KR101306475B1 - 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 태양전지는, 지지기판; 상기 지지기판 상에 위치하는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 위치하는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 위치하는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 위치하는 전면전극층을 포함하고, 상기 광 흡수층에 포함되는 결정(crystallization)의 양이 서로 다르다.
실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은, 지지기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 및 상기 후면전극층 상에 광 흡수층의 프리커서를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 프리커서는 서로 반대되는 상면 및 하면을 포함하고, 상기 프리커서를 형성하는 단계는 상기 상면 및 상기 하면에 레이저를 조사하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은, 지지기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 및 상기 후면전극층 상에 광 흡수층의 프리커서를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 프리커서는 서로 반대되는 상면 및 하면을 포함하고, 상기 프리커서를 형성하는 단계는 상기 상면 및 상기 하면에 레이저를 조사하는 단계를 포함한다.
Description
실시예는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
박막형 태양전지의 효율과 직접적인 상관관계가 있는 에너지 밴드갭은 상기 광 흡수층을 이루는 CIGS계 화합물의 조성비, 즉 CuIn1-xGaxSe2에서 인듐(In) 및 갈륨(Ga)의 조성비에 따라 달라지는데, 대략 1.1 ~ 1.6 eV 사이의 에너지 밴드갭을 얻을 수 있었다. 현재, 최고 효율을 기록한 태양전지의 CIGS계 광흡수층(30)은 대략 1.2eV의 에너지 밴드갭을 가지며, 이때의 CIGS계 화합물의 조성비는 CuIn0.74Ga0.26Se2으로 알려져있다.
그런데 이러한 종래의 CIGS계 박막형 태양전지는 CIGS계 화합물이 4원계 화합물로서, 이를 이용하여 광 흡수층을 제조 시, 그 조성 및 공정 제어에 많은 어려움이 따르며, 아울러, 종래의 CIGS계 박막형 태양전지의 경우 단일의 에너지 밴드갭을 갖는 광 흡수층(30)을 이용하므로, 이에 해당되는 에너지 밴드갭 이외의 파장을 그대로 통과시켜 버리게 되므로, 많은 부분의 태양광 손실이 발생되는 문제점이 있었다.
따라서, 종래의 CIGS계 박막형 태양전지보다 높은 효율을 가지며, 조성 및 공정 제어가 보다 간단하고 용이한 박막형 태양전지에 대한 개발이 시급한 실정이다. 특히, 이러한 태양전지 제조 시, 광 흡수층에 포함되는 갈륨의 조성비를 그레이딩(grading)하여 에너지 밴드갭을 조절할 수 있는데, 기존의 열처리 방식으로는 갈륨의 조성비를 그레이딩하기 어렵다는 문제가 있다.
실시예는 효율이 향상된 태양전지를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 태양전지는, 지지기판; 상기 지지기판 상에 위치하는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 위치하는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 위치하는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 위치하는 전면전극층을 포함하고, 상기 광 흡수층에 포함되는 결정(crystallization)의 양이 서로 다르다.
실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은, 지지기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 및 상기 후면전극층 상에 광 흡수층의 프리커서를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 프리커서는 서로 반대되는 상면 및 하면을 포함하고, 상기 프리커서를 형성하는 단계는 상기 상면 및 상기 하면에 레이저를 조사하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 태양전지는 광 흡수층에 포함되는 결정(crystallization)의 양이 서로 다르다. 구체적으로, 상기 광 흡수층에 포함되는 갈륨의 조성비를 그레이딩(grading)하여 상기 광 흡수층의 에너지 밴드갭을 조절할 수 있고, 이를 통해 태양전지의 효율을 향상할 수 있다. 즉, 태양전지의 내부 조성비를 조절하여 고효율의 태양전지를 제공할 수 있다.
실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은, 레이저를 조사하는 단계를 포함한다. 상기 레이저를 조사하는 단계에서는 광 흡수층의 프리커서에 국부적인 레이저를 조사할 수 있다. 이를 통해, 상기 갈륨의 확산을 조절하여 상기 광 흡수층에 포함되는 갈륨의 조성비를 조절할 수 있다. 이를 통해, 상기 광 흡수층의 에너지 밴드갭을 조절할 수 있고, 나아가 태양전지의 효율을 향상할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 2는 실시예에 따른 태양전지에 포함되는 광 흡수층을 도시한 모식도이다.
도 3은 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 실시예에 따른 태양전지에 포함되는 광 흡수층을 도시한 모식도이다.
도 3은 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 실시예에 따른 태양전지를 상세하게 설명한다. 도 1은 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이다. 도 2는 실시예에 따른 태양전지에 포함되는 광 흡수층을 도시한 모식도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 태양전지는 지지기판(100), 후면전극층(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500) 및 전면전극층(600)을 포함한다.
상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 후면전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500) 및 상기 전면전극층(600)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)의 상면에 배치된다. 상기 후면전극층(200)은 도전층이다. 상기 후면전극층(200)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴(Mo) 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 광 흡수층(300)은 상기 후면전극층(200) 상에 배치된다. 상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족계 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(300)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(300)에 포함되는 결정(crystallization)의 양이 서로 다를 수 있다. 상기 양은 상기 광 흡수층(300)에 포함되는 물질의 조성비일 수 있다. 상기 양은 상기 광 흡수층(300)에 포함되는 물질의 농도일 수 있다. 상기 양은 상기 광 흡수층(300)에 포함되는 물질의 함량일 수 있다. 여기서, 상기 물질은 갈륨(Ga)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 광 흡수층(300)은 Cu(In1-xGax)Se2를 포함하고, 상기 x가 달라질 수 있다. 구체적으로, 상기 x는 상기 광 흡수층(300)의 상면(302)에서 상기 광 흡수층(300)의 중심부(300a)로 갈수록 작아지고, 상기 광 흡수층(300)의 하면(301)에서 상기 광 흡수층(300)의 중심부(300a)로 갈수록 작아질 수 있다. 즉, 상기 광 흡수층(300)에 포함되는 갈륨의 조성비가 달라질 수 있다.
여기서, 상기 x의 범위는 다음 수식과 같다.
수식
0<x<1
상기 광 흡수층(300)의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1eV 내지 1.8eV일 수 있다.
상기 갈륨의 조성비를 그레이딩(grading)하여 상기 광 흡수층(300)의 에너지 밴드갭을 조절할 수 있고, 이를 통해 태양전지의 효율을 향상할 수 있다. 즉, 태양전지의 내부 조성비를 조절하여 고효율의 태양전지를 제공할 수 있다.
상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300)에 직접 접촉한다. 상기 버퍼층(400)은 황화물을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 버퍼층(400)은 황화카드뮴(CdS)을 포함할 수 있다.
상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 배치된다. 상기 고저항 버퍼층(500)은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층(500)의 에너지 밴드갭은 약 3.1eV 내지 3.3eV일 수 있다.
상기 전면전극층(600)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 더 자세하게, 상기 전면전극층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 배치된다.
상기 전면전극층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 배치된다. 상기 전면전극층(600)은 투명하다. 상기 전면전극층(600)으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드(Al doped ZnO;AZO), 인듐 징크 옥사이드(indium zinc oxide;IZO) 또는 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide;ITO) 등을 들 수 있다.
상기 전면전극층(600)의 두께는 약 500㎚ 내지 약 1.5㎛일 수 있다. 또한, 상기 전면전극층(600)이 알루미늄이 도핑되는 징크 옥사이드로 형성되는 경우, 알루미늄은 약 2.5wt% 내지 약 3.5wt%의 비율로 도핑될 수 있다. 상기 전면전극층(600)은 도전층이다.
이하, 도 3을 참조하여, 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 설명한다. 명확하고 간략한 설명을 위하여 앞서 설명한 부분과 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
먼저, 지지기판(100) 상에 스퍼터링 공정에 의해서 몰리브덴 등과 같은 금속이 증착되고, 후면전극층(200)이 형성된다. 상기 후면전극층(200)은 공정 조건이 서로 다른 두 번의 공정들에 의해서 형성될 수 있다.
상기 지지기판(100) 및 상기 후면전극층(200) 사이에는 확산 방지막과 같은 추가적인 층이 개재될 수 있다.
이어서, 상기 후면전극층(200) 상에 광 흡수층(300)의 프리커서(320)가 형성된다. 상기 광 흡수층(300)의 프리커서(320)는 스퍼터링 공정 또는 증발법 등에 의해서 형성될 수 있다.
상기 광 흡수층(300)의 프리커서(320)는 예를 들어, 구리-갈륨 합금층 및 인듐 층으로 이루어진 소정 조성비의 적층 프리커서(320)막이 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있다. 또한, 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정에 의해서 형성될 수 있다. 따라서, 상기 광 흡수층(300)의 프리커서(320)는, 구리, 인듐 및 갈륨의 구성 원소로 이루질 수 있다.
이후, 상기 금속 프리커서(320) 막은 셀레니제이션(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. 여기서, 셀레니제이션 공정은 셀렌 및/또는 황 함유 가스로 이루어진 분위기 속에서 저온에서 열처리하는 공정을 말한다.
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.
상기 프리커서(320)를 형성하는 단계 이후, 레이저를 조사하는 단계를 거친다. 상기 레이저를 조사하는 단계에서는 상기 갈륨의 확산이 이루어질 수 있다.
상기 레이저를 조사하는 단계에서는 광 흡수층(300)의 프리커서(320)에 국부적인 레이저를 조사할 수 있다.
상기 레이저를 조사하는 단계는 상기 프리커서(320)의 상면(322) 및 하면(321)에 각각 레이저를 조사할 수 있다.
구체적으로, 상기 레이저를 조사하는 단계는 제1 레이저(L1)를 조사하는 단계 및 제2 레이저(L2)를 조사하는 단계를 포함한다.
상기 제1 레이저(L1)를 조사하는 단계에서는 상기 상면(322)에 제1 레이저(L1)를 조사할 수 있다. 상기 제2 레이저(L2)를 조사하는 단계에서는 상기 하면(321)에 제2 레이저(L2)를 조사할 수 있다.
상기 제1 레이저(L1) 및 상기 제2 레이저(L2)의 에너지 밀도가 서로 다르게 구비될 수 있다. 상기 제1 레이저(L1) 및 상기 제2 레이저(L2)의 에너지 밀도가 서로 다름으로써, 상기 프리커서(320)에 포함된 상기 갈륨의 확산 속도를 조절할 수 있다. 이를 통해, 상기 갈륨의 조성비가 달라질 수 있다.
상기 갈륨의 조성비는 상기 프리커서(320)의 상면(322)에서 상기 프리커서(320)의 중심부(320a)로 갈수록 낮아지고, 상기 프리커서(320)의 하면(321)에서 상기 프리커서(320)의 중심부(320a)로 갈수록 낮아질 수 있다.
즉, 상기 갈륨의 확산을 조절하여 상기 광 흡수층(300)에 포함되는 갈륨의 조성비를 조절할 수 있다. 이를 통해, 상기 광 흡수층(300)의 에너지 밴드갭을 조절할 수 있고, 나아가 태양전지의 효율을 향상할 수 있다.
이어서, 도면에 도시하지 않았으나, 상기 버퍼층(400) 상에 징크 옥사이드가 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 고저항 버퍼층(500)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 전면전극층(600)이 형성된다. 상기 전면전극층(600)을 형성하기 위해서, 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 투명한 도전물질이 적층된다. 상기 투명한 도전물질의 예로서는 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드 등을 들 수 있다.
상술한 실시예에 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 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 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, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (14)
- 지지기판;
상기 지지기판 상에 위치하는 후면전극층;
상기 후면전극층 상에 위치하는 광 흡수층;
상기 광 흡수층 상에 위치하는 버퍼층; 및
상기 버퍼층 상에 위치하는 전면전극층을 포함하고,
상기 광 흡수층에 포함되는 결정(crystallization)의 양이 서로 다르고,
상기 광 흡수층은 Cu(In1-xGax)Se2를 포함하며,
상기 x는 상기 광 흡수층의 상면에서 상기 광 흡수층의 중심부로 갈수록 작아지고, 상기 광 흡수층의 하면에서 상기 광 흡수층의 중심부로 갈수록 작아지는 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 양은 상기 광 흡수층에 포함되는 물질의 조성비인 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 양은 상기 광 흡수층에 포함되는 물질의 농도인 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 양은 상기 광 흡수층에 포함되는 물질의 함량인 태양전지. - 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물질은 갈륨(Ga)을 포함하는 태양전지.
- 삭제
- 삭제
- 지지기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 및
상기 후면전극층 상에 광 흡수층의 프리커서를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 프리커서는 서로 반대되는 상면 및 하면을 포함하고,
상기 프리커서를 형성하는 단계 이후 상기 상면 및 상기 하면에 레이저를 조사하는 단계를 포함하고,
상기 레이저를 조사하는 단계는 상기 상면에 제1 레이저를 조사하는 단계 및 상기 하면에 제2 레이저를 조사하는 단계를 포함하며,
상기 제1 레이저 및 상기 제2 레이저의 에너지 밀도가 서로 다른 태양전지의 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제8항에 있어서,
상기 프리커서는 갈륨(Ga)을 포함하는 태양전지의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 레이저를 조사하는 단계에서는 상기 갈륨의 확산이 이루어지는 태양전지의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 레이저를 조사하는 단계에서는 상기 갈륨의 조성비가 달라지는 태양전지의 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 갈륨의 조성비는 상기 프리커서의 상면에서 상기 프리커서의 중심부로 갈수록 낮아지고, 상기 프리커서의 하면에서 상기 프리커서의 중심부로 갈수록 낮아지는 태양전지의 제조 방법.
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| KR101081079B1 (ko) * | 2009-06-25 | 2011-11-07 | 엘지이노텍 주식회사 | 태양전지 및 이의 제조방법 |
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2011
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