KR101301664B1 - 박막형 태양전지 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된박막형 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 상에 소정의 간격으로 이격된 복수 개의 단위 전면전극 패턴을 형성하는 제1공정; 상기 기판 상에서, 단위셀로 나누기 위한 분리부 및 전극간 연결을 위한 콘택부를 구비한 반도체층 패턴을 형성하는 제2공정; 및 상기 콘택부를 통해 상기 단위 전면전극 패턴과 연결되며, 상기 분리부에 의해 이격되는 복수 개의 단위 후면전극 패턴을 형성하는 제3공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 박막형 태양전지에 관한 것으로서,
본 발명에 따르면 총 3차례의 패턴형성공정을 통해 박막형 태양전지를 제조함으로써 종래에 비하여 패턴형성공정이 감소되어 전체적으로 공정이 단순화되는 효과가 있고, 레이저 스크라이빙공정을 최소화함으로써 레이저 스크라이빙공정에 의해 발생하는 기판의 오염문제 및 세정공정 추가로 인한 생산성 감소 문제가 줄어드는 효과가 있다.
박막형 태양전지, 레이저 스크라이빙
Description
본 발명은 박막형 태양전지(Solar Cell)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결된 구조를 갖는 박막형 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지의 구조 및 원리에 대해서 간단히 설명하면, 태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 되는 원리이다.
이와 같은 태양전지는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다.
상기 기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 기판형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수하기는 하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승되는 단점이 있다.
상기 박막형 태양전지는 상기 기판형 태양전지에 비하여 효율이 다소 떨어지기는 하지만, 얇은 두께로 제조가 가능하고 저가의 재료를 이용할 수 있어 제조비용이 감소되는 장점이 있어 대량생산에 적합하다.
상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 전면전극을 형성하고, 상기 전면전극 위에 반도체층을 형성하고, 상기 반도체층 위에 후면전극을 형성하여 제조된다. 여기서, 상기 전면전극은 광이 입사되는 수광면을 형성하기 때문에 상기 전면전극으로는 ZnO와 같은 투명도전물이 이용되는데, 기판이 대면적화됨에 따라 상기 투명도전물의 저항으로 인해서 전력손실이 크게 되는 문제가 발생하게 된다.
따라서, 박막형 태양전지를 복수 개의 단위셀로 나누고 복수 개의 단위셀을 직렬로 연결하는 구조로 형성함으로써 투명도전물의 저항으로 의한 전력손실을 최소화하는 방법이 고안되었다.
이하, 도면을 참조로 종래 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결된 구조를 갖는 박막형 태양전지의 제조방법에 대해서 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1g는 종래 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결된 구조를 갖는 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
우선, 도 1a에서 알 수 있듯이, 기판(10) 상에 ZnO와 같은 투명도전물을 이용하여 전면전극층(12)을 형성한다.
다음, 도 1b에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극층(12)을 패터닝하여 단위 전면전극(12a, 12b, 12c)들을 형성한다. 상기 전면전극층(12)의 패터닝 공정은 레이저 스크라이빙(Laser Scribing) 공정을 이용하여 수행한다.
다음, 도 1c에서 알 수 있듯이, 상기 기판(10) 전면에 반도체층(14)을 형성한다. 상기 반도체층(14)은 실리콘과 같은 반도체물질을 이용하여 형성하는데, P형 반도체층, 진성(Intrinsic) 반도체층 및 N형 반도체층으로 적층된 소위 PIN구조로 형성한다.
다음, 도 1d에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(14)을 패터닝하여 단위 반도체층(14a, 14b, 14c)을 형성한다. 상기 반도체층(14)의 패터닝 공정은 레이저 스크라이빙공정을 이용하여 수행한다.
다음, 도 1e에서 알 수 있듯이, 상기 기판(10) 전면에 투명도전층(16) 및 금속층(18)을 차례로 형성하여 후면전극층(20)을 형성한다. 상기 투명도전층(16)으로는 ZnO를 이용하고, 상기 금속층(18)으로는 Al을 이용한다.
다음, 도 1f에서 알 수 있듯이, 상기 후면전극층(20)을 패터닝하여 단위 후면전극(20a, 20b, 20c)를 형성한다. 여기서, 상기 후면전극층(20)을 패터닝할 때 그 하부의 단위 반도체층(14b, 14c)도 함께 패터닝하며, 이와 같은 패터닝 공정은 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 수행한다.
다음, 도 1g에서 알 수 있듯이, 기판(10)의 최외곽 부분에 위치하는 단위 후면전극(20a, 20c), 단위 반도체층(14a, 14c) 및 단위 전면전극(12a, 12c)을 패터닝하여, 기판의 최외곽 부분을 분리한다.
이와 같이 기판(10)의 최외곽 부분을 패터닝하여 분리하는 이유는, 완성된 박막 태양전지를 모듈화하는 공정에서 소정의 하우징을 박막 태양전지에 연결하게 되는데 이때 상기 하우징과 박막 태양전지 사이에 쇼트가 발생되는 것을 방지하기 위함이다.
상기 기판(10)의 최외곽 부분을 패터닝하는 공정은 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 수행하는데, 패터닝하는 최외곽 부분은 복수개의 서로 다른 물질층으로 구성되어 있기 때문에, 상대적으로 작은 파장의 레이저로 단위 후면전극(20a, 20c) 및 단위 반도체층(14a, 14c)을 먼저 스크라이빙하고, 이후에 상대적으로 큰 파장의 레이저로 단위 전면전극(12a, 12c)을 스크라이빙한다.
그러나, 이와 같은 종래의 박막형 태양전지의 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 상기 전면전극층(12)의 패터닝공정(도 1b 참조), 상기 반도체층(14)의 패터닝공정(도 1d 참조), 상기 후면전극층(20)의 패터닝공정(도 1f 참조), 및 상기 기판(10)의 최외곽 부분의 패터닝공정(도 1g 참조)과 같이 총 4차례에 걸친 패터닝공정을 수행해야 하기 때문에 공정이 복잡해지는 문제점이 있다.
둘째, 총 4차례에 걸친 패터닝 공정을 모두 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 수행하기 때문에 레이저 스크라이빙 공정 중에 발생하는 잔유물이 기판에 잔존하여 기판이 오염될 우려가 커지고, 기판의 오염을 방지하기 위해 세정공정을 추가할 경우 그만큼 공정이 복잡해지고 생산성이 떨어지게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 종래의 박막형 태양전지의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서,
본 발명은 패터닝 공정을 단축하여 보다 간단한 방법으로 박막형 태양전지를 제조할 수 있는 방법 및 그 방법에 의해 제조되는 박막형 태양전지를 제공함을 일 목적으로 한다.
본 발명은 패터닝 공정을 수행함에 있어서 레이저 스크라이빙 공정의 이용횟수를 감소시켜 기판의 오염 가능성을 줄이고 그와 더불어 세정공정도 줄여 생산성을 증가시킬 수 있는 박막형 태양전지 제조방법 및 그 방법에 의해 제조되는 박막형 태양전지를 제공함을 다른 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 기판 상에 소정의 간격으로 이격된 복수 개의 단위 전면전극 패턴을 형성하는 제1공정; 상기 기판 상에서, 단위셀로 나누기 위한 분리부 및 전극간 연결을 위한 콘택부를 구비한 반도체층 패턴을 형성하는 제2공정; 및 상기 콘택부를 통해 상기 단위 전면전극 패턴과 연결되며, 상기 분리부에 의해 이격되는 복수 개의 단위 후면전극 패턴을 형성하는 제3공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지 제조방법을 제공한다.
상기 제1공정은 상기 복수 개의 단위 전면전극 패턴 중 최외곽의 단위 전면전극 패턴에 제1격리부를 형성하여, 상기 제1격리부에 의해 기판의 최외곽부분을 격리시키는 공정을 포함할 수 있다.
상기 제1공정은 상기 기판 상에 전면전극층을 형성하는 공정, 및 상기 전면전극층을 패터닝하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제1공정은 스크린인쇄법, 잉크젯인쇄법, 그라비아인쇄법 또는 미세접촉인쇄법을 이용하여 상기 기판 상에 전면전극 패턴을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제1공정은 상기 전면전극 패턴의 표면에 대한 텍스처 가공공정을 추가로 포함할 수 있다.
상기 제2공정은 상기 기판 전면에 반도체층을 형성하는 공정, 및 상기 반도체층을 패터닝하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제2공정은 상기 기판 전면에 반도체층과 투명도전층을 차례로 형성하는 공정, 및 상기 반도체층과 투명도전층을 패터닝하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제2공정은 상기 반도체층 패턴 중 최외곽의 반도체층 패턴에 상기 전면전극 패턴의 제1격리부에 대응하는 제2격리부를 형성하여, 상기 제1격리부와 제2격리부에 의해 기판의 최외곽부분을 격리시키는 공정을 포함할 수 있다.
상기 제2공정은 P형 반도체층, 진성(Intrinsic) 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조의 반도체층 패턴을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제3공정은 스크린인쇄법, 잉크젯인쇄법, 그라비아인쇄법 또는 미세접촉인쇄법을 이용하여 후면전극 패턴을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제3공정은 상기 후면전극 패턴 중 최외곽의 후면전극 패턴에 상기 전면 전극 패턴의 제1격리부에 대응하는 제3격리부를 형성하여, 상기 제1격리부, 제2격리부 및 제3격리부에 의해 기판의 최외곽부분을 격리시키는 공정을 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 기판 상에 전면전극층을 형성하는 공정; 상기 전면전극층을 패터닝하여, 최외곽에 제1격리부를 구비하며 소정의 간격으로 이격된 복수 개의 단위 전면전극 패턴을 형성하는 공정; 상기 기판 전면에 반도체층과 투명도전층을 차례로 형성하는 공정; 상기 반도체층과 투명도전층을 패터닝하여, 단위셀로 나누기 위한 분리부, 전극간 연결을 위한 콘택부, 및 상기 전면전극 패턴의 제1격리부에 대응하는 제2격리부를 형성하는 공정; 및 상기 전면전극 패턴의 제1격리부에 대응하는 제3격리부를 구비하고, 상기 콘택부를 통해 상기 단위 전면전극 패턴과 연결되고 상기 분리부에 의해 이격되는 복수 개의 단위 후면전극 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 박막형 태양전지 제조방법을 제공한다.
상기 단위 후면 전극 패턴을 형성하는 공정은 스크린인쇄법, 잉크젯인쇄법, 그라비아인쇄법 또는 미세접촉인쇄법을 이용하여 수행할 수 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 기판 상에 소정의 간격으로 이격된 복수 개의 단위 전면전극 패턴; 상기 기판 상에서, 단위셀로 나누기 위한 분리부 및 전극간 연결을 위한 콘택부를 구비한 반도체층 패턴; 상기 반도체층 패턴 상부에서, 상기 반도체층 패턴과 동일한 패턴으로 형성된 투명도전층 패턴; 및 상기 콘택부를 통해 상기 단위 전면전극 패턴과 연결되며, 상기 분리부에 의해 이격되는 복수 개의 단위 후면전극 패턴을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지를 제공한다.
상기 복수 개의 단위 전면전극 패턴 중 최외곽의 단위 전면전극 패턴에 제1격리부가 구비될 수 있다.
상기 반도체층 패턴은 상기 전면전극 패턴의 제1격리부에 대응하는 부분에 반도체층이 형성되지 않은 제2격리부를 구비하고, 상기 후면전극 패턴은 상기 전면전극 패턴의 제1격리부에 대응하는 부분에 후면전극이 형성되지 않은 제3격리부를 구비할 수 있다.
상기 복수 개의 단위 전면전극 패턴은 그 표면이 요철구조로 이루어질 수 있다.
상기 반도체층 패턴은 P형 반도체층, 진성(Intrinsic) 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 이루어질 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 단위 전면전극의 패턴형성공정, 반도체층의 패턴형성공정, 및 단위 후면전극의 패턴형성공정과 같은 총 3차례의 패턴형성공정을 통해 박막형 태양전지를 제조하기 때문에 종래에 비하여 패턴형성공정이 감소되어 전체적으로 공정이 단순화되는 효과가 있다.
특히, 종래에는 기판의 최외곽부분을 패터닝하기 위한 공정을 별도로 수행하였지만, 본 발명은 3차례의 패턴형성공정에서 기판의 최외곽부분에 대한 패터닝을 병행하기 때문에, 즉, 3차례의 패턴형성공정 중에 각각 제1격리부, 제2격리부, 및 제3격리부를 형성하기 때문에, 기판의 최외곽부분에 대한 패터닝을 위한 별도의 공 정이 필요하지 않게 된다.
둘째, 본 발명은 총 3차례의 패턴형성공정을 수행함에 있어서 레이저 스크라이빙공정을 최소화함으로써, 레이저 스크라이빙공정에 의해 발생하는 기판의 오염문제 및 세정공정 추가로 인한 생산성 감소 문제가 줄어드는 효과가 있다.
즉, 본 발명에서는 단위 후면전극의 패턴형성공정을 수행함에 있어서 레이저 스크라이빙공정 대신에 스크린 인쇄법, 잉크젯 인쇄법, 그라비아 인쇄법 또는 미세접촉 인쇄법을 이용하기 때문에 그만큼 레이저 스크라이빙 공정 회수가 감소되는 효과가 있다. 또한, 단위 후면전극의 패턴형성공정과 더불어 단위 전면전극의 패턴형성공정에도 상기 스크린 인쇄법, 잉크젯 인쇄법, 그라비아 인쇄법 또는 미세접촉 인쇄법을 이용할 경우 레이저 스크라이빙 공정 회수가 2회 감소되는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
<박막형 태양전지 제조방법>
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양 전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
우선, 도 2a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 상에 전면전극층(120)을 형성한다.
상기 기판(100)으로는 유리 또는 투명한 플라스틱을 이용할 수 있다.
상기 전면전극층(120)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide), 등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 전면전극층(120)은 태양광이 입사되는 면이기 때문에 입사되는 태양광이 태양전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 하는 것이 중요하며, 이를 위해서 상기 전면전극층(120)에 텍스처(texturing) 가공공정을 추가로 수행할 수 있다.
상기 텍스처 가공공정이란 물질 표면을 울퉁불퉁한 요철구조로 형성하여 마치 직물의 표면과 같은 형상으로 가공하는 공정으로서, 포토리소그라피법(photolithography)을 이용한 식각공정, 화학용액을 이용한 이방성 식각공정(anisotropic etching), 또는 기계적 스크라이빙(mechanical scribing)을 이용한 홈 형성 공정 등을 통해 수행할 수 있다. 이와 같은 텍스처 가공공정을 상기 전면전극층(120)에 수행할 경우 입사되는 태양광이 태양전지 외부로 반사되는 비율은 감소하게 되며, 그와 더불어 입사되는 태양광의 산란에 의해 태양전지 내부로 태양광이 흡수되는 비율은 증가하게 되어, 태양전지의 효율이 증진되는 효과가 있다.
다음, 도 2b에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극층(120)을 패터닝한다.
상기 전면전극층(120)의 패터닝 공정을 통해서, 소정의 간격으로 이격된 복수개의 단위 전면전극 패턴(120a, 120b, 120c)을 형성하고, 또한 최외곽의 단위 전면 전극 패턴(120a, 120c)에 제1격리부(125)를 형성한다. 상기 제1격리부(125)는 완성된 박막 태양전지를 모듈화하는 공정에서 소정의 하우징을 박막 태양전지에 연 결하게 될 때 상기 하우징과 박막 태양전지 사이에 쇼트가 발생되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 상기 제1격리부(120)에 의해 기판(100)의 최외곽부분이 격리된다.
상기 전면전극층(120)의 패터닝 공정은 레이저 스크라이빙법을 이용하여 수행할 수 있다.
한편, 도 2a 및 도 2b와 같이 기판(100) 전면에 전면전극층(120)을 형성하고 레이저 스크라이빙법을 이용하여 단위 전면전극 패턴(120a, 120b, 120c)을 형성하는 대신에, 스크린 인쇄법(screen printing), 잉크젯 인쇄법(inkjet printing), 그라비아 인쇄법(gravure printing) 또는 미세접촉 인쇄법(microcontact printing)과 같은 보다 간편한 방법을 이용하여 단위 전면전극 패턴(120a, 120b, 120c)을 직접 형성하는 것도 가능하다.
상기 스크린 인쇄법은 스크린과 스퀴즈(squeeze)를 이용하여 대상물질을 작업물에 전이시켜 소정의 패턴을 형성하는 방법이고, 상기 잉크젯 인쇄법은 잉크젯을 이용하여 대상물질을 작업물에 분사하여 소정의 패턴을 형성하는 방법이고, 상기 그라비아 인쇄법은 오목판의 홈에 대상물질을 도포하고 그 대상물질을 다시 작업물에 전이시켜 소정의 패턴을 형성하는 방법이고, 상기 미세접촉 인쇄법은 소정의 금형을 이용하여 작업물에 대상물질 패턴을 형성하는 방법이다.
이와 같이, 스크린 인쇄법, 잉크젯 인쇄법, 그라비아 인쇄법 또는 미세접촉 인쇄법을 이용하여 단위 전면전극 패턴(120a, 120b, 120c)을 형성할 경우 레이저 스크라이빙법을 이용하는 경우에 비하여 기판이 오염될 우려가 줄어들고 기판의 오염 방지를 위한 세정공정 또한 줄어들게 된다.
또한, 기판(100) 전면에 전면전극층(120)을 형성하고 포토리소그라피법을 이용하여 단위 전면전극 패턴(120a, 120b, 120c)을 형성하는 것도 가능하다.
다음, 도 2c에서 알 수 있듯이, 상기 기판(100) 전면에 반도체층(140)을 형성한다. 상기 반도체층(140)은 도시된 바와 같이, 이격된 단위 전면 전극 패턴(120a, 120b, 120c)들 사이의 공간, 상기 격리부(125) 내부, 및 상기 단위 전면 전극 패턴(120a, 120b, 120c) 상부에 형성되게 된다.
상기 반도체층(140)은 실리콘계, CuInSe2계, CdTe계 등의 반도체물질을 플라즈마 CVD법 등을 이용하여 형성할 수 있으며, 상기 실리콘계 반도체물질로는 비정질 실리콘(a-Si:H) 또는 미세결정 실리콘(μc-Si:H)을 이용할 수 있다.
상기 반도체층(140)은 P형 반도체층, 진성(Intrinsic) 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성할 수 있다. 상기 반도체층(140)은 태양광에 의해 정공(hole) 및 전자(electron)를 생성하고 생성된 정공 및 전자가 각각 P형 반도체층 및 N형 반도체층에서 수집되는데, 이와 같은 정공 및 전자의 수집효율을 증진시키기 위해서는 P형 반도체층과 N형 반도체층만으로 이루어진 PN구조에 비하여 PIN구조가 보다 바람직하다.
이와 같이 상기 반도체층(140)을 PIN구조로 형성하게 되면, 진성 반도체층이 P형 반도체층과 N형 반도체층에 의해 공핍(depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(drift)되어 각각 P형 반도체층 및 N형 반도체층에서 수집되게 된다.
한편, 상기 반도체층(140)을 PIN구조로 형성할 경우에는 상기 단위 전면전극 패턴(120a, 120b, 120c) 상부에 P형 반도체층을 형성하고 이어서 진성(Intrinsic) 반도체층 및 N형 반도체층을 형성하는 것이 바람직하다. 그 이유는 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 의해 낮기 때문에 입사광에 의한 수집효율을 극대화하기 위해서 P형 반도체층을 수광면에 가깝게 형성하기 위함이다.
다음, 도 2d에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(140) 위에 투명도전층(160)을 형성한다.
상기 투명도전층(160)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, Ag와 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 투명도전층(160)의 형성공정은 생략하는 것도 가능하지만, 태양전지의 효율증진을 위해서는 상기 투명도전층(160)을 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 투명도전층(160)을 형성하게 되면 상기 반도체층(140)을 투과한 태양광이 투명도전층(160)을 통과하면서 산란을 통해 다양한 각으로 진행하게 되어 후술하는 후면전극 패턴(180a, 180b, 180c)(도 2f 공정 참조)에서 반사되어 상기 반도체층(140)으로 재입사되는 광의 비율이 증가될 수 있기 때문이다.
다음, 도 2e에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(140) 및 투명도전층(160)을 동시에 패터닝하여, 반도체층 패턴(140a) 및 투명도전층 패턴(160a)을 형성한다.
상기 반도체층(140) 및 투명도전층(160)의 패터닝 공정에 의해 분리부(170), 콘택부(172), 및 제2격리부(174)를 형성한다.
상기 분리부(170)은 태양전지를 단위셀로 나누기 위한 것이고, 상기 콘택부(172)는 전술한 단위 전면전극 패턴(120b, 120c)과 후술할 단위 후면전극 패턴(180a, 180b)(도 2f 공정 참조) 간의 전기적 연결을 위한 것이다. 상기 제2격리부(174)는 전술한 전면전극의 제1격리부(125)에 대응하며, 상기 반도체층(140) 및 투명도전층(160)의 최외곽 부분을 제거함으로써 형성한다. 따라서, 상기 제1격리부(125) 및 제2격리부(174)에 의해 기판의 최외곽 부분이 격리되게 된다.
상기 반도체층(140)과 투명도전층(160)의 패터닝 공정은 레이저 스크라이빙 공정을 통해 수행할 수도 있으나, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 포토리소그라피 공정을 이용하여 수행하는 것도 가능하다.
다음, 도 2f에서 알 수 있듯이, 상기 분리부(170)를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 단위 후면전극 패턴(180a, 180b, 180c)을 형성한다.
상기 복수 개의 단위 후면전극 패턴(180a, 180b)은 전술한 콘택부(172)를 통해 전술한 단위 전면전극 패턴(120b, 120c)과 각각 연결된다. 또한, 최외곽의 단위 후면 전극 패턴(180a, 180c)에는 전술한 전면전극의 제1격리부(125)에 대응하며, 상기 제2격리부(174)와 동일한 위치에 제3격리부(175)가 형성된다. 따라서, 상기 제1격리부(125), 제2격리부(174), 및 제3격리부(175)에 의해 기판의 최외곽 부분이 격리되게 된다.
이와 같이, 단위 전면전극(120a, 120c)의 제1격리부(125), 반도체층(140)과 투명도전층(160)의 제2격리부(174), 및 단위 후면전극(180a, 180c)의 제3격리 부(175)에 의해 박막 태양전지의 최외곽부분이 분리되어 모듈공정시 하우징과 박막 태양전지 사이에 쇼트가 발생하는 것이 방지되게 된다. 특히, 상기 제1격리부(125), 제2격리부(174) 및 제3격리부(175)를 전면전극층(120), 반도체층(140), 투명도전층(160) 및 후면전극층(180)의 패터닝 공정시 병행하여 형성하기 때문에 박막 태양전지의 최외곽부분의 분리를 위한 별도의 공정이 요하지 않게 된다.
상기 단위 후면전극 패턴(180a, 180b, 180c)은 스크린인쇄법(screen printing), 잉크젯인쇄법(inkjet printing), 그라비아인쇄법(gravure printing) 또는 미세접촉인쇄법(microcontact printing)을 이용하여 수행하며, 그 재료로는 Ag, Al, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu 등과 같은 금속을 이용한다.
<박막형 태양전지>
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 단면도이다.
도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지는 기판(100), 복수 개의 단위 전면전극 패턴(120a, 120b, 120c), 반도체층 패턴(140a), 투명도전층 패턴(160a), 및 복수 개의 단위 후면전극 패턴(180a, 180b, 180c)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판(100)은 유리 또는 투명한 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
상기 복수 개의 단위 전면전극 패턴(120a, 120b, 120c)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide)등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다.
상기 복수 개의 단위 전면전극 패턴(120a, 120b, 120c)은 상기 기판(100) 상에서 소정의 간격으로 이격되어 형성되며, 상기 복수 개의 단위 전면전극 패턴 중 최외곽의 단위 전면전극 패턴(120a, 120c)에는 제1격리부(125)가 구비되어 있다.
상기 복수 개의 단위 전면전극 패턴(120a, 120b, 120c)은 텍스처 가공공정 등을 통해 그 표면이 울퉁불퉁한 요철구조로 형성될 수 있다.
상기 반도체층 패턴(140a)은 실리콘계, CuInSe2계, CdTe계 등의 반도체물질로 이루어지며, P형 반도체층, 진성(Intrinsic) 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 이루어질 수 있다.
상기 반도체층 패턴(140a)은 단위셀로 나누기 위한 분리부(170) 및 전극간 연결을 위한 콘택부(172)을 구비하며, 상기 반도체층 패턴(140a)의 최외곽 부분에는 상기 단위 전면전극 패턴(120a, 120c)의 제1격리부(125)에 대응하도록 제2격리부(174)가 형성된다.
상기 투명도전층 패턴(160a)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, Ag와 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다.
상기 투명도전층 패턴(160a)은 상기 반도체층 패턴(140a) 상부에서 상기 반도체층 패턴(140a)과 동일한 패턴으로 형성된다. 즉, 상기 투명도전층 패턴(160a)은 분리부(170) 및 콘택부(172)을 구비하며, 그 최외곽 부분에는 제2격리부(174)가 형성된다.
상기 복수 개의 단위 후면전극 패턴(180a, 180b, 180c)은 상기 분리부(170) 에 의해 서로 이격되어 있으며, 상기 복수 개의 단위 후면전극 패턴(180a, 180b)은 상기 콘택부(172)를 통해 상기 단위 전면전극 패턴(120b, 120c)과 각각 연결되어 있다. 또한, 최외곽의 단위 후면 전극 패턴(180a, 180c)에는 상기 전면전극의 제1격리부(125)에 대응하는 제3격리부(175)가 형성되어 있다. 상기 제3격리부(175)는 전술한 제2격리부(174)와 동일한 위치에 형성된다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양 전지는 전술한 도 2a 내지 도 2f에 따른 방법에 의해 제조될 수 있다.
도 1a 내지 도 1g는 종래 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결된 구조를 갖는 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양 전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양 전지를 도시한 단면도이다.
<도면의 주요부의 부호에 대한 설명>
100: 기판 120: 전면전극층
120a, 120b, 120c: 단위 전면전극 패턴 125: 제1격리부
140: 반도체층 140a: 반도체층 패턴
160: 투명도전층 160a: 투명도전층 패턴
170: 분리부 172: 콘택부
174: 제2격리부 175: 제3격리부
180a, 180b, 180c: 단위 후면전극 패턴
Claims (17)
- 기판 상에 소정의 간격으로 이격된 복수 개의 단위 전면전극 패턴을 형성하는 제1공정;상기 기판 상에서, 단위셀로 나누기 위한 분리부 및 전극간 연결을 위한 콘택부를 구비한 반도체층 패턴을 형성하는 제2공정; 및상기 콘택부를 통해 상기 단위 전면전극 패턴과 연결되며, 상기 분리부에 의해 이격되는 복수 개의 단위 후면전극 패턴을 형성하는 제3공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 제1공정은 상기 복수 개의 단위 전면전극 패턴 중 최외곽의 단위 전면전극 패턴에 제1격리부를 형성하여, 상기 제1격리부에 의해 기판의 최외곽을 격리시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양 전지 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 제1공정은 상기 기판 상에 전면전극층을 형성하는 공정, 및 상기 전면전극층을 패터닝하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양 전지 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 제1공정은 스크린인쇄법, 잉크젯인쇄법, 그라비아인쇄법 또는 미세접촉인쇄법을 이용하여 상기 기판 상에 전면전극 패턴을 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양 전지 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 제1공정은 상기 전면전극 패턴의 표면에 대한 텍스처 가공공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양 전지 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 제2공정은 상기 기판 전면에 반도체층을 형성하는 공정, 및 상기 반도체층을 패터닝하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양 전지 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 제2공정은 상기 기판 전면에 반도체층과 투명도전층을 차례로 형성하는 공정, 및 상기 반도체층과 투명도전층을 패터닝하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양 전지 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 제2공정은 상기 반도체층 패턴 중 최외곽의 반도체층 패턴에 상기 전면전극 패턴의 제1격리부에 대응하는 제2격리부를 형성하여, 상기 제1격리부와 제2격리부에 의해 기판의 최외곽을 격리시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 제2공정은 P형 반도체층, 진성(Intrinsic) 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조의 반도체층 패턴을 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 제3공정은 스크린인쇄법, 잉크젯인쇄법, 그라비아인쇄법 또는 미세접촉인쇄법을 이용하여 후면전극 패턴을 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 제3공정은 상기 후면전극 패턴 중 최외곽의 후면전극 패턴에 상기 전면전극 패턴의 제1격리부에 대응하는 제3격리부를 형성하여, 상기 제1격리부, 제2격리부 및 제3격리부에 의해 기판의 최외곽부분을 격리시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조방법.
- 기판 상에 전면전극층을 형성하는 공정;상기 전면전극층을 패터닝하여, 최외곽에 제1격리부를 구비하며 소정의 간격으로 이격된 복수 개의 단위 전면전극 패턴을 형성하는 공정;상기 기판 전면에 반도체층과 투명도전층을 차례로 형성하는 공정;상기 반도체층과 투명도전층을 패터닝하여, 단위셀로 나누기 위한 분리부, 전극간 연결을 위한 콘택부, 및 상기 전면전극 패턴의 제1격리부에 대응하는 제2격리부를 형성하는 공정; 및상기 전면전극 패턴의 제1격리부에 대응하는 제3격리부를 구비하고, 상기 콘택부를 통해 상기 단위 전면전극 패턴과 연결되고 상기 분리부에 의해 이격되는 복수 개의 단위 후면전극 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 박막형 태양전지 제조방법.
- 제12항에 있어서,상기 단위 후면 전극 패턴을 형성하는 공정은 스크린인쇄법, 잉크젯인쇄법, 그라비아인쇄법 또는 미세접촉인쇄법을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조방법.
- 기판 상에 소정의 간격으로 이격된 복수 개의 단위 전면전극 패턴;상기 기판 상에서, 단위셀로 나누기 위한 분리부 및 전극간 연결을 위한 콘 택부를 구비한 반도체층 패턴;상기 반도체층 패턴 상부에서, 상기 반도체층 패턴과 동일한 패턴으로 형성된 투명도전층 패턴; 및상기 콘택부를 통해 상기 단위 전면전극 패턴과 연결되며, 상기 분리부에 의해 이격되는 복수 개의 단위 후면전극 패턴을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지.
- 제14항에 있어서,상기 복수 개의 단위 전면전극 패턴 중 최외곽의 단위 전면전극 패턴에 제1격리부가 구비된 것을 특징으로 하는 박막형 태양 전지.
- 제15항에 있어서,상기 반도체층 패턴은 상기 전면전극 패턴의 제1격리부에 대응하는 부분에 반도체층이 형성되지 않은 제2격리부를 구비하고,상기 후면전극 패턴은 상기 전면전극 패턴의 제1격리부에 대응하는 부분에 후면전극이 형성되지 않은 제3격리부를 구비한 것을 특징으로 하는 박막형 태양 전지.
- 제14항에 있어서,상기 반도체층 패턴은 P형 반도체층, 진성(Intrinsic) 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양 전 지.
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