KR101203917B1 - 플렉시블 박막형 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 플렉시블(flexible) 기판; 상기 플렉시블 기판 상에 형성되며, 비드 및 상기 비드를 고정하는 바인더를 포함하여 이루어진 광산란막; 상기 광산란막 상에 형성된 전면전극층; 상기 전면전극층 상에 형성된 반도체층; 및 상기 반도체층 상에 형성된 후면전극층을 포함하여 이루어지고, 상기 광산란막은 그 표면이 요철구조로 형성되지 않은 것을 특징으로 하는, 플렉시블 박막형 태양전지, 및 그 제조방법에 관한 것으로서,
본 발명은, 태양광을 다양하게 굴절시킬 수 있어 반도체층 내에서 태양광의 경로를 최대한 길게할 수 있고, 따라서, 태양전지의 효율이 증진되는 효과가 있다.
본 발명은, 태양광을 다양하게 굴절시킬 수 있어 반도체층 내에서 태양광의 경로를 최대한 길게할 수 있고, 따라서, 태양전지의 효율이 증진되는 효과가 있다.
Description
본 발명은 태양전지(Solar Cell)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 플렉시블(flexible) 박막형 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지의 구조 및 원리에 대해서 간단히 설명하면, 태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole)과 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 되는 원리이다.
태양전지는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다.
기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이고, 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
기판형 태양전지는 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수하기는 하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승되는 단점이 있다.
박막형 태양전지는 기판형 태양전지에 비하여 효율이 다소 떨어지기는 하지만, 얇은 두께로 제조가 가능하고 저가의 재료를 이용할 수 있어 제조비용이 감소되는 장점이 있어 대량생산에 적합하다.
이하 도면을 참조로 종래의 박막형 태양전지에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 종래의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지는 기판(10) 상에 전면전극층(30)이 형성되고, 상기 전면전극층(30) 상에 반도체층(40)이 형성되고, 상기 반도체층(40) 상에 투명도전층(50)이 형성되고, 상기 투명도전층(50) 상에 후면전극층(60)이 형성되어 이루어진다.
그러나, 이와 같은 종래의 박막형 태양전지는 다음과 같은 문제점이 있다.
태양전지의 효율향상을 위해서는 태양광이 상기 반도체층(40)을 경유하는 경로를 길게하여 상기 반도체층(40) 내에서 정공(hole)과 전자(electron)의 발생율을 증가시킬 필요가 있다. 그러나, 종래의 박막형 태양전지는 상기 반도체층(40) 내의 태양광의 경로를 길게 형성하는데 한계가 있어 원하는 만큼의 전지효율을 얻지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 반도체층 내에서 태양광의 경로를 최대한 길게 함으로써 태양전지의 효율을 상승시킬 수 있는 플렉시블 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 플렉시블(flexible) 기판; 상기 플렉시블 기판 상에 형성되며, 비드 및 상기 비드를 고정하는 바인더를 포함하여 이루어진 광산란막; 상기 광산란막 상에 형성된 전면전극층; 상기 전면전극층 상에 형성된 반도체층; 및 상기 반도체층 상에 형성된 후면전극층을 포함하여 이루어지고, 상기 광산란막은 그 표면이 요철구조로 형성되지 않은 것을 특징으로 하는, 플렉시블 박막형 태양전지를 제공한다.
본 발명은 또한, 내부에 비드를 포함하여 이루어진 플렉시블 기판; 상기 플렉시블 기판 상에 형성된 전면전극층; 상기 전면전극층 상에 형성된 반도체층; 및 상기 반도체층 상에 형성된 후면전극층을 포함하여 이루어지고, 상기 비드는 상기 플렉시블 기판 및 전면전극층과 굴절율이 서로 상이한 것을 특징으로 하는, 플렉시블 박막형 태양전지를 제공한다.
본 발명은 또한, 플렉시블(flexible) 기판 상에 비드 및 상기 비드를 고정하는 바인더를 포함하여 이루어진 광산란막을 형성하는 공정; 상기 광산란막 상에 전면전극층을 형성하는 공정; 상기 전면전극층 상에 반도체층을 형성하는 공정; 및 상기 반도체층 상에 후면전극층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지고, 상기 광산란막은 그 표면이 요철구조로 형성되지 않은 것을 특징으로 하는, 플렉시블 박막형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 내부에 비드를 포함하여 이루어진 플렉시블 기판을 준비하는 공정; 상기 플렉시블 기판 상에 전면전극층을 형성하는 공정; 상기 전면전극층 상에 반도체층을 형성하는 공정; 및 상기 반도체층 상에 후면전극층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지고, 상기 비드는 상기 플렉시블 기판 및 전면전극층과 굴절율이 서로 상이한 물질을 이용하는 것을 특징으로 하는, 플렉시블 박막형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 플렉시블 기판과 전면전극층 사이에 비드를 포함하는 광산란막을 형성하거나 또는 플렉시블 기판 내에 비드를 포함시킴으로써, 태양광을 다양하게 굴절시킬 수 있어 반도체층 내에서 태양광의 경로를 최대한 길게할 수 있다. 따라서, 태양전지의 효율이 증진되는 효과가 있다.
둘째, 본 발명은 상기 광산란막이 상기 플렉시블 기판과 상기 전면전극층 사이에 형성되기 때문에, 상기 전면전극층 증착과정에서 상기 광산란막이 배리어(barrier)로 작용하여 상기 플렉시블 기판 내에 함유될 수 있는 불순물이 상기 전면전극층으로 이동하는 것이 차단되어, 태양전지의 효율저하가 방지되는 효과가 있다.
셋째, 본 발명은 플렉시블 기판을 이용함으로 인해서 아래와 같은 효과가 있다. 유리기판을 기반으로 하는 박막형 태양전지는 무겁고 충격에 취약하며 설치비용이 높아 응용에 제약이 있는 반면에, 플렉시블 기판을 기반으로 하는 박막형 태양전지는 가볍고, 유연하며, 광열에 의한 성능저하가 적고, 낮은 일사량에서도 안정적인 발전효율을 나타내기 때문에, 독립형 및 계통연계형 발전, 건물일체형 광발전, 휴대 및 착용형 소형발전, 휴대용정보기기용 발전, 자동차/선박/항공기 등의 운송용 발전 등에 폭넓게 응용할 수 있고, 유비쿼터스용 센서와 통신용 발전등에도 응용이 가능하다. 또한, 플렉시블 기판을 사용한 태양전지로서 유기태양전지가 있으나 효율측면에서 실리콘 태양전지를 능가하기는 거의 불가능하므로, 효율면과 대량생산성을 고려하면 실리콘 태양전지를 플렉시블 기판위에 실현하는 기술이 훨씬 더 시장성이 있다. 더욱이, 플렉시블 기판을 이용한 박막형 태양전지는 롤투롤(roll-to-roll) 생산기법을 사용함에 따라 제조단가가 낮아져 매우 경제적이다.
도 1은 종래의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉시블 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 비드의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플렉시블 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉시블 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플렉시블 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉시블 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 비드의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플렉시블 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉시블 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플렉시블 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
<플렉시블 박막형 태양전지>
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉시블 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉시블 박막형 태양전지는 플렉시블 기판(100), 광산란막(200), 전면전극층(300), 반도체층(400), 투명도전층(500), 및 후면전극층(600)을 포함하여 이루어진다.
상기 플렉시블 기판(100)은 투명한 폴레에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI), 및 폴리아미드(PA) 등을 이용할 수 있다.
상기 광산란막(200)은 상기 플렉시블 기판(100) 상에 형성되며, 비드(bead)(220) 및 바인더(binder)(240)를 포함하여 이루어진다. 이와 같은 광산란막(200)은 상기 플렉시블 기판(100)을 통과하는 태양광을 다양한 각도로 산란시킴과 더불어 상기 플렉시블 기판(100) 내에 함유된 불순물이 상기 전면전극층(300)으로 이동하는 것을 방지하는 역할을 한다.
우선, 상기 광산란막(200)이 상기 플렉시블 기판(100)을 통과하는 태양광을 다양한 각도로 산란시키는 것에 대해 설명하면 다음과 같다.
상기 광산란막(200)은 비드(220) 및 바인더(240)를 포함하여 이루어지는데, 주로 상기 바인더(240)가 상기 플렉시블 기판(100) 및 상기 전면전극층(300)과 접촉하게 된다. 이 경우, 상기 바인더(240)를 구성하는 물질로서 상기 플렉시블 기판(100) 및 상기 전면전극층(300)을 구성하는 물질과 굴절율이 상이한 물질을 이용하게 되면, 상기 플렉시블 기판(100)을 투과한 태양광이 상기 바인더(240)를 통과하면서 굴절하게 되고 또한 상기 바인더(240)를 투과한 태양광이 상기 전면전극층(300)을 통과하면서 다시 굴절하게 되므로, 결국, 상기 플렉시블 기판(100)으로 입사한 태양광이 다양한 각도로 굴절되면서 상기 반도체층(400)으로 입사하게 되어 반도체층(400) 내에서 태양광의 경로가 길게된다.
경우에 따라서는 상기 비드(220)가 상기 플렉시블 기판(100) 및 상기 전면전극층(300)과 접촉하게 될 수도 있을 것인데, 이 경우에는, 상기 비드(220)를 구성하는 물질로서 상기 플렉시블 기판(100) 및 상기 전면전극층(300)을 구성하는 물질과 굴절율이 상이한 물질을 이용하게 되면, 전술한 바와 동일한 매커니즘으로 상기 플렉시블 기판(100)으로 입사한 태양광이 다양한 각도로 굴절되면서 상기 반도체층(400)으로 입사하게 되어 반도체층(400) 내에서 태양광의 경로가 길게된다.
예로서, 상기 플렉시블 기판(100)을 구성하는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 굴절율은 약 1.57 정도이고, 상기 전면전극층(300)의 굴절율은 약 1.9 ~2.0 정도이므로, 이와 같은 플렉시블 기판(100) 및 전면전극층(300)의 굴절율 범위를 고려하여 상기 비드(220) 또는 바인더(240)의 구성물질을 선택하면 될 것이다. 상기 비드(220)의 예로는 SiO2, TiO2, CeO2 등을 들수 있고, 상기 바인더(240)의 예로는 실리케이트 등을 들 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 광산란막(200)을 구성하는 비드(220) 및 바인더(240)를 서로 굴절율이 상이한 재료를 이용할 경우, 상기 광산란막(200) 내에서도 태양광을 다양하게 굴절시킬 수 있게 된다. 즉, 상기 비드(220)를 상기 바인더(240)와 굴절율이 상이한 재료를 이용하게 되면, 상기 비드(220)를 투과한 태양광이 상기 바인더(240)를 통과하면서 굴절하게 되고, 또한 상기 바인더(240)를 투과한 태양광이 상기 비드(220)를 통과하면서 굴절하게 되므로 태양광을 다양하게 굴절시킬 수 있다.
또한, 상기 비드(220)를 동일한 물질로 형성하는 대신에 굴절율이 서로 상이한 복수개의 비드들을 조합하여 사용할 경우 태양광이 서로 상이한 비드(220)들을 거치면서 다양한 각도로 굴절하게 되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 비드(220)를 코어(core)부 및 스킨(skim)부로 구성함으로써, 태양광이 하나의 비드(220)를 통과하면서도 다양한 각도로 굴절하게 할 수도 있다. 즉, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 비드(220)의 단면을 보여주는 도면으로서, 도 3a에서 알 수 있듯이, 상기 비드(220)는 코어부(222) 및 상기 코어부(222)를 둘러싸고 있는 스킨부(224)로 구성되며, 상기 코어부(222)의 물질을 상기 스킨부(224)의 물질과 굴절율이 상이한 물질을 이용함으로써, 태양광이 상기 스킨부(224)를 투과한 후 상기 코어부(222)를 통과할 때 굴절하고 또한 상기 코어부(222)를 투과한 후 상기 스킨부(224)를 통과할 때 다시 굴절하게 할 수 있다. 또한, 도 3b에서 알 수 있듯이, 코어부(222)가 공기로 이루어지도록 하여 스킨부(224)만으로 구성된 중공상태의 비드(220)를 이용하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 경우에 따라서는 도 3c에서 알 수 있듯이 상기 코어부(222)를 서로 굴절율이 상이한 복수 개의 물질층(222a, 222b)으로 구성할 수도 있고, 상기 스킨부(224)를 서로 굴절율이 상이한 복수 개의 물질층(224a, 224b)으로 구성할 수도 있을 것이다. 또한, 상기 비드(220)의 단면을 원형, 타원형 등 다양한 형태로 변경함으로써 태양광의 굴절각을 다양하게 변경할 수도 있다.
또한, 상기 광산란막(200)을 도 2의 확대도에서 알 수 있듯이 그 표면이 요철구조가 되도록 형성함으로써 태양광의 굴절각을 다양하게 변경할 수도 있다.
다음, 상기 광산란막(200)이 상기 플렉시블 기판(100) 내에 함유된 불순물이 상기 전면전극층(300)으로 이동하는 것을 방지하는 것에 대해서 설명하면, 상기 광산란막(200)이 상기 플렉시블 기판(100)과 상기 전면전극층(300) 사이에 형성되기 때문에, 상기 전면전극층(300) 증착과정에서 상기 광산란막(200), 특히 상기 광산란막(200)을 구성하는 바인더(240)가 배리어(barrier)로 작용하여 상기 플렉시블 기판(100) 내에 함유된 불순물이 상기 전면전극층(300)으로 이동하는 것을 차단하게 된다.
상기 전면전극층(300)는 상기 광산란막(200) 위에 형성되며, 태양광이 입사되는 면에 형성되므로 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 전면전극층(300)의 표면은 요철구조로 형성될 수 있으며, 이 경우 요철구조로 인해서 입사되는 태양광을 다양하게 산란시켜 상기 반도체층(400)에서 태양광의 흡수율을 증진시키게 된다.
한편, 상기 전면전극층(300) 표면이 요철구조로 형성될 경우, 그 요철구조가 너무 크게 형성되게 되면, 상기 전면전극층(300) 상부에 형성되는 반도체층(400) 및 투명도전층(500)에 결함이 생길 수 있어 오히려 태양전지의 효율이 떨어질 수 있다. 본 발명의 경우는 상기 광산란막(200)에 의해서 태양광의 산란효과를 충분히 얻을 수 있기 때문에 상기 전면전극층(300) 표면의 요철구조를 무리하게 크게 형성할 필요가 없으며, 따라서 상기 전면전극층(300) 표면의 요철구조는 상기 반도체층(400) 및 투명도전층(500)에 결함이 생기지 않을 정도로 작게 조절하는 것이 바람직하다.
상기 반도체층(400)은 상기 전면전극층(300) 위에 형성되며, 상기 전면전극층(300)의 표면이 요철구조로 형성될 경우 상기 반도체층(400)의 표면도 요철구조로 형성된다.
상기 반도체층(400)은 P(positive)형 반도체층, I(intrinsic)형 반도체층, 및 N(negative)형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성된다. 이와 같이 상기 반도체층(400)이 PIN구조로 형성되면, I형 반도체층이 P형 반도체층과 N형 반도체층에 의해 공핍(depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(drift)되어, 결국 정공은 P형 반도체층을 통해 전면전극층(300)으로 수집되고 전자는 N형 반도체층을 통해 후면전극층(600)으로 수집된다. 한편, 상기 반도체층(400)이 PIN구조로 형성될 경우에는 상기 전면전극(300) 상부에 P형 반도체층을 형성하고 이어서 I형 반도체층 및 N형 반도체층을 형성하는 것이 바람직한데, 그 이유는 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 의해 낮기 때문에 입사광에 의한 수집효율을 극대화하기 위해서 P형 반도체층을 수광면에 가깝게 형성하기 위함이다.
상기 반도체층(400)은 CIGS(CuInGaSe2)와 같은 화합물을 이용할 수도 있다. 상기 화합물의 경우는 광흡수율이 우수하여 현재의 두께에서는 광 트랩(light trapping)이 반드시 필요한 것은 아니지만, 현재의 두께 보다 더 얇은 박막으로 제조할 경우, 광산란 효과가 필요할 수 있기 때문이다.
한편, 도 2의 확대도에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(400)은 제1 반도체층(410), 버퍼층(420), 및 제2 반도체층(430)이 순서대로 적층되어 소위 탠덤(tandem)구조로 형성될 수 있다.
상기 제1 반도체층(410) 및 제2 반도체층(430)은 모두 P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성될 수 있다.
상기 제1 반도체층(410)은 PIN구조의 비정질 반도체물질로 이루어지고, 상기 제2 반도체층(430)은 PIN구조의 미세결정질 반도체물질로 이루어질 수 있다.
상기 비정질 반도체물질은 단파장의 광을 잘 흡수하고 상기 미세결정질 반도체물질은 장파장의 광을 잘 흡수하는 특성이 있기 때문에, 비정질 반도체물질과 미세결정질 반도체물질을 조합할 경우 광흡수효율이 증진될 수 있다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 제1 반도체층(410)으로서 비정질반도체/게르마늄, 미세결정질 반도체 물질 등 다양하게 변경 이용할 수 있고, 상기 제2 반도체층(430)으로서 비정질 반도체물질, 비정질반도체/게르마늄 등 다양하게 변경 이용할 수 있다.
상기 버퍼층(420)은 상기 제1 반도체층(410) 및 제2 반도체층(430)의 사이에서 터널접합을 통해 정공 및 전자의 이동을 원활히 하는 역할을 하는 것으로서, ZnO와 같은 투명한 물질로 이루어진다.
또한, 상기 반도체층(400)은 탠덤(tandem)구조 이외에, 제1반도체층, 제2반도체층, 제3반도체층, 및 각각의 반도체층 사이에 형성된 버퍼층을 포함하는 트리플(triple) 구조로 형성될 수도 있다.
상기 투명도전층(500)은 상기 반도체층(400) 위에 형성되며, ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다. 상기 투명도전층(500)의 표면도 요철구조로 형성되며, 상기 투명도전층(500)은 생략이 가능하다.
상기 후면전극층(600)은 상기 투명도전층(500) 위에 형성되며, Ag, Al, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu 과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플렉시블 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 4에 따른 플렉시블 박막형 태양전지는, 플렉시블 기판(100)과 전면전극층(300) 사이에 광산란막(200)을 형성하는 대신에 플렉시블 기판(100) 내부에 비드(220)를 포함시킨 것을 제외하고, 전술한 도 2에 따른 태양전지와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 4에 따른 플렉시블 박막형 태양전지는 플렉시블 기판(100) 내부에 비드(220)가 포함되어 있기 때문에, 상기 비드(220)에 의해 태양광이 다양한 각도로 산란되게 된다. 즉, 상기 비드(220)를 구성하는 물질로서 상기 플렉시블 기판(100) 및 상기 전면전극층(300)을 구성하는 물질과 굴절율이 상이한 물질을 이용하게 되면, 태양광이 상기 플렉시블 기판(100), 비드(220), 및 전면전극층(300)을 거치면서 다양하게 굴절되어 상기 반도체층(400) 내에서 태양광의 경로가 길게된다.
또한, 전술한 바와 마찬가지로, 상기 비드(220)를 굴절율이 서로 상이한 복수개의 비드들을 조합하여 사용할 경우 태양광이 서로 상이한 비드(220)들을 거치면서 다양한 각도로 굴절하게 되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 비드(220)를 도 3a 내지 도 3c와 같은 코어(core)부 및 스킨(skim)부로 구성함으로써, 태양광이 하나의 비드(220)를 통과하면서도 다양한 각도로 굴절하게 할 수 있다.
그 외, 전면전극층(300), 반도체층(400), 투명도전층(500), 및 후면전극층(600) 등의 구성은 전술한 실시예와 동일하다.
<플렉시블 박막형 태양전지의 제조방법>
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉시블 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
우선, 도 5a에서 알 수 있듯이, 플렉시블 기판(100) 상에 비드(220) 및 상기 비드(220)를 고정하는 바인더(240)를 포함하여 이루어진 광산란막(200)을 형성한다.
상기 광산란막(200)은 상기 비드(220)를 상기 바인더(240)에 균일하게 분포시켜 페이스트를 준비한 후 이와 같은 페이스트를 이용하여 프린팅(Printing) 방법으로 형성할 수도 있고, 졸-겔(Sol-Gel) 방법, 딥 코팅(Dip Coating) 방법, 또는 스핀 코팅(Spin Coating) 방법을 이용하여 형성할 수도 있다. 상기 광산란막(200)을 형성함에 있어서, 상기와 같은 방법으로 막을 형성한 후, 적외선 소성공정 또는 저온/고온 소성공정을 추가로 수행함으로써 상기 플렉시블 기판(100)과 상기 광산란막(200) 사이의 결합력을 증진시키는 것이 바람직하다.
상기 광산란막(200)은 확대도에서 알 수 있듯이 그 표면을 요철구조로 형성할 수 있으며, 이 경우에는 상기 프린팅(Printing) 방법, 졸-겔(Sol-Gel) 방법, 딥 코팅(Dip Coating) 방법, 또는 스핀 코팅(Spin Coating) 방법을 수행한 후 물리적 접촉을 통해 막 표면을 요철구조로 형성할 수 있다.
상기 광산란막(200)을 구성하는 상기 비드(220) 및 바인더(240)의 구성은 전술한 바와 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 5b에서 알 수 있듯이, 상기 광산란막(200) 상에 전면전극층(300)을 형성한다.
상기 전면전극층(300)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 이용하여 적층하며, 그 표면은 요철구조로 형성할 수 있다.
이와 같이 표면이 요철구조로 형성된 전면전극층(300)을 형성하는 방법으로는, 스퍼터링(Sputtering)공정과 같은 증착공정을 통해 균일한 표면의 전면전극층을 형성한 후 식각공정을 통해 그 표면을 요철구조로 형성하는 방법이 있다. 상기 식각공정으로는 포토리소그라피법(photolithography)을 이용한 식각공정, 화학용액을 이용한 이방성 식각공정(anisotropic etching), 또는 기계적 스크라이빙(mechanical scribing)을 이용한 식각공정 등을 이용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 전면전극(300) 표면의 요철구조는 이후 공정에서 형성할 반도체층 및 투명도전층에 결함이 생기지 않을 정도로 작게 조절하는 것이 바람직하다.
다음, 도 5c에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극층(300) 상에 반도체층(400)을 형성한다.
상기 반도체층(400)은 실리콘계의 비정질 반도체물질을 플라즈마 CVD법 등을 이용하여 P형 반도체층, I형 반도체층, 및 N형 반도체층을 순서대로 적층한 PIN구조로 형성할 수 있다.
상기 반도체층(400)은 확대도에서 알 수 있듯이, 제1 반도체층(410), 버퍼층(420), 및 제2 반도체층(430)을 순서대로 적층하여 소위 탠덤(tandem)구조로 형성할 수 있다.
다음, 도 5d에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(400) 상에 투명도전층(500)을 형성한다.
상기 투명도전층(500)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 적층하여 형성할 수 있다. 상기 투명도전층(500) 형성공정은 생략이 가능하다.
다음, 도 5e에서 알 수 있듯이, 상기 투명도전층(500) 상에 후면전극층(600)을 형성한다.
상기 후면전극층(600)은 Ag, Al, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu 과 같은 금속을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 인쇄법 등을 이용하여 적층하여 형성할 수 있다.
이상과 같은 도 5a 내지 도 5e 공정은 소위 롤투롤(Roll to Roll)방식을 이용하여 수행할 수 있다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플렉시블 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다. 전술한 실시예와 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 6a에서 알 수 있듯이, 내부에 비드(220)를 포함하여 이루어진 플렉시블 기판(100)을 준비한다.
이는 플렉시블 기판용 용융액에 비드를 포함시켜 박막 형태를 만든 후 경화시키는 공정을 통해서 준비할 수 있다.
상기 비드(200)에 대한 구체적인 구성은 전술한 바와 동일하다.
다음, 도 6b에서 알 수 있듯이, 상기 플렉시블 기판(100) 상에 전면전극층(300)을 형성한다.
다음, 도 6c에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극층(300) 상에 반도체층(400)을 형성한다. 상기 반도체층(400)은 확대도에서 알 수 있듯이, 제1 반도체층(410), 버퍼층(420), 및 제2 반도체층(430)을 순서대로 적층하여 소위 탠덤(tandem)구조로 형성할 수 있다.
다음, 도 6d에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(400) 상에 투명도전층(500)을 형성한다. 상기 투명도전층(500) 형성공정은 생략이 가능하다.
다음, 도 6e에서 알 수 있듯이, 상기 투명도전층(500) 상에 후면전극층(600)을 형성한다.
이상은 본 발명에 따른 플렉시블 박막형 태양전지 및 그 제조방법에 대해서 설명하였는데, 본 발명이 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 특히, 전술한 실시예는 소위 싱글(single)구조의 플렉시블 박막형 태양전지에 관한 것으로서, 본 발명은 대면 기판 적용시 복수개의 단위셀로 분리하고 복수개의 단위셀을 직렬로 연결한 구조에도 적용가능하다.
100: 플렉시블 기판 200: 광산란막
220: 비드 240: 바인더
222: 코어부 224: 스킨부
300: 전면전극층 400: 반도체층
500: 투명도전층 600: 후면전극층
220: 비드 240: 바인더
222: 코어부 224: 스킨부
300: 전면전극층 400: 반도체층
500: 투명도전층 600: 후면전극층
Claims (15)
- 플렉시블(flexible) 기판;
상기 플렉시블 기판 상에 형성되며, 비드 및 상기 비드를 고정하는 바인더를 포함하여 이루어진 광산란막;
상기 광산란막 상에 형성된 전면전극층;
상기 전면전극층 상에 형성된 반도체층; 및
상기 반도체층 상에 형성된 후면전극층을 포함하여 이루어지고,
상기 비드 및 상기 바인더는 굴절율이 서로 상이하고,
상기 전면전극층과 마주하는 상기 광산란막의 상부 표면은 요철구조로 형성되지 않고, 상기 반도체층과 마주하는 상기 전면전극층의 상부 표면은 요철구조로 형성된 것을 특징으로 하는, 플렉시블 박막형 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 광산란막은 상기 플렉시블 기판 및 전면전극층과 굴절율이 서로 상이한 것을 특징으로 하는, 플렉시블 박막형 태양전지. - 제2항에 있어서,
상기 광산란막을 구성하는 비드 및 바인더 중 적어도 하나는 상기 플렉시블 기판 및 전면전극층 중 적어도 하나와 굴절율이 서로 상이한 것을 특징으로 하는, 플렉시블 박막형 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 비드는 굴절율이 서로 상이한 복수개의 비드들의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 플렉시블 박막형 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 반도체층과 후면전극층 사이에 투명도전층이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는, 플렉시블 박막형 태양전지. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 반도체층은 버퍼층을 사이에 두고 형성된 제1 반도체층 및 제2 반도체층을 포함하여 이루어지고, 상기 제1 반도체층 및 제2 반도체층 각각은 P형 반도체층과 N형 반도체층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 플렉시블 박막형 태양전지. - 플렉시블(flexible) 기판 상에 비드 및 상기 비드를 고정하는 바인더를 포함하여 이루어진 광산란막을 형성하는 공정;
상기 광산란막 상에 전면전극층을 형성하는 공정;
상기 전면전극층 상에 반도체층을 형성하는 공정; 및
상기 반도체층 상에 후면전극층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지고,
상기 비드 및 상기 바인더는 굴절율이 서로 상이하고,
상기 전면전극층과 마주하는 상기 광산란막의 상부 표면은 요철구조로 형성되지 않고, 상기 반도체층과 마주하는 상기 전면전극층의 상부 표면은 요철구조로 형성된 것을 특징으로 하는, 플렉시블 박막형 태양전지의 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 광산란막은 상기 플렉시블 기판 및 상기 전면전극층과 굴절율이 서로 상이하도록 형성하는 것을 특징으로 하는, 플렉시블 박막형 태양전지의 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 광산란막을 구성하는 비드 및 바인더 중 적어도 하나는 상기 플렉시블 기판 및 전면전극층 중 적어도 하나와 굴절율이 서로 상이한 것을 특징으로 하는, 플렉시블 박막형 태양전지의 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 비드는 굴절률이 서로 상이한 복수개의 비드들의 조합을 이용하는 것을 특징으로 하는, 플렉시블 박막형 태양전지의 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 전면전극층을 형성하는 공정은, 증착공정을 통해 균일한 상부 표면의 전면전극층을 형성한 후 식각공정을 통해 그 상부 표면을 요철구조로 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 플렉시블 박막형 태양전지의 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 반도체층과 후면전극층 사이에 투명도전층을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 플렉시블 박막형 태양전지의 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 반도체층은 버퍼층을 사이에 두고 형성된 제1 반도체층 및 제2 반도체층을 포함하여 이루어지고, 상기 제1 반도체층 및 제2 반도체층 각각은 P형 반도체층과 N형 반도체층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 플렉시블 박막형 태양전지의 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 기판과 상기 광산란막 사이의 결합력을 증진시키기 위해, 막 형성 후 소성공정을 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 박막형 태양전지의 제조방법.
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