KR101262569B1 - 태양전지 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 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 불순물 확산 방지층을 포함한다.
상기와 같은 발명은 기판 상에 불순물 확산 방지층을 형성함으로써, 고온 중 기판으로부터 발생된 불순물이 이면 전극층 및 광 흡수층으로 확산되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

태양전지 및 그의 제조방법{SOLAR CELL AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양전지의 효율을 향상시키기 위한 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.
태양전지는 이면 전극층, 광 흡수층, 투명 전극층이 투명한 유리 기판 상에 적층되어 형성되며, 이면 전극층과 투명 전극층을 전기적으로 연결함으로써 태양전지가 완성된다.
하지만, 종래 태양전지는 고온 공정으로 증착이 이루어지기 때문에 고온 공정이 이루어지는 동안 유리 기판에서는 불순물이 방출되고, 이러한 불순물은 이면 전극층 또는 광 흡수층에 침투된다.
이로 인해 이면 전극층의 저항 증가 및 광 흡수층 오염으로 인한 효율 감소, 신뢰성 저하 등의 문제점이 발생된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 기판으로부터 발생되는 불순물의 확산을 방지하기 위한 태양전지 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 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 불순물 확산 방지층을 포함한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 태양전지 제조방법은 기판을 마련하는 단계와, 상기 기판 상에 불순물 확산 방지층을 형성하는 단계와, 상기 불순물 확산 방지층 상에 이면 전극층을 형성하는 단계와, 상기 이면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계와, 상기 광 흡수층 상에 투명 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 기판 상에 불순물 확산 방지층을 형성함으로써, 고온 중 기판으로부터 발생된 불순물이 이면 전극층 및 광 흡수층으로 확산되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 불순물 확산 방지층 상에 접착력 확산층을 형성함으로써, 이면 전극층과의 접착력을 향상시켜 태양전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 접착력 확산층을 실리콘 옥사이드로 사용함으로써, 이면 전극층의 재료 선점에 대한 자유도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지를 나타낸 단면도.
도 2 내지 도 10은 본 발명에 따른 태양전지 제조방법을 나타낸 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 태양전지는 기판(100)과, 상기 기판(100) 상에 형성된 이면 전극층(200)과, 상기 이면 전극층(200) 상에 형성된 광 흡수층(300)과, 상기 광 흡수층(300) 상에 형성된 제1 버퍼층(400) 및 제2 버퍼층(500)과, 상기 제2 버퍼층(500) 상에 형성된 투명 전극층(600)과, 상기 기판(100)과 이면 전극층(200) 사이에 형성된 불순물 확산 방지층(700), 접착력 향상층(800)을 포함한다.
기판(100)은 플레이트 형상으로 형성되며, 투명한 유리 재질로 형성될 수 있다.
기판(100)은 리지드(Rigid)하거나 플렉서블(Flexible)할 수 있으며, 유리 기판 이외에 플라스틱 또는 금속 재질의 기판이 사용될 수 있다. 또한, 기판(100)으로 나트륨 성분이 포함된 소다 라임 글래스(Soda Lime Glass) 기판이 사용될 수 있다.
기판(100) 상에는 본 발명에 따른 불순물 확산 방지층(700)이 형성될 수 있다.
상기 불순물 확산 방지층(700)은 고온 공정 시 기판(100)에서 방출되는 불순물이 이면 전극층(200)이나 광 흡수층(300)으로 침투되지 못하게 막아주는 역할을 한다.
불순물 확산 방지층(700) 상에는 접착력 향상층(800)이 더 형성될 수 있다.
상기 접착력 확산층(800)은 불순물 확산 방지층(700)과 이면 전극층(200) 간의 접착력을 향상시키는 역할을 한다.
예컨대, 순물 확산 방지층(700)의 스트레스 지수가 높아 이면 전극층(200) 간의 스트레스 차이에 의해 접착력이 약해질 수 있다.
이로 인해 접착력 확산층(800)을 더 형성함으로써 불순물 확산 방지층(700)과 이면 전극층(200) 간의 접착력 저하를 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 불순물 확산 방지층(700)과 접착력 향상층(800)에 대해서는 이후에 자세히 설명하기로 한다.
접착력 향상층(800)의 상에는 이면 전극층(200)이 형성될 수 있다.
이면 전극층(200)으로는 몰리브덴(Mo)이 사용될 수 있다. 물론, 이면 전극층(200)으로 몰리브덴 이외에 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 티탄(Ti), 은(Ag), 금(Au) 등의 금속 또는 투명 전도막(TCO)인 ITO, ZnO, SnO2가 사용될 수 있다.
이면 전극층(200)은 동종 또는 이종 금속을 이용하여 두 개 이상의 층을 이루도록 형성될 수도 있다.
이면 전극층(200) 상에는 광 흡수층(300)이 형성될 수 있다.
광 흡수층(300)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.
광 흡수층(300) 상에는 제1 버퍼층(400)이 형성될 수 있다.
제1 버퍼층(400)은 광 흡수층(300) 상에 직접 접촉되어 형성되며, 광 흡수층(300)과 이후 설명될 투명 전극층(600)의 에너지 갭 차이를 완화시키는 역할을 한다.
제1 버퍼층(400)은 황화 카드뮴(CdS)을 포함하는 물질로 형성될 수 있으며, 제1 버퍼층(400)의 에너지 밴드갭은 이면 전극층(200)과 투명 전극층(600)의 중간 정도의 크기를 가질 수 있다.
제1 버퍼층(400)의 상부에는 제2 버퍼층(500)이 형성될 수 있다.
제2 버퍼층(500)은 고저항 버퍼층으로서 광 투과율과 전기 전도성이 높은 산화아연(ZnO)으로 형성될 수 있다.
이러한 제2 버퍼층(500)은 투명 전극층(600) 과의 절연 및 충격 데미지(Damege)를 방지할 수 있는 효과가 있다.
제2 버퍼층(500) 상에는 투명 전극층(600)이 형성될 수 있다.
투명 전극층(600)은 투명한 형태의 도전성 재질로 형성되며, 알루미늄이 도핑된 산화 아연(AZO; ZnO:Al)이 사용될 수 있다.
투명 전극층(600)으로서 AZO 이외에도 광 투과율과 전기 전도성이 높은 물질인 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2), 산화인듐주석(ITO) 중 어느 하나의 물질을 포함하여 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 불순물 확산 방지층(700)은 기판(100) 상에 직접 형성되며, 일정 두께(T1) 예컨대, 2㎛ 이하의 두께로 형성될 수 있다.
불순물 확산 방지층(700)으로는 실리콘 나이트라이드(SiNx)를 포함하는 물질이 사용될 수 있다.
실리콘 나이트라이드는 비옥사이드계 세라믹으로서 우수한 열적, 기계적 특성을 가지고 있어 고온 공정 중 기판(100)으로부터 발생되는 불순물의 침투를 방지하는 데 우수한 특성을 가지고 있다.
상기에서는 불순물 확산 방지층(700)을 2㎛이하의 두께로 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 기판(100)의 불순물 확산 농도에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
또한, 상기에서는 불순물 확산 방지층(700)을 기판(100) 상의 전면에 형성하였지만,이에 한정되지 않고, 기판(100) 상의 어느 일 영역에만 형성될 수도 있다.
상기와 같은 불순물 확산 방지층(700)은 고온 공정 중 기판(100)으로부터 방출되는 불순물의 확산을 방지함으로써, 이면 전극층(200) 저항 증가와 광 흡수층(300) 오염으로 인한 효율 감소 및 신뢰성 저하를 개선할 수 있는 효과가 있다.
반면, 불순물 확산 방지층(700)으로 사용되는 실리콘 나이트라이드계 물질은 자체 스트레스 지수가 크기 때문에 이면 전극층(200)과의 접착력이 약해질 수 있다. 이로 인해 이면 전극층(200)을 형성하는 재료 선택에도 한계가 있다.
따라서, 불순물 확산 방지층(700)의 상부에는 이면 전극층(200)과의 접착력을 향상시키는 접착력 향상층(800)이 더 형성될 수 있다.
접착력 향상층(800)은 불순물 확산 방지층(700) 상에 증착되어 형성될 수 있다.
접착력 향상층(800)은 실리콘 옥사이드(SiO2)을 포함할 수 있으며, 2㎛이하의 두께(T2)로 형성될 수 있다.
이러한 접착력 향상층(800)은 화학적 결합 상태가 안정된 물질로서, 이면 전극층(200) 과의 접착력이 뛰어난 효과가 있으며, 이면 전극층(200)의 재료 선점에도 용이하여 이면 전극층(200)의 재료 선택의 폭을 넓힐 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 살펴본다. 도 2 내지 도 10은 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 나타낸 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 기판(100)이 마련되면, 기판(100) 상에 불순물 확산 방지층(700)을 증착하는 단계를 수행한다.
불순물 확산 방지층(700)으로는 실리콘 나이트라이드계 물질이 사용될 수 있으며, 화학증착, 스퍼터링, 증발법 등을 사용하여 도 3에 도시된 바와 같이, 형성시킬 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 불순물 확산 방지층(700)이 형성되면, 불순물 확산 방지층(700) 상에 접착력 향상층(800)을 증착하는 단계를 수행할 수 있다.
접착력 향상층(800)은 실리콘 옥사이드 등의 물질이 사용될 수 있으며, 화학증착, 스퍼터링, 증발법 등을 사용하여 도 5에 도시된 바와 같이, 형성시킬 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 불순물 확산 방지층(700) 상에 접착력 향상층(800)이 형성되면, 접착력 향상층(800) 상에 이면 전극층(200)을 형성하는 단계를 수행할 수 있다.
이면 전극층(200)은 몰리브덴(Mo)을 스퍼터링 법에 의해 증착하여 형성할 수 있다.
이어서, 이면 전극층(200)을 스트립 형태로 분할되도록 패터닝 공정을 수행하여 제1 패턴라인(P1)을 형성시킬 수 있다. 여기서, 페터닝 공정은 레이저를 사용하여 수행될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 이면 전극층(200) 상에 제1 패턴라인이 형성되면, 이면 전극층(200) 상에 광 흡수층(300), 제1 버퍼층(400) 및 제2 버퍼층(500)을 순차적으로 형성한다.
광 흡수층(300)은 CIGS를 동시 증착법에 의해 형성할 수 있다.
제1 버퍼층(400)은 황하 카드뮴(CdS)을 화학 용액 성장법(Chemical Bath Deposition; CBD)에 의해 형성할 수 있다.
제2 버퍼층(500)은 ZnO를 스퍼터링에 의해 형성될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 이면 전극층(200) 상에 광 흡수층(300), 제1 버퍼층(400), 제2 버퍼층(500)이 순차대로 적층 형성되면, 광 흡수층(300), 제1 버퍼층(400), 제2 버퍼층(500)의 일부에 패터닝 공정에 의해 제2 패턴라인(P2)을 형성한다.
제2 패턴라인(P2)은 제1 패턴라인(P1)과 일정 간격을 이루도록 형성될 수 있으며, 제2 패턴라인(P2)은 스크라이빙 법 또는 레이저에 의해 형성될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 광 흡수층(300), 제1 버퍼층(400), 제2 버퍼층(500) 상에 제2 패턴라인(P2)이 형성되면, 제2 버퍼층(500) 상에 투명 전극층(600)을 형성하는 단계를 수행한다.
투명 전극층(600)은 AZO를 스퍼터링 법으로 증착하여 형성할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제2 버퍼층(500) 상에 투명 전극층(600)이 형성되면, 광 흡수층(300), 제1 버퍼층(400), 제2 버퍼층(500), 투명 전극층(600) 상에 제3 패턴라인(P3)을 형성할 수 있다.
제3 패턴라인(P3)은 제2 패턴라인(P2)과 일정 간격을 이루도록 형성될 수 있으며, 스크라이빙 법 또는 레이저에 의해 형성될 수 있다.
이로 인해 본 발명에 따른 태양전지의 제조가 완료될 수 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: 이면 전극층
300: 광 흡수층 400: 제1 버퍼층
500: 제2 버퍼층 600: 투명 전극층
700: 불순물 확산 방지층 800: 접착력 향상층

Claims (10)

  1. 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 불순물 확산 방지층;
    을 포함하고,
    상기 불순물 확산 방지층과 이면 전극층 사이에는 접착력 향상층이 더 형성되는 태양전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 불순물 확산 방지층은 SiNx를 포함하는 태양전지.
  3. 청구항 1에 있어서.
    상기 불순물 확산 방지층의 두께는 0.5㎛ 내지 2.0㎛ 인 태양전지.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 접착력 향상층은 SiO2를 포함하는 태양전지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 접착력 향상층의 두께는 0.5㎛ 내지 2.0㎛ 인 태양전지.
  7. 기판을 마련하는 단계;
    상기 기판 상에 불순물 확산 방지층을 형성하는 단계;
    상기 불순물 확산 방지층 상에 이면 전극층을 형성하는 단계;
    상기 이면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계;
    상기 광 흡수층 상에 투명 전극층을 형성하는 단계; 및
    상기 불순물 확산 방지층을 형성하는 단계 이후 불순물 확산 방지층 상에 접착력 향상층을 형성하는 단계
    를 포함하는 태양전지 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 불순물 확산 방지층은 SiNx를 증착하여 형성하는 태양전지 제조방법.
  9. 삭제
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 접착력 향상층은 SiO2를 증착하여 형성하는 태양전지 제조방법.
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