KR101210073B1 - 태양전지 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 이면 전극층과, 상기 이면 전극층 상에 형성된 광 흡수층과, 상기 광 흡수층 상에 형성된 투명 전극층과, 상기 기판과 이면 전극층 사이에 형성된 나트륨 확산 저감층을 포함한다.
상기와 같은 발명은 소다라임 기판의 상부에 산화나트륨으로 이루어진 확산 저감층을 형성함으로써, 소다라임 기판에 포함된 나트륨 성분이 광 흡수층으로 다량으로 확산되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 발명은 소다라임 기판의 상부에 산화나트륨으로 이루어진 확산 저감층을 형성함으로써, 소다라임 기판에 포함된 나트륨 성분이 광 흡수층으로 다량으로 확산되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
Description
실시예는 태양전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 태양전지는 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 역할을 하며, 이러한 태양전지는 최근 에너지의 수요가 증가함에 따라 상업적으로 널리 이용되고 있다.
종래 태양전지는 유리기판 상에 이면 전극층, 광 흡수층, 투명 전극층이 순차적으로 적층되어 형성되며, 특히, 유리기판으로는 나트륨(Na)이 함유된 소다라임 기판(Soda-Lime Glass)이 사용된다.
소다라임 기판에 함유된 나트륨은 광 흡수층에 확산되어 광 흡수층의 전하 농도를 증가시키게 되며, 이로 인해 태양전지의 효율을 높이게 된다.
하지만, 소다라임 기판에 함유된 나트륨 성분이 공정 중 광 흡수층으로 과다하게 확산되면 광 흡수층에 안티-사이트 디펙트(Anti-Site Defect)가 형성되며, 이는 태양전지를 효율을 떨어뜨리는 문제점을 발생시킨다.
실시예는 소다라임 기판의 나트륨 성분이 광 흡수층으로 과다하게 확산되는 것을 방지하기 위한 태양전지 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
일 실시예에 따른 태양전지는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 이면 전극층과, 상기 이면 전극층 상에 형성된 광 흡수층과, 상기 광 흡수층 상에 형성된 투명 전극층과, 상기 기판과 이면 전극층 사이에 형성된 나트륨 확산 저감층을 포함한다.
또한, 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은 기판을 마련하는 단계와, 상기 기판 상에 나트륨 확산 저감층을 형성하는 단계와, 상기 나트륨 확산 저감층 상에 이면 전극층을 형성하는 단계와, 상기 나트륨 확산 저감층 및 이면 전극층을 스트립 형태로 분할하도록 제1패터닝공정을 수행한 후 상기 이면 전극층의 상부에 광 흡수층을 형성하는 단계와, 상기 광 흡수층 상에 투명 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 태양전지는 소다라임 기판의 상부에 산화나트륨으로 이루어진 확산 저감층을 형성함으로써, 소다라임 기판에 포함된 나트륨 성분이 광 흡수층으로 다량으로 확산되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 실시예에 따른 태양전지는 소다라임 기판 상에 산소 플라즈마를 발생시켜 분사함으로써, 간단한 방법으로 확산 저감층을 형성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지를 나타낸 단면도. 및
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 공정을 나타낸 단면도.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 공정을 나타낸 단면도.
실시 예의 설명에 있어서, 각 패널, 배선, 전지, 장치, 면 또는 패턴 등이 각 패턴, 배선, 전지, 면 또는 패턴 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지를 나타낸 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 태양전지는 소다라임 기판(100)과, 상기 소다라임 기판(100) 상에 형성된 이면 전극층(300)과, 상기 이면 전극층(300) 상에 형성되어 광을 흡수 및 변환시키는 광 흡수층(400)과, 상기 광 흡수층(400) 상에 순차적으로 형성된 제1버퍼층(500) 및 제2버퍼층(600)과, 상기 제2버퍼층(600) 상에 형성된 투명 전극층(700)과, 상기 소다라임 기판(100)과 이면 전극층(300) 사이에 형성되어 소다라임 기판(100)에 함유된 나트륨의 과다 확산을 방지하는 나트륨 확산 저감층(200)을 포함한다.
소다라임 기판(100)은 유리 재질의 투명한 기판으로, 나트륨을 포함한다. 소다라임 기판(100)에 함유된 나트륨은 광 흡수층(400)에 확산되어 이면 전극층(300)과의 접착력 증대시킬 수 있으며, 전자가 이면 전극층(300)으로부터 이탈되는 것을 방지하여 태양전지의 효율을 높일 수 있다.
소다라임 기판(100) 상에는 n형 전극 기능을 하는 이면 전극층(300)이 형성되며, 이면 전극층(300)은 도전층으로서 몰리브덴(Mo)을 사용하여 형성될 수 있다. 이러한 이면 전극층(300)은 몰리브덴 외에 다양한 금속 재질을 사용하여 형성할 수 있으며, 동종 또는 이종 금속을 이용하여 두 개 이상의 층을 이루도록 형성될 수도 있다.
광 흡수층(400)은 이면 전극층(300) 상에 배치되어 태양광을 흡수하는 역할을 한다. 광 흡수층(400)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족계 화합물을 포함하며, 예컨대 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계) 결정 구조, 구리-인듐-셀레나이드계 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다. 여기서, 광 흡수층(400)의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1eV 내지 1.8eV일 수 있다.
광 흡수층(400)의 상부에는 제1버퍼층(500)이 직접 접촉되어 형성되며, 광 흡수층(400)과 이후 설명될 투명 전극층(700)과의 에너지 갭 차이를 완화시키주는 역할을 한다. 이를 위해 제1버퍼층(500)은 황화 카드뮴(CdS)을 포함하는 물질로 형성될 수 있으며, 제1버퍼층(500)의 에너지 밴드갭은 이면 전극층(300)과 투명 전극층(700)의 중간 정도의 크기인 약 1.9eV 내지 약 2.3eV일 수 있다.
제1버퍼층(500)의 상부에는 제2버퍼층(600)이 형성된다. 제2버퍼층(600)은 광투과율과 전기전도성이 높은 산화아연(ZnO)으로 형성될 수 있으며, 고저항을 가지도록 형성되어 투명 전극층(700)과의 절연 및 충격 데미지(Damege)를 방지할 수 있는 효과가 있다.
투명 전극층(700)은 p형 전극 기능을 수행하는 투명한 형태의 도전성 재질로서, 알루미늄이 도핑된 산화 아연인 AZO(ZnO:Al) 재질의 물질이 사용될 수 있다. 물론, 투명 전극층(700)의 재질은 이에 한정되지 않으며, 광 투과율과 전기 전도성이 높은 물질인 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2), 산화인듐주석(ITO) 등으로 형성될 수 있다. 또한, 투명 전극층(700)의 두께는 대략 1.0㎛가 바람직하다.
투명 전극층(700)이 형성된 이후에는 소정 간격으로 이격되도록 투명 전극층(700) 상에 금속선(미도시)을 배치시켜 이면 전극층(200)과 연결된다. 여기서, 금속선은 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au) 등과 같은 전도성이 높은 금속을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 소다라임 기판(100)과 이면 전극층(300) 사이에는 나트륨 과량 확산 방지를 위해 본 발명의 나트륨 확산 저감층(200)이 더 형성된다. 나트륨 확산 저감층(200)은 산화나트륨(Na2O) 재질로 형성되며, 그 형상은 표면이 산 형상을 가지도록 불규칙한 요철 형상으로 형성될 수 있다. 물론, 나트륨 확산 저감층(200)의 형상은 이에 한정되지 않으며, 평평판 플레이트 형상 또는 반구, 삼각뿔 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 나트륨 확산 저감층(200)의 두께는 소다라임 기판(100)의 1/3 이하의 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 소다라임 기판(100)의 1/5 이하의 두께로 형성될 수 있다.
상기와 같은 나트륨 확산 저감층(200)의 두께가 소다라임 기판(100)의 1/3을 초과하여 형성될 경우, 그 두께가 상당히 두꺼워져 나트륨 성분이 광 흡수층(400)에 충분히 흡수되지 못해 오히려 광 효율이 떨어뜨리게 된다.
나트륨 확산 저감층(200)은 산화 나트륨으로 형성되었기 때문에 소다라임 기판(100)에 함유된 나트륨 성분에 비해 충분히 낮은 비율로 존재한다. 따라서, 나트륨 확산 저감층(200)은 태양전지를 형성하는 고온 공정 중 나트륨 성분이 과다하게 광 흡수층(400)으로 확산되지 않도록 하여 나트륨 확산에 대한 방어벽 역할을 한다. 이로 인해 나트륨 과다 확산에 의한 태양전지 효율 저하를 막을 수 있다.
또한, 나트륨 확산 저감층(200)으로 인해 나트륨 성분이 적절한 양으로 균일하게 공급하기 때문에 이면 전극층(300)과 광 흡수층(400) 사이에 MoSe2층의 형성을 최적화할 수 있으며, 이는 나트륨의 과다 확산으로 인해 이면 전극층(300)과 광 흡수층(400)의 접착력이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 나트륨 확산 저감층(200)은 표면이 요철 형상으로 형성되었기 때문에 입사되는 태양광을 난반사시켜 입사 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
태양광이 소다라임 기판(100)에 입사되면, 입사된 태양광은 나트륨 확산 저감층(200) 및 이면 전극층(300)을 거쳐 광 흡수층(400)으로 입사된다. 이로 인해 광 흡수층(400)에서는 태양광이 변환되어 정공 및 전자가 생성된다.
상기와 같이, 생성된 전공은 이면 전극층(300)으로 이동되고 전자는 투명 전극층(700)으로 이동된다. 이후, 이면 전극층(300)과 투명 전극층(700)이 연결되면 이면 전극층(300) 및 투명 전극층(700)의 전위차에 의해 전기 에너지가 생성된다.
본 발명에 따른 태양전지는 내부에 나트륨 확산 저감층(200)을 형성하였기 때문에 제조 공정 시 적정량의 나트륨 성분이 광 흡수층(400)으로 확산되며, 이로 인해 과다하게 공급된 나트륨 성분에 의해 태양전지의 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 살펴본다. 도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 태양전지의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
먼저, 나트륨을 포함하는 소다라임 기판(100)을 마련하고, 소다라임 기판(100) 상에 나트륨의 과다 확산을 방지할 수 있도록 나트륨 확산 저감층 예컨대, 산화나트륨층(200)을 형성하는 단계를 수행한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 산소(O2) 플라즈마를 소다라임 기판(100)의 상부에 분사하면, 산소(O2) 플라즈마는 소다라임 기판(100)에 함유된 나트륨 성분과 화학식 1에 의한 반응을 한다.
즉, 소다라임 기판(100) 상에 분사된 산소(O2) 플라즈마는 소다라임 기판(100)에 함유된 4개의 나트륨 성분과 반응하게 되고, 이 중 2개의 나트륨 성분은 승화시킨다.
이어서, 남은 2개의 나트륨 성분은 산소(O2)와 반응하고, 도 3에 도시된 바와 같이, 소다라임 기판(100) 상에 요철 형상의 산화나트륨층(200)이 형성될 수 있다. 여기서, 산화나트륨층(200)의 형상은 플라즈마의 공격에 의해 기판(100)의 표면에 불규칙하게 형성될 수 있으며, 산화나트륨층(200)의 두께는 플라즈마 밀도(Density)와 공정 시간에 의해 결정될 수 있다.
상기에서는 산화나트륨층(200)을 소다라임 기판(100)에 산소 플라즈마를 분사하여 형성하였지만, 산화나트륨을 소다라임 기판(100) 상에 직접 증착하여 형성할 수 있다.
이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 산화나트륨층(200)의 상부에 이면 전극층에 해당하는 몰리브덴(Mo, 300)층을 스퍼터링 법에 의해 증착하고, 레이저빔을 이용하여 몰리브덴층(300)과 산화 나트륨층(200)을 스트립 형태로 분할하도록 제1패터닝공정(P1)을 수행한다.
이어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1패터닝공정(P1)이 수행된 기판(100) 상에 광 흡수층 예컨대, CIGS층(400)을 동시증착법으로 증착을 수행하고, CIGS층(400) 위에 n형 버퍼층인 황화 카드뮴(CdS)층(500)과 제2버퍼층인 ZnO층(600)을 각각 화학 용액 성장법(Chemical Bath Deposition; CBD)과 스퍼터링 법에 의해 증착한다.
상기와 같이 증착된 ZnO층(600), CdS층(500), CIGS층(400)의 일부를 제1패터닝공정(P1)에 의해 형성된 패턴과 일정 간격을 두어 스크라이빙법으로 스트립 형태로 분할하도록 제2패터닝공정(P2)을 수행한다.
이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 제2패너팅공정(P2)이 수행된 기판(100) 상에 투명 전극층인 AZO층(700)을 스퍼터링법으로 증착을 수행하고, 증착된 AZO층(700), ZnO층(600), CdS층(500), CIGS층(400)의 일부를 제2패터닝공정(P2)에 의해 형성된 패턴과 일정 간격을 두어 스크라이빙법으로 스트립 형태로 분할하도록 제3패터닝공정(P3)을 수행하여 고효율의 CIGS 태양전지의 제조방법을 마친다.
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.
100: 소다라임 기판 200: 확산 저감층
300: 이면 전극층 400: 광 흡수층
500: 제1버퍼층 600: 제2버퍼층
700: 투명 전극층 P: 패터닝 공정
Claims (7)
- 기판;
상기 기판 상에 형성된 이면 전극층;
상기 이면 전극층 상에 형성된 광 흡수층;
상기 광 흡수층 상에 형성된 투명 전극층; 및
상기 기판과 이면 전극층 사이에 형성된 나트륨 확산 저감층;
을 포함하고,
상기 기판에 산소 플라즈마가 분사되어, 상기 기판에 포함된 나트륨 및 상기 산소 플라즈마가 반응하여, 상기 나트륨 확산 저감층이 형성되는 태양전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 나트륨 확산 저감층은 산화나트륨층인 태양전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 나트륨 확산 저감층은 표면이 불규칙한 요철 형상인 태양전지. - 삭제
- 기판을 마련하는 단계;
상기 기판 상에 나트륨 확산 저감층을 형성하는 단계;
상기 나트륨 확산 저감층 상에 이면 전극층을 형성하는 단계;
상기 나트륨 확산 저감층 및 이면 전극층을 스트립 형태로 분할하도록 제1패터닝공정을 수행한 후 상기 이면 전극층의 상부에 광 흡수층을 형성하는 단계; 및
상기 광 흡수층 상에 투명 전극층을 형성하는 단계;
를 포함하고,
상기 기판에 산소 플라즈마를 분사하여, 상기 기판에 포함된 나트륨 및 상기 산소 플라즈마가 반응하여, 상기 나트륨 확산 저감층이 형성되는 태양전지 제조방법. - 청구항 5에 있어서,
상기 나트륨 확산 저감층은 산화나트륨층인 태양전지 제조방법. - 청구항 5에 있어서,
상기 산소 플라즈마의 분사에 의해서, 상기 나트륨 확산 저감층과 함께, 상기 기판에 요철이 형성되는 태양전지 제조방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101459040B1 (ko) * | 2013-03-04 | 2014-11-10 | 엘에스엠트론 주식회사 | 박막형 태양전지 및 그 제조방법 |
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| KR102468454B1 (ko) * | 2020-09-04 | 2022-11-18 | (재)한국나노기술원 | 투명 태양전지 및 이의 제조 방법 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2009088503A (ja) * | 2007-09-14 | 2009-04-23 | Mitsubishi Chemicals Corp | 太陽電池用積層カバー基板、太陽電池、並びに、太陽電池用積層カバー基板の製造方法 |
-
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