KR101262573B1 - 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 광 흡수층과 투명 전극층 사이에 형성된 불순물 도핑층을 포함한다.
상기와 같은 발명은 투명 전극층 하부에 불순물 도핑층을 형성함으로써, 전자 수집률을 높여 태양전지의 전류 특성을 향상시킬 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, 이면 전극층과 투명 전극층을 연결할 시, 이면 전극층과 투명 전극층 사이에는 접촉 저항이 증가하여 태양전지의 효율을 떨어뜨리는 문제점이 발생된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 이면 전극층과 투명 전극층 사이의 접촉 저항을 감소시키기 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 광 흡수층과 투명 전극층 사이에 형성된 불순물 도핑층을 포함한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 태양전지 제조방법은 기판을 마련하는 단계와, 상기 기판 상에 이면 전극층을 형성하는 단계와, 상기 이면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계와, 상기 광 흡수층 상에 불순물 도핑층을 형성하는 단계와, 상기 불순물 도핑층 상에 투명 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 투명 전극층 하부에 불순물 도핑층을 형성함으로써, 전자 수집률을 높여 태양전지의 전류 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 불순물 도핑층의 도핑량이 투명 전극층의 도핑량 보다 크게 형성함으로써, 이면 전극층과의 접촉 시 접촉 저항이 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 불순물 도핑층의 불순물 도핑량을 투명 전극층의 불순물 도핑량 보다 크기 형성함으로써, 후면 전극층과의 접촉 시 접촉 저항이 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 태양전지의 변형 예를 나타낸 단면도.
도 3 내지 도 8은 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 나타낸 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양전지의 변형 예를 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 광 흡수층(300)과 투명 전극층(600) 사이에 형성된 불순물 도핑층(700)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 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 본 발명에 따른 불순물 도핑층(700)과 투명 전극층(600)이 순차적으로 형성될 수 있다.
불순물 도핑층(700)과 투명 전극층(800)의 두께(T)는 100nm 내지 2000nm 이하로 형성될 수 있다.
투명 전극층(600)은 투명한 형태의 도전성 재질로 형성되며, 불순물인 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.
본 발명에 따른 불순물 도핑층(700)은 광 흡수층(300) 상에 직접 증착되어 형성될 수 있다.
불순물 도핑층(700)은 Ⅲ족 원소를 포함하는 물질로 형성될 수 있으며, 예컨대, 알루미늄(Al), 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In)을 포함하는 물질로 형성될 수 있다.
Ⅲ족 원소는 징크 옥사이드(ZnO) 나노 구조의 자유 전하 농도를 쉽게 증가시킬 수 있는 가장 이상적인 물질로서, 투명 전극층(600)에 도핑된 불순물 함유량 보다 크게 형성될 수 있다.
이로 인해 투명 전극층(600)은 전자 수집률이 종래보다 더욱 향상될 수 있으며, 이로 인해 태양전지의 전류 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 불순물 도핑층(700)은 도핑량을 투명 전극층(600)의 도핑량 보다 크게 형성하기 때문에 이면 전극층(200)과의 접촉 시 접촉 저항이 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
상기에서는 불순물 도핑층(700)을 한 층으로 형성하였지만, 이에 한정되지 않고 2층 구조로 이루어진 불순물 도핑층을 형성할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지는 기판(100)과, 상기 기판(100) 상에 순차적으로 형성된 이면 전극층(200), 광 흡수층(300), 제1 버퍼층(400), 제2 버퍼층(500) 및 투명 전극층(600)과, 상기 제2 버퍼층(500)과 투명 전극층(600) 사이에 형성된 다수의 불순물 도핑층(700, 800)을 포함할 수 있다.
여기서, 불순물 도핑층(700, 800)을 제외한 구성은 앞서 설명한 실시예와 동일하므로 생략한다.
불순물 도핑층(700, 800)은 광 흡수층에 직접 형성될 수 있으며, 제1 불순물 도핑층(700)과 제2 불순물 도핑층(800)을 포함할 수 있다.
제1 불순물 도핑층(700)과 제2 불순물 도핑층(800)은 Ⅲ족 원소를 포함하는 물질로 형성될 수 있으며, 예컨대, 알루미늄(Al), 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In)을 포함하는 물질로 형성될 수 있다.
여기서, 제1 불순물 도핑층(700)과 제2 불순물 도핑층(800)의 도핑량은 서로 다르게 형성될 수 있으며, 제1 불순물 도핑층(700)의 도핑량을 제2 불순물 도핑층(800)의 도핑량 보다 크게 형성할 수 있다.
제1 불순물 도핑층(700)의 도핑량이 제2 불순물 도핑층(800)의 도핑량 보다 크게 되면, 제1 불순물 도핑층(700)에 의해 전자 수집률을 높여 전류 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제2 불순물 도핑층(800)은 제1 불순물 도핑층(700)의 도핑량보다 작기 때문에 광 투과 효율을 높일 수 있으며, 이로부터 광 흡수층(300)에 흡수되는 광량을 더욱 늘릴 수 있는 효과가 있다.
상기에서는 불순물 도핑층을 2층으로 형성하였지만, 3층 이상으로 형성할 수 있으며, 3층 이상 형성될 경우, 상부로 갈수록 불순물 도핑량이 작도록 형성할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 살펴본다.
도 3 내지 도 8은 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 나타낸 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 기판(100)이 마련되면, 기판(100) 상에 이면 전극층(200)을 형성하는 단계를 수행한다.
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 3에 도시된 바와 같이, 이면 전극층(200) 상에 제1 패턴라인(P1)이 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 5에 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 6에 도시된 바와 같이, 광 흡수층(300), 제1 버퍼층(400), 제2 버퍼층(500) 상에 제2 패턴라인(P2)이 형성되면, 제2 버퍼층(500) 상에 불순물 도핑층(700)을 형성하는 단계를 수행할 수 있다.
불순물 도핑층(700)은 Ⅲ족 원소 예컨대, 예컨대, 알루미늄(Al), 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In)을 포함하는 물질로 씨브이디, 스퍼터, 증발법 등을 사용하여 형성할 수 있다
도 7에 도시된 바와 같이, 제2 버퍼층(500) 상에 불순물 도핑층(700)이 형성되면, 불순물 도핑층(700) 상에 투명 전극층(600)을 형성하는 단계를 수행한다.
투명 전극층(600)은 AZO를 스퍼터링 법으로 증착하여 형성할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 불순물 도핑층(700) 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 도핑층 P: 패턴라인

Claims (7)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 이면 전극층;
    상기 이면 전극층 상에 형성된 광 흡수층;
    상기 광 흡수층 상에 형성된 투명 전극층; 및
    상기 광 흡수층과 투명 전극층 사이에 형성된 불순물 도핑층;
    을 포함하고,
    상기 불순물 도핑층은 제1 불순물 도핑층 및 상기 제1 불순물 도핑층 상에 배치되는 제2 불순물 도핑층을 포함하고,
    상기 제1 불순물 도핑층의 도핑량은 상기 제2 불순물 도핑층의 도핑량보다 더 큰 태양전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 불순물 도핑층은 Al, B, Ga, In 중 어느 하나를 포함하는 태양전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 투명 전극층과 불순물 도핑층의 두께는 100nm 내지 2000nm 인 태양전지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 불순물 도핑층은 다층으로 형성되며 투명 전극층에 인접할수록 불순물 함유량이 적어지는 태양전지.
  5. 기판을 마련하는 단계;
    상기 기판 상에 이면 전극층을 형성하는 단계;
    상기 이면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계;
    상기 광 흡수층 상에 불순물 도핑층을 형성하는 단계; 및
    상기 불순물 도핑층 상에 투명 전극층을 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 불순물 도핑층을 형성하는 단계에서는
    제1 불순물 도핑층 및 상기 제1 불순물 도핑층 상에 배치되는 제2 불순물 도핑층을 형성하고
    상기 제1 불순물 도핑층의 도핑량은 상기 제2 불순물 도핑층의 도핑량보다 더 큰 태양전지 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 불순물 도핑층은 Al, B, Ga, In 중 어느 하나를 증착하여 형성하는 태양전지 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 투명 전극층과 불순물 도핑층은 100nm 내지 2000nm 두께로 형성하는 태양전지 제조방법.
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