KR101259296B1 - Fe-Ni ALLOY SUBSTRATE FOR SOLAR CELL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND SOLLAR CELL USING THE SAME - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지용 Fe-Ni합금 기판 및 그 제조방법과 이를 이용한 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표면 조도가 부여되어 태양 전지 효율을 증가시킬 수 있는 태양전지용 Fe-Ni합금 기판 및 그 제조방법과 이를 이용한 태양전지에 관한 것이다.
본 발명은 전해조, 음극 드럼, 양극, 전원을 구비하는 전기주조장치를 이용한 전기주조법에 의해 상기 음극 드럼의 표면에서 형성되고, 상기 음극 드럼 표면과 접촉한 면의 반대측면에 0.05~0.1㎛의 표면 거칠기(Rz)의 요철면을 가지는 기판; 상기 요철면 상에 형성된 투명전극층; 및 상기 투명전극층 상에 형성된 비정질 실리콘 광흡수층을 포함하는 태양전지용 Fe-Ni합금 기판 및 그 제조방법과 이를 이용한 태양전지를 제공한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 저렴하고 단순한 공정을 이용하면서도, 태양전지의 효율을 증대시킬 수 있는 태양전지용 Fe-Ni합금 기판을 대량으로 생산할 수 있다.The present invention relates to a Fe-Ni alloy substrate for a solar cell, a method of manufacturing the same and a solar cell using the Fe-Ni alloy substrate. More particularly, the present invention relates to a Fe-Ni alloy substrate for a solar cell, And a solar cell using the same.
The present invention relates to an electroforming method for forming an electroforming film on a surface of a negative electrode drum by electroforming using an electroforming apparatus having an electrolytic bath, a negative electrode drum, a positive electrode and a power source, A substrate having an uneven surface of roughness Rz; A transparent electrode layer formed on the uneven surface; And an amorphous silicon light absorbing layer formed on the transparent electrode layer, a method of manufacturing the same, and a solar cell using the Fe-Ni alloy substrate.
According to an aspect of the present invention, a Fe-Ni alloy substrate for a solar cell capable of increasing the efficiency of a solar cell can be mass-produced using an inexpensive and simple process.
Description
본 발명은 태양전지용 Fe-Ni합금 기판 및 그 제조방법과 이를 이용한 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표면 조도가 부여되어 태양 전지 효율을 증가시킬 수 있는 태양전지용 Fe-Ni합금 기판 및 그 제조방법과 이를 이용한 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a Fe-Ni alloy substrate for a solar cell, a method of manufacturing the same and a solar cell using the Fe-Ni alloy substrate. More particularly, the present invention relates to a Fe-Ni alloy substrate for a solar cell, And a solar cell using the same.
지구의 온난화, 연료 자원의 고갈, 환경오염 등의 영향으로 화석연료를 사용하여 에너지를 채취하는 전통적인 에너지 채취 방법은 서서히 한계에 달하고 있다. 특히, 석유 연료의 경우에는 예측자마다 약간씩 상이하기는 하지만, 그리 멀지 않은 시간내에 바닥을 드러낼 것이라는 전망이 우세하다.
Traditional methods of collecting energy using fossil fuels are slowly reaching their limits due to global warming, depletion of fuel resources, and environmental pollution. Particularly in the case of petroleum fuels, the prognosis is that the forecast will reveal the floor within a very short period of time, albeit slightly different.
뿐만 아니라, 교토 의정서로 대표되는 에너지 기후 협약에 따르면, 화석 연료의 연소에 따라 생성되는 이산화탄소의 배출을 감소시킬 것을 강제적으로 요구하고 있다. 따라서, 현재의 체약국은 물론이며 향후에는 전세계 각국에 그 효력이 미쳐서 화석연료의 연간 사용량에 제약을 받을 것은 불을 보듯이 명확하다.
In addition, the energy-climate treaty, represented by the Kyoto Protocol, forcibly requires the reduction of carbon dioxide emissions resulting from the burning of fossil fuels. Therefore, it is clear that it will be restricted by the current use of fossil fuels, as well as the current contracting countries, and in the future to all countries around the world.
화석연료에 대체하기 위하여 사용되는 가장 대표적인 에너지 원으로서는, 원자력 발전을 들 수 있다. 원자력 발전은 원료가 되는 우라늄이나 플루토늄 단위 중량당 채취 가능한 에너지의 양이 크고, 이산화탄소 등의 온실가스를 발생시키지 않으므로, 상기 석유 등의 화석연료를 대체할 수 있는 유력한 무한에 가까운 대체 에너지원으로 각광 받아왔다.
The most representative energy source used to replace fossil fuels is nuclear power. Nuclear power generation is an energetic alternative energy source that can substitute for fossil fuels such as petroleum, because it generates a large amount of energy that can be collected per unit weight of uranium or plutonium as a raw material and does not generate greenhouse gases such as carbon dioxide. I have received.
그러나, 구소련 체르노빌 원자력 발전소나, 동일본 대지진에 의한 일본 후쿠시마 원자력 발전소 등의 폭발 사고는 무한의 청정 에너지원으로 간주되어 왔던 원자력의 안전성을 다시 검토하게 하는 계기가 되었으며, 그 결과 원자력이 아닌 또다른 대체 에너지의 도입이 어느 때보다도 절실히 요망되고 있다.
However, the explosion of the Chernobyl nuclear power plant in Sri Lanka and the Fukushima Nuclear Power Plant in Japan caused by the Great East Japan Earthquake has led to a reexamination of the safety of nuclear power, which has been regarded as an infinite clean energy source. As a result, The introduction of energy is desperately needed more than ever.
그 밖의 대체 에너지로서 많이 사용되고 있는 에너지 원으로서는 수력 발전을 들 수 있으나, 상기 수력 발전은 지형적인 인자와 기후적인 인자에 의해 많이 영향받기 때문에 그 사용이 제한적일 수 밖에 없다. 또한, 기타의 대체 에너지원들 역시 발전양이 적거나 또는 사용 지역이 크게 제한되는 등의 이유로 화석연료의 대체수단으로까지는 사용되기 어렵다.
Hydropower can be used as an alternative energy source, but its use is limited because it is affected by geographical factors and climatic factors. In addition, other alternative energy sources are also difficult to use as alternative means of fossil fuels because of the limited amount of power generation or the limited use area.
그러나, 태양 전지는 적당한 일조량만 보장된다면 어디서나 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 발전용량과 설비규모가 거의 직선적으로 비례하기 때문에, 가정용과 같은 소용량 수요로 사용할 경우에는 건물 옥상 등에 작은 면적으로 전지판을 설치함으로써 발전이 가능하다는 잇점이 있어, 세계적으로 그 이용이 증가되고 있을 뿐만 아니라, 그와 관련된 연구 역시 증가하고 있다.
However, since solar cells can be used anywhere and only when a proper amount of sunshine is ensured, the power generation capacity and the facility scale are almost linearly proportional. Therefore, when the solar cell is used in small capacity demand such as home use, This is not only an increase in its use worldwide, but also research related to it.
태양전지는 반도체의 원리를 이용한 것으로서, p-n 접합된 반도체에 일정 수준 이상의 에너지를 갖춘 빛을 조사하면 상기 반도체의 가전자가 자유롭게 이동될 수 있는 가전자로 여기되어 전자와 정공의 쌍(EHP : electron hole pair)이 생성된다. 생성된 전자와 정공은 서로 반대쪽에 위치하는 전극으로 이동하여 기전력을 발생시키게 된다.
Solar cells are based on the principle of semiconductors. When a light having a certain energy level or more is irradiated to a pn-junction semiconductor, the electrons of the semiconductor are excited as freely movable electrons to form a pair of electrons and holes (EHP ) Is generated. The generated electrons and holes move to the electrode located on the opposite side to generate an electromotive force.
상기 태양전지의 가장 최초 형태는 실리콘 기판에 불순물(B)을 도핑하여 p형 반도체를 형성시킨 다음 그 위에 또다른 불순물(P)을 도핑시켜 층의 일부를 n형 반도체화 함으로써 p-n 접합이 이루어지도록 한 실리콘계 태양전지로서 1세대 태양전지로 많이 불린다.
In the first type of the solar cell, a p-type semiconductor is formed by doping an impurity (B) into a silicon substrate, and then another impurity (P) is doped thereon to convert a part of the layer into an n-type semiconductor. It is a silicon-based solar cell, often referred to as a first-generation solar cell.
상기 실리콘계 태양전지는 에너지 전환효율과 셀 전환효율(실험실 최고의 에너지 전환효율에 대한 양산시 전환효율의 비율)이 비교적 높기 때문에, 가장 상용화 정도가 높다. 그러나, 상기 실리콘계 태양전지 모듈을 제조하기 위해서는 우선 소재로부터 잉곳을 제조하고 상기 잉곳을 웨이퍼화한 후 셀을 제조하고 모듈화한다고 하는 다소 복잡한 공정단계를 거쳐야 할 뿐만 아니라, 벌크 재질의 재료를 사용하기 때문에, 재료소비가 증가하여 제조비용이 높다는 문제가 있다. 더욱이, 상기 실리콘계 태양전지 즉, 1세대 태양전지는 실리콘의 결정형태가 단결정 혹은 다결정으로 이루어져야 하는데, 상기와 같이 단결정 혹은 다결정을 갖는 실리콘을 제조하기 위해서는 복잡한 제조공정이 요구될 뿐 아니라, 제조비용 또한 증가한다는 단점이 있다.
Since the energy conversion efficiency and the cell conversion efficiency (the ratio of the conversion efficiency at the time of mass production to the best energy conversion efficiency of the laboratory) are relatively high, the silicon-based solar cell has the highest degree of commercialization. However, in order to manufacture the silicon-based solar cell module, a complicated process step such as manufacturing an ingot from a raw material and making the ingot into a wafer and then manufacturing and modifying the cell must be performed, and a bulk material is used , There is a problem that the material consumption is increased and the manufacturing cost is high. Further, the silicon-based solar cell, that is, the first-generation solar cell, must have a crystal form of silicon of single crystal or polycrystal. In order to manufacture silicon having single crystal or polycrystal as described above, a complicated manufacturing process is required, There is a drawback that it increases.
이러한 실리콘계 태양전지의 단점을 해결하기 위하여, 2세대 태양전지로 불리우는 소위 박막형 태양전지가 제안되게 되었다. 박막형 태양전지는 상술한 과정으로 태양전지를 제조하는 것이 아니라, 실리콘 웨이퍼 대신 기판 위에 순차적으로 필요한 박막층을 적층하는 형태로 제조하기 때문에, 그 과정이 단순하며, 두께가 얇아 재료비용이 저렴하다는 장점을 가진다.
In order to solve the disadvantages of such a silicon solar cell, a so-called thin film solar cell called a second generation solar cell has been proposed. Thin film solar cells are not manufactured by the above-described process but are manufactured by stacking thin film layers sequentially on a substrate instead of a silicon wafer, so that the process is simple and the thickness is thin and the material cost is low. I have.
그러나, 많은 경우 아직까지는 상기 실리콘계 태양전지와 비교할 때 에너지 전환효율이 높지 않아 상용화에 많은 걸림돌이 되고 있으나, 일부 높은 에너지 전환효율을 가진 태양전지가 개발되어 상용화 추진 중에 있다.
However, in many cases, compared with the silicon-based solar cell, the energy conversion efficiency is not high enough to cause commercialization. However, some high-energy conversion solar cells have been developed and commercialized.
그 중 하나로서 비정질 실리콘계 태양전지를 들 수 있는데, 상기 태양전지의 적층구조의 일례는 다음과 같다. 기판 위에 투명전극 혹은 금속 전극이 적층되고, 이 위에 광흡수층의 역할을 하는 박막의 비정질 실리콘과 투명 전극층이 순차적으로 형성된다.
One example thereof is an amorphous silicon solar cell. An example of the laminated structure of the solar cell is as follows. A transparent electrode or a metal electrode is laminated on a substrate, and a thin amorphous silicon serving as a light absorbing layer and a transparent electrode layer are sequentially formed thereon.
상기 박막 비정질 실리콘은 전하의 확산거리가 짧기 때문에 재결합이나 포획이 발생하여 생성된 캐리어 쌍이 소멸하게 된다. 결국, 상기 비정질 실리콘이 광흡수층의 역할을 행하기 위해서는, 상기 문제점을 해결해야만 하고, 이를 방지하기 해서 n형 반도체와 p형 반도체 사이에 진성(intrinsic)층을 구비하게 된다. 상기 비정질 실리콘은 이 진성층을 통해 광학적으로 생성된 전하를 분리시켜 내부전계를 형성하게 되고, 태양전지로서의 기능을 수행하게 된다.
The thin film amorphous silicon has recombination or trapping because the diffusion distance of electric charge is short, and the generated carrier pair is destroyed. As a result, in order for the amorphous silicon to function as a light absorbing layer, the above problem must be solved. To prevent this, an intrinsic layer is provided between the n-type semiconductor and the p-type semiconductor. The amorphous silicon separates the optically generated charge through the intrinsic layer to form an internal electric field, and functions as a solar cell.
그러나, 상기 비정질 실리콘 태양전지는 단결정 혹은 다결정 실리콘 태양전지에 비해 효율이 떨어지는 것이 일반적인데, 이는 비정질 실리콘은 실리콘 원자간 결합이 불규칙하거나 무질서하기 때문이다. 상기 비정질 실리콘을 수소화함으로써, 이러한 효율의 저하를 방지하기도 하지만, 이는 궁극적 해결책이 되지 못하고 있다.
However, the amorphous silicon solar cell generally has lower efficiency than a single crystal or polycrystalline silicon solar cell because amorphous silicon is irregular or disordered in silicon atomic bonding. Although hydrogenation of the amorphous silicon prevents such a decrease in efficiency, this is not the ultimate solution.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 태양전지용 기판에 일정 수준의 표면 거칠기를 부여함으로써, 입사된 빛이 쉽게 방출되지 않도록 함으로써, 태양전지의 효율을 증가시키는 기술들이 개발되었다. 그러나, 이러한 기술들은 나노 사이즈의 표면 거칠기를 부여하기 위하여, 복잡한 공정이 요구되거나, 제조 비용이 높다는 문제가 있다.
In order to solve such a problem, techniques for increasing the efficiency of the solar cell have been developed by preventing the incident light from being easily emitted by imparting a certain level of surface roughness to the substrate for the solar cell. However, these techniques have problems in that a complicated process is required or a manufacturing cost is high in order to impart a surface roughness of nano size.
이에 따라, 공정을 단순화하고, 제조 비용을 낮추기 위하여, 전기주조법을 이용한 태양전지용 기판 제조방법, 보다 상세하게는, 상기 전기주조시 음극 드럼의 표면 자체를 나노 패터닝화함으로써, 태양전지용 기판에 표면 거칠기를 부여하는 기술이 개발되었다. 하지만, 상기 음극 드럼의 표면에 형성되는 나노 패턴은 제어가 용이하지 않을 뿐 아니라, 미세한 나노 사이즈를 얻기 곤란하다. 또한, 요구되는 나노 패턴의 수준에 따라, 다수의 음극 드럼이 필요하다는 문제점이 있다.Accordingly, a method for manufacturing a substrate for a solar cell using an electroforming method, more specifically, a method for forming a surface of a negative electrode drum by nano-patterning the surface of the negative electrode drum during the electroforming, in order to simplify the process and lower the manufacturing cost, A technology has been developed. However, the nano pattern formed on the surface of the negative electrode is not easy to control, and it is difficult to obtain a fine nano size. Further, there is a problem that a plurality of cathode drums are required depending on the level of the required nano pattern.
본 발명의 일측면은 기판의 표면 거칠기를 제어함으로써, 태양전지의 에너지 효율을 증대시킬 수 있는 태양전지용 Fe-Ni합금 기판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.An aspect of the present invention is to provide a Fe-Ni alloy substrate for a solar cell capable of increasing the energy efficiency of a solar cell by controlling the surface roughness of the substrate, and a manufacturing method thereof.
본 발명의 다른 측면은 연속 공정이 가능하여 생산성을 향상시킬 수 있는 태양전지용 Fe-Ni합금 기판 및 그 제조방법을 제공하고자 하며, 상기 기판을 이용한 태양전지를 제공하고자 한다.Another aspect of the present invention is to provide a Fe-Ni alloy substrate for a solar cell and a method of manufacturing the same, which are capable of continuous processes and improve productivity, and a solar cell using the substrate.
본 발명은 전해조, 음극 드럼, 양극, 전원을 구비하는 전기주조장치를 이용한 전기주조법에 의해 상기 음극 드럼의 표면에서 형성되고, 상기 음극 드럼 표면과 접촉한 면의 반대측면에 0.05~0.1㎛의 표면 거칠기(Rz)의 요철면을 가지는 기판; 상기 요철면 상에 형성된 투명전극층; 및 상기 투명전극층 상에 형성된 광흡수층을 포함하는 태양전지용 Fe-Ni합금 기판을 제공한다.The present invention relates to an electroforming method for forming an electroforming film on a surface of a negative electrode drum by electroforming using an electroforming apparatus having an electrolytic bath, a negative electrode drum, a positive electrode and a power source, A substrate having an uneven surface of roughness Rz; A transparent electrode layer formed on the uneven surface; And a light absorbing layer formed on the transparent electrode layer. The present invention also provides an Fe-Ni alloy substrate for a solar cell.
상기 Fe-Ni합금 기판은 Ni함량이 25~85중량%이고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것이 바람직하다.The Fe-Ni alloy substrate preferably has a Ni content of 25 to 85% by weight, and the balance Fe and other unavoidable impurities.
상기 광흡수층은 비정질 실리콘인 것이 바람직하다.
The light absorption layer is preferably amorphous silicon.
본 발명은 전해조, 음극 드럼, 양극, 전원을 구비하는 전기주조장치를 이용하여 기판을 제조하는 방법에 있어서, 물 1L당, 0.1~4.0g의 계면활성제와 Fe 전구체 및 Ni 전구체를 포함하는 전해액을 준비하는 단계; 상기 전해액에 음극 드럼의 일부를 침지시키는 단계; 상기 음극 드럼의 표면에 Fe-Ni합금 기판이 형성되도록 상기 음극 드럼 및 양극에 전류를 인가하는 단계; 상기 Fe-Ni합금 기판의 일면에 투명전극층이 형성되도록 졸-겔(sol-gel) 코팅을 하는 단계; 및 상기 투명전극층 상에 광흡수층을 형성시키는 단계를 포함하며, 상기 Fe-Ni합금 기판의 일면은 상기 음극 드럼 표면과 접촉한 면의 반대측면이고, 0.05~0.1㎛의 표면 거칠기(Rz)의 요철면을 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지용 Fe-Ni합금 기판의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method for producing a substrate using an electroforming apparatus having an electrolytic bath, a cathode drum, a cathode and a power source, comprising the steps of: 0.1 to 4.0 g of an electrolyte solution containing 0.1 to 4.0 g of Fe precursor and Ni precursor per liter of water Preparing; Immersing a part of the negative electrode drum in the electrolytic solution; Applying a current to the cathode and the anode such that an Fe-Ni alloy substrate is formed on the surface of the cathode drum; Performing a sol-gel coating to form a transparent electrode layer on one surface of the Fe-Ni alloy substrate; And forming a light absorption layer on the transparent electrode layer, wherein one side of the Fe-Ni alloy substrate is opposite to the side in contact with the surface of the negative electrode and has a surface roughness Rz of 0.05 to 0.1 탆 Wherein the Fe-Ni alloy substrate for a solar cell has a surface.
상기 계면활성제는 폴리에틸렌글리콜계인 것이 바람직하다.The surfactant is preferably polyethylene glycol-based.
상기 Fe 전구체는 황산철, 염화철, 질산철 및 설파민산철 중 1종 이상인 것이 바람직하다.The Fe precursor is preferably at least one of iron sulfate, iron chloride, iron nitrate, and iron sulfamate.
상기 Ni 전구체는 황산니켈, 염화니켈, 질산니켈 및 설파민산니켈 중 1종 이상인 것이 바람직하다.
The Ni precursor is preferably at least one of nickel sulfate, nickel chloride, nickel nitrate, and nickel sulfamide.
본 발명은 전해조, 음극 드럼, 양극, 전원을 구비하는 전기주조장치를 이용한 전기주조법에 의해 상기 음극 드럼의 표면에서 형성되고, 상기 음극 드럼 표면과 접촉한 면의 반대측면에 0.05~0.1㎛의 표면 거칠기(Rz)의 요철면을 가지며, 상기 요철면 상에 형성된 투명전극층 및 상기 투명전극층이 형성된 기판상에 형성된 광흡수층을 포함하는 태양전지 Fe-Ni 합금 기판; 상기 광흡수층이 형성된 Fe-Ni합금 기판 위에 형성된 상부전극; 및 상기 상부전극상에 형성된 상부기판을 포함하는 태양전지를 제공한다.The present invention relates to an electroforming method for forming an electroforming film on a surface of a negative electrode drum by electroforming using an electroforming apparatus having an electrolytic bath, a negative electrode drum, a positive electrode and a power source, A solar cell Fe-Ni alloy substrate having an uneven surface of roughness (Rz), a transparent electrode layer formed on the uneven surface, and a light absorbing layer formed on the substrate on which the transparent electrode layer is formed; An upper electrode formed on the Fe-Ni alloy substrate on which the light absorption layer is formed; And an upper substrate formed on the upper electrode.
본 발명의 일측면에 따르면, 저렴하고 단순한 공정을 이용하면서도, 태양전지의 효율을 증대시킬 수 있는 태양전지용 Fe-Ni합금 기판을 대량으로 생산할 수 있다.According to an aspect of the present invention, a Fe-Ni alloy substrate for a solar cell capable of increasing the efficiency of a solar cell can be mass-produced using an inexpensive and simple process.
도 1은 전기주조장치의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대한 단면도이다.
도 3은 기판에 투명전극층을 형성하기 위한 방법의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 4는 도 3의 B 부분을 확대한 단면도이다.1 is a schematic view showing an example of an electroforming apparatus.
2 is an enlarged cross-sectional view of part A of Fig.
3 is a schematic view showing an example of a method for forming a transparent electrode layer on a substrate.
4 is an enlarged cross-sectional view of part B of Fig.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명자들은 태양전지의 효율을 증대시킬 수 있는 태양전지용 기판의 제조방법에 대하여 연구를 진행하던 중, 전해액에 별도의 첨가제를 첨가한 후 전기주조를 하게 되면, 음극 드럼의 표면에서 석출 및 성장하여 제조되는 기판이, 상기 음극 드럼의 표면과 맞닿는 부분이 아니라, 이 반대편 즉, 기판이 성장하는 면에 일정 수준의 표면 거칠기가 부여된다는 사실을 인지하게 되었다. 또한, 상기 첨가제의 양을 적정 범위로 제어함으로써, 기판의 표면 거칠기를 최적화할 수 있고, 이를 통해, 태양전지의 효율을 증대시킬 수 있다는 점에 기인하여 본 발명에 이르게 되었다.
The inventors of the present invention conducted research on a manufacturing method of a substrate for a solar cell capable of increasing the efficiency of a solar cell. When an additional additive is added to the electrolytic solution and then electroformed, deposition and growth occur on the surface of the negative electrode drum It has been recognized that the substrate to be manufactured does not have a portion contacting the surface of the negative electrode drum but a certain level of surface roughness is imparted to the opposite side, that is, the surface on which the substrate is grown. Further, by controlling the amount of the additive in an appropriate range, it is possible to optimize the surface roughness of the substrate, and thereby, the efficiency of the solar cell can be increased, leading to the present invention.
본 발명의 태양전지용 Fe-Ni합금 기판은 전해조, 음극 드럼, 양극, 전원을 구비하는 전기주조장치를 이용한 전기주조법에 의해 상기 음극 드럼의 표면에서 형성되고, 상기 음극 드럼 표면과 접촉한 면의 반대측면에 0.05~0.1㎛의 표면 거칠기(Rz)의 요철면을 가지는 기판, 상기 요철면 상에 형성된 투명전극층 및 상기 투명전극층 상에 형성된 광흡수층을 포함하여 이루어진다.
The Fe-Ni alloy substrate for a solar cell of the present invention is formed on the surface of the negative electrode drum by an electroforming method using an electroforming apparatus having an electrolytic bath, a negative electrode drum, a positive electrode and a power source, A substrate having an uneven surface with a surface roughness (Rz) of 0.05 to 0.1 mu m on the side surface, a transparent electrode layer formed on the uneven surface, and a light absorbing layer formed on the transparent electrode layer.
본 발명의 기판은 투명 전극층이 형성되는 면에 상기 표면 거칠기를 갖는 요철면을 부여함으로써, 태양전지내에 입사되는 빛이 난반사가 일어나도록 한다. 이렇게 난반사되는 빛은 태양전지 내에 빛이 오랫동안 머무르게 되어 상기 기판 위에 형성되는 광 흡수층의 효율을 상승시키며, 상기 기판이 특히, 비정질 실리콘에 적용되는 경우, 태양전지의 효율이 보다 향상될 수 있다.
In the substrate of the present invention, the surface on which the transparent electrode layer is formed is provided with the uneven surface having the surface roughness, so that the light incident on the solar cell is diffusely reflected. The diffused light increases the efficiency of the light absorbing layer formed on the substrate because the light stays in the solar cell for a long time, and when the substrate is applied to the amorphous silicon, the efficiency of the solar cell can be further improved.
상기 표면 거칠기는 0.05~0.1㎛의 범위인 것이 바람직하다. 상기 표면 거칠기가 0.05㎛미만인 경우에는 빛 가둠 효과 즉, 태양전지 내에 빛이 머무는 기간이 짧아지게 되어, 태양전지의 효율 상승 효과가 적어질 수 있다. 한편, 상기 표면 거칠기를 0.1㎛를 초과하도록 제어하고자 하는 경우에는 기판의 박막화가 용이하지 않아 박막형 태양전지에 적용하기 어려울 수 있다.
The surface roughness is preferably in the range of 0.05 to 0.1 mu m. When the surface roughness is less than 0.05 탆, the light confining effect, that is, the period of time during which the light stays in the solar cell is shortened, and the effect of increasing the efficiency of the solar cell can be reduced. On the other hand, when it is desired to control the surface roughness to exceed 0.1 탆, thinning of the substrate is difficult and it may be difficult to apply to a thin film solar cell.
본 발명의 태양전지용 기판에 사용되는 Fe는 경하면서도 유연하고, 값이 싸며, 대량생산이 가능하다는 장점이 있다. 즉, 일정 수준 이상의 강도 또는 경도를 확보하고 있음과 동시에 유연하기 때문에, 물리적 충격에 의한 균열 혹은 파단이 잘 발생하지 않아, 내구성 확보 측면에서 유리하다. 또한, 제조 비용이 저렴하고, 대량생산이 가능하기 때문에 생산성 측면에서도 유리하다는 이점이 있다. 나아가, 롤과 같은 형태로 쉽게 변화되기 때문에, 보관이 용이하고, 고객사의 요구에 맞게 기판의 크기를 제어하는 것이 쉽다.
The Fe used in the solar cell substrate of the present invention is advantageous in that it is light, flexible, cheap, and mass-producible. That is, since the strength or hardness of a certain level or more is ensured and at the same time is flexible, cracks or fractures due to physical impact do not occur easily, which is advantageous in terms of ensuring durability. In addition, since the production cost is low and mass production is possible, there is an advantage that it is advantageous from the viewpoint of productivity. Furthermore, since it is easily changed into a roll-like shape, it is easy to store, and it is easy to control the size of the substrate to meet the needs of customers.
한편, 태양전지는 그 구성요소들간의 열팽창 계수가 거의 유사한 수준으로 제어되어야 한다. 이는, 온도의 상승 혹은 저하에 따라, 기판 혹은 이 위에 적층되는 물질들에 가해지는 응력이 차이가 나게 되므로, 상기 기판이나 다른 물질들에 균열 혹은 파단을 야기시킬 수 있기 때문이다. 따라서, 상기 Fe에 Ni을 함유시키는 것이 바람직한데, 이와 같이, Fe-Ni합금으로서 기판이 제조되는 경우에는, 상기 Ni함량의 제어를 통해, 태양전지 기판에 적용될 수 있도록 열팽창 계수를 최적화시킬 수 있다. 또한, 상기 Fe-Ni합금은 내부식성 확보가 용이한 물질이며, 동시에 제조를 위해 전기주조법을 이용하는 경우, 상기 Fe-Ni합금의 형성이 용이하다는 장점이 있다. 다만, 상기와 같이 주조를 행할 경우, Fe 및 Ni이외에 기타 불가피한 불순물이 포함될 수 있다.
On the other hand, the solar cell must be controlled to have a similar thermal expansion coefficient between its components. This is because as the temperature rises or falls, the stress applied to the substrate or the materials stacked thereon becomes different, which may cause cracks or fractures in the substrate or other materials. Therefore, it is preferable that Ni is contained in the Fe. When the substrate is produced as an Fe-Ni alloy, the coefficient of thermal expansion can be optimized so as to be applicable to the solar cell substrate through control of the Ni content . In addition, the Fe-Ni alloy has an advantage that it is easy to ensure corrosion resistance, and at the same time, when the electroforming method is used for production, the formation of the Fe-Ni alloy is easy. However, when casting is performed as described above, other inevitable impurities besides Fe and Ni may be included.
이 때, 상기 Fe-Ni합금 기판은 Ni함량이 25~85중량%인 것이 바람직한데, 상기와 같이 Ni의 함량을 제어함으로써 태양전지에 적용되기에 적합한 열팽창 계수를 갖도록 할 수 있다. 다만, 상기 범위를 벗어나는 경우에는 열팽창 계수가 증가하여 태양전지에 적용되기 곤란해질 수 있다.
At this time, it is preferable that the Fe-Ni alloy substrate has a Ni content of 25 to 85% by weight. By controlling the Ni content as described above, the Fe-Ni alloy substrate can have a thermal expansion coefficient suitable for application to a solar cell. However, if it is outside the above-mentioned range, the thermal expansion coefficient may increase and it may become difficult to apply to the solar cell.
상기와 같이 제공되는 태양전지 기판은 태양전지에 바람직하게 적용될 수 있도록, 상기 Fe-Ni합금 기판의 일면에 투명전극층이 형성되는 것이 바람직하다. 상기 투명 전극층의 종류는 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, AZO, ITO, FTO, GZO, ZnO, SiO2, SnO2 등이 될 수 있으며, 상기 투명전극층은 전류가 흐를 수 있는 전극의 역할을 수행하게 된다.
It is preferable that a transparent electrode layer is formed on one surface of the Fe-Ni alloy substrate so that the solar cell substrate can be suitably applied to a solar cell. The type of the transparent electrode layer is not particularly limited, and for example, can be a AZO, ITO, FTO, GZO, ZnO, SiO2, SnO 2 or the like, the transparent electrode layer is to serve as the electrode for current to flow do.
이하, 본 발명의 태양전지 기판의 제조방법에 대하여 설명한다.
Hereinafter, a method of manufacturing the solar cell substrate of the present invention will be described.
본 발명의 태양전지 기판의 제조방법에는 전해조, 음극 드럼, 양극, 전원을 구비하는 전기주조장치를 이용하여 기판을 제조하는 방법 즉, 전기주조법이 바람직하게 적용될 수 있으며, 이를 설명하기 위한 전기주조장치의 일례를 도 1에 나타내었다.
A method of manufacturing a substrate using an electroforming apparatus having an electrolytic bath, a cathode drum, an anode, and a power source, that is, an electroforming method, can be preferably applied to the method for manufacturing a solar cell substrate of the present invention. 1 is shown in Fig.
도 1에 나타난 전기주조장치(100)는 전해조(102)의 내부에 양극(104) 및 음극 드럼(106)이 구비되게 되고, 상기 양극(Anode)(104)과 음극(Cathode) 드럼(106)은 소정의 간격을 유지하도록 위치된다. 상기 양극(104)과 음극 드럼(106)은 전원(108)과 전기적으로 연결되게 되어, 전류가 흐르게 된다. 상기 전해조(102)에 전해액이 주입되고, 상기 전해액에 침지된 양극(104)과 음극 드럼(106)에 전류가 인가되면 음극 드럼의 표면 일부에 금속판이 형성되게 되고, 상기 금속판을 상기 음극 드럼(106)으로부터 분리시키게 됨으로써, Fe-Ni합금 기판(1)으로 사용할 수 있게 된다.
The
상기한 바와 같이, 전기주조법에 의해 금속 기판을 제조할 경우에는, 기존의 압연 공정에 비하여 단순한 공정으로도 기판을 제조할 수 있기 때문에, 생산성이 뛰어나며, 기판의 박막화를 용이하게 달성할 수 있다. 반면, 압연법을 이용하여 유선 극박 기판을 제조하는 경우 두께가 얇아질수록 제조 원가가 급증하며, 태양전지 기판으로 사용하기 위해서는 표면 거칠기의 관리가 필수적인데, 압연법으로 기판을 제조하는 경우 개재물이 표면층에 분포하여 표면 거칠기를 제어하기 어렵다는 단점이 있다.
As described above, when a metal substrate is manufactured by the electroforming method, since the substrate can be manufactured by a simple process as compared with the conventional rolling process, the productivity is excellent, and the thinning of the substrate can be easily achieved. On the other hand, in the case of manufacturing a wired ultra slim substrate using the rolling method, the manufacturing cost increases as the thickness becomes thinner. In the case of manufacturing the substrate by the rolling method, it is necessary to control the surface roughness for use as a solar cell substrate. It is difficult to control the surface roughness by distributing in the surface layer.
본 발명의 태양전지용 기판을 제조하기 위해서, 우선, 물 1L당, 0.1~4.0g의 계면활성제와 Fe 전구체 및 Ni 전구체를 포함하는 전해액을 준비한다. 상기 계면활성제는 음극 드럼에 형성되는 기판의 표면 거칠기 제어를 위해 투입되는 첨가제이다. 도 2는 도 1에 나타난 A 부분 즉, 음극 드럼(106)과 이 음극 드럼(106)의 표면에 형성되는 Fe-Ni합금 기판(1)이 나타난 부분을 확대한 단면도인데, 상기 계면활성제를 물 1L당, 0.1~4.0g로 전해액에 투입함으로써, 상기 Fe-Ni합금 기판(1)이 음극 드럼의 표면과 맞닿는 부분이 아니라, 이 반대편 즉, 기판이 성장하는 면에 일정 수준의 표면 거칠기가 부여될 수 있도록 할 수 있다.
In order to produce the substrate for a solar cell of the present invention, firstly, an electrolyte solution containing 0.1 to 4.0 g of a surfactant, Fe precursor and Ni precursor per liter of water is prepared. The surfactant is an additive added to control the surface roughness of the substrate formed on the negative electrode drum. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a portion A shown in FIG. 1, that is, a portion where the
다만, 상기 계면활성제를 0.1g 미만으로 투입하게 되면 기판의 표면이 과도하게 거칠어질 수 있으며, 4.0g를 초과하게 되면 기판에 일정 수준 이상의 표면 거칠기를 부여하는 것이 곤란해질 수 있다.
However, if the surfactant is added in an amount of less than 0.1 g, the surface of the substrate may be excessively roughened, and if it is more than 4.0 g, it may be difficult to impart a surface roughness of more than a certain level to the substrate.
상기 계면활성제는 폴리에틸렌글리콜계인 것이 바람직한데, 상기 폴리에틸렌계 첨가제는 음극 드럼에 형성되는 Fe-Ni합금의 결정립을 미세화하여 표면을 평탄화시키는 역할을 수행한다. 상기 폴리에틸렌계 첨가제가 많이 첨가되는 경우에는 표면 조도가 커지게 되고, 적게 첨가되는 경우에는 결정립의 미세화 효과가 미약해져 표면 조도가 작아지게 된다.
It is preferable that the surfactant is polyethylene glycol-based, and the polyethylene-based additive functions to refine the crystal grains of the Fe-Ni alloy formed on the negative electrode drum to flatten the surface. When the polyethylene-based additive is added in a large amount, the surface roughness becomes large, and when it is added in a small amount, the effect of refining the crystal grains is weakened and the surface roughness becomes small.
한편, 상기 전해액에 포함되는 상기 Fe 전구체나 Ni 전구체는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전구체의 원자량을 고려하여 투입함으로써, 목표로 하는 Fe-Ni 합금의 조성을 얻을 수 있으며, 그 종류는 특별히 한정하지 않으나, Fe 전구체로는 황산철, 염화철, 질산철 또는 설파민산철 중 1종 이상이 사용될 수 있으며, Ni 전구체로는 황산니켈, 염화니켈, 질산니켈 또는 설파민산니켈 중 1종 이상이 사용될 수 있다.
On the other hand, if the Fe precursor and Ni precursor contained in the electrolytic solution are those having ordinary knowledge in the art, the composition of the target Fe-Ni alloy can be obtained by taking into account the atomic weight of the precursor, As the Fe precursor, at least one of iron sulfate, iron chloride, iron nitrate or iron sulfamide may be used. As the Ni precursor, at least one of nickel sulfate, nickel chloride, nickel nitrate or nickel sulfamide may be used. Can be used.
상기와 같이 전해액이 준비되면, 상기 전해액에 음극 드럼의 일부가 침지되도록, 전해액을 전해조에 주입시킨다. 이와 같이, 전해액이 음극 드럼의 일부가 침지되도록 함으로써, 상기 전해액은 Fe-Ni합금의 원료 물질을 제공하는 역할뿐만 아니라, 음극 드럼과 양극이 전기적으로 연결될 수 있는 역할, 즉 전해질의 역할까지 수행할 수 있게 된다.
When the electrolytic solution is prepared as described above, the electrolytic solution is injected into the electrolytic bath so that a part of the negative electrode drum is immersed in the electrolytic solution. By thus allowing the electrolyte to dope a part of the negative electrode drum, the electrolyte serves not only to provide the raw material for the Fe-Ni alloy but also to serve as a role that the negative electrode and the positive electrode can be electrically connected to each other, .
이후, 전술한 바와 같은 공정을 통해, 상기 음극 드럼의 표면에 형성된 Fe-Ni합금 기판을 회수함으로써, 태양전지에 적용될 수 있는 Fe-Ni합금을 제조할 수 있다.
Thereafter, the Fe-Ni alloy substrate formed on the surface of the negative electrode can be recovered through the above-described process, whereby an Fe-Ni alloy applicable to the solar cell can be manufactured.
이어서, 상기 Fe-Ni합금 기판에 투명전극층을 형성시키기 위하여, 상기 Fe-Ni합금 기판을 회수하는 단계 전 또는 후, 졸-겔(sol-gel) 코팅을 이용하여 상기 Fe-Ni합금 기판의 일면에 투명전극층을 형성하며, 상기 투명전극층의 형성은 0.05~0.1㎛의 표면 거칠기(Rz)를 갖는 상기 음극 드럼 표면과 접촉하는 면에 반대하는 면에 형성하는 것이 바람직하다.
Next, to form a transparent electrode layer on the Fe-Ni alloy substrate, a surface of the Fe-Ni alloy substrate is coated with a sol-gel coating before or after the step of recovering the Fe- And the transparent electrode layer is preferably formed on a surface opposite to a surface of the negative electrode drum having a surface roughness (Rz) of 0.05 to 0.1 mu m.
상기 공정을 설명하기 위하여, 도 3에 기판에 투명전극층을 형성하기 위한 방법의 일례를 나타내었다. 도 3에 나타난 바와 같이, 전기주조장치(1)를 통해 제조된 Fe-Ni합금 기판(1)은 코팅 장치(200)로 이동하게 된다. 상기 코팅 장치(200)는 상기 전기주조장치(100)와 유사한 형태를 갖는데, 상기 코팅 장치(200)는 투명전극을 형성할 수 있는 졸-겔 형태의 물질(이하, '코팅액(202)'이라고 함)과 상기 코팅액(202)을 담지할 수 있는 코팅조(204), 그리고 코팅 롤러(206)로 구성될 수 있으며, 상기 코팅 롤러(206)는 그 일부가 상기 코팅액(202)에 담겨져 있는 형태로 구비될 수 있다.
In order to explain the above process, FIG. 3 shows an example of a method for forming a transparent electrode layer on a substrate. As shown in FIG. 3, the Fe-
도 4는 도 3에 나타난 B 부분, 즉, 코팅 롤러(206)와 이 코팅 롤러를 지나가는 Fe-Ni합금 기판에 나타난 부분을 확대한 단면도인데, 도 4에 나타난 바와 같이, 상기 Fe-Ni합금 기판(1)의 음극 드럼과 접촉하는 면의 반대되는 면이 회전하는 코팅 롤러(206)와 접촉한 형태로 지나가게 되면, 일정량의 코팅액(202)이 상기 Fe-Ni합금 기판(1)에 묻게 되고, 상기 코팅액(202)이 건조하게 되면, 상기 Fe-Ni합금 기판(1)에 투명 전극층(2)이 포함된 기판이 형성된다.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of part B shown in FIG. 3, that is, a portion indicated on the Fe-Ni alloy substrate passing through the
또한, 본 발명에서는 상기와 같이, 투명전극층 형성에 있어서, 롤투롤 공정(roll to roll process)에 의한 연속공정이 가능하기 때문에, 태양전지용 기판을 간단하면서도 저렴한 비용으로도 제조할 수 있다는 장점이 있으며, 생산성 또한 효과적으로 증대시킬 수 있다.
In the present invention, since the continuous process by the roll-to-roll process can be performed in forming the transparent electrode layer as described above, it is advantageous that the substrate for a solar cell can be manufactured simply and inexpensively , Productivity can also be effectively increased.
이후, 기판에 형성된 투명전극층 상에 광흡수층을 형성시키는 단계를 추가로 포함함으로써, 본 발명의 태양전지용 Fe-Ni합금 기판을 제조할 수 있으며, 상기 비정질 실리콘 광흡수층은 당해 기술분야에서 통상적인 방법에 의해 형성될 수 있다.Thereafter, the Fe-Ni alloy substrate for a solar cell of the present invention can be produced by further comprising a step of forming a light absorbing layer on the transparent electrode layer formed on the substrate, and the amorphous silicon light absorbing layer can be formed by a method As shown in FIG.
1 : Fe-Ni합금 기판 2 : 투명 전극층
100 : 전기주조장치 102 : 전해조
104 : 양극 106 : 음극 드럼
108 : 전원 200 : 코팅 장치
202 : 코팅액 204 : 코팅조
206 : 코팅 롤러1: Fe-Ni alloy substrate 2: transparent electrode layer
100: electroforming apparatus 102: electrolytic cell
104: anode 106: cathode drum
108: Power source 200: Coating device
202: coating liquid 204: coating tank
206: Coating roller
Claims (9)
물 1L당, 0.1~4.0g의 계면활성제와 Fe 전구체 및 Ni 전구체를 포함하는 전해액을 준비하는 단계;
상기 전해액에 음극 드럼의 일부를 침지시키는 단계;
상기 음극 드럼의 표면에 Fe-Ni합금 기판이 형성되도록 상기 음극 드럼 및 양극에 전류를 인가하는 단계;
상기 Fe-Ni합금 기판의 일면에 투명전극층이 형성되도록 졸-겔(sol-gel) 코팅을 하는 단계; 및
상기 투명전극층 상에 광흡수층을 형성시키는 단계를 포함하며,
상기 Fe-Ni합금 기판의 일면은 상기 음극 드럼 표면과 접촉한 면의 반대측면이고, 0.05~0.1㎛의 표면 거칠기(Rz)의 요철면을 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지용 Fe-Ni합금 기판의 제조방법.
A method of manufacturing a substrate using an electroforming apparatus having an electrolytic bath, a cathode drum, an anode, and a power supply,
Preparing an electrolyte solution containing 0.1 to 4.0 g of a surfactant, Fe precursor and Ni precursor per liter of water;
Immersing a part of the negative electrode drum in the electrolytic solution;
Applying a current to the cathode and the anode such that an Fe-Ni alloy substrate is formed on the surface of the cathode drum;
Performing a sol-gel coating to form a transparent electrode layer on one surface of the Fe-Ni alloy substrate; And
And forming a light absorbing layer on the transparent electrode layer,
Wherein the one surface of the Fe-Ni alloy substrate is opposite to the surface contacting the surface of the negative electrode and has an uneven surface of a surface roughness (Rz) of 0.05 to 0.1 占 퐉. Way.
상기 계면활성제는 폴리에틸렌글리콜계인 태양전지용 Fe-Ni합금 기판의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the surfactant is a polyethylene glycol-based Fe-Ni alloy substrate for a solar cell.
상기 Fe 전구체는 황산철, 염화철, 질산철 및 설파민산철 중 1종 이상인 태양전지용 Fe-Ni합금 기판의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the Fe precursor is at least one of iron sulfate, iron chloride, iron nitrate, and iron sulfamate.
상기 Ni 전구체는 황산니켈, 염화니켈, 질산니켈 및 설파민산니켈 중 1종 이상인 태양전지용 Fe-Ni합금 기판의 제조방법.5. The method of claim 4,
Wherein the Ni precursor is at least one of nickel sulfate, nickel chloride, nickel nitrate, and nickel sulfamate.
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- 2011-06-13 KR KR1020110057106A patent/KR101259296B1/en active IP Right Grant
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