KR101251841B1 - 태양광 발전장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 태양광 발전장치는, 기판; 상기 기판 상에 배치되는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층; 및 상기 광 흡수층 옆에 배치되고 상기 후면전극층에 접속되는 버스 바; 및 상기 버스 바를 둘러싸는 전도부를 포함한다.
실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법은, 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 상기 후면전극층 상에 버스 바를 형성하는 단계; 상기 후면전극층 상에 상기 버스 바 옆에 광 흡수층을 형성하는 단계; 및 상기 광 흡수층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 버스 바를 형성하는 단계에서는 전도부가 상기 버스 바를 둘러싼다.

Description

태양광 발전장치 및 이의 제조방법{SOLAR CELL APPARATUS AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
실시예는 태양광 발전장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지의 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양광 발전장치에 대한 개발이 진행되고 있다.
특히, 유리기판, 금속 후면 전극층, p형 CIGS계 광 흡수층, 고 저항 버퍼층, n형 윈도우층 등을 포함하는 기판 구조의 pn 헤테로 접합 장치인 CIGS계 태양광 발전장치가 널리 사용되고 있다.
이러한 태양광 발전장치에 있어서 낮은 저항, 높은 투과율 등의 전기적인 특성을 향상시키기 위한 연구가 진행되고 있다.
한편, 태양전지 상에 위치하는 버스 바는 특유의 광택 때문에 별도의 커버(cover)공정이 필요하고, 상기 커버 공정에 의해 공정 시간이 길어진다는 문제가 있다. 또한, 버스 바를 접착시키기 위해 솔더링(soldering)공정이 필요한데 이로 인해 제조 비용이 증가한다는 문제가 있다.
실시예는 향상된 발전 효율을 가지는 태양광 발전장치 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는, 기판; 상기 기판 상에 배치되는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층; 및 상기 광 흡수층 옆에 배치되고 상기 후면전극층에 접속되는 버스 바; 및 상기 버스 바를 둘러싸는 전도부를 포함한다.
실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법은, 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 상기 후면전극층 상에 버스 바를 형성하는 단계; 상기 후면전극층 상에 상기 버스 바 옆에 광 흡수층을 형성하는 단계; 및 상기 광 흡수층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 버스 바를 형성하는 단계에서는 전도부가 상기 버스 바를 둘러싼다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는 버스 바를 둘러싸는 전도부를 포함한다. 상기 전도부는 상기 버스 바의 하면에 위치함으로써, 상기 버스 바와 상기 후면전극층을 접합할 수 있다.
또한, 상기 전도부는 상기 버스 바의 상면에 위치함으로써, 상기 버스 바의 특유의 광택을 커버(cover)할 수 있다. 즉, 상기 버스 바의 특유의 광택을 커버하기 위한 별도의 테이프 등을 생략할 수 있다.
실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법을 통해 기존에 버스 바를 접착시키기 위한 솔더링(soldering)공정을 생략할 수 있어 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 상기 버스 바의 특유의 광택을 커버하기 위한 공정들도 생략할 수 있어 공정 시간을 절감할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1에서 A-A`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 13은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 제조하는 과정을 도시한 도면들이다.
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, 실시예에 따른 태양광 발전장치를 상세하게 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 평면도이다. 도 2는 도 1에서 A-A`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 지지기판(100), 후면전극층(200), 제 1 버스 바(11), 제 2 버스 바(12), 전도부(21, 22), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500) 및 윈도우층(600)을 포함한다.
상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 후면전극층(200), 상기 제 1 버스 바(11), 상기 제 2 버스 바(12), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 윈도우층(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 지지기판(100)은 활성 영역(AR) 및 비활성 영역(NAR)을 포함한다. 즉, 상기 지지기판(100)은 상기 활성 영역(AR) 및 비활성 영역(NAR)으로 구분된다.
상기 활성 영역(AR)은 상기 지지기판(100)의 중앙 부분에 정의된다. 상기 활성 영역(AR)은 상기 지지기판(100)의 대부분의 면적을 차지한다. 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 활성 영역(AR)에서 태양광을 전기에너지로 변환시킨다.
상기 비활성 영역(NAR)은 상기 활성 영역(AR)의 주위를 둘러싼다. 상기 비활성 영역(NAR)은 상기 지지기판(100)의 외곽에 대응된다. 상기 비활성 영역(NAR)은 상기 활성 영역(AR)에 비하여 매우 작은 면적을 가질 수 있다. 상기 비활성 영역(NAR)은 발전되지 않는 영역이다.
상기 후면전극층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 후면전극층(200)은 도전층이다. 상기 후면전극층(200)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴 등의 금속을 들 수 있다. 상기 후면전극층(200)은 상기 활성 영역(AR) 및 상기 비활성 영역(NAR)에 형성된다.
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 후면전극층(200)에는 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 일 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)의 폭은 약 80㎛ 내지 200㎛ 일 수 있다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 상기 후면전극층(200)은 다수 개의 후면전극들(230) 및 두 개의 연결전극들(210, 220)로 구분된다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 상기 후면전극들(230), 제 1 연결전극(210) 및 제 2 연결전극(220)이 정의된다. 상기 후면전극층(200)은 상기 후면전극들(230), 상기 제 1 연결전극(210) 및 상기 제 2 연결전극(220)을 포함한다.
상기 후면전극들(230)은 상기 활성 영역(AR)에 배치된다. 상기 후면전극들(230)은 나란히 배치된다. 상기 후면전극들(230)은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서 서로 이격된다. 상기 후면전극들(230)은 스트라이프 형태로 배치된다.
이와는 다르게, 상기 후면전극들(230)은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 격자 형태로 형성될 수 있다.
상기 제 1 연결전극(210) 및 상기 제 2 연결전극(220)은 상기 비활성 영역(NAR)에 배치된다. 즉, 상기 제 1 연결전극(210) 및 상기 제 2 연결전극(220)은 상기 활성 영역(AR)으로부터 상기 비활성 영역(NAR)으로 연장된다.
더 자세하게, 상기 제 1 연결전극(210)은 상기 제 1 셀(C1)의 윈도우와 연결된다. 또한, 상기 제 2 연결전극(220)은 제 2 셀(C2)의 후면전극으로부터 상기 비활성 영역(NAR)으로 연장된다. 즉, 상기 제 2 연결전극(220)은 상기 제 2 셀(C2)의 후면전극(202)과 일체로 형성된다.
상기 제 1 버스 바(11)는 상기 비활성 영역(NAR)에 배치된다. 상기 제 1 버스 바(11)는 상기 후면전극층(200) 상에 배치된다. 더 자세하게, 상기 제 1 버스 바(11)는 상기 제 1 연결전극(210) 상에 배치된다. 상기 제 1 버스 바(11)는 상기 제 1 연결전극(210)의 상면에 직접 접촉될 수 있다.
상기 제 1 버스 바(11)는 상기 제 1 셀(C1)과 나란히 연장된다. 상기 제 1 버스 바(11)는 상기 지지기판(100)에 형성된 홀을 통하여, 상기 지지기판(100)의 배면으로 연장될 수 있다. 상기 제 1 버스 바(11)는 상기 제 1 셀(C1)에 접속된다. 더 자세하게, 상기 제 1 버스 바(11)는 상기 제 1 연결전극(210)을 통하여 상기 제 1 셀(C1)에 접속된다.
상기 제 2 버스 바(12)는 상기 비활성 영역(NAR)에 배치된다. 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 후면전극층(200) 상에 배치된다. 더 자세하게, 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 제 2 연결전극(220) 상에 배치된다. 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 제 2 연결전극(220)의 상면에 직접 접촉될 수 있다.
상기 제 2 버스 바(12)는 상기 제 2 셀(C2)과 나란히 연장된다. 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 지지기판(100)에 형성된 홀을 통하여, 상기 지지기판(100)의 배면으로 연장될 수 있다. 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 제 2 셀(C2)에 접속된다. 더 자세하게, 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 제 2 연결전극(220)을 통하여 상기 제 2 셀(C2)에 접속된다.
상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 서로 마주본다. 또한, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 서로 대칭될 수 있다. 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 도전체이다. 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 은 등의 높은 도전성을 가지는 금속을 포함할 수 있다.
상기 전도부(21, 22)는 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)를 둘러쌀 수 있다. 상기 전도부(21, 22)는 상기 버스 바(11, 12)의 상면, 측면 및 하면 중 적어도 어느 하나에 위치할 수 있다. 즉, 상기 전도부(21, 22)는 상기 버스 바(11, 12)의 모든 면을 둘러쌀 수 있다.
상기 전도부(21, 22)는 카본을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 전도부(21, 22)는 전도성 카본(conductive carbon)을 포함할 수 있다.
상기 전도부(21, 22)는 상기 버스 바(11, 12)의 하면에 위치함으로써, 상기 버스 바(11, 12)와 상기 후면전극층(200)을 접합할 수 있다.
또한, 상기 전도부(21, 22)는 상기 버스 바(11, 12)의 상면에 위치함으로써, 상기 버스 바(11, 12)의 특유의 광택을 커버(cover)할 수 있다. 즉, 상기 버스 바(11, 12)의 특유의 광택을 커버하기 위한 별도의 테이프 등을 생략할 수 있다.
이어서, 도면에 도시하지 않았으나, 상기 버스 바(11, 12)와 상기 활성 영역(AR) 사이에 절연부가 더 위치할 수 있다. 즉, 상기 절연부는 상기 버스 바(11, 12)에 인접하여위치할 수 있다.
상기 절연부는 상기 버스 바(11, 12)와 상기 활성 영역(AR) 사이를 절연할 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 절연부를 생략하고, 상기 버스 바(11, 12) 및 상기 활성 영역(AR) 사이에 일정한 간격을 둠으로써 절연할 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 상기 후면전극층(200) 상에 배치된다. 또한, 상기 광 흡수층(300)에 포함된 물질은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 채워진다. 상기 광 흡수층(300)은 상기 활성 영역(AR)에 배치된다. 더 자세하게, 상기 광 흡수층(300)의 외곽은 상기 활성 영역(AR)의 외곽에 대응될 수 있다.
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 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. 또한, 상기 버퍼층(400)은 상기 활성 영역(AR) 내에 배치된다. 상기 버퍼층(400)은 황화 카드뮴(CdS)를 포함하며, 상기 버퍼층(400)의 에너지 밴드갭은 약 2.2eV 내지 2.4eV이다.
상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 배치된다. 또한, 상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 활성 영역(AR) 내에 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 3.3eV이다.
상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)에는 제 2 관통홈들(TH2)이 형성된다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 광 흡수층(300)을 관통한다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 후면전극층(200)의 상면을 노출하는 오픈영역이다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 인접하여 형성된다. 즉, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 일부는 평면에서 보았을 때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)의 옆에 형성된다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
또한, 상기 광 흡수층(300)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 광 흡수부들을 정의한다. 즉, 상기 광 흡수층(300)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 상기 광 흡수부들로 구분된다.
또한, 상기 버퍼층(400)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 버퍼들로 구분된다. 마찬가지로, 상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 고저항 버퍼들로 구분된다.
상기 윈도우층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 배치된다. 상기 윈도우층(600)은 상기 활성 영역(AR)에 배치된다.
상기 윈도우층(600)은 투명하며, 도전층이다. 또한, 상기 윈도우층(600)의 저항은 상기 후면전극층(200)의 저항보다 높다. 예를 들어, 상기 윈도우층(600)의 저항은 상기 후면전극층(200)의 저항보다 약 10배 내지 200배 더 클 수 있다.
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.
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. 상기 윈도우층(600)의 두께는 약 800㎚ 내지 약 1200㎚일 수 있다.
상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 윈도우층(600)에는 제 3 관통홈들(TH3)이 형성된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 후면전극층(200)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 예를 들어, 상기 제 3 관통홈들(TH3)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛일 수 있다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 인접하는 위치에 형성된다. 더 자세하게, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 옆에 배치된다. 즉, 평면에서 보았을 때, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 옆에 나란히 배치된다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 윈도우층(600)은 다수 개의 윈도우들로 구분된다. 즉, 상기 윈도우들은 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서 정의된다.
상기 윈도우들은 상기 후면전극들(230)과 대응되는 형상을 가진다. 즉, 상기 윈도우들은 스트라이프 형태로 배치된다. 이와는 다르게, 상기 윈도우들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
상기 윈도우층(600)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 투명한 도전물질이 채워져서 형성되는 다수 개의 접속부들(700)을 포함한다.
또한, 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 제 1 셀(C1), 상기 제 2 셀(C2) 및 다수 개의 제 3 셀들(C3)이 정의된다. 더 자세하게, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 및 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 제 1 셀(C1), 상기 제 2 셀(C2) 및 상기 제 3 셀들(C3)이 정의된다. 즉, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 지지기판(100) 상에 배치되는 상기 제 1 셀(C1), 상기 제 2 셀(C2) 및 상기 제 3 셀들(C3)을 포함한다.
상기 제 3 셀들(C3)은 상기 제 1 셀(C1) 및 상기 제 2 셀(C2) 사이에 배치된다. 상기 제 1 셀(C1), 상기 제 2 셀(C2) 및 상기 제 3 셀들(C3)은 서로 직렬로 연결된다.
상기 제 1 버스 바(11)는 상기 제 1 연결전극(210)을 통하여, 상기 1 셀에 연결된다. 더 자세하게, 상기 제 1 버스 바(11)는 상기 제 1 연결전극(210)을 통하여 상기 제 1 셀(C1)의 윈도우와 연결된다.
상기 제 2 버스 바(12)는 상기 제 2 연결전극(220)을 통하여, 상기 제 2 셀(C2)에 연결된다. 더 자세하게, 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 제 2 연결전극(220)을 통하여, 상기 제 2 셀(C2)의 후면전극과 연결된다.
상기 접속부들(700)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 배치된다. 상기 접속부들(700)은 상기 윈도우층(600)으로부터 하방으로 연장되며, 상기 후면전극층(200)에 접속된다.
따라서, 상기 접속부들(700)은 서로 인접하는 셀들을 연결한다. 더 자세하게, 상기 접속부들(700)은 서로 인접하는 셀들에 각각 포함된 윈도우과 후면전극을 연결한다.
상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 윈도우층(600)의 외곽은 실질적으로 일치할 수 있다. 즉, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 윈도우층(600)의 외곽은 서로 대응될 수 있다. 이때, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 윈도우층(600)의 외곽은 상기 활성 영역(AR) 및 상기 비활성 영역(NAR)의 경계와 일치할 수 있다.
따라서, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 윈도우층(600) 옆에 배치된다. 즉, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 윈도우층(600)의 측면을 둘러쌀 수 있다. 즉, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 제 1 셀(C1), 상기 제 2 셀(C2) 및 상기 제 3 셀들(C3)을 둘러싼다.
또한, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)의 하면은 상기 광 흡수층(300)의 하면과 동일한 평면에 배치된다. 즉, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)의 하면은 상기 후면전극층(200)의 상면에 접촉하고, 상기 광 흡수층(300)의 하면도 상기 후면전극층(200)의 상면에 접촉한다.
상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 후면전극층(200)에 직접 접촉에 의해서 접속될 수 있다. 이때, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 은 등과 같은 금속을 포함하고, 마찬가지로, 상기 후면전극층(200)도 몰리브덴 등과 같은 금속을 포함할 수 있다. 이에 따라서, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)와 상기 후면전극층(200) 사이의 접촉 특성이 향상된다.
따라서, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 후면전극층(200) 사이 및 상기 제 2 버스 바(12) 및 상기 후면전극층(200) 사이의 접속 저항이 감소되고, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 향상된 전기적인 특성을 가질 수 있다.
또한, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 후면전극층(200)은 높은 접속 특성을 가지고, 상기 제 2 버스 바(12) 및 상기 후면전극층(200)도 높은 접속 특성을 가지기 때문에, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 좁은 평면적을 가질 수 있다. 즉, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 후면전극층(200)의 접촉 면적인 작더라도, 상기 제 1 버스 바(11)는 상기 후면전극층(200)에 효과적으로 접속된다. 상기 제 2 버스 바(12)도 마찬가지이다.
상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 실제적으로 태양광 발전에 기여하는 부분이 아니다. 위에서 설명한 바와 같이, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)의 면적, 즉, 실제적으로 태양광 발전에 기여하지 않는 부분의 면적을 줄 일 수 있다.
또한, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 비활성 영역(NAR)에 배치된다. 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 버스 바(11, 12)들이 활성 영역(AR)에 배치되는 경우보다 더 효율적으로 태양광을 입사받을 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 보다 많은 양의 태양광을 전기에너지로 변환시킬 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 13을 참조하여, 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법을 설명한다. 본 제조방법에 관한 설명은 앞서 설명한 태양광 발전장치에 대한 설명을 참고한다. 즉, 앞서 설명한 태양광 발전장치에 대한 설명은 본 제조방법에 대한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.
도 3 내지 도 13은 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
도 3를 참조하면, 지지기판(100) 상에 후면전극층(200)이 형성되고, 상기 후면전극층(200)은 패터닝되어 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 지지기판(100) 상에 다수 개의 후면전극들(230), 제 1 연결전극(210) 및 제 2 연결전극(220)이 형성된다. 상기 후면전극층(200)은 레이저에 의해서 패터닝된다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하며, 약 80㎛ 내지 약 200㎛의 폭을 가질 수 있다.
또한, 상기 지지기판(100) 및 상기 후면전극층(200) 사이에 확산방지막 등과 같은 추가적인 층이 개재될 수 있고, 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 추가적인 층의 상면을 노출하게 된다.
이어서, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 후면전극층(200) 상에 버스 바(11, 12)를 형성하는 단계를 거친다. 상기 버스 바(11, 12)를 형성하는 단계에서는 상기 버스 바(11, 12)에 전도성 페이스트(20)를 형성하는 단계 및 상기 전도성 페이스트(20)를 코팅하는 단계를 포함한다.
상기 버스 바(11, 12)에 전도성 페이스트(20)를 형성하는 단계에서는 상기 버스 바(11, 12)를 상기 전도성 페이스트(20)에 담글 수 있다. 즉, 상기 버스 바(11, 12)를 상기 전도성 페이스트(20)에 적셔, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 버스 바(11, 12)의 모든 면에 상기 전도성 페이스트(20)가 위치하도록 할 수 있다. 즉, 상기 전도성 페이스트(20)가 상기 버스 바(11, 12)를 둘러쌀 수 있다.
이어서, 도 5를 참조하면, 상기 버스 바(11, 12)를 둘러싼 상기 전도성 페이스트(20)를 코팅할 수 있다. 즉, 상기 버스 바(11, 12)를 둘러싼 상기 전도성 페이스트(20)를 상기 후면전극층(200) 상에 위치시키고 코팅할 수 있다. 일례로, 상기 전도성 페이스트(20)는 라미네이션(lamination)을 통해 형성될 수 있다. 이후, 열압착을 통해, 상기 전도성 페이스트(20)가 상기 후면전극층(200)과 접착될 수 있다.
한편, 도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 버스 바(11, 12)를 형성하는 단계는 다음과 같은 공정을 거칠 수 있다.
도 6을 참조하면, 먼저, 상기 후면전극층(200) 상에 전도성 페이스트(20)를 도포할 수 있다. 이어서, 도 7을 참조하면, 상기 전도성 페이스트(20) 상에 상기 버스 바(11, 12)를 위치시킬 수 있다. 도 8을 참조하면, 상기 버스 바(11, 12) 상에 전도성 페이스트(20)를 도포할 수 있다. 이후, 라미네이션 및 열압착을 통해, 상기 전도성 페이스트(20)와 상기 후면전극층(200)이 접착될 수 있다.
한편, 도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 버스 바(11, 12)를 형성하는 단계는 다음과 같은 공정을 거칠 수 있다.
도 9를 참조하면, 먼저, 상기 후면전극층(200) 상에 버스 바(11, 12)를 위치시킬 수 있다. 여기서, 상기 버스 바(11, 12)는 상기 후면전극층(200)에 직접 밀착될 수 있다. 이어서, 도 10을 참조하면, 상기 버스 바(11, 12) 상에 전도성 페이스트(20)를 도포할 수 있다. 이를 통해, 상기 버스 바(11, 12)의 하면을 제외한 모든 면을 커버할 수 있다.
이후, 도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)를 덮는 마스크(50)가 상기 지지기판(100) 상에 배치된다.
상기 마스크(50)는 상기 지지기판(100)의 외곽을 덮는다. 상기 마스크(50)는 평면에서 보았을 때, 고리 형상을 가질 수 있다. 상기 마스크(50)는 중앙 부분에 형성된 투과 영역을 포함한다.
도면들에서는 상기 마스크(50)는 상기 지지기판(100)으로부터 이격된 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 상기 마스크(50)는 상기 지지기판(100)에 밀착될 수 있다.
상기 마스크(50)에 의해서, 활성 영역(AR) 및 비활성 영역(NAR)이 정의된다. 즉, 상기 투과 영역에 대응하는 부분이 상기 활성 영역(AR)에 대응되고, 고리 형상의 비투과 영역이 상기 비활성 영역(NAR)에 대응된다.
도 11을 참조하면, 상기 후면전극층(200) 상에 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 고저항 버퍼층(500)이 형성된다. 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 마스크(50)를 사용하는 증착 공정에 의해서 형성된다. 이에 따라서, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 활성 영역(AR)에 형성된다.
상기 광 흡수층(300)은 상기 지지기판(100)에 상기 마스크(50)가 장착된 상태에서, 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 후면전극(200) 상에 금속 프리커서 막이 형성된다.
이후, 상기 금속 프리커서 막은 셀레니제이션(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, 상기 마스크(50)가 장착된 상태에서, 황화 카드뮴이 스퍼터링 공정 또는 용액성장법(chemical bath depositon;CBD) 등에 의해서 증착되고, 상기 버퍼층(400)이 형성된다.
이후, 상기 마스크(50)가 장착된 상태에서, 상기 버퍼층(400) 상에 징크 옥사이드가 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 고저항 버퍼층(500)이 형성된다.
상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)은 낮은 두께로 증착된다. 예를 들어, 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)의 두께는 약 1㎚ 내지 약 80㎚이다.
이후, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)의 일부가 제거되어 제 2 관통홈들(TH2)이 형성된다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)은 팁 등의 기계적인 장치 또는 레이저 장치 등에 의해서 형성될 수 있다.
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.
이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 100㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 후면전극층(200)의 상면의 일부를 노출하도록 형성된다.
도 12를 참조하면, 상기 마스크(50)가 장착된 상태에서, 상기 광 흡수층(300) 상 및 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 윈도우층(600)이 형성된다. 즉, 상기 윈도우층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상 및 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 투명한 도전물질이 증착되어 형성된다.
이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 상기 투명한 도전물질이 채워지고, 상기 윈도우층(600)은 상기 후면전극층(200)에 직접 접촉하게 된다.
도 13을 참조하면, 상기 마스크(50)가 제거되고, 상기 광 흡수층(300), 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 제 1 셀(C1), 제 2 셀(C2) 및 제 3 셀들(C3)이 정의된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
이상과 같이, 실시예에 따른 태양광 발전장치가 형성된다. 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)가 상기 후면전극층(200)에 접속되도록, 상기 광 흡수층(300)보다 먼저 형성된다. 이에 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 향상된 전기적인 특성을 가지고, 높은 광-전 변환 효율을 가질 수 있다.
또한, 기존에 버스 바(11, 12)를 접착시키기 위한 솔더링(soldering)공정을 생략할 수 있어 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 상기 버스 바(11, 12)의 특유의 광택을 커버하기 위한 공정들도 생략할 수 있어 공정 시간을 절감할 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 (13)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 후면전극층;
    상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층;
    상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층; 및
    상기 광 흡수층 옆에 배치되고 상기 후면전극층에 접속되는 버스 바; 및
    상기 버스 바를 둘러싸는 전도부를 포함하는 태양광 발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전도부는 상기 버스 바의 상면, 측면 및 하면 중 적어도 어느 하나에 위치하는 태양광 발전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전도부는 카본을 포함하는 태양광 발전장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전도부는 전도성 카본(conductive carbon)을 포함하는 태양광 발전장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판은
    상기 기판의 외곽에 대응되는 비활성 영역; 및
    상기 비활성 영역의 내측에 배치되는 활성 영역을 포함하고,
    상기 버스 바는 상기 비활성 영역에 배치되고,
    상기 광 흡수층 및 상기 전면전극층은 상기 활성 영역에 배치되는 태양광 발전장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광 흡수층의 하면과 상기 버스 바의 하면은 동일한 평면에 배치되는 태양광 발전장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 버스 바는 상기 후면전극층에 직접 접촉하는 태양광 발전장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 버스 바와 상기 활성 영역 사이에 절연부가 더 위치하는 태양광 발전장치.
  9. 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계;
    상기 후면전극층 상에 버스 바를 형성하는 단계;
    상기 후면전극층 상에 상기 버스 바 옆에 광 흡수층을 형성하는 단계; 및
    상기 광 흡수층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 버스 바를 형성하는 단계에서는 전도부가 상기 버스 바를 둘러싸는 태양광 발전장치의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 버스 바를 형성하는 단계에서는 상기 버스 바에 전도성 페이스트를 형성하는 단계; 및
    상기 전도성 페이스트를 코팅하는 단계를 포함하는 태양광 발전장치의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 버스 바에 전도성 페이스트를 형성하는 단계에서는 상기 버스 바를 상기 전도성 페이스트에 적시는 태양광 발전장치의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 버스 바를 형성하는 단계에서는 상기 후면전극층 상에 전도성 페이스트를 도포하는 단계;
    상기 전도성 페이스트 상에 상기 버스 바를 위치시키는 단계; 및
    상기 버스 바 상에 전도성 페이스트를 도포하는 단계를 포함하는 태양광 발전장치의 제조방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 버스 바를 형성하는 단계에서는 상기 후면전극층 상에 버스 바를 위치시키는 단계; 및
    상기 버스 바 상에 전도성 페이스트를 도포하는 단계를 포함하는 태양광 발전장치의 제조방법.
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