KR101262583B1 - 태양광 발전장치 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
태양광 발전장치가 개시된다. 실시예에 따른 태양광 발전장치는 지지기판 상에 배치되는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 배치되는 제 1 전면전극부 및 상기 제 1 전면전극부로부터 연장되는 제 2 전면전극부를 포함하는 전면전극부를 포함한다. 상기 제 1 전면전극부의 두께 및 상기 제 2 전면전극부의 두께는 서로 상이하다.
Description
실시예는 태양광 발전장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 심각한 환경 오염 문제와 화석 에너지 고갈로 인해, 신·재생에너지에 대한 필요성 및 관심이 고조되고 있다. 그 중에서도 태양전지는 공해가 적고, 자원이 무한하며 반 영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 무공해 에너지 원으로 기대되고 있다.
태양전지는 p-n 접합 다이오드에 빛을 쪼이면 전자가 생성 되는 광기전력 효과(photovoltaic effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 소자로 정의할 수 있다. 태양전지는 접합 다이오드로 사용되는 물질에 따라, 실리콘 태양전지, I-III-VI족 또는 III-V족 화합물로 대표되는 화합물 반도체 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기물 태양전지로 나눌 수 있다.
I-III-VI족 Chalcopyrite계 화합물 반도체 중 하나인 CIGS(CuInGaSe) 태양전지는 광 흡수가 뛰어나고, 얇은 두께로도 높은 광전 변환효율을 얻을 수 있으며, 전기 광학적 안정성이 매우 우수하여 기존 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 태양전지로 부각되고 있다.
일반적으로, CIGS 태양전지는 유리 기판 상에 후면 전극층, 광 흡수층, 버퍼층, 전면 전극층을 순차적으로 형성시켜 제조될 수 있다. 먼저, 기판으로는 소다라임 유리판(sodalime glass), 스텐레스 스틸(stainless steel), 폴리머 (polyimide; PI) 등 다양한 소재가 사용될 수 있다. 후면 전극층은 비저항이 낮고 유기 기판과 열팽창 계수 차이가 적은 몰리브덴(Mo)이 주로 사용된다.
광 흡수층은 p 형 반도체층으로서, CuInSe2 또는 In의 일부를 Ga원소로 대치한 Cu(InxGa1 -x)Se2 등이 주로 사용된다. 광 흡수층은 증발법, 스퍼터링 및 셀렌화 공정 또는 전기 도금 등의 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다.
버퍼층은 격자상수와 에너지 밴드갭 차이가 큰 광 흡수층과 전면전극층 사이에 배치되어 양호한 접합을 형성한다. 버퍼층으로는 화학 용액 증착법(chemical bath deposition;CBD)에 의해 제조되는 황화카드뮴이 주로 사용된다.
전면 전극층은 n 형 반도체층으로서, 버퍼층과 함께 광 흡수층(300)과 pn 접합을 형성한다. 또한, 전면 전극층은 태양전지 전면의 투명전극으로서의 기능을 하기 때문에, 광 투과율이 높고 전기 전도성이 좋은 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(AZO) 가 주로 사용된다. 이와 관련하여, CIGS 태양전지의 구성 및 제조방법은 한국등록특허 제 10-0999810 호를 참조하면 보다 구체화 될 수 있을 것이다.
다만, CIGS 태양전지의 상용화를 위해서는 대면적 제조, 전환효율 향상, 제조 공정의 단순화를 통한 제조 비용 절감, 후면 전극층의 크래킹과 더불어 광 흡수층의 박리 등의 문제를 해결하기 위해 많은 연구가 필요한 실정이다.
실시예는 향상된 효율을 가지는 태양광 발전장치 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는 지지기판 상에 배치되는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 배치되는 제 1 전면전극부 및 상기 제 1 전면전극부로부터 연장되는 제 2 전면전극부를 포함하는 전면전극부를 포함한다. 상기 제 1 전면전극부의 두께 및 상기 제 2 전면전극부의 두께는 서로 상이하다.
실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법은 지지기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 상기 후면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 상에, 제 1 전면전극부 및 상기 제 1 전면전극부로부터 연장되는 제 2 전면전극부를 동시에 형성함으로써 전면전극부를 제조하는 단계를 포함한다. 상기 제 1 전면전극부의 두께 및 상기 제 2 전면전극부의 두께는 서로 상이하다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는 두께가 일정하지 않은 전면전극부를 포함함으로써, 향상된 효율을 가지는 태양광 발전장치를 제공한다. 더 자세하게, 상기 태양광 발전장치는 광 흡수층 상에 배치되는 제 1 전면전극부; 상기 제 1 전면전극부로부터 연장되는 제 2 전면전극부를 포함하며, 상기 제 1 전면전극부의 두께 및 상기 제 2 전면전극부의 두께는 서로 상이하다.
즉, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 전면전극층의 면저항 및 입사광의 투과율을 고려하여, 상기 전면전극층의 두께를 달리 제조함으로써 태양광 발전장치의 효율을 향상시킨다. 즉, 태양광 발전장치의 효율과 관련하여, 상기 전면전극층의 면저항에 따른 영향이 상기 입사광의 투과율에 따른 보다 큰 영역에서는 상기 전면전극층의 두께를 두껍게 하여, 상기 전면전극층의 면저항을 감소시킨다. 이와 달리, 상기 입사광의 투과율에 따른 영향이 상기 전면전극층의 면저항에 따른 영향보다 큰 영역에서는 상기 전면전극층의 두께를 얇게 함으로써 투과율을 향상시킨다.
도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 평면도이다.
도 2는 A-A`선을 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4는 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 단면도이다.
도 5는 실시예에 따른 태양광 발전장치 내에서 전하 밀도의 분포를 설명하는 단면도이다.
도 6 내지 도 13는 실시예에 따른 태양광 발전장치를 제조하는 과정을 도시한 도면들이다.
도 14 및 도 15는 실시예에 따른 전면전극부를 제조하는 과정을 설명하는도면들이다.
도 2는 A-A`선을 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4는 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 단면도이다.
도 5는 실시예에 따른 태양광 발전장치 내에서 전하 밀도의 분포를 설명하는 단면도이다.
도 6 내지 도 13는 실시예에 따른 태양광 발전장치를 제조하는 과정을 도시한 도면들이다.
도 14 및 도 15는 실시예에 따른 전면전극부를 제조하는 과정을 설명하는도면들이다.
실시예의 설명에 있어서, 각 기판, 층, 막 또는 전극 등이 각 기판, 층, 막, 또는 전극 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여(indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
실시예의 설명에 있어서 사용되는 용어 “제 1 전면전극부” 및 “제 2 전면전극부” 는 전면전극부가 포함하고 있는 일정 구간 또는 일정 영역을 의미할 수 있으며, 상기 전면전극부가 상기 제 1 전면전극부 및 상기 제 2 전면전극부에 의해 물리적 및 화학적으로 분리되거나 나누어지는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 평면도이다. 도 2는 도 1에서 A-A`선을 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 지지기판(100) 상에 배치되는 후면전극층(200); 상기 제 1 후면전극 상에 배치되는 광 흡수층(300); 상기 광흡수층 상에 버퍼층(400), 상기 버퍼층(400) 상에 고저항 버퍼층(500), 및 상기 광 흡수층 상에 배치되며, 제 1 전면전극부(610) 및 상기 제 1 전면전극부로부터(610) 연장되는 제 2 전면전극부(620)를 포함하는 전면전극부(600), 및 상기 접속부(700)를 포함한다.
상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 후면전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500), 상기 제 전면전극부(610) 및 상기 제 2 전면전극부(620)을 지지한다.
상기 지지기판(100)은 절연체일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 유리기판, 플라스틱기판 또는 금속기판일 수 있다. 더 자세하게, 상기 지지기판(100)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 투명할 수 있다. 상기 지지기판(100)은 리지드하거나 플렉서블할 수 있다.
상기 후면전극층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 후면전극층(200)은 도전층이다. 상기 후면전극층(200)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴 등의 금속을 들 수 있다.
또한, 상기 후면전극층(200)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
상기 후면전극층(200)에는 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 제 1 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)의 폭은 약 80㎛ 내지 200㎛ 일 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 상기 후면전극층(200)은 다수 개의 후면전극들로 구분된다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 상기 후면전극들이 정의된다.
상기 후면전극들은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서 서로 이격된다. 상기 후면전극들은 스트라이프 형태로 배치된다. 이와는 다르게, 상기 후면전극들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 격자 형태로 형성될 수 있다.
상기 광 흡수층(500)은 상기 후면전극층(200) 상에 배치된다. 또한, 상기 광 흡수층(500)에 포함된 물질은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 채워진다.
상기 광 흡수층(500)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 계 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(500)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계) 결정 구조, 구리-인듐-셀레나이드계 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다. 상기 광 흡수층(500)의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1 eV 내지 1.8 Ev 일 수 있다.
상기 버퍼층(600)은 상기 광 흡수층(500) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(600)은 황화 카드뮴(CdS)를 포함하며, 상기 버퍼층(600)의 에너지 밴드갭은 약 2.2 eV 내지 2.4 eV이다.
상기 고저항 버퍼층(700)은 상기 버퍼층(500) 상에 배치된다. 상기 고저항 버퍼층(700)은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층(700)의 에너지 밴드갭은 약 3.1 eV 내지 3.3 eV 이다.
상기 광 흡수층(500), 상기 버퍼층(600) 및 상기 고저항 버퍼층(700)에는 제 2 관통홈들(TH2)이 형성된다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 광 흡수층(500)을 관통한다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 후면전극층(500)의 상면을 노출하는 오픈영역이다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 인접하여 형성된다. 즉, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 일부는 평면에서 보았을 때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)의 옆에 형성된다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 제 1 방향으로 연장되는 형상을 가진다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 80 ㎛ 내지 약 200 ㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 광 흡수층(500)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 광 흡수부들을 정의한다. 즉, 상기 광 흡수층(500)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 상기 광 흡수부들로 구분된다.
상기 버퍼층(600)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 버퍼들로 정의된다. 즉, 상기 버퍼층(600)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 상기 버퍼들로 구분된다.
상기 고저항 버퍼층(700)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 고저항 버퍼들로 정의된다. 즉, 상기 고저항 버퍼층(700)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 상기 고저항 버퍼들로 구분된다.
상기 전면전극부(800)는 상기 광 흡수층(500) 상에 배치된다. 예를 들어, 상기 전면전극부(800)는 상기 광 흡수층(500) 상의 상기 고저항 버퍼층(500)과 직접 접촉하여 배치될 수 있다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 상기 전면전극부(600)는 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 배치되는 제 1 전면전극부(610) 및 상기 제 1 전면전극부(610)로부터 연장되는 제 2 전면전극부(620)를 포함한다. 상기 제 2 전면전극부(620)는 상기 제 1 전면전극부(610)의 일 측면으로부터 연장되어 형성된 것을 포함한다.
상기 제 2 전면전극부(620)의 두께는 상기 제 1 전면전극부(610)의 두께와 동일하거나 두껍게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전면전극부(610)의 두께와 상기 제 2 전면전극부(620)의 두께의 비는 1: 1 내지 1: 5 일 수 있다. 또한, 상기 제 1 전면전극부(610)의 두께는 0.1 ㎛ 내지 2 ㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 제 1 전면전극부의 두께 및 상기 제 2 전면전극부의 두께는 각각 상기 접속부(700)로부터 멀어질수록 감소할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 제 2 전면전극부(620)의 폭은 상기 태양전지(C1) 길이의 0.05 배 내지 0.5 배인 것일 수 있다.
실시예에 따른 상기 제 1 전면전극부(610) 및 상기 제 2 전면전극부(620)는 각각 상기 지지기판(100)에 대하여 경사지는 경사면을 포함할 수 있다. 도 1에서와 같이, 상기 제 1 전면전극부(610)의 제 1 경사면 및 상기 제 2 전면전극부(620)의 경사면은 서로 이어져서 연장되는 형태일 수 있다. 이때, 상기 전면전극부(600)는 상기 지지기판(100)에 대하여 경사지는 하나의 경사면을 가진다.
이와는 다르게, 상기 전면전극부(600)는 도 3에서와 같이 규칙적이거나,규칙적이지 않은 굴곡을 가지는 형태를 포함한다. 즉, 상기 전면전극부는 상기 접촉부(700)에 상대적으로 인접해 있는 상기 제 2 전면전극부(620)의 두께가 상기 접촉부(700)에 상대적으로 떨어져 있는 상기 제 1 전면전극부(610)의 두께보다 두꺼운 형태라면 특별히 제한되지 않는다.
이와는 다르게, 상기 전면전극부(600)는 도 4에서와 같이 서로 다른 두께를 가지는 단층이 측면으로 직접 접해있는 형태일 수 있다. 즉, 상기 제 1 전면전극부(610) 및 상기 제 2 전면전극부(620)는 계단형 단층 구조일 수 있다. 이 때, 상기 제 1 전면전극부(610)의 두께(a)와 상기 제 2 전면전극부(620)의 두께(b)의 비는 약 1: 1 내지 1: 5 일 수 있다.
상기 접속부(700)는 상기 제 2 관통홈(TH2) 내측에 배치된다. 상기 접속부(700)는 상기 제 2 전면전극층(620)으로부터 하방으로 연장되며, 상기 후면전극층(200)에 직접 접촉한다. 예를 들어, 상기 접속부(700)는 상기 제 2 전면전극층(620)으로부터 하방으로 연장되어, 상기 후면전극층(220)에 직접 접촉된다. 따라서, 상기 접속부(700)는 서로 인접하는 셀들(C1, C2...)에 각각 포함된 제 2 전면전극(620)들과 후면전극들을 연결한다.
상기 접속부(700)는 상기 제 1 전면전극층(610) 및 상기 제 2 전면전극층(620)과 일체로 형성된다. 즉, 상기 접속부(700)로 사용되는 물질은 상기 제 1 전면전극층(610) 및 상기 제 2 전면전극층(620) 으로 사용되는 물질과 동일하다.
도 5는 태양광 발전장치의 전면전극층(600) 내에서 전하 밀도의 분포를 설명하는 단면도이다. 도 5를 참조하면, 상기 광 흡수층(300)은 입사광을 흡수하여 전자 및 정공을 발생시킨다. 상기 전자는 상기 전면전극층(600)으로, 상기 정공은 상기 후면전극층(20)으로 이동하게 된다. 상기 전자 중 상기 접속부(700)로부터 가까운 전자의 이동 경로(b)는 상기 접속부(700)로부터 먼 방향의 전자가 이동하는 경로 (a)보다 우세하다. 이에 따라, 상기 접속부(700)로부터 가까운 쪽의 전면전극층(C 영역)에서는 전하 밀도가 높아 연결 저항이 상대적으로 커지게 된다. 따라서, 접촉 저항을 감소시키기 위하여 상기 전면전극층의 C 영역의 두께를 두껍게 하는 것이 유리하다.
상기 접속부(700)로부터 가까운 쪽의 전면전극층(C' 영역)에서는 전하 밀도가 상대적으로 낮아지게 된다. 따라서, 상기 전면전극층의 C' 영역에서는 전면전극층의 두께를 낮추더라도 접촉 저항이 상대적으로 커지지 않는다.
즉, 상기 전면전극층(600)의 C 영역에서는 전하가 높아 상기 전면전극층의 면저항이 효율에 중요한 인자가 되며, 상기 전면전극층(600)의 C' 영역에서는 상기 전면전극층(600)의 투과율이 효율에 중요한 인자가 된다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기와 같이 문제점을 극복하기 위하여 전면전극층(600)의 면저항에 따른 영향 및 입사광의 투과율에 따른 영향을 고려하여, 상기 전면전극층의 두께를 달리 제조함으로써 태양광 발전장치의 효율을 향상시킨다. 즉, 상기 전면전극층(600)의 면저항에 따른 영향이 상기 입사광의 투과율에 따른 보다 큰 영역 C에서는 상기 전면전극층(600)의 두께를 두껍게 하여, 상기 전면전극층(600)의 면저항을 감소시킨다. 이와 달리, 상기 입사광의 투과율에 따른 영향이 상기 전면전극층의 면저항에 따른 영향보다 큰 영역 C' 에서는 상기 전면전극층(600)의 두께를 얇게 함으로써 투과율을 향상시킨다.
상기 전면전극층(600)은 투명하며, 도전층이다. 또한, 상기 전면전극층(600)의 저항은 상기 후면전극층(200)의 저항보다 높다.
상기 전면전극층(600)은 산화물을 포함한다. 예를 들어, 상기 전면전극층(600)으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(Al doped zinc oxide;AZO) 또는 갈륨 도핑된 징크 옥사이드(Ga doped zinc oxide;GZO) 등을 들 수 있다.
상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 전면전극층(600)에는 제 3 관통홈들(TH3)이 형성된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 후면전극층(200)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 예를 들어, 상기 제 3 관통홈들(TH3)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛일 수 있다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 인접하는 위치에 형성된다. 더 자세하게, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 옆에 배치된다. 즉, 평면에서 보았을 때, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 옆에 나란히 배치된다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 전면전극층(600)은 다수 개의 전면전극층들로 구분된다. 즉, 상기 전면전극층들은 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서 정의된다.
도 6 내지 도 13는 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법을 도시한 단면도들이다. 본 제조방법에 관한 설명은 앞서 설명한 태양광 발전장치에 대한 설명을 참고한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 지지기판(100) 상에 후면전극층(200)이 형성되고, 상기 후면전극층(200)은 패터닝 되어 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 지지기판(100) 상에 다수 개의 이면전극들이 형성된다. 상기 후면전극층(200)은 레이저에 의해서 패터닝 될 수 있다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하며, 약 80㎛ 내지 약 200㎛의 폭을 가질 수 있다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 상기 후면전극층(200) 상에 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 고저항 버퍼층(500)이 형성된다.
상기 광 흡수층(300)은 스퍼터링 공정 또는 증발법 등에 의해서 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(300)을 형성하기 위해서 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시키면서 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(300)을 형성하는 방법과 금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션(Selenization) 공정에 의해 형성시키는 방법이 폭넓게 사용되고 있다.
금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션 하는 것을 세분화하면, 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정에 의해서, 상기 이면전극(200) 상에 금속 프리커서 막이 형성된다.
이후, 상기 금속 프리커서 막은 셀레이제이션(selenization) 공정에 의해서, 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(300)이 형성된다.
이와는 다르게, 상기 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 상기 셀레니제이션 공정은 동시에 진행될 수 있다.
이와는 다르게, 구리 타겟 및 인듐 타겟 만을 사용하거나, 구리 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 셀레니제이션 공정에 의해서, CIS계 또는 CIG계 광 흡수층(300)이 형성될 수 있다.
이후, 황화 카드뮴이 스퍼터링 공정 또는 용액성장법(chemical bath depositon;CBD) 등에 의해서 증착되고, 상기 버퍼층(400)이 형성된다.
이후, 상기 버퍼층(400) 상에 징크 옥사이드가 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 고저항 버퍼층(500)이 형성된다.
상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)은 낮은 두께로 증착된다. 예를 들어, 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)의 두께는 약 1㎚ 내지 약 80㎚이다.
도 11을 참조하면 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)의 일부가 제거되어 제 2 관통홈들(TH2)이 형성된다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 팁 등의 기계적인 장치 또는 레이저 장치 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 약 40 ㎛ 내지 약 180 ㎛ 의 폭을 가지는 팁에 의해서, 상기 광 흡수층(300) 및 상기 버퍼층(400)은 패터닝 될 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 약 200 내지 600㎚의 파장을 가지는 레이저에 의해서 형성될 수 있다. 이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 100㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 후면전극층(200)의 상면의 일부를 노출하도록 형성된다.
도 12를 참조하면, 상기 광 흡수층(300) 상 및 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 전면전극층(600)이 형성된다. 즉, 상기 전면전극층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상 및 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 투명한 도전물질이 증착되어 형성된다.
상기 전면전극층(600)은 상기 제 1 전면전극부(610) 및 상기 제 2 전면전극부(620)를 동일한 방법에 의하여 동시에 형성함으로써 제조된다. 즉, 상기 제 1 전면전극부(610) 및 상기 제 2 전면전극부(620)는 일체로써 제조된다.
상기 전면전극층(600)은 당업계에서 기판 상에 박막의 두께를 달리하여 제조하기 위하여 일반적으로 사용되는 공정이라면 특별히 제한없이 사용 가능하다. 즉, 상기 전면전극층(600)의 제조 방법은 상기 제 1 전면전극부(610) 및 상기 제 2 전면전극부(620)의 두께를 서로 상이하게 증착할 수 있는 공정이라면 모두 가능하다. 예를 들어, 상기 전면전극층(600)은 경사증착 공정에 의해 형성될 수 있다.
이와는 다르게, 상기 전면전극층(600)은 도 14 내지 도 15에서와 같이, 상기 광 흡수층(300) 상에 개구부(810)를 포함하는 마스크 층(800)을 형성하는 단계; 상기 개구부(810)를 통하여 상기 광 흡수층(300) 상에 상기 제 1 전면전극부(610) 및 상기 제 2 전면전극부(620)를 증착함으로써 제조될 수 있다. 상기 마스크 층(800)의 개구부(810)는 크기가 다른 슬릿 형태일 수 있으며, 상기 개구부(810)의 크기에 따라, 상기 개구부(810) 하면 및 상기 광흡수층(300) 상면에 증착되는 상기 전면전극층(600)의 두께를 조절할 수 있다.
상기 전면전극층(600)을 형성하는 과정에서, 상기 제 2 전면전극층(620) 으로부터 하방으로 연장되어, 상기 후면전극층(200)에 직접 접속되는 접속부(700)가 상기 제 2 관통홈(TH2) 내측에 형성된다.
이후, 상기 전면전극층(600)의 일부가 제거되어 제 3 관통홈(TH3)이 형성된다. 즉, 상기 전면전극층(600)은 패터닝 되어, 다수 개의 전면전극 및 다수 개의 셀들이 정의된다. 상기 제 3 관통홈(TH3)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (13)
- 지지기판 상에 배치되는 후면전극층;
상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층;
상기 광 흡수층 상에 배치되는 제 1 전면전극부 및 상기 제 1 전면전극부로부터 연장되는 제 2 전면전극부를 포함하는 전면전극부를 포함하며,
상기 제 1 전면전극부의 두께 및 상기 제 2 전면전극부의 두께는 서로 상이하고,
상기 제 2 전면전극부로부터 연장되고 상기 광 흡수층을 관통하여 상기 후면전극층에 접속되는 접속부를 포함하며,
상기 제 1 전면전극부의 두께 및 상기 제 2 전면전극부의 두께는 각각 상기 접속부로부터 멀어질수록 감소하는 태양광 발전장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전면전극부의 두께와 상기 제 2 전면전극부의 두께의 비는 1: 1 내지 1: 5 인 태양광 발전장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전면전극부의 두께는 0.1 ㎛ 내지 2 ㎛ 인 태양광 발전장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 전면전극부의 폭은 상기 태양광 발전장치 길이의 0.05 배 내지 0.5 배인 태양광 발전장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전면전극부 및 상기 제 2 전면전극부는 일체로 형성되는 태양광 발전장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전면전극부 및 상기 제 2 전면전극부는 각각 상기 지지기판에 대하여 경사지는 경사면을 포함하는 태양광 발전장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전면전극부 및 상기 제 2 전면전극부는 계단형 단차 구조를 포함하는 태양광 발전장치.
- 지지기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계;
상기 후면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계;
상기 광 흡수층 상에, 제 1 전면전극부 및 상기 제 1 전면전극부로부터 연장되는 제 2 전면전극부를 동시에 형성함으로써 전면전극부 및 접속부를 제조하는 단계를 포함하며,
상기 제 1 전면전극부의 두께 및 상기 제 2 전면전극부의 두께는 서로 상이하게 형성되고,
상기 제 1 전면전극부의 두께 및 상기 제 2 전면전극부의 두께는 각각 상기 접속부로부터 멀어질수록 감소하는 태양광 발전장치의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 전면전극부 및 상기 제 2 전면전극부는 동일한 방법에 의해 형성되는 태양광 발전장치의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 전면전극부 및 상기 제 2 전면전극부는 경사증착 공정에 의해 형성되는 태양광 발전장치의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 전면전극부 및 상기 제 2 전면전극부를 형성하는 단계는,
상기 광 흡수층 상에 개구부를 포함하는 마스크 층을 형성하는 단계;
상기 개구부를 통하여 상기 광 흡수층 상에 상기 제 1 전면전극부 및 상기 제 2 전면전극부를 증착하는 단계를 포함하는 태양광 발전장치의 제조방법.
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