KR101262482B1 - 태양전지 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 태양전지는 셀 영역과 주변 영역을 포함하는 기판과, 상기 기판 상의 셀 영역 상에 이면 전극층, 광 흡수층, 투명 전극층이 순차적으로 적층 형성된 다수의 태양전지 셀과, 상기 태양전지 셀의 일측에 형성된 테스트 셀을 포함한다.
상기와 같은 발명은 태양전지 셀에 대응되도록 테스트 셀을 형성함으로써, 위치별 효율 측정이 가능한 효과를 가진다.

Description

태양전지 및 그의 제조방법{SOLAR CELL AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양전지의 효율을 효과적으로 측정할 수 있는 태앙전지 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 기판 상에 다수의 태양전지 셀이 형성되고, 다수의 태양전지 셀을 전기적으로 연결함으로써 태양전지가 완성된다.
하지만, 태양전지 셀은 직렬 또는 병렬로 연결되었기 때문에 어느 하나의 태양전지 셀을 측정하더라도 전체 태양전지 셀의 효율만 측정될 뿐, 개별의 태양전지 셀의 효율을 측정하기 어려운 문제가 발생된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 태양전지 셀의 위치별 효율 측정이 가능한 태양전지 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 태양전지는 셀 영역과 주변 영역을 포함하는 기판과, 상기 기판 상의 셀 영역 상에 이면 전극층, 광 흡수층, 투명 전극층이 순차적으로 적층 형성된 다수의 태양전지 셀과, 상기 태양전지 셀의 일측에 형성된 테스트 셀을 포함한다.
또한, 본 발명의 태양전지 제조방법은 기판을 마련하는 단계와, 상기 기판 상에 이면 전극층, 광 흡수층, 투명 전극층을 순차적으로 증착하여 태양전지 셀을 형성하는 단계와, 상기 태양전지 셀로부터 분리시켜 테스트 셀을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 태양전지 셀에 대응되도록 테스트 셀을 형성함으로써, 태양전지 셀의 위치에 따른 효율 측정이 가능한 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 각각의 태양전지 셀의 효율을 측정함으로써, 태양전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 테스트 셀이 구비된 태양전지를 나타낸 개략 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 태양전지에 형성된 태양전지 셀을 구조를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 태양전지에 구비된 테스트 셀의 구조를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 테스트 셀의 전하 흐름을 나타낸 단면도.
도 5 내지 도 14는 본 발명에 따른 태양전지의 제조 공정을 나타낸 세부 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 테스트 셀이 구비된 태양전지를 나타낸 개략 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양전지에 형성된 태양전지 셀을 구조를 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 태양전지에 구비된 테스트 셀의 구조를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 테스트 셀의 전하 흐름을 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 태양전지는 셀 영역과 주변 영역을 포함하는 기판(100)과, 상기 기판(100) 상의 셀 영역 상에 이면 전극층, 광 흡수층, 투명 전극층이 순차적으로 적층 형성된 다수의 태양전지 셀(200)과, 상기 태양전지 셀(200)의 일측에 형성된 테스트 셀(300)을 포함한다.
기판(100)은 사각의 플레이트 형상으로 형성되며, 투명한 유리 재질로 형성될 수 있다.
기판(100)은 리지드(Rigid)하거나 플렉서블(Flexible)할 수 있으며, 유리 기판 이외에 PET(Polyethylene Terephthalate), PEN(Polyethylenenaphthelate), PP(Polypropylene), TAC(Tri Acethl Cellulose)와 같은 플라스틱 또는 금속 재질의 기판이 사용될 수 있다.
또한, 기판(100)으로는 나트륨(Na) 성분이 포함된 소다 라임 글래스(Soda Lime Glass) 기판이 사용될 수 있다.
기판(100)은 셀 영역(A)과 주변 영역(B)을 포함하도록 형성될 수 있다.
상기 셀 영역(A)은 태양전지 셀(200)이 형성되는 영역으로써, 본 실시예에서는 기판(100) 상의 중심 영역을 지칭할 수 있다.
주변 영역(B)은 셀 영역(A)의 주변을 둘러싸는 영역으로써, 본 실시예에서는 이후 설명될 테스트 셀(300)이 형성되는 영역일 수 있다.
기판(100) 상의 셀 영역(A)에 형성된 태양전지 셀(200)은 제3 패턴라인(P3)에 의해 다수개로 분할 형성되며, 다수개의 태양전지 셀(200)을 직렬 연결시켜 태양전지가 완성될 수 있다.
태양전지 셀(200)은 효율과 내구성이 우수한 CIGS(Cu(In,Ga)Se2)계 태양전지 셀이 사용될 수 있으며, 본 실시예에서는 7개의 셀로 분리될 수 있다. 물론, 태양전지 셀(200)의 개수는 한정되지 않으며, 6개 이하 또는 8개 이상으로 형성될 수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 태양전지 셀(200)은 기판(100) 상에 제1 패턴라(P1)인에 의해 분할된 이면 전극층(210)이 형성되며, 이면 전극층(210) 상에는 CIGS계의 광 흡수층(220), 제1 버퍼층(230) 및 제2 버퍼층(240)이 형성된다.
이면 전극층(210)으로는 몰리브덴(Mo)이 사용되며, 광 흡수층(220)은 CIGS계 화합물, 제1 버퍼층(230)은 황화 카드뮴(CdS), 제2 버퍼층(240)은 ZnO가 사용될 수 있다.
광 흡수층(220), 제1 버퍼층(230) 및 제2 버퍼층(240)에는 이면 전극층(210)의 일부가 노출되도록 제2 패턴라인(P2)이 형성되며, 이로부터 광 흡수층(220), 제1 버퍼층(230) 및 제2 버퍼층(240)은 분할되어 형성될 수 있다.
상기 제2 버퍼층(240) 상에는 투명 전극층(250)이 형성되며, 투명 전극층(250)으로는 AZO가 사용될 수 있다. 여기서, 투명 전극층(250)에는 이면 전극층(210)의 상부가 노출되도록 제3 패턴라인(P3)이 형성되며, 제3 패턴라인(P3)은 태양전지 셀(200)을 다수개로 분할시킬 수 있다.
상기와 같이, 다수로 분할 형성된 태양전지 셀(200)은 그리드 형태의 직렬 또는 병렬 연결을 통해 전기적으로 서로 연결될 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 태양전지 셀(200)의 일측에는 테스트 셀(300)이 형성된다. 테스트 셀(300)은 태양전지 셀(200)의 일측으로부터 분리되어 형성된다.
더욱 구체적으로, 테스트 셀(300)은 태양전지 셀(200)과 일체로 형성된 후 태양전지 셀(200)의 끝단 일부를 패터닝 공정에 의해 분리시켜 테스트 셀(300)을 형성시킨다.
이로 인해 테스트 셀(300)은 태양전지 셀(200)과 대응되는 위치에 이격 형성되며, 기판(100)의 주변 영역(B) 상에 배치될 수 있다.
테스트 셀(300)은 다수의 태양전지 셀(200)의 개수에 대응되도록 다수개가 형성될 수 있으며, 태양전지 셀(200)의 일측에는 최대 태양전지 셀(200)의 1/2의 개수로 형성될 수 있다.
테스트 셀(300)의 양측에는 테스트 셀(300)의 효율 측정을 위한 도전체가 형성될 수 있으며, 이러한 도전체는 이면 전극층(310)을 테스트 셀(300)로부터 연장시켜 형성할 수 있다.
이를 위해 측정 대상인 테스트 셀(300)에 인접하는 테스트 셀(미도시)은 제거될 수 있으며, 구체적으로 측정 대상인 테스트 셀(300)에 인접하는 테스트 셀의 이면 전극층(310)을 제외한 나머지 반도체 층은 제거될 수 있다.
여기서, 이면 전극층(310)은 태양전지 셀(200)의 제조공정 중 형성된 제1 패턴라인(P1)에 의해 분할 형성되기 때문에 서로 인접한 측정 대상 테스트 셀(300) 들은 전기적으로 분리되어 형성될 수 있다.
이면 전극층(210) 상에는 효율 측정용 패턴(400)이 더 형성될 수 있다. 상기 패턴(400)은 테스트 셀(300)의 양측에 연장 형성된 이면 전극층(310) 상에 형성될 수 있다.
상기와 같은 패턴(400)은 이면 전극층(310)과 전기적으로 연결될 수 있도록 납을 이용하여 형성될 수 있다.
이러한 효율 측정용 패턴(400)은 각각의 테스트 셀(300)에 2개씩 형성될 수 있으며, 2개의 패턴에 별도의 효율특성 추적장치(VI tracer, 500)를 연결하여 테스트 셀(300)의 효율을 측정할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 테스트 셀(300)의 일측으로 연장 형성된 이면 전극층(310)의 일측은 테스트 셀(300)에서 형성된 정공(+)이 이동되며, 테스트 셀(300)의 타측으로 연장 형성된 이면 전극층(310)의 타측은 투명 전극층(350)으로부터 전자(-)가 이동될 수 있다.
이로부터 테스트 셀(300)의 일측에 형성된 이면 전극층(310)과 테스트 셀(300)의 타측에 형성된 이면 전극층(310) 사이의 전위차를 측정하게 되면 두 전극 예컨대, 이면 전극층(210)과 투명 전극층(350) 사이의 전위차를 측정하는 것과 동일한 효과를 가지게 되어 테스트 셀(300)의 효율을 측정할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양전지의 세부 공정을 살펴본다. 도 5 내지 도 14는 본 발명에 따른 태양전지의 제조 공정을 나타낸 세부 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 대면적의 투명 유리 기판(100)이 마련되면, 상기 기판(100) 상에 이면 전극층(210)을 형성하는 단계를 수행한다.
이면 전극층(210)은 기판(100) 상에 몰리브덴(Mo)을 스퍼터링에 의해 일정 두께로 증착시켜 형성될 수 있다.
이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 이면 전극층(210)을 스트립 형태로 분할 형성하는 단계를 수행한다.
이면 전극층(210)은 패터닝 공정을 수행하여 분할 형성할 수 있으며, 이로 인해 이면 전극층(210)에는 다수의 제1 패턴라인(P1)이 형성될 수 있다. 여기서, 패터닝 공정은 레이저를 이용하여 형성할 수 있다.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 분할된 이면 전극층(210) 상에 광 흡수층(220), 제1 버퍼층(230) 및 제2 버퍼층(240)을 형성하는 단계를 수행한다.
광 흡수층(220)은 이면 전극층(210) 상에 CIGS를 동시 증착법으로 형성할 수 있다. 제1 버퍼층(230)은 황화 카드뮴(CdS)를 광 흡수층 상에 화학용액 성장법(Chemical Bath Deposition; CBD)으로 형성할 수 있다. 제2 버퍼층(240)은 ZnO를 스퍼터링 법에 의해 형성할 수 있다.
이어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 광 흡수층(220), 제1 버퍼층(230) 및 제2 버퍼층(240)에 제1 패턴라인(P1)과 이격되도록 제2 패턴라인(P2)을 형성하는 단계를 수행한다.
제2 패턴라인(P2)은 스크라이브(Scribe) 법에 의해 광 흡수층(220), 제1 버퍼층(230) 및 제2 버퍼층(240)의 일부가 제거되어 형성될 수 있으며, 이로 인해 이면 전극층(210)의 상부가 노출될 수 있다.
이어서, 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 버퍼층(240) 상에 투명 전극층(250)을 형성하는 단계를 수행한다.
투명 전극층(250)은 제2 버퍼층(240) 상에 AZO를 일정 두께를 스퍼터링(Sputtering)에 의해 증착시켜 형성할 수 있다.
이어서, 도 10에 도시된 바와 같이, 투명 전극층(250), 제2 버퍼층(240), 제1 버퍼층(230) 및 광 흡수층(220)에 제2 패턴라인(P2)과 이격되도록 제3 패턴라인(P3)을 형성하는 단계를 수행한다.
제3 패턴라인(P3)은 스크라이브(Scribe) 법에 의해 투명 전극층(250), 제2 버퍼층(240), 제1 버퍼층(230) 및 광 흡수층(220)의 일부가 제거되어 형성될 수 있으며, 이로 인해 이면 전극층(210)의 상부가 노출될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 제3 패턴라인(P3)은 태양전지 셀(200)들의 경계면을 이루게 되며 이로부터 다수개 예컨대, 7개의 태양전지 셀(200)이 형성될 수 있다.
상기와 같이 형성된 다수의 태양전지 셀(200)은 기판(100) 상의 셀 영역(A)으로부터 주변 영역(B)까지 연장되도록 형성될 수 있다.
이어서, 도 12에 도시된 바와 같이, 기판(100)의 주변 영역(B)에 테스트 셀(300)을 형성하는 단계를 수행한다.
테스트 셀(300)은 태양전지 셀(200)로부터 분리되어 형성될 수 있으며, 구체적으로 패터닝 공정에 의해 태양전지 셀(200)의 양 끝단을 분리시켜 테스트 셀(300)을 형성할 수 있다.
패터닝 공정은 레이저 또는 스크라이빙에 의해 수행될 수 있으며, 레이저와 스크라이빙 법을 혼합하여 사용할 수도 있다.
또한, 패터닝 공정은 기판(100)의 주변 영역(B) 상에서 수행될 수 있으며, 이로부터 태양전지 셀(200)과 테스트 셀(300) 사이에는 제4 패턴라인(P4)이 형성되어 테스트 셀(300)을 태양전지 셀(200)로부터 분리시킬 수 있다.
제4 패턴라인(P4)은 기판(100)의 주변 영역(B) 상에 형성될 수 있으며, 이로부터 테스트 셀(300)은 기판(100)의 주변 영역(B) 상에 배치될 수 있다.
상기에서는 테스트 셀(300)을 태양전지 셀(200)의 양측에 이격 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 태양전지 셀(200)의 일측 또는 타측 중 어느 한 영역에만 형성될 수도 있다.
이어서, 도 13에 도시된 바와 같이, 측정될 테스트 셀(300)에 양측에 인접한 영역의 테스트 셀의 일부를 제거하는 단계를 수행한다.
측정될 테스트 셀(300)의 인접한 영역에 위치한 셀 중 투명 전극층, 제2 버퍼층, 제1 버퍼층 및 광 흡수층을 포함하는 반도체층은 스크라이빙 또는 레이저에 의해 제거될 수 있다.
측정될 테스트 셀(300)에 인접한 영역에 형성된 이면 전극층(210)에는 태양전지 셀(200) 형성시 형성된 제1 패턴라인(P1)에 의해 다수의 테스트 셀(300)들을 전기적으로 분리시킬 수 있다.
이어서, 도 14에 도시된 바와 같이, 테스트 셀(300)의 양측에 형성된 이면 전극층(310) 상에 효율 측정용 패턴(400)을 형성하는 단계를 수행한다.
패턴(400)은 초음파 납땜에 의해 형성할 수 있으며, 그 형상은 반구, 다각 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
상기와 같이, 테스트 셀(300)을 형성하는 단계를 마치면 특정 영역의 테스트 셀(300)을 측정할 수 있다.
테스트 셀(300)은 태양전지 셀(200)로부터 분리되어 형성되었기 때문에 특정 테스트 셀(300)을 측정하게 되면 특정 테스트 셀(300)에 대응되는 태양전지 셀(200)의 효율을 알 수 있게 된다.
상기와 같은 발명은 측정하고자 하는 테스트 셀(300)을 선택적으로 형성하였으나, 이와 달리 태양전지 셀(200)의 양측에 서로 다른 태양전지 셀(200)로부터 분리시키도록 형성한다면 모든 태양전지 셀(200)에 대한 위치별 효율 측정이 가능한 효과가 있다.
상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.
100: 기판 200: 태양전지 셀
300: 테스트 셀 400: 패턴
500: 효율특성 추적장치 P1: 제1 패턴라인

Claims (10)

  1. 셀 영역과 주변 영역을 포함하는 기판;
    상기 기판 상의 셀 영역 상에 이면 전극층, 광 흡수층, 투명 전극층이 순차적으로 적층 형성된 다수의 태양전지 셀; 및
    상기 태양전지 셀의 일측에 형성된 테스트 셀;
    을 포함하고,
    상기 테스트 셀은 상기 태양전지 셀과 대응되는 위치에 이격 형성되고,
    상기 테스트 셀의 일측에 형성되는 이면 전극층 및
    상기 테스트 셀의 타측에 형성되는 이면 전극층을 포함하는 태양전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 테스트 셀은 태양전지 셀의 끝단으로부터 분리되어 기판의 주변 영역 상에 배치되는 태양전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 테스트 셀에 인접하는 영역에는 이면 전극층의 상부가 노출되도록 테스트 셀로부터 연장 형성되는 태양전지.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 테스트 셀로부터 연장 형성된 이면 전극층 상에는 효율측정용 패턴이 더 형성된 태양전지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 테스트 셀은 태양전지 셀의 양 측에 배치되며, 양측에 배치된 테스트 셀은 서로 다른 태양전지 셀로부터 분리되어 형성된 태양전지.
  6. 기판을 마련하는 단계;
    상기 기판 상에 이면 전극층, 광 흡수층, 투명 전극층을 순차적으로 증착하여 태양전지 셀을 형성하는 단계; 및
    상기 태양전지 셀로부터 분리시켜 테스트 셀을 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 테스트 셀은 상기 태양전지 셀과 대응되는 위치에 이격 형성되고,
    상기 테스트 셀의 일측에 형성되는 이면 전극층 및
    상기 테스트 셀의 타측에 형성되는 이면 전극층을 포함하는 태양전지 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 테스트 셀은 태양전지 셀의 끝단 영역에 패터닝을 수행하여 태양전지 셀로부터 분리되는 태양전지 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 패터닝은 레이저 또는 스크라이빙 법에 의해 수행되는 태양전지 제조방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 테스트 셀의 양측에는 이면 전극층의 상부가 노출되도록 투명 전극층 및 광 흡수층을 제거하는 태양전지 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 이면 전극층 상에는 초음파 납땜 법에 의해 효율 측정용 패턴을 형성하는 태양전지 제조방법.
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