킹플레이트(121)에 공급되는 파워가 감소하도록 상기 전력공급부(122)를 제어함으로써 이루어질 수 있다. 상기 제어부(150)는 상기 백킹플레이트(121)에 0.5w/cm2 이상 2.6w/cm2 미만(또는, 0.5kw 이상 1.5kw 미만)의 파워가 공급되도록 상기 전력공급부(122)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1후면전극층(31) 상에는 작은 결정입자들을 갖는 제2후면전극층(32)이 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이, 상기 기판(10) 상에는 상기 후면전극층(30)이 세 개의 층을 갖도록 형성될 수 있다. 이러한 후면전극층(30)은 전체적으로 0.4 ~ 1㎛ 정도의 두께를 갖도록 상기 기판(10) 상에 형성될 수 있다.
다음, 도 5e에서 알 수 있듯이, 상기 후면전극층(30) 상에 상기 광흡수층(40)을 형성한다. 상기 광흡수층(40)은 증발법(Evaporation), 2단계 공정법(Precursor-Reaction) 등 다양한 공정을 통해 상기 후면전극층(30) 상에 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 광흡수층(40)은 다음과 같은 공정들을 거쳐 형성될 수 있다.
우선, 상기 후면전극층(40) 상에 구리층을 형성한다. 상기 구리층은 공정 가스 분위기에서 구리 물질을 포함하는 타겟을 이용한 스퍼터링 공정에 의해 상기 후면전극층(30) 상에 형성될 수 있다.
다음, 상기 구리층 상에 갈륨층을 형성한다. 상기 갈륨층은 공정 가스 분위기에서 갈륨 물질을 포함하는 타겟을 이용한 스퍼터링 공정에 의해 상기 구리층 상에 형성될 수 있다. 상기 구리층과 상기 갈륨층은 제1전구체층을 형성하게 된다.
다음, 상기 갈륨층 상에 인듐층을 형성한다. 상기 인듐층은 인듐의 응집을 방지하기 응집 방지 가스가 첨가된 공정 가스 분위기에서 인듐 물질을 포함하는 타겟을 이용한 스퍼터링 공정에 의해 상기 갈륨층 상에 형성된다. 상기 인듐층은 제2전구체층을 형성하게 된다.
다음, 상기 후면전극층(30) 상에 형성된 상기 제1 및 제2전구체층을 포함하는 다층 전구체층을 셀레늄(Se) 분위기에서 열처리 공정을 수행함으로써, 상기 후면전극층(30) 상에 상기 광흡수층(40)을 형성한다. 상기 광흡수층(40)은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 셀레늄(Se)을 포함하여 이루어지는 CIGS 화합물층이 될 수 있다.
다음, 도 5f에서 알 수 있듯이, 상기 광흡수층(40) 상에 상기 버퍼층(50)을 형성한다. 상기 버퍼층(50)은 CdS, InS, 또는 ZnS 등을 이용하여 형성될 수 있다. 이러한 버퍼층(50)은 CBD(Chemical Bath Deposition)법, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법, 스퍼터링법, 또는 ALD(Atomic Layer Deposition)법 등을 이용하여 형성될 수 있다.
다음, 도 5g에서 알 수 있듯이, 상기 버퍼층(50) 상에 상기 투명전도층(60)을 형성한다. 상기 투명전도층(60)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전 물질로 형성될 수 있다. 상기 투명전도층(60)은 스퍼터링법 또는 MOCVD법 등을 이용할 수 있다.
마지막으로, 도 5h에서 알 수 있듯이, 상기 투명전도층(60) 상에 상기 전면전극층(70)을 형성한다. 상기 전면전극층(70)은 전자선증착(Electron Beam Evaporation) 방법에 의해 상기 투명전극층(60) 상에 형성될 수 있다. 상술한 바와 같은 공정들을 거쳐 본 발명에 따른 박막형 태양전지의 제조 공정이 완료될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 기판 20 : 베리어층
40 : 광흡수층 50 : 버퍼층
60 : 투명전도층 70 : 전면전극층
100 : 스퍼터링장치 110 : 챔버
120 : 타겟모듈 130 : 지지부재
140 : 타겟 150 : 제어부
160 : 가스공급부 170 : 진공펌프
30 : 후면전극층

Claims (17)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 후면전극층; 및
    상기 후면전극층 상에 형성된 광흡수층을 포함하며,
    상기 후면전극층은 상기 기판 상에 형성된 제1후면전극층, 및 상기 제1후면전극층과 상기 광흡수층 사이에 위치되게 상기 제1후면전극층 상에 형성된 제2후면전극층을 포함하고,
    상기 제2후면전극층은 상기 제1후면전극층을 형성하는 결정입자들의 크기보다 작은 크기를 갖는 결정입자들로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 후면전극층은 상기 기판과 상기 제1후면전극층 사이에 위치되게 상기 기판 상에 형성된 제3후면전극층을 포함하고,
    상기 제3후면전극층은 상기 제1후면전극층을 형성하는 결정입자들의 크기 보다 작은 크기를 갖는 결정입자들로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 후면전극층은 상기 제1후면전극층과 상기 제2후면전극층을 각각 복수개 포함하고;
    상기 기판 상에는 상기 제1후면전극층과 상기 제2후면전극층이 상기 기판에서 상기 광흡수층을 향하는 방향으로 교대로 적층되어 복수개가 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 후면전극층은 상기 제3후면전극층, 상기 제1후면전극층, 및 상기 제2후면전극층을 각각 복수개 포함하고;
    상기 기판 상에는 상기 제3후면전극층, 상기 제1후면전극층 및 상기 제2후면전극층이 상기 기판에서 상기 광흡수층을 향하는 방향으로 교대로 적층되어 복수개가 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1후면전극층은 2.6w/cm2 이상 4.0w/cm2 이하의 크기 범위의 파워를 이용한 스퍼터링공정에 의해 형성되는 결정입자들을 포함하고,
    상기 제2후면전극층은 0.5w/cm2 이상 2.6w/cm2 미만의 크기 범위의 파워를 이용한 스퍼터링공정에 의해 형성되는 결정입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  6. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 후면전극층; 및
    상기 후면전극층 상에 형성된 광흡수층을 포함하며,
    상기 후면전극층은 0.5w/cm2 이상 2.6w/cm2 미만의 크기 범위의 파워를 이용한 스퍼터링공정에 의해 형성되는 결정입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판으로부터 방출되는 나트륨 이온이 상기 광흡수층으로 확산되는 것을 차단하기 위한 베리어층을 포함하고,
    상기 베리어층은 상기 기판과 상기 후면전극층 사이에 위치되게 상기 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  8. 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 및
    상기 후면전극층 상에 광흡수층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 제1후면전극층을 형성하는 단계, 및 상기 제1후면전극층 상에 상기 제1후면전극층을 형성하는 결정입자들의 크기보다 작은 크기를 갖는 결정입자들을 포함하는 제2후면전극층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1후면전극층을 형성하는 단계는 2.6w/cm2 이상 4.0w/cm2 이하의 크기 범위의 파워를 이용한 스퍼터링 공정을 통해 상기 기판 상에 상기 제1후면전극층을 형성하고,
    상기 제2후면전극층을 형성하는 단계는 0.5w/cm2 이상 2.6w/cm2 미만의 크기 범위의 파워를 이용한 스퍼터링 공정을 통해 상기 제1후면전극층 상에 상기 제2후면전극층을 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 후면전극층을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 상기 제1후면전극층을 형성하는 결정입자들의 크기보다 작은 크기를 갖는 결정입자들을 포함하는 제3후면전극층을 형성하는 단계를 포함하고;
    상기 제1후면전극층을 형성하는 단계는, 상기 제3후면전극층 상에 상기 제1후면전극층을 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제3후면전극층을 형성하는 단계는 0.5w/cm2 이상 2.6w/cm2 미만의 크기 범위의 파워를 이용한 스퍼터링 공정을 통해 상기 기판 상에 상기 제3후면전극층을 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조 방법.
  12. 스퍼터링 공정을 통해 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 및
    상기 후면전극층 상에 광흡수층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계는, 0.5w/cm2 이상 2.6w/cm2 미만의 크기 범위의 파워를 이용한 스퍼터링 공정에 통해 상기 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조 방법.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판으로부터 방출되는 나트륨 이온이 상기 광흡수층으로 확산되는 것을 차단하기 위한 베리어층을 상기 기판 상에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조 방법.
  14. 박막형 태양전지를 제조하기 위한 기판 상에 후면전극층을 형성하는 공정이 이루어지는 챔버;
    상기 챔버에 설치되고, 상기 기판을 지지하기 위한 지지부재;
    상기 챔버에 설치되고, 상기 기판 상에 상기 후면전극층을 형성하기 위한 타겟을 지지하는 백킹플레이트;
    상기 백킹플레이트에 파워를 공급하기 위한 전력공급부; 및
    상기 후면전극층이 서로 상이한 크기의 결정입자들을 갖는 복수개의 층으로 형성되도록 상기 백킹플레이트에 공급되는 파워의 크기를 조절하기 위해 상기 전력공급부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지를 제조하기 위한 스퍼터링장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 기판 상에 제1후면전극층을 형성하기 위해 2.6w/cm2 이상 4.0w/cm2 이하의 크기 범위의 파워가 상기 백킹플레이트에 공급되도록 사익 전력공급부를 제어한 후, 상기 제1후면전극층 상에 상기 제1후면전극층이 갖는 결정입자들의 크기보다 작은 크기의 결정입자들을 갖는 제2후면전극층을 형성하기 위해 0.5w/cm2 이상 2.6w/cm2 미만의 크기 범위의 파워가 상기 백킹플레이트에 공급되도록 상기 전력공급부를 제어하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지를 제조하기 위한 스퍼터링 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 기판과 상기 제1후면전극층 사이에 상기 제1후면전극층이 갖는 결정입자들의 크기보다 작은 크기의 결정입자들을 갖는 제3후면전극층을 상기 기판 상에 형성하기 위해 0.5w/cm2 이상 2.6w/cm2 미만의 크기 범위의 파워가 상기 백킹플레이트에 공급되도록 상기 전력공급부를 제어하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지를 제조하기 위한 스퍼터링 장치.
  17. 박막형 태양전지를 제조하기 위한 기판 상에 후면전극층을 형성하는 공정이 이루어지는 챔버;
    상기 챔버에 설치되고, 상기 기판을 지지하기 위한 지지부재;
    상기 챔버에 설치되고, 상기 기판 상에 상기 후면전극층을 형성하기 위한 타겟을 지지하는 백킹플레이트;
    상기 백킹플레이트에 파워를 공급하기 위한 전력공급부; 및
    상기 백킹플레이트에 공급되는 파워의 크기를 조절하기 위해 상기 전력공급부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 후면전극층을 형성하기 위해 0.5w/cm2 이상 2.6w/cm2 미만의 크기 범위의 파워가 상기 백킹플레이트에 공급되도록 상기 전력공급부를 제어하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지를 제조하기 위한 스퍼터링장치.
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