KR101252472B1 - Method for manufacturing of solar cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다층 전구체층의 형성시 인듐층의 표면 조도와 농도 분포를 균일하게 할 수 있도록 한 태양 전지의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 태양 전지의 제조 방법은 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 공정; 상기 후면 전극층 상에 구리와 갈륨의 혼합층 또는 합금층으로 이루어진 제 1 전구체층을 형성하는 공정; 인듐의 응집 방지를 위한 응집 방지 가스가 첨가된 공정 가스를 이용한 스퍼터링 공정을 통해 상기 제 1 전구체층 상에 인듐으로 이루어진 제 2 전구체층을 형성하는 공정; 상기 제 1 및 제 2 전구체층으로 이루어진 다층 전구체층을 셀레늄 분위기에서 열처리하여 광흡수층을 형성하는 공정; 상기 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 공정; 및 상기 버퍼층 상에 전면 전극층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.The present invention relates to a method of manufacturing a solar cell that allows uniform surface roughness and concentration distribution of an indium layer when forming a multilayer precursor layer. The method of manufacturing a solar cell according to the present invention forms a back electrode layer on a substrate. Process of doing; Forming a first precursor layer made of a mixed layer or an alloy layer of copper and gallium on the back electrode layer; Forming a second precursor layer made of indium on the first precursor layer through a sputtering process using a process gas to which an anti-agglomeration gas is added to prevent coagulation of indium; Heat-treating the multi-layered precursor layer consisting of the first and second precursor layers in a selenium atmosphere to form a light absorption layer; Forming a buffer layer on the light absorption layer; And forming a front electrode layer on the buffer layer.
Description
본 발명은 태양 전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell, and more particularly to a method for producing a solar cell.
태양 전지(Solar Cell)는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다. 태양 전지는 시계나 계산기 등 휴대용 전자기기의 전원으로부터 넓은 개활지에 설치된 산업용 발전설비까지 폭넓게 이용된다. 또한, 최근 친환경 대체 에너지의 필요성이 증가함에 따라 태양 전지에 대한 관심이 고조되고 있다.Solar cell is a device that converts light energy into electrical energy using the properties of semiconductor. Solar cells are widely used from power sources for portable electronic devices such as watches and calculators to industrial power generation facilities installed in large open areas. In addition, as the need for environmentally friendly alternative energy increases, interest in solar cells is increasing.
태양 전지의 구조 및 원리를 간단히 설명하면, 태양 전지는 P(positive)형 반도체와 N(nagative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 태양 전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공은 P형 반도체 쪽으로 이동하고 상기 전자는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생된다. Briefly describing the structure and principle of the solar cell, the solar cell has a PN junction structure in which a P (positive) type semiconductor and a N (nagative) type semiconductor are bonded to each other. Holes and electrons are generated in the semiconductor by the energy of light. At this time, the holes move toward the P-type semiconductor and the electrons move toward the N-type semiconductor by the electric field generated in the PN junction. Dislocations are generated.
이와 같은 태양 전지는 기판형 태양 전지와 박막형 태양 전지로 구분할 수 있다. Such solar cells may be classified into a substrate type solar cell and a thin film type solar cell.
상기 기판형 태양 전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양 전지를 제조한 것이고, 상기 박막형 태양 전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체층을 형성하여 태양 전지를 제조한 것이다. The substrate type solar cell is a solar cell manufactured using a semiconductor material such as silicon as a substrate, and the thin film type solar cell is a solar cell manufactured by forming a semiconductor layer in the form of a thin film on a substrate such as glass. .
상기 박막형 태양 전지는 광흡수층을 구성하는 재료를 기준으로 Si 박막형 태양 전지와 화합물 박막형 태양 전지로 나눌 수 있고, 그 중 화합물 박막형 태양 전지는 다시 Ⅱ-Ⅵ 태양 전지, CIGS 태양 전지 등으로 분류할 수 있다. The thin film solar cell may be classified into a Si thin film solar cell and a compound thin film solar cell based on the material constituting the light absorption layer, and the compound thin film solar cell may be further classified into II-VI solar cell and CIGS solar cell. have.
상기 CIGS 태양 전지는 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 셀레늄(Se)의 4가지 원소가 합쳐져서 구성되는 화합물을 광흡수층으로 이용한 것이다.The CIGS solar cell uses a compound composed of four elements, copper (Cu), indium (In), gallium (Ga), and selenium (Se), as a light absorption layer.
도 1은 종래의 CIGS 태양 전지의 기본 구조를 나타내는 도면이다.1 is a view showing the basic structure of a conventional CIGS solar cell.
도 1을 참조하면, 종래의 CIGS 태양 전지는 기판(1) 상에 형성된 후면 전극층(10), 후면 전극층(12) 상에 형성된 광흡수층(30), 광흡수층(30) 상에 형성된 버퍼층(40), 및 버퍼층(40) 상에 형성된 전면 전극층(50)을 구비한다.Referring to FIG. 1, a conventional CIGS solar cell includes a
기판(10)은 탄산나트륨 라임 유리(soda lime glass)가 될 수 있다.The
후면 전극층(20)은 몰리브덴(Mo) 재질로 형성되어 정극성(+) 전극으로 사용된다.The
광흡수층(30)은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 셀레늄(Se)을 포함하여 이루어지는 CIGS 화합물층이 될 수 있다.The
버퍼층(30)은 ZnS 또는 CdS 등의 재질로 이루어진다.The
전면 전극층(50)은 ZnO:Al 등의 투명한 재질로 형성되어 부극성(-) 전극으로 사용된다.The
상기의 광흡수층(30)은 구리(Cu), 인듐(In), 및 갈륨(Ga)으로 이루어지는 다층 전구체층을 셀레늄(Se) 가스 분위기에서 열처리하는 셀렌(Selen)화 공정에 의해 형성된다.The
다층 전구체층은 구리 타겟(Target)을 이용한 스퍼터링(Spattering)에 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.The multilayer precursor layer is formed on a gallium layer by a copper layer formed by sputtering using a copper target, a gallium layer formed on a copper layer by a sputtering process using a gallium target, and a sputtering process using an indium target. Indium layer formed.
그러나, 이와 같은 종래의 광흡수층(30)의 형성 방법에서는 스퍼터링에 따라 인듐층을 형성할 때, 저융점에서 표면 장력이 크다는 인듐의 고유 물성으로 인하여 응집 현상이 발생되기 때문에, 도 2의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 인듐의 응집으로 인한 틈(Crack)이 발생되고, 인듐층의 표면 조도가 불규칙하고, 인듐의 농도 분포가 불균일하게 된다.However, in the conventional method of forming the
따라서, 종래의 CIGS 태양 전지는 다층 전구체층의 셀렌화 공정시 틈(Crack)에 대응되는 부분에서 구리(Cu)가 부유(Rich)하게 생성되고, 구리(Cu)-셀레늄(Se) 화합물이 생성됨으로써 이러한 생성물로 인하여 변환 효율이 저하된다는 문제가 있다.Therefore, in the conventional CIGS solar cell, copper (Cu) is richly generated at a portion corresponding to a crack during the selenization process of the multilayer precursor layer, and a copper (Cu) -selenium (Se) compound is generated. This causes a problem that the conversion efficiency is lowered due to such a product.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다층 전구체층의 형성시 인듐층의 표면 조도와 농도 분포를 균일하게 할 수 있도록 한 태양 전지의 제조 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is a technical object of the present invention to provide a method for manufacturing a solar cell that enables uniform surface roughness and concentration distribution of an indium layer when forming a multilayer precursor layer.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양 전지의 제조 방법은 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 공정; 상기 후면 전극층 상에 구리와 갈륨의 혼합층 또는 합금층으로 이루어진 제 1 전구체층을 형성하는 공정; 인듐의 응집 방지를 위한 응집 방지 가스가 첨가된 공정 가스를 이용한 스퍼터링 공정을 통해 상기 제 1 전구체층 상에 인듐으로 이루어진 제 2 전구체층을 형성하는 공정; 상기 제 1 및 제 2 전구체층으로 이루어진 다층 전구체층을 셀레늄 분위기에서 열처리하여 광흡수층을 형성하는 공정; 상기 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 공정; 및 상기 버퍼층 상에 전면 전극층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.The solar cell manufacturing method according to the present invention for achieving the above technical problem is a step of forming a back electrode layer on a substrate; Forming a first precursor layer made of a mixed layer or an alloy layer of copper and gallium on the back electrode layer; Forming a second precursor layer made of indium on the first precursor layer through a sputtering process using a process gas to which an anti-agglomeration gas is added to prevent coagulation of indium; Heat-treating the multi-layered precursor layer consisting of the first and second precursor layers in a selenium atmosphere to form a light absorption layer; Forming a buffer layer on the light absorption layer; And forming a front electrode layer on the buffer layer.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양 전지의 제조 방법은 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 공정; 상기 후면 전극층 상에 구리와 갈륨의 혼합층 또는 합금층으로 이루어진 제 1 전구체층을 형성하는 공정; 상기 제 1 전구체층 상에 인듐과 수소의 결합으로 이루어진 제 2 전구체층을 형성하는 공정; 상기 제 1 및 제 2 전구체층으로 이루어진 다층 전구체층을 셀레늄 분위기에서 열처리하여 광흡수층을 형성하는 공정; 상기 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 공정; 및 상기 버퍼층 상에 전면 전극층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.The solar cell manufacturing method according to the present invention for achieving the above technical problem is a step of forming a back electrode layer on a substrate; Forming a first precursor layer made of a mixed layer or an alloy layer of copper and gallium on the back electrode layer; Forming a second precursor layer formed of a combination of indium and hydrogen on the first precursor layer; Heat-treating the multi-layered precursor layer consisting of the first and second precursor layers in a selenium atmosphere to form a light absorption layer; Forming a buffer layer on the light absorption layer; And forming a front electrode layer on the buffer layer.
상기 제 2 전구체층은 인듐의 응집 방지를 위한 응집 방지 가스가 첨가된 공정 가스를 이용한 스퍼터링 공정을 통해 상기 제 1 전구체층 상에 형성될 수 있다.The second precursor layer may be formed on the first precursor layer through a sputtering process using a process gas to which an anti-agglomeration gas for preventing coagulation of indium is added.
상기 응집 방지 가스는 수소로 이루어지거나, 수소와 산소로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 산소의 양은 공정 가스의 0.5% ~ 4% 범위일 수 있다.The anti-agglomeration gas may be made of hydrogen, or may be made of hydrogen and oxygen. In this case, the amount of oxygen may range from 0.5% to 4% of the process gas.
상기 제 2 전구체층의 형성을 위한 상기 스퍼터링 공정시 상기 기판은 상기 인듐의 용융점 미만의 온도로 가열될 수 있다.In the sputtering process for forming the second precursor layer, the substrate may be heated to a temperature below the melting point of the indium.
상기 제 2 전구체층에 포함된 수소는 상기 열처리 공정시 제거될 수 있다.Hydrogen included in the second precursor layer may be removed during the heat treatment process.
상기 제 1 전구체층은 상기 후면 전극층 상에 형성된 구리층, 및 상기 구리층 상에 형성된 갈륨층으로 이루어진 혼합층일 수 있다.The first precursor layer may be a mixed layer including a copper layer formed on the rear electrode layer and a gallium layer formed on the copper layer.
상기 제 1 전구체층은 상기 후면 전극층 상에 형성된 구리와 갈륨으로 이루어진 구리-갈륨 합금층일 수 있다.The first precursor layer may be a copper-gallium alloy layer made of copper and gallium formed on the back electrode layer.
상기 열처리 공정은 급속 열처리하는 공정일 수 있다.The heat treatment process may be a process of rapid heat treatment.
상기 태양 전지의 제조 방법은 상기 후면 전극층의 형성 공정 이후에 상기 후면 전극층을 소정 간격으로 분리하는 제 1 분리 라인을 형성하는 공정; 상기 버퍼층의 형성 공정 이후에 상기 후면 전극층의 상부에 형성된 소정의 광흡수층과 상기 버퍼층을 제거하여 콘택 라인을 형성하는 공정; 및 상기 전면 전극층의 형성 공정 이후에 상기 콘택 라인에 인접하도록 상기 후면 전극층의 상부에 형성된 소정의 전면 전극층과 광흡수층 및 상기 버퍼층을 제거하여 제 2 분리 라인을 형성하는 공정을 더 포함하여 이루어질 수 있다.The method of manufacturing the solar cell may include forming a first separation line separating the rear electrode layer at a predetermined interval after the forming of the rear electrode layer; Forming a contact line by removing a predetermined light absorbing layer and the buffer layer formed on the rear electrode layer after the forming of the buffer layer; And forming a second separation line by removing a predetermined front electrode layer, a light absorbing layer, and the buffer layer formed on the rear electrode layer to be adjacent to the contact line after the forming of the front electrode layer. .
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명에 따른 태양 전지의 제조 방법은 인듐층의 형성을 위한 스퍼터링 공정시 공정 가스에 응집 방지 가스를 첨가함으로써 인듐의 응집 현상을 최소화하여 인듐층의 표면 조도와 농도 분포를 균일하게 할 수 있고, 인듐층의 불균일로 인한 변환 효율의 저하를 방지할 수 있으며, 버퍼층과 광흡수층간의 접착력을 향상시킬 수 있다.According to the above solution, the method of manufacturing a solar cell according to the present invention minimizes the coagulation phenomenon of indium by adding a coagulation prevention gas to the process gas during the sputtering process for the formation of the indium layer to reduce the surface roughness and concentration of the indium layer Distribution can be made uniform, the fall of conversion efficiency by the indium layer nonuniformity can be prevented, and the adhesive force between a buffer layer and a light absorption layer can be improved.
도 1은 종래의 CIGS 태양 전지의 기본 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 광흡수층을 형성하기 위한 인듐층의 스퍼터링 공정시 인듐의 응집 현상 및 표면 조도를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정을 도시한 공정 단면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정에서 광흡수층의 다른 제조 공정을 도시한 공정 단면도이다.1 is a view showing the basic structure of a conventional CIGS solar cell.
FIG. 2 is a view for explaining the aggregation phenomenon and the surface roughness of indium during the sputtering process of the indium layer for forming the light absorption layer shown in FIG. 1.
3A to 3H are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
4A to 4D are cross-sectional views illustrating another manufacturing process of the light absorption layer in the manufacturing process of the solar cell according to the embodiment of the present invention.
이하, 도면을 참조로 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정을 도시한 공정 단면도이다.3A to 3H are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
우선, 도 3a에서 알 수 있듯이, 기판(110) 상에 후면 전극층(120)을 형성한다.First, as shown in FIG. 3A, the
상기 기판(110)은 유리(Glass), 탄산나트륨 라임 유리(Soda lime glass), 또는 플라스틱 등으로 이루어질 수 있다.The
상기 후면 전극층(120)은 몰리브덴(Mo) 등과 같은 도전 물질을 이용하여 형성할 수 있다. 이러한, 상기 후면 전극층(120)은 스퍼터링(Sputtering)법 또는 스크린 프린팅(Screen Printing) 등과 같은 인쇄법을 이용하여 형성할 수 있다.The
다음, 도 3b에서 알 수 있듯이, 상기 후면 전극층(120) 상에 구리층(132)을 형성한다. 상기 구리층(132)은 공정 가스(예를 들어, 아르곤 또는 질소) 분위기에서 구리 물질을 포함하는 구리 타겟(300)을 이용한 스퍼터링 공정에 의해 후면 전극층(120) 상에 형성된다.Next, as can be seen in Figure 3b, to form a
다음, 도 3c에서 알 수 있듯이, 상기 구리층(132) 상에 갈륨층(134)을 형성한다. 상기 갈륨층(134)은 공정 가스(예를 들어, 아르곤 또는 질소) 분위기에서 갈륨 물질을 포함하는 갈륨 타겟(310)을 이용한 스퍼터링 공정에 의해 구리층(132) 상에 형성된다.Next, as shown in FIG. 3C, a
전술한 구리층(132)과 갈륨층(134)은 제 1 전구체층을 형성하게 된다.The
다음, 도 3d에서 알 수 있듯이, 제 1 전구체층, 즉 상기 갈륨층(132) 상에 인듐층(136)으로 이루어진 제 2 전구체층을 형성한다. 상기 인듐층(136)은 인듐의 응집을 방지하기 응집 방지 가스가 첨가된 공정 가스(예를 들어, 아르곤 또는 질소) 분위기에서 인듐 물질을 포함하는 인듐 타겟(320)을 이용한 스퍼터링 공정에 의해 상기 갈륨층(134) 상에 형성된다.Next, as shown in FIG. 3D, a second precursor layer including an
상기 스퍼터링 공정에 따라 인듐층을 형성할 때, 저융점에서 표면 장력이 크다는 인듐의 고유 물성으로 인하여 응집 현상이 발생되기 때문에, 인듐의 응집으로 인한 틈(Crack)이 발생되고, 인듐층의 표면 조도가 불규칙하고, 인듐의 농도 분포가 불균일하게 된다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에서는 공정 가스에 응집 방지 가스를 첨가하여 인듐의 응집 현상을 최소화한다.When the indium layer is formed according to the sputtering process, since agglomeration occurs due to the intrinsic properties of indium that the surface tension is high at the low melting point, cracks are generated due to the aggregation of indium, and the surface roughness of the indium layer is generated. Is irregular, and the concentration distribution of indium becomes uneven. Accordingly, in one embodiment of the present invention to minimize the aggregation phenomenon of indium by adding the anti-aggregation gas to the process gas.
일 실시 예에 있어서. 상기 응집 방지 가스는 수소(H2)로 이루어질 수 있다. 이러한 수소는 인듐과 반응하는 성질을 가지므로, 스퍼터링 공정시 인듐과 반응하게 되고, 이로 인하여 인듐층(136)은 인듐과 수소가 결합한 형태로 형성됨으로써 균일한 표면 조도와 농도 분포를 가지게 된다.In one embodiment. The aggregation preventing gas may be made of hydrogen (H 2 ). Since hydrogen has a property of reacting with indium, it reacts with indium during the sputtering process, and thus, the
다른 실시 예에 있어서. 상기 응집 방지 가스는 수소(H2)와 산소(O2)로 이루어질 수 있다. 이때, 산소의 양은 공정 가스, 즉 아르곤 또는 질소의 0.5% ~ 4% 범위일 수 있으며, 4% 이상일 경우 인듐층(136)의 특성이 변화되고 갈륨층(134)과의 접착성이 저하될 수 있다.In another embodiment. The anti-agglomeration gas may be composed of hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ). At this time, the amount of oxygen may be in the range of 0.5% to 4% of the process gas, that is, argon or nitrogen, and when 4% or more, the properties of the
전술한 인듐층(136)의 형성을 위한 스퍼터링 공정시, 기판(110)의 온도는 156.5℃ 미만으로 가열될 수 있다. 즉, 인듐의 용융점은 156.63℃이기 때문에 인듐이 액체 상태일 경우, 전술한 인듐의 응집 현상이 더 심화될 수 있다. 따라서, 기판(110)의 온도는 인듐의 용융점 미만으로 가열되는 것이 바람직하다.In the sputtering process for forming the
다음, 도 3e에서 알 수 있듯이, 상기 후면 전극층(120) 상에 형성된 제 1 및 제 2 전구체층으로 이루어진 다층 전구체층(132, 134, 136)을 셀레늄(Se) 분위기에서 열처리 공정을 수행함으로써, 도 3f에 도시된 바와 같이, 후면 전극층(120) 상에 소정의 광흡수층(130)을 형성한다. 이때, 광흡수층(130)은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 셀레늄(Se)을 포함하여 이루어지는 CIGS 화합물층이 될 수 있다.Next, as can be seen in Figure 3e, by performing a heat treatment process in the selenium (Se) atmosphere of the multilayer precursor layer (132, 134, 136) consisting of the first and second precursor layer formed on the
상기 열처리 공정은 고온, 예로서 300℃ 이상의 온도에서 급속 열처리(Rapid Thermal Process: RTP)하는 공정으로 이루어질 수 있다.The heat treatment process may be a process of performing a rapid heat treatment (Rapid Thermal Process (RTP)) at a high temperature, for example, 300 ° C. or higher.
이와 같이, 열처리 공정을 수행하면, 상기 제 1 및 제 2 전구체층을 구성하는 성분들이 결정화되어 소정의 광흡수층(130)을 얻을 수 있다. 이와 함께, 열처리 공정시 인듐층(136)에 포함된 응집 방지 가스는 열처리 온도에 의해 인듐과의 결합이 끊어져 기화된다.As such, when the heat treatment is performed, the components constituting the first and second precursor layers may be crystallized to obtain a predetermined
다음, 도 3g에서 알 수 있듯이, 상기 광흡수층(130) 상에 버퍼층(140)을 형성한다. Next, as can be seen in Figure 3g, to form a
상기 버퍼층(140)은 CdS, InS, 또는 ZnS 등을 이용하여 형성할 수 있다. 이러한 버퍼층(140)은 CBD(Chemical Bath Deposition)법, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법, 스퍼터링법, 또는 ALD(Atomic Layer Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다.The
다음, 도 3h에서 알 수 있듯이, 상기 버퍼층(140) 상에 전면 전극층(150)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 3H, the
상기 전면 전극층(150)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 전면 전극층(150)은 스퍼터링법 또는 MOCVD법 등을 이용할 수 있다.The
한편, 이상은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정에 대해서 설명하였는데, 본 발명은 단위셀이 직렬로 연결된 구조의 태양 전지의 제조 공정도 포함한다.On the other hand, the above has been described the manufacturing process of the solar cell according to an embodiment of the present invention, the present invention also includes a manufacturing process of the solar cell having a structure in which the unit cells are connected in series.
즉, 본 발명은 상기 후면 전극층(120)의 형성 공정 이후에 후면 전극층(120)을 소정 간격으로 분리하는 제 1 분리 라인을 형성하는 공정; 상기 버퍼층(140)의 형성 공정 이후에 후면 전극층(120)의 상부에 형성된 소정의 광흡수층(130)과 버퍼층(140)을 제거하여 콘택 라인을 형성하는 공정; 및 상기 전면 전극층(150)의 형성 공정 이후에 콘택 라인에 인접하도록 후면 전극층(120)의 상부에 형성된 소정의 전면 전극층(150)과 버퍼층(140) 및 광흡수층(130)을 제거하여 제 2 분리 라인을 형성하는 공정을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 이러한 제 1 분리 라인, 콘택 라인, 및 제 2 분리 라인을 형성하는 스크라이빙 공정은 당업계에 공지된 다양한 방법을 이용하여 수행할 수 있다.That is, the present invention is a process for forming a first separation line for separating the
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정에서 광흡수층의 다른 제조 공정을 도시한 공정 단면도이다.4A to 4D are cross-sectional views illustrating another manufacturing process of the light absorption layer in the manufacturing process of the solar cell according to the embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4d를 참조하여 광흡수층의 다른 제조 공정만을 설명하기로 하고, 광흡수층을 제외한 나머지 태양 전지의 구성들의 제조 공정에 대한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 한다.Only other manufacturing processes of the light absorbing layer will be described with reference to FIGS. 4A to 4D, and a description of the manufacturing process of the components of the solar cell except for the light absorbing layer will be replaced with the above description.
먼저, 도 4a에서 알 수 있듯이, 상기 후면 전극층(120) 상에 구리와 갈륨으로 이루어진 구리-감륨 합금층(130a)을 형성한다. 상기 구리-감륨 합금층(130a)은 공정 가스(예를 들어, 아르곤 또는 질소) 분위기에서 구리와 갈륨 물질을 포함하는 합금 타겟(315)을 이용한 스퍼터링 공정에 의해 후면 전극층(120) 상에 형성된다. 이러한 구리-갈륨 합금층(130a)은 제 1 전구체층을 형성하게 된다.First, as can be seen in Figure 4a, to form a copper-
다음, 도 4b에서 알 수 있듯이, 상기 제 1 전구체층, 즉 구리-갈륨 합금층(130a) 상에 인듐층(136)으로 이루어진 제 2 전구체층을 형성한다. 상기 인듐층(136)은 인듐의 응집을 방지하기 응집 방지 가스가 첨가된 공정 가스(예를 들어, 아르곤 또는 질소) 분위기에서 인듐 물질을 포함하는 인듐 타겟(320)을 이용한 스퍼터링 공정에 의해 상기 갈륨층(134) 상에 형성된다. 이러한 인듐층(136)의 제조 공정 및 공정 조건은 전술한 바와 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.Next, as shown in FIG. 4B, a second precursor layer including an
다음, 도 4c에서 알 수 있듯이, 상기 후면 전극층(120) 상에 형성된 제 1 및 제 2 전구체층으로 이루어진 다층 전구체층(130a, 136)을 셀레늄(Se) 분위기에서 열처리 공정을 수행함으로써, 도 4d에 도시된 바와 같이, 후면 전극층(120) 상에 소정의 광흡수층(130)을 형성한다. 이때, 광흡수층(130)은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 셀레늄(Se)을 포함하여 이루어지는 CIGS 화합물층이 될 수 있다.Next, as can be seen in Figure 4c, by performing a heat treatment process in the selenium (Se) atmosphere of the multilayer precursor layer (130a, 136) consisting of the first and second precursor layer formed on the
상기 열처리 공정은 고온, 예로서 300℃ 이상의 온도에서 급속 열처리하는 공정으로 이루어질 수 있다.The heat treatment process may be made of a rapid heat treatment at a high temperature, for example, 300 ℃ or more.
이와 같이, 열처리 공정을 수행하면, 상기 제 1 및 제 2 전구체층을 구성하는 성분들이 결정화되어 소정의 광흡수층(130)을 얻을 수 있다. 이와 함께, 열처리 공정시 인듐층(136)에 포함된 응집 방지 가스는 열처리 온도에 의해 인듐과의 결합이 끊어져 기화된다.As such, when the heat treatment is performed, the components constituting the first and second precursor layers may be crystallized to obtain a predetermined
이와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 인듐층(136)의 형성을 위한 스퍼터링 공정시 공정 가스에 응집 방지 가스를 첨가함으로써 인듐의 응집 현상을 최소화하여 인듐층(136)의 표면 조도와 농도 분포를 균일하게 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 인듐층(136)의 불균일로 인한 변환 효율의 저하를 방지할 수 있으며, 버퍼층(140)과 광흡수층(130)간의 접착력을 향상시킬 수 있다.As described above, the solar cell manufacturing method according to the embodiment of the present invention minimizes the aggregation phenomenon of the
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.It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
110: 기판 120: 후면 전극층
130: 광흡수층 130a: 구리-갈륨 합금층
132: 구리층 134: 갈륨층
136: 인듐층 140: 버퍼층
150: 전면 전극층 300: 구리 타겟
310: 갈륨 타겟 315: 합금 타겟
320: 구리 타겟110: substrate 120: rear electrode layer
130:
132: copper layer 134: gallium layer
136: indium layer 140: buffer layer
150: front electrode layer 300: copper target
310: gallium target 315: alloy target
320: copper target
Claims (12)
상기 후면 전극층을 일정한 간격으로 분리하는 제 1 분리 라인을 형성하는 공정;
상기 제 1 분리 라인과 상기 후면 전극층 상에 구리와 갈륨의 혼합층 또는 합금층으로 이루어진 제 1 전구체층을 형성하는 공정;
인듐의 응집 방지를 위한 수소로 이루어진 응집 방지 가스가 첨가된 공정 가스를 이용한 스퍼터링 공정을 통해 상기 제 1 전구체층 상에 인듐으로 이루어진 제 2 전구체층을 형성하는 공정;
상기 제 1 및 제 2 전구체층으로 이루어진 다층 전구체층을 셀레늄 분위기에서 열처리하여 광흡수층을 형성하는 공정;
상기 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 공정;
상기 후면 전극층의 상부에 형성된 상기 광흡수층과 버퍼층을 제거하여 콘택 라인을 형성하는 공정;
상기 버퍼층 상에 전면 전극층을 형성하는 공정; 및
상기 콘택 라인에 인접하도록 상기 후면 전극층의 상부에 형성된 상기 전면 전극층과 광흡수층 및 버퍼층을 함께 제거하여 제 2 분리 라인을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.Forming a back electrode layer on the substrate;
Forming a first separation line separating the rear electrode layer at regular intervals;
Forming a first precursor layer formed of a mixed layer or an alloy layer of copper and gallium on the first separation line and the back electrode layer;
Forming a second precursor layer made of indium on the first precursor layer through a sputtering process using a process gas to which an anti-agglomeration gas made of hydrogen for preventing aggregation of indium is added;
Heat-treating the multi-layered precursor layer consisting of the first and second precursor layers in a selenium atmosphere to form a light absorption layer;
Forming a buffer layer on the light absorption layer;
Forming a contact line by removing the light absorption layer and the buffer layer formed on the rear electrode layer;
Forming a front electrode layer on the buffer layer; And
And removing the front electrode layer, the light absorption layer, and the buffer layer formed on the rear electrode layer so as to be adjacent to the contact line to form a second separation line.
상기 후면 전극층을 일정한 간격으로 분리하는 제 1 분리 라인을 형성하는 공정;
상기 제 1 분리 라인과 상기 후면 전극층 상에 구리와 갈륨의 혼합층 또는 합금층으로 이루어진 제 1 전구체층을 형성하는 공정;
상기 제 1 전구체층 상에 인듐과 수소의 결합으로 이루어진 제 2 전구체층을 형성하는 공정;
상기 제 1 및 제 2 전구체층으로 이루어진 다층 전구체층을 셀레늄 분위기에서 열처리하여 광흡수층을 형성하는 공정;
상기 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 공정;
상기 후면 전극층의 상부에 형성된 상기 광흡수층과 버퍼층을 제거하여 콘택 라인을 형성하는 공정;
상기 버퍼층 상에 전면 전극층을 형성하는 공정; 및
상기 콘택 라인에 인접하도록 상기 후면 전극층의 상부에 형성된 상기 전면 전극층과 광흡수층 및 버퍼층을 함께 제거하여 제 2 분리 라인을 형성하는 공정을 포함하며,
상기 제 2 전구체층은 상기 인듐의 응집 방지를 위한 수소로 이루어진 응집 방지 가스가 첨가된 공정 가스를 이용한 스퍼터링 공정을 통해 상기 제 1 전구체층 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.Forming a back electrode layer on the substrate;
Forming a first separation line separating the rear electrode layer at regular intervals;
Forming a first precursor layer formed of a mixed layer or an alloy layer of copper and gallium on the first separation line and the back electrode layer;
Forming a second precursor layer formed of a combination of indium and hydrogen on the first precursor layer;
Heat-treating the multi-layered precursor layer consisting of the first and second precursor layers in a selenium atmosphere to form a light absorption layer;
Forming a buffer layer on the light absorption layer;
Forming a contact line by removing the light absorption layer and the buffer layer formed on the rear electrode layer;
Forming a front electrode layer on the buffer layer; And
Removing the front electrode layer, the light absorbing layer, and the buffer layer formed on the rear electrode layer so as to be adjacent to the contact line, thereby forming a second separation line;
And the second precursor layer is formed on the first precursor layer through a sputtering process using a process gas to which an anti-agglomeration gas made of hydrogen for preventing agglomeration of the indium is added.
상기 제 2 전구체층의 형성을 위한 상기 스퍼터링 공정시 상기 기판은 상기 인듐의 용융점 미만의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.3. The method according to claim 1 or 2,
And said substrate is heated to a temperature below the melting point of said indium during said sputtering process for formation of said second precursor layer.
상기 제 2 전구체층에 포함된 수소는 상기 열처리 공정시 제거되는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.The method according to claim 2 or 2,
Hydrogen contained in the second precursor layer is removed during the heat treatment process.
상기 제 1 전구체층은 상기 후면 전극층 상에 형성된 구리층, 및 상기 구리층 상에 형성된 갈륨층으로 이루어진 혼합층인 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.3. The method according to claim 1 or 2,
The first precursor layer is a manufacturing method of a solar cell, characterized in that the mixed layer consisting of a copper layer formed on the back electrode layer, and a gallium layer formed on the copper layer.
상기 제 1 전구체층은 상기 후면 전극층 상에 형성된 구리와 갈륨으로 이루어진 구리-갈륨 합금층인 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.3. The method according to claim 1 or 2,
The first precursor layer is a manufacturing method of a solar cell, characterized in that the copper-gallium alloy layer consisting of copper and gallium formed on the back electrode layer.
상기 열처리 공정은 급속 열처리하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.3. The method according to claim 1 or 2,
The heat treatment process is a manufacturing method of a solar cell, characterized in that consisting of a rapid heat treatment process.
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