KR101210046B1 - 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

태양전지 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101210046B1
KR101210046B1 KR1020110106121A KR20110106121A KR101210046B1 KR 101210046 B1 KR101210046 B1 KR 101210046B1 KR 1020110106121 A KR1020110106121 A KR 1020110106121A KR 20110106121 A KR20110106121 A KR 20110106121A KR 101210046 B1 KR101210046 B1 KR 101210046B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
buffer layer
layer
solar cell
light absorbing
buffer
Prior art date
Application number
KR1020110106121A
Other languages
English (en)
Inventor
성명석
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020110106121A priority Critical patent/KR101210046B1/ko
Priority to PCT/KR2012/008444 priority patent/WO2013058521A1/en
Priority to CN201280062499.8A priority patent/CN103999236B/zh
Priority to US14/352,385 priority patent/US9640685B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101210046B1 publication Critical patent/KR101210046B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/0296—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, HgCdTe
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
    • H01L31/0322—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312 comprising only AIBIIICVI chalcopyrite compounds, e.g. Cu In Se2, Cu Ga Se2, Cu In Ga Se2
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0749—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type including a AIBIIICVI compound, e.g. CdS/CulnSe2 [CIS] heterojunction solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1828—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, CdTe
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/543—Solar cells from Group II-VI materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

실시예에 따른 태양전지는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 버퍼층을 포함하고, 상기 버퍼층은 제1 버퍼층, 상기 제1 버퍼층 상에 위치하는 제2 버퍼층 및 상기 제2 버퍼층 상에 위치하는 제3 버퍼층을 포함하며, 상기 제1 버퍼층은 1족 및 6족계 화합물을 포함한다.
실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 상에 셀레늄을 포함하는 제2 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 제2 버퍼층 상에 황화물을 포함하는 제3 버퍼층을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

태양전지 및 이의 제조방법{SOLAR CELL AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
실시예는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
태양광 발전을 위한 태양전지의 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 기판이 제공되고, 상기 기판 상에 후면전극층이 형성되고, 레이저에 의해서 패터닝되어, 다수 개의 이면전극들이 형성된다.
이후, 상기 이면전극들 상에 광 흡수층, 버퍼층 및 고저항 버퍼층이 차례로 형성된다. 상기 광 흡수층을 형성하기 위해서 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시키면서 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층을 형성하는 방법과 금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션(Selenization) 공정에 의해 형성시키는 방법이 폭넓게 사용되고 있다. 상기 광 흡수층의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1 내지 1.8 eV 이다.
이후, 상기 광 흡수층 상에 황화 카드뮴(CdS)을 포함하는 버퍼층이 스퍼터링 공정에 의해서 형성된다. 상기 버퍼층의 에너지 밴드갭은 약 2.2 내지 2.4 eV 이다. 이후, 상기 버퍼층 상에 징크 옥사이드(ZnO)를 포함하는 고저항 버퍼층이 스퍼터링 공정에 의해서 형성된다. 상기 고저항 버퍼층의 에너지 밴드갭은 약 3.1 내지 3.3 eV 이다.
이후, 상기 광 흡수층, 상기 버퍼층 및 상기 고저항 버퍼층에 홈 패턴이 형성될 수 있다.
이후, 상기 고저항 버퍼층 상에 투명한 도전물질이 적층되고, 상기 홈패턴이 상기 투명한 도전물질이 채워진다. 이에 따라서, 상기 고저항 버퍼층 상에 투명전극층이 형성되고, 상기 홈 패턴 내측에 접속배선들이 각각 형성된다. 상기 투명전극층 및 상기 접속배선으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드 등을 들 수 있다. 상기 투명전극층의 에너지 밴드갭은 약 3.1 내지 3.3 eV 이다.
이후, 상기 투명전극층 등에 홈 패턴이 형성되어, 다수 개의 태양전지들이 형성될 수 있다. 상기 투명전극들 및 상기 고저항 버퍼들은 각각의 셀에 대응한다. 상기 투명전극들 및 상기 고저항 버퍼들은 스트라이프 형태 또는 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
상기 투명전극들 및 상기 이면전극들은 서로 미스 얼라인되며, 상기 투명전극들 및 상기 이면전극들은 상기 접속배선들에 의해서 각각 전기적으로 연결된다. 이에 따라서, 다수 개의 태양전지들이 서로 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다.
이와 같이, 태양광을 전기에너지로 변환시키기 위해서, 다양한 형태의 태양광 발전장치가 제조되고, 사용될 수 있다. 이와 같은 태양광 발전장치는 특허 공개 공보 10-2008-0088744 등에 개시된다.
한편, 이와 같은 태양전지에서는 버퍼층과 광 흡수층의 에너지 밴드갭 차이를 줄여 광기전력 수득을 용이하게 하는 것이 관건이다. 따라서, 버퍼층과 광 흡수층이 유사한 에너지 밴드갭을 가질 수 있도록 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다.
실시예는 향상된 광-전 변환 효율을 가지는 태양전지를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 태양전지는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 버퍼층을 포함하고, 상기 버퍼층은 제1 버퍼층, 상기 제1 버퍼층 상에 위치하는 제2 버퍼층 및 상기 제2 버퍼층 상에 위치하는 제3 버퍼층을 포함하며, 상기 제1 버퍼층은 1족 및 6족계 화합물을 포함한다.
실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 상에 셀레늄을 포함하는 제2 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 제2 버퍼층 상에 황화물을 포함하는 제3 버퍼층을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 태양전지에 포함되는 버퍼층은 제2 버퍼층 및 제3 버퍼층으로 구분되기 때문에, 순차적인 에너지 밴드갭을 가진다.
즉, 광 흡수층과 상기 버퍼층사이의 에너지 밴드갭 차이를 줄여 광기전력 수득을 용이하게 할 수 있다.
따라서, 상기 버퍼층을 통하여, 전자가 용이하게 수송될 수 있고, 실시예에 따른 태양전지는 향상된 효율을 가진다.
즉, 황화 카드뮴만으로 이루어진 버퍼층을 가지는 기존 태양전지와 비교하여, 실시예에 따른 태양전지는 향상된 효율을 가진다.
다른 실시예에 따른 태양전지에 포함되는 버퍼층은 제1 버퍼층, 제2 버퍼층 및 제3 버퍼층을 포함한다. 상기 제1 버퍼층이 광흡수층 및 상기 제2 버퍼층 사이에 삽입됨으로써, 상기 광흡수층 및 상기 제2 버퍼층과의 결합구조를 높일 수 있다.
또한, 상기 제1 버퍼층이 삽입됨으로써, 상기 광흡수층의 구리 베이컨시(Cu vacancy)에 나트륨이 도핑될 수 있다. 상기 광흡수층의 상기 제1 버퍼층과 가깝게 위치한 면에서 나트륨이 많이 분포함으로써, 상기 광흡수층과 상기 버퍼층이 유사한 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 이를 통해. 전자의 수득율을 높일 수 있다.
실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은 상술한 효과를 가지는 태양전지를 제조할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 A를 확대하여 도시한 확대도이다.
도 3은 제2 실시예에 따른 태양전지에 포함되는 버퍼층의 단면도이다.
도 4는 제2 실시예에 따른 태양전지의 각 층에 포함되는 나트륨 농도를 도시한 그래프이다.
도 5 내지 도 7은 제1 실시예에 따른 태양전지를 제조하기 위한 공정을 도시한 단면도들이다.
도 8 내지 도 10은 제2 실시예에 따른 태양전지를 제조하기 위한 공정을 도시한 단면도들이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저 도 1 및 도 2를 참조하여, 제1 실시예에 따른 태양전지를 상세하게 설명한다. 도 1은 제1 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이다. 도 2는 도 1의 A를 확대하여 도시한 확대도이다.
도 1을 참조하면, 태양전지는 지지기판(100), 후면전극층(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500) 및 전면전극층(600)을 포함한다.
상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 후면전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500) 및 상기 전면전극층(600)을 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 후면전극층(200)은 상기 지지기판(100)의 상면에 배치된다. 상기 후면전극층(200)은 도전층이다. 상기 후면전극층(200)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴(Mo) 등의 금속을 들 수 있다.
또한, 상기 후면전극층(200)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 상기 후면전극층(200) 상에 배치된다. 상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족계 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 상기 광 흡수층(300)에 직접 접촉한다.
상기 버퍼층(400)은 두 개 이상의 층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 2를 참조하면, 상기 버퍼층(400)은 제2 버퍼층(420) 및 제3 버퍼층(430)을 포함할 수 있다.
상기 제2 버퍼층(420)은 상기 광 흡수층(300) 상에 위치한다.
상기 제2 버퍼층(420)은 셀레늄(Se)을 포함한다. 구체적으로, 상기 제2 버퍼층(420)은 카드뮴셀레나이드(CdSe)를 포함한다.
상기 제2 버퍼층(420)의 두께는 10 nm 내지 20 nm 일 수 있다.
상기 제2 버퍼층(420)의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1.7 eV 일 수 있다.
상기 제3 버퍼층(430)은 상기 제2 버퍼층(420) 상에 위치한다.
상기 제3 버퍼층(430)은 황화물을 포함한다. 구체적으로, 상기 제3 버퍼층(430)은 황화카드뮴(CdS)을 포함한다.
상기 제3 버퍼층(430)의 두께는 30 nm 내지 40 nm 일 수 있다.
상기 제3 버퍼층(430)의 에너지 밴드갭은 약 2.4 eV 일 수 있다.
상기 버퍼층(400)의 에너지 밴드갭은 계단 형상, 즉, 순차적으로 증가한다. 즉, 상기 버퍼층(400)은 제2 버퍼층(420) 및 제3 버퍼층(430)으로 구분되기 때문에, 순차적인 에너지 밴드갭을 가진다.
즉, 상기 광 흡수층(300)과 상기 버퍼층(400)사이의 에너지 밴드갭 차이를 줄여 광기전력 수득을 용이하게 할 수 있다.
따라서, 상기 버퍼층(400)을 통하여, 전자가 용이하게 수송될 수 있고, 실시예에 따른 태양전지는 향상된 효율을 가진다.
즉, 황화 카드뮴만으로 이루어진 버퍼층(400)을 가지는 기존 태양전지와 비교하여, 실시예에 따른 태양전지는 향상된 효율을 가진다.
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 3.3eV일 수 있다.
상기 전면전극층(600)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 더 자세하게, 상기 전면전극층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 배치된다.
상기 전면전극층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 배치된다. 상기 전면전극층(600)은 투명하다. 상기 전면전극층(600)으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드(Al doped ZnO;AZO), 인듐 징크 옥사이드(indium zinc oxide;IZO) 또는 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide;ITO) 등을 들 수 있다.
상기 전면전극층(600)의 두께는 약 500㎚ 내지 약 1.5㎛일 수 있다. 또한, 상기 전면전극층(600)이 알루미늄이 도핑되는 징크 옥사이드로 형성되는 경우, 알루미늄은 약 2.5wt% 내지 약 3.5wt%의 비율로 도핑될 수 있다. 상기 전면전극층(600)은 도전층이다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 제2 실시예에 따른 태양전지를 설명한다. 명확하고 간략한 설명을 위하여 제1 실시예와 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 제2 실시예에 따른 태양전지에 포함되는 버퍼층(400)의 단면도이다. 도 4는 제2 실시예에 따른 태양전지의 각 층에 포함되는 나트륨 농도를 도시한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 제2 실시예에 따른 태양전지에 포함되는 버퍼층(400)은 제1 버퍼층(410), 제2 버퍼층(420) 및 제3 버퍼층(430)을 포함한다.
상기 제1 버퍼층(410)은 상기 광 흡수층(300) 상에 위치한다.
상기 제1 버퍼층(410)은 1족 및 6족계 화합물을 포함한다. 상기 제1 버퍼층(410)은 나트륨(Na)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 버퍼층(410)은 셀렌화나트륨(Na2Se)를 포함할 수 있다.
상기 제1 버퍼층(410)의 두께는 10 nm 이하일 수 있다.
상기 제2 버퍼층(420)은 상기 제1 버퍼층(410) 상에 위치한다.
상기 제2 버퍼층(420) 및 상기 제3 버퍼층(430)은 제1 실시예에 포함되는 제2 버퍼층(420) 및 제3 버퍼층(430)과 동일 또는 유사하므로 상세한 설명을 생략한다.
상기 제1 버퍼층(410)이 상기 광 흡수층(300) 및 상기 제2 버퍼층(420) 사이에 삽입됨으로써, 상기 광 흡수층(300) 및 상기 제2 버퍼층(420)과의 결합구조를 높일 수 있다.
또한, 상기 제1 버퍼층(410)이 삽입됨으로써, 상기 광 흡수층(300)의 구리 베이컨시(Cu vacancy)에 나트륨이 도핑될 수 있다. 도 4를 참조하면, 상기 광 흡수층(300)의 나트륨(Na) 농도는 상기 제1 버퍼층(410)에 가까워질수록 증가한다. 즉, 상기 광 흡수층(300)의 상기 제1 버퍼층(410)과 가깝게 위치한 면에서 나트륨이 많이 분포함으로써, 상기 광 흡수층(300)과 상기 버퍼층(400)이 유사한 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 이를 통해, 전자의 수득율을 높일 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 제1 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 설명한다. 도 5 내지 도 7은 제1 실시예에 따른 태양전지를 제조하기 위한 공정을 도시한 단면도들이다.
제1 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은, 지지기판(100) 상에 후면전극층(200)을 형성하는 단계, 광 흡수층(300)을 형성하는 단계, 제2 버퍼층(420)을 형성하는 단계 및 제3 버퍼층(430)을 형성하는 단계를 포함한다.
도 5를 참조하면, 지지기판(100) 상에 스퍼터링 공정에 의해서 몰리브덴 등과 같은 금속이 증착되고, 후면전극층(200)이 형성된다. 상기 후면전극층(200)은 공정 조건이 서로 다른 두 번의 공정들에 의해서 형성될 수 있다.
상기 지지기판(100) 및 상기 후면전극층(200) 사이에는 확산 방지막과 같은 추가적인 층이 개재될 수 있다.
이어서, 상기 후면전극층(200) 상에 광 흡수층(300)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, 도 6을 참조하면, 상기 광 흡수층(300) 상에 제2 버퍼층(420)이 형성된다.
상기 제2 버퍼층(420)은 화학 용액 증착 공정(chemical bath depositon;CBD), 화학 기상 증착(chemical vapor deposition;CVD) 공정, 스프레이법 또는 물리 기상 증착(physical vapor deposition;PVD) 공정에 의해서 형성될 수 있다.
일례로, 상기 제2 버퍼층(420)은 Cd(EtBu-dsc)2 전구체를 이용한 화학 기상 증착 공정을 통해 형성될 수 있다.
이후, 도 7을 참조하면, 상기 제2 버퍼층(420) 상에 제3 버퍼층(430)이 형성된다.
상기 제3 버퍼층(430)은 CBD, CVD 공정, 스프레이법 또는 PVD 공정에 의해서 형성될 수 있다.
일례로, 상기 제3 버퍼층(430)은 화학 용액 증착 공정(CBD)에 의해서 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 버퍼층(420)이 형성된 후, 상기 제2 버퍼층(420)은 황화 카드뮴을 형성하기 위한 물질들을 포함하는 용액에 침지되고, 상기 제2 버퍼층(420) 상에 황화 카드뮴을 포함하는 상기 제3 버퍼층(430)이 형성된다.
이후, 상기 제3 버퍼층(430) 상에 징크 옥사이드가 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 고저항 버퍼층이 형성된다.
상기 고저항 버퍼층 상에 전면전극층이 형성된다. 상기 전면전극층을 형성하기 위해서, 상기 고저항 버퍼층 상에 투명한 도전물질이 적층된다. 상기 투명한 도전물질의 예로서는 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드 등을 들 수 있다.
이하, 도 8 내지 도 10을 참조하여, 제2 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 설명한다.
도 8 내지 도 10은 제2 실시예에 따른 태양전지를 제조하기 위한 공정을 도시한 단면도들이다.
도 8을 참조하면, 상기 광 흡수층(300) 상에 제1 버퍼층(410)이 형성된다.
상기 제1 버퍼층(410)은 CBD, CVD 공정, 스프레이법 또는 PVD 공정에 의해서 형성될 수 있다.
이후, 도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 제1 버퍼층(410) 상에 제2 버퍼층(420) 및 제3 버퍼층(430)이 형성될 수 있다.
상술한 실시예에 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 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 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, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 후면전극층;
    상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및
    상기 광 흡수층 상에 배치되는 버퍼층을 포함하고,
    상기 버퍼층은 제1 버퍼층, 상기 제1 버퍼층 상에 위치하는 제2 버퍼층 및 상기 제2 버퍼층 상에 위치하는 제3 버퍼층을 포함하며,
    상기 제1 버퍼층은 1족 및 6족계 화합물을 포함하는 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 버퍼층은 셀렌화나트륨(Na2Se)를 포함하는 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 버퍼층은 카드뮴셀레나이드(CdSe)를 포함하는 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 버퍼층은 황화카드뮴(CdS)을 포함하는 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광 흡수층은 상기 제1 버퍼층에 가까워질수록 나트륨(Na) 농도가 증가하는 태양전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 버퍼층의 두께는 10 nm 이하인 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 버퍼층의 두께는 10 nm 내지 20 nm 인 태양전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제3 버퍼층의 두께는 30 nm 내지 40 nm 인 태양전지.
  9. 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계;
    상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계;
    상기 광 흡수층 상에 셀레늄을 포함하는 제2 버퍼층을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 버퍼층 상에 황화물을 포함하는 제3 버퍼층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광 흡수층을 형성하는 단계 및 상기 제2 버퍼층을 형성하는 단계 사이에 상기 광 흡수층 상에 1족 및 6족계 화합물을 포함하는 제1 버퍼층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지 제조 방법.
KR1020110106121A 2011-10-17 2011-10-17 태양전지 및 이의 제조방법 KR101210046B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110106121A KR101210046B1 (ko) 2011-10-17 2011-10-17 태양전지 및 이의 제조방법
PCT/KR2012/008444 WO2013058521A1 (en) 2011-10-17 2012-10-16 Solar cell and method of fabricating the same
CN201280062499.8A CN103999236B (zh) 2011-10-17 2012-10-16 太阳能电池及其制造方法
US14/352,385 US9640685B2 (en) 2011-10-17 2012-10-16 Solar cell and method of fabricating the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110106121A KR101210046B1 (ko) 2011-10-17 2011-10-17 태양전지 및 이의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101210046B1 true KR101210046B1 (ko) 2012-12-07

Family

ID=47907229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110106121A KR101210046B1 (ko) 2011-10-17 2011-10-17 태양전지 및 이의 제조방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9640685B2 (ko)
KR (1) KR101210046B1 (ko)
CN (1) CN103999236B (ko)
WO (1) WO2013058521A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021107221A1 (ko) * 2019-11-28 2021-06-03 한국과학기술연구원 Cis 계 박막, 이를 포함하는 태양전지 및 그 제조 방법

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018155349A1 (ja) * 2017-02-27 2018-08-30 国立研究開発法人産業技術総合研究所 太陽電池及びその製造方法
CN108321216A (zh) * 2018-01-30 2018-07-24 北京铂阳顶荣光伏科技有限公司 一种可调光学带隙的氧锌镁材料、制备方法及太阳能电池
CN110061087B (zh) * 2019-04-26 2020-02-21 圣晖莱南京能源科技有限公司 一种太阳能电池及其缓冲层和制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002373995A (ja) 2001-06-15 2002-12-26 Honda Motor Co Ltd 太陽電池の製造方法
WO2009110093A1 (ja) 2008-03-07 2009-09-11 昭和シェル石油株式会社 Ｃｉｓ系太陽電池の集積構造

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5501744A (en) * 1992-01-13 1996-03-26 Photon Energy, Inc. Photovoltaic cell having a p-type polycrystalline layer with large crystals
US5261968A (en) * 1992-01-13 1993-11-16 Photon Energy, Inc. Photovoltaic cell and method
JP3527815B2 (ja) * 1996-11-08 2004-05-17 昭和シェル石油株式会社 薄膜太陽電池の透明導電膜の製造方法
JP2007123720A (ja) * 2005-10-31 2007-05-17 Rohm Co Ltd 光電変換装置およびその製造方法
DE602006016008D1 (de) * 2005-12-21 2010-09-16 Saint Gobain Prozess zum herstellen eines photovoltaischen dünnfilmbauelements
US20080023059A1 (en) * 2006-07-25 2008-01-31 Basol Bulent M Tandem solar cell structures and methods of manufacturing same
WO2009012345A2 (en) * 2007-07-16 2009-01-22 Ascent Solar Technologies, Inc. Hybrid multi-junction photovoltaic cells and associated methods
JP4974986B2 (ja) * 2007-09-28 2012-07-11 富士フイルム株式会社 太陽電池用基板および太陽電池
US8779283B2 (en) * 2007-11-29 2014-07-15 General Electric Company Absorber layer for thin film photovoltaics and a solar cell made therefrom
FR2939240B1 (fr) * 2008-12-03 2011-02-18 Saint Gobain Element en couches et dispositif photovoltaique comprenant un tel element
KR101231364B1 (ko) 2009-10-01 2013-02-07 엘지이노텍 주식회사 태양전지 및 이의 제조방법
KR101034150B1 (ko) * 2009-11-02 2011-05-13 엘지이노텍 주식회사 태양전지 및 이의 제조방법
WO2011108685A1 (ja) 2010-03-05 2011-09-09 株式会社 東芝 化合物薄膜太陽電池とその製造方法
US8551802B2 (en) * 2011-09-12 2013-10-08 Intermolecular, Inc. Laser annealing for thin film solar cells

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002373995A (ja) 2001-06-15 2002-12-26 Honda Motor Co Ltd 太陽電池の製造方法
WO2009110093A1 (ja) 2008-03-07 2009-09-11 昭和シェル石油株式会社 Ｃｉｓ系太陽電池の集積構造

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021107221A1 (ko) * 2019-11-28 2021-06-03 한국과학기술연구원 Cis 계 박막, 이를 포함하는 태양전지 및 그 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013058521A1 (en) 2013-04-25
CN103999236B (zh) 2016-08-24
US9640685B2 (en) 2017-05-02
US20140238486A1 (en) 2014-08-28
CN103999236A (zh) 2014-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20160284882A1 (en) Solar Cell
KR101219948B1 (ko) 태양광 발전장치 및 제조방법
US9379266B2 (en) Solar cell module and method of fabricating the same
KR101210046B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101283113B1 (ko) 태양전지 모듈 및 이의 제조방법
KR101210110B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101173419B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101241467B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101210034B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101405639B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조 방법
KR101306525B1 (ko) 태양전지 모듈 및 이의 제조방법
KR20130070461A (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101393743B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조 방법
KR101382819B1 (ko) 태양광 발전장치 및 이의 제조방법
US20150136223A1 (en) Solar cell and method for manufacturing the same
KR101349596B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101349432B1 (ko) 태양광 발전장치 및 이의 제조방법
KR20140047258A (ko) 태양전지 및 이의 제조 방법
KR20150031978A (ko) 태양전지
KR20140003802A (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101273123B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101326885B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101417321B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조 방법
KR101231398B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101306436B1 (ko) 태양광 발전장치 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151105

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161104

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171107

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee