KR101326139B1 - 후면전극 표면에 텍스처가 형성된 2중 텍스처 구조의 칼코게나이드계 태양전지의 제조방법 및 이에 따라 제조된 칼코게나이드계 태양전지 - Google Patents

후면전극 표면에 텍스처가 형성된 2중 텍스처 구조의 칼코게나이드계 태양전지의 제조방법 및 이에 따라 제조된 칼코게나이드계 태양전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 후면전극 표면에 텍스처가 형성된 2중 텍스처 구조의 칼코게나이드계 태양전지의 제조방법에 관한 것으로, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판에 후면전극을 형성하는 단계; 상기 후면 전극의 표면에 후면텍스처를 형성하는 단계; 상기 후면 전극 위에 칼코게나이드계 반도체 재질의 광흡수층을 형성하는 단계; 상기 광흡수층 위에 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층 위에 투명전극을 형성하는 단계; 및 상기 투명전극의 표면에 전면텍스처를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의한 후면전극 표면에 텍스처가 형성된 2중 텍스처 구조의 칼코게나이드계 태양전지는, 기판; 상기 기판 위에 형성된 후면전극; 상기 후면 전극 위에 형성된 칼코게나이드계 반도체 재질의 광흡수층; 상기 광흡수층 위에 형성된 버퍼층; 및 상기 버퍼층 위에 형성된 투명전극을 포함하여 구성되고, 상기 광흡수층에 접하는 상기 후면전극의 표면에 후면텍스처 구조가 형성되며, 상기 투명전극의 표면에 전면텍스처 구조가 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 전면텍스처와 후면텍스처의 2중 텍스처 구조를 구비하여 광포획 성능이 크게 증가하여, 태양전지의 광전변환효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

후면전극 표면에 텍스처가 형성된 2중 텍스처 구조의 칼코게나이드계 태양전지의 제조방법 및 이에 따라 제조된 칼코게나이드계 태양전지{MANUFACTURING METHOD OF CHALCOGENIDE SOLAR CELL WITH DOUBLE TEXTURE STRUCTURE HAVING A TEXTURED BACK CONTACT AND CHALCOGENIDE SOLAR CELL BY THE SAME}
본 발명은 칼코게나이드계 태양전지의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 후면전극 표면에 텍스처가 형성된 2중의 텍스처 구조를 포함하여 광포획 능력이 증가하여 효율이 증가된 칼코게나이드계 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양전지는 p-n접합으로 구성된 다이오드를 사용하며, 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라 다양한 종류로 구분된다.
종래에는 광흡수층으로 실리콘을 사용하는 태양전지가 주류를 이루었지만, 최근에는 특성을 조절할 수 있는 다양한 화합물 반도체를 광흡수층으로 사용하려는 노력이 활발하다.
특히 CIGS와 CZTS와 같이 칼코게나이드(chalcogenide)구조를 가지는 직접천이형 반도체를 광흡수층으로 사용하는 칼코게나이드 태양전지는 향후에 산화에 성공할 수 있는 소재로 가장 주목받고 있다.
칼코게나이드는 칼코겐(chalcogen)원소인 S, Se, Te를 포함하는 화합물을 의미하며, 태양전지 분야에 많이 응용되는 칼코게나이드 화합물은 ⅠB-ⅢA-ⅥA족 원소로 구성되어 있으며, CuInS2(CIS), CuGaS2(CGS), CuInSe2(CISe), CuGaSe2(CGSe), CuAlSe2(CASe), CuInTe2(CITe), CuGaTe2(CGTe), Cu(In,Ga)S2(CIGS), Cu(In, Ga)Se2(CIGSe), Cu2ZnSnS4(CZTS) 등을 예로 들 수 있다. 이러한 칼코게나이드계 화합물 혹은 박막은 밴드갭 에너지가 1 내지 2 eV로서 반도체 중에서 가장 우수한 광흡수계수(1x105cm-1)를 가질 뿐만 아니라 전기광학적으로도 매우 안정하여 태양전지의 광흡수층으로 매우 이상적인 소재이다.
태양전지 산업에 이용되는 또 다른 칼코게나이드 화합물로는 ⅡB-ⅥA족 원소로 구성되어 있는 CdS가 대표적이며, PN 접합이 이루어지는 계면에 위치하는 버퍼소재로서 적합하다. 대표적인 칼코게나이드계 태양전지는 CIGS 또는 CZTS를 광흡수층으로 사용하고 있으며, CdS를 버퍼층으로 이용한다.
도 5는 일반적인 CIGS 또는 CZTS 태양전지의 구조를 나타내는 도면이다.
일반적으로 소다석회 유리 기판(10)의 위에 접착층(20)을 사이에 두고 Mo 재질의 후면전극(30)이 형성된다.
후면전극(30)의 위에는 CIGS계 또는 CZTS계 반도체 재질의 광흡수층(40)이 형성되며, CdS 재질의 버퍼층(50)을 사이에 두고 TCO 재질의 전면전극(60)이 형성된다. 마지막으로 전면전극(60)의 위에는 반사방지층(70)이 형성된다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 광포획 성능을 향상시키기 위하여 2중 텍스처 구조를 가지는 칼코게나이드계 태양전지를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 칼코게나이드계 태양전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 후면전극 표면에 텍스처가 형성된 2중 텍스처 구조의 칼코게나이드계 태양전지의 제조방법은, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판에 후면전극을 형성하는 단계; 상기 후면 전극의 표면에 후면텍스처를 형성하는 단계; 상기 후면 전극 위에 칼코게나이드계 반도체 재질의 광흡수층을 형성하는 단계; 상기 광흡수층 위에 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층 위에 투명전극을 형성하는 단계; 및 상기 투명전극의 표면에 전면텍스처를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 발명자들은 칼코게나이드계 광흡수층을 사이에 두고 양쪽에 텍스처 구조를 형성하여 광포획 능력이 향상된 칼코게나이드계 태양전지의 제조방법을 발명하였다.
이때, 후면전극을 형성하는 단계가 DC 스퍼터링 공정으로 Mo을 증착하여 진행되며, 후면텍스처를 형성하는 단계가 후면전극을 형성하는 단계보다 증착되는 입자에너지를 높이는 조건에서 Mo를 DC 스퍼터링하여 진행되는 것이 바람직하다.
그리고 전면전극 형성하는 단계가 DC 스퍼터링 또는 RF 스퍼터링 공정으로 TCO를 증착하여 진행되며, 전면텍스처를 형성하는 단계가 전면전극을 형성하는 단계보다 증착되는 입자에너지를 높이는 조건에 TCO를 DC 스퍼터링 또는 RF 스퍼터링하여 진행되는 것이 바람직하다.
동일한 장비를 이용하되, 증착되는 입자의 에너지가 더 높아지도록 공정조건을 조절하면 표면 거칠기가 거칠어지기 때문에 텍스처 구조를 형성할 수 있다.
반면에, 전면텍스처를 형성하는 단계는 산성용액에 침지하여 전면전극의 표면을 습식식각하여 진행되는 것일 수 있다. 전면전극에 사용되는 투명전도막은 미세한 물리적 치밀도에 따라서 비등방적으로 습식식각되기 때문에 전면전극의 표면에 텍스처를 형성할 수 있다.
본 발명에 의한 후면전극 표면에 텍스처가 형성된 2중 텍스처 구조의 칼코게나이드계 태양전지는 위에서 설명한 방법으로 제조된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 의한 후면전극 표면에 텍스처가 형성된 2중 텍스처 구조의 칼코게나이드계 태양전지는, 기판; 상기 기판 위에 형성된 후면전극; 상기 후면 전극 위에 형성된 칼코게나이드계 반도체 재질의 광흡수층; 상기 광흡수층 위에 형성된 버퍼층; 및 상기 버퍼층 위에 형성된 투명전극을 포함하여 구성되고, 상기 광흡수층에 접하는 상기 후면전극의 표면에 후면텍스처 구조가 형성되며, 상기 투명전극의 표면에 전면텍스처 구조가 형성된 것을 특징으로 한다.
이때, 광흡수층이 CuInS2(CIS), CuGaS2(CGS), CuInSe2(CISe), CuGaSe2(CGSe), CuAlSe2(CASe), CuInTe2(CITe), CuGaTe2(CGTe), Cu(In,Ga)S2(CIGS), Cu(In, Ga)Se2(CIGSe), Cu2ZnSnS4(CZTS) 중에서 선택된 하나의 재질인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 전면텍스처와 후면텍스처의 2중 텍스처 구조를 구비하여 광포획 성능이 크게 증가하여, 태양전지의 광전변환효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라서 후면전극 표면에 텍스처가 형성된 2중 텍스처 구조의 칼코게나이드계 태양전지를 제조하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 후면전극 형성을 위한 스퍼터링 공정 조건으로 증착된 Mo 박막을 촬영한 전자현미경 사진이다.
도 3은 후면텍스처 형성을 위한 스퍼터링 공정 조건으로 증착된 Mo 박막을 촬영한 전자현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 2중 텍스처 구조 칼코게나이드계 태양전지의 광포획 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 일반적인 CIGS 또는 CZTS 태양전지의 구조를 나타내는 도면이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라서 후면전극 표면에 텍스처가 형성된 2중 텍스처 구조의 칼코게나이드계 태양전지를 제조하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 1a에 도시된 것과 같이 기판(10)을 준비하고 표면을 세척한다. 기판의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 유리, SUS, 폴리머, 금속 등의 재질이 적용될 수 있다. 최근에는 CIGS 또는 CZTS 태양전지에 있어서 Na의 침투에 의한 특성의 향상이 보고되어 소다석회유리 재질의 기판이 주로 사용되고 있으나, 다른 종류의 기판을 사용하면서 별도의 방법으로 Na을 확산시키려는 기술이 연구되고 있다.
기판(10)의 세척은 아세톤과 메탄올 및 증류수를 순차적으로 이용하여 세척하는 것이 일반적이며, 세척 과정에서 초음파를 이용하여 세척효과를 높일 수 있다.
도 1b에 도시된 것과 같이 세척된 기판(10)의 표면에 접착층(20)을 형성한다. 접착층(20)은 기판(10)과 후면 전극의 접착력을 향상시키기 위하여 형성되며, 기판(10)의 종류에 따라서 생략될 수 있다.
도 1c에 도시된 것과 같이 접착층(20)의 위에 후면전극(30)을 형성한다.
CIGS 또는 CZTS 태양전지에는 일반적으로 Mo 재질의 후면전극(30)이 형성된다. Mo는 최근 CIGS 또는 CZTS 태양전지의 기판으로 사용되는 유리와 열팽창계수가 비슷할 뿐만 아니라, 부착성과 전기 전도도가 모두 뛰어나다.
이러한 후면전극(30) Mo 박막을 형성하는 방법은 DC 스퍼터링이 일반적으로 사용된다. Mo 후면전극(30)을 형성하는 DC 스퍼터링 공정은 0.1 W/cm2 ~ 3 W/cm2의 타깃 면적당 DC 전력 밀도를 이용하며, 5 mTorr ~ 100 mTorr의 Ar 가스 압력에서, 10 분 ~ 100 분 동안 수행한다. 압력 유지를 위한 Ar 가스 유량은 진공 챔버(chamber)의 부피 및 펌프의 용량에 따라서 1 sccm ~ 수백 sccm의 범위에서 선택적으로 적용되며, 총 DC 전력 또한 기판과 타깃의 크기 및 기판과 타깃 사이의 간격에 따라서 수 W~ 수십 kW의 범위에서 선택적으로 적용된다.
후면전극(30)은 기판(10)의 종류에 따라서 Na가 도핑된 Mo층과 Na가 도핑되지 않은 Mo층의 2중층으로 구성하는 등 다양한 구성으로 변경이 가능하며, 후면전극으로 이용될 수 있는 것이면 모든 구성이 적용될 수 있다.
도 1d에 도시된 것과 같이 후면전극(30)에 후면텍스처(32)를 형성한다.
본 실시예에서는 Mo 후면전극을 형성하는 과정에서 사용된 DC 스퍼터링 공정의 공정조건을 변화시키는 방법으로 Mo 후면텍스처(32)를 형성한다.
상기한 Mo 후면전극 형성시의 DC 스퍼터링 공정조건은 전극으로 작용할 수 있도록 치밀한 구조의 Mo층을 충분한 두께로 형성하는 것에 초점을 둔 것이다. 반면에 Mo 후면텍스처(32)는 충분하게 형성된 Mo 후면전극(30)의 위에 표면 요철 구조를 형성한 것이므로, 공정조건을 조절하여 스퍼터되는 Mo 입자의 크기와 에너지가 커지도록 조절하여 불규칙한 표면을 형성할 수 있다.
구체적으로 Mo 후면텍스처(32)를 형성하는 DC 스퍼터링 공정은 3 W/cm2 ~ 10 W/cm2의 타깃 면적당 DC 전력 밀도를 이용하며, 0.1 mTorr ~ 5 mTorr의 Ar 가스 압력에서, 1 분 ~ 수십 분의 범위로 Mo 후면전극 형성을 위한 공정에서 보다 상대적으로 짧은 시간 동안 수행한다. 또한, 스퍼터링 공정을 수행하는 중에 기판의 온도를 상온~수백 ℃의 범위로 높인다.
다만, 압력 유지를 위한 Ar 가스 유량은 진공 챔버(chamber)의 부피 및 펌프의 용량에 따라서 1 sccm ~ 수백 sccm의 범위에서 선택적으로 적용되며, 총 DC 전력 또한 기판과 타깃의 크기 및 기판과 타깃 사이의 간격에 따라서 수W~ 수십kW의 범위에서 선택적으로 적용될 수 있는 점에서 Mo 후면전극(30)을 형성하는 경우와 비슷한 범위가 적용된다.
후면텍스처(32) 형성을 위한 스퍼터링 공정 조건은 후면전극(30)을 형성하는 경우에 비하여, 타깃 면적당 DC 전력 밀도가 높고 챔버 내의 가스압은 낮으며 기판의 온도가 높기 때문에, 증착되는 Mo 입자의 에너지가 높아서 증착 표면에 요철이 형성된다. 한편, 증착되는 Mo 입자의 에너지가 높으면 증착층의 품질이 떨어질 수가 있으므로, 후면텍스처(32) 형성을 위한 스퍼터링 공정은 상대적으로 짧게 수행한다.
도 2는 후면전극 형성을 위한 스퍼터링 공정 조건으로 증착된 Mo 박막을 촬영한 전자현미경 사진이다. 도 2는 0.71 W/cm2의 타깃 면적당 DC 전력 밀도를 이용하여, 20 mTorr의 Ar 가스 압력에서 60분 동안 DC 스퍼터링 공정을 수행하여 형성된 Mo 박막의 단면 및 표면 사진이며, 이러한 공정조건은 본 실시예에서 Mo 후면전극(30)을 형성하는 스퍼터링 공정조건에 해당한다. 도시된 것과 같이 60분 동안 952nm 정도의 두께를 가지는 Mo 박막을 형성할 수 있었으며, 표면에는 작은 그레인들이 치밀하게 배열되어 표면이 매끈한 것을 확인할 수 있다.
도 3은 후면텍스처 형성을 위한 스퍼터링 공정 조건으로 증착된 Mo 박막을 촬영한 전자현미경 사진이다. 도 3은 3.47 W/cm2의 타깃 면적당 DC 전력 밀도를 이용하여, 1 mTorr의 Ar 가스 압력에서 30분 동안 DC 스퍼터링 공정을 수행하여 형성된 Mo 박막의 단면 및 표면 사진이며, 이러한 공정조건은 본 실시예에서 Mo 후면텍스처(32)를 형성하는 스퍼터링 공정조건에 해당한다. 도시된 것과 같이 30분 만에 1.12㎛ 정도의 두께를 가지는 Mo 박막을 형성할 수 있었으며, 표면에는 큰 그레인들이 불규칙하게 배열되어 표면이 거친 것을 확인할 수 있다.
이로부터 본 실시예와 같이 증착조건을 변경하여 증착되는 Mo의 에너지 상태를 높이면, Mo의 증착이 빠르게 진행되는 대신에 표면이 거친 박막을 형성할 수 있는 것을 알 수 있다. 한편, 도 3의 공정조건은 Mo 박막의 특성을 비교하기 위하여 Mo 박막을 두껍게 증착한 경우이며, 본 실시예와 같이 후면전극의 위에 후면텍스처를 형성하는 경우에는 스퍼터링 공정이 더 짧은 시간동안 수행되어야할 것이다.
도 1e에 도시된 것과 같이 후면텍스처(32)의 위에 칼코게나이드(chalcogenide)계 광흡수층(40)을 형성한다. 특히, 대표적인 칼코게나이드계 재질인 CIGS계 또는 CZTS계 반도체를 광흡수층으로 사용한다.
이러한 CIGS계 또는 CZTS계 광흡수층(40)의 형성방법은 크게 진공법과 비진공법으로 나뉘며, 진공법과 비진공법도 각각 다양한 방법으로 나뉘지만, 본 실시예에서는 특별히 제한되지 않으며, 표면에 요철이 형성된 후면텍스처(32) 위에 증착할 수 있는 모든 방법이 적용될 수 있다.
도 1f에 도시된 것과 같이 광흡수층(40)의 위에 버퍼층(50)을 형성한다. 버퍼층(50)은 CdS 박막을 적용하는 것이 일반적이다. CdS 버퍼층(50)은 도 1(e)의 단계까지 진행된 기판을 티오요소(thiourea)와 황산 카드뮴(cadmium sulfate) 및 알루미나가 혼합된 수용액에 침지시켜 성막 하는 CBD법(chemical bath deposition, 화학적 용액성장법)으로 증착시킨다.
이외에도 버퍼층(50)으로는 CBD법으로 증착된 ZnS나 ZnSe 박막 등과 증발법(evaporation)에 기반을 둔 공정으로 증착된 InxSey나 ZnInxSey 박막 및 CVD에 기반을 준 공정으로 증착된 InxSey나 ZnSe 박막 등을 적용할 수 있다.
도 1g에 도시된 것과 같이 버퍼층(50)의 위에 전면전극(60)을 형성한다. 전면전극(60)은 ITO, ZnO:Al, ZnO:Ga, 및 ZnO:B 등과 같은 투명전도막(TCO)을 증착하며, 이러한 투명전도막들은 DC 또는 RF 스퍼터링으로 증착하는 것이 일반적이나, 전자빔 증발법이나 열증발법 등의 다른 방법으로 증착할 수도 있다.
DC 또는 RF 스퍼터링으로 전면전극(60)을 형성하는 공정은 0.1 W/cm2 ~ 2 W/cm2의 타깃 면적당 DC 또는 RF 전력 밀도를 이용하며, 5 mTorr ~ 100 mTorr 압력의 Ar 가스 또는 Ar 가스와 도핑원소를 혼합한 가스 조건에서, 10 분 ~ 100 분 동안 수행한다. 압력 유지를 위한 가스 유량은 진공 챔버(chamber)의 부피 및 펌프의 용량에 따라서 1 sccm ~ 수백 sccm의 범위에서 선택적으로 적용되며, 총 DC 또는 RF 전력 또한 기판과 타깃의 크기 및 기판과 타깃 사이의 간격에 따라서 수 W~ 수십 kW의 범위에서 선택적으로 적용된다.
또한 다른 종류의 투명전도막을 순차적으로 증착하여 2중 구조의 투명전도막을 구성하는 등 다양한 구성으로 변경이 가능하며, 전면전극으로 이용될 수 있는 것이면 모든 구성이 적용될 수 있다.
도 1h에 도시된 것과 같이 전면전극(60)에 전면텍스처(62)를 형성한다. 전면텍스처(62)를 형성하는 방법은 전면전극(60)의 표면을 식각하여 요철을 형성하는 방법과 전면전극(60)의 표면에 요철이 형성된 투명전도막을 형성하는 방법이 있다.
전면전극(60)의 표면을 식각하는 방법은 염산 등의 산성용액으로 습식식각하는 방법이다. 0.1~ 수 %의 HCl 용액에 도 1(h)의 단계까지 진행된 기판을 침지하여 수십~ 수백 초 동안 습식식각을 수행하면, 전면전극(60) 표면의 물리적 강도의 차이에 의해서 표면이 불균일하게 식각되어 표면에 텍스처가 형성된다.
전면전극(60)의 표면에 요철이 형성된 투명전도막을 추가적으로 형성하는 방법은 DC 또는 RF 스퍼터링으로 수행된다. 상기한 투명전극 형성시의 DC 또는 RF 스퍼터링 공정조건은 전극으로 작용할 수 있도록 치밀한 구조의 투명전극 박막을 충분한 두께로 형성하는 것에 초점을 둔 것이다. 반면에 전면텍스처(62)는 충분하게 형성된 전면전극(60)의 위에 표면 요철 구조를 형성한 것이므로, 공정조건을 조절하여 스퍼터되는 투명전도막 입자의 크기와 에너지가 커지도록 조절하여 불규칙한 표면을 형성할 수 있다.
구체적으로 전면텍스처(62)를 형성하는 DC 또는 RF 스퍼터링 공정은 2 W/cm2 ~ 10 W/cm2의 타깃 면적당 DC 전력 밀도를 이용하며, 0.1 mTorr ~ 5 mTorr 압력의 Ar 가스 또는 Ar 가스와 도핑원소를 혼합한 가스 조건에서, 1 분 ~ 수십 분의 범위로 전면전극 형성을 위한 공정에서 보다 상대적으로 짧은 시간 동안 수행한다. 또한, 스퍼터링 공정을 수행하는 중에 기판의 온도를 상온~수백 ℃의 범위로 높인다.
다만, 압력 유지를 위한 Ar 가스 유량은 진공 챔버(chamber)의 부피 및 펌프의 용량에 따라서 1 sccm ~ 수백 sccm의 범위에서 선택적으로 적용되며, 총 DC 혹은 RF 전력 또한 기판과 타깃의 크기 및 기판과 타깃 사이의 간격에 따라서 수W~ 수십kW의 범위에서 선택적으로 적용될 수 있는 점에서 전면전극(60)을 형성하는 경우와 비슷한 범위가 적용된다.
전면텍스처(62) 형성을 위한 스퍼터링 공정 조건은 전면전극(60)을 형성하는 경우에 비하여, 타깃 면적당 DC 전력 밀도가 높고 챔버 내의 가스압은 낮으며 기판의 온도가 높기 때문에, 증착되는 TCO 입자의 에너지가 높아서 증착 표면에 요철이 형성된다. 한편, 증착되는 TCO 입자의 에너지가 높으면 증착층의 품질이 떨어질 수가 있으므로, 전면텍스처(62) 형성을 위한 스퍼터링 공정은 상대적으로 짧게 수행한다.
한편, LPCVD(low pressure CVD)공정을 적용하여 표면에 자체적으로 표면 텍스처가 형성된 투명전극층을 증착하는 기술이 개발되고 있으며, 이는 본 실시예에서 투명전극층과 전면텍스처를 각각 형성하는 것과 대응되어 같은 효과를 나타내는 기술이므로 본 실시예에 적용할 수 있다.
또한, 전면텍스처(62)의 위에 Al이나 Ag와 같은 금속재질의 그리드 전극을 추가하여 전극의 성능을 향상시키는 구성도 적용할 수 있다.
도 1i에 도시된 것과 같이 전면텍스처(62)의 위에 반사방지층(70)을 형성하며, 반사방지층(70)으로는 MgF2와 Al2O3가 일반적으로 사용된다.
MgF2 재질의 반사방지층(70)은 MgF2 펠렛을 이용하여 열증발법으로 증착하거나, Mg(thd)2와 TiF4를 반응 가스로 이용하여 원자층증착법(ALD, atomic layer deposition)으로 증착한다.
Al2O3 재질의 반사방지층(70)은 Al(CH3)3와 O3를 반응 가스로 이용하여 원자층증착법으로 증착한다.
도 4는 본 발명의 후면전극 표면에 텍스처가 형성된 2중 텍스처 구조 칼코게나이드계 태양전지의 광포획 모습을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 단계로 제조된 2중 텍스처 구조 칼코게나이드계 태양전지는 후면전극(30)에 형성된 후면텍스처(32)와 전면전극(60)에 형성된 전면텍스처(62)를 동시에 구비한다.
전면전극(60)으로 입사된 태양광은 버퍼층(50)을 거쳐 광흡수층(40)을 지나면서 광발전을 수행한 뒤에 후면전극(30) 표면에서 반사되며, 이때 표면에 형성된 후면텍스처(32)에 의해서 난반사가 발생한다.
후면텍스처(32)에서 난반사된 태양광은 광흡수층(40)을 지나면서 광발전을 수행하며, 버퍼층(50)과 전면전극(60)을 지나서 전면텍스처(62)에서 다시 광흡수층(40)방향으로 난반사된다.
이와 같은 과정을 반복하면서 태양광이 광흡수층(40)에 오랫동안 머물기 때문에 태양전지의 효율이 크게 증가한다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 기판 20: 접착층
30: 후면전극 32: 후면텍스처
40: 광흡수층 50: 버퍼층
60: 전면전극 62: 전면텍스처
70: 반사방지층

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판에 후면전극을 형성하는 단계;
    상기 후면 전극의 표면에 후면텍스처를 형성하는 단계;
    상기 후면 전극 위에 칼코게나이드계 반도체 재질의 광흡수층을 형성하는 단계;
    상기 광흡수층 위에 버퍼층을 형성하는 단계;
    상기 버퍼층 위에 투명전극을 형성하는 단계; 및
    상기 투명전극의 표면에 전면텍스처를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 후면전극을 형성하는 단계가 DC 스퍼터링 공정으로 Mo을 증착하여 진행되며,
    상기 후면텍스처를 형성하는 단계가 상기 후면전극을 형성하는 단계보다 증착되는 입자에너지를 높이는 조건에서 Mo를 DC 스퍼터링하여 진행되는 것을 특징으로 하는 후면전극 표면에 텍스처가 형성된 2중 텍스처 구조의 칼코게나이드계 태양전지의 제조방법.
  3. 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판에 후면전극을 형성하는 단계;
    상기 후면 전극의 표면에 후면텍스처를 형성하는 단계;
    상기 후면 전극 위에 칼코게나이드계 반도체 재질의 광흡수층을 형성하는 단계;
    상기 광흡수층 위에 버퍼층을 형성하는 단계;
    상기 버퍼층 위에 투명전극을 형성하는 단계; 및
    상기 투명전극의 표면에 전면텍스처를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 투명전극을 형성하는 단계가 DC 스퍼터링 또는 RF 스퍼터링 공정으로 TCO를 증착하여 진행되며,
    상기 전면텍스처를 형성하는 단계가 상기 투명전극을 형성하는 단계보다 증착되는 입자에너지를 높이는 조건에 TCO를 DC 스퍼터링 또는 RF 스퍼터링하여 진행되는 것을 특징으로 하는 후면전극 표면에 텍스처가 형성된 2중 텍스처 구조의 칼코게나이드계 태양전지의 제조방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 전면텍스처를 형성하는 단계가 산성용액에 침지하여 상기 투명전극의 표면을 습식식각하여 진행되는 것을 특징으로 하는 후면전극 표면에 텍스처가 형성된 2중 텍스처 구조의 칼코게나이드계 태양전지의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100109321A (ko) * 2009-03-31 2010-10-08 엘지이노텍 주식회사 태양전지 및 이의 제조방법
KR101103894B1 (ko) * 2010-02-08 2012-01-12 엘지이노텍 주식회사 태양전지 및 이의 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100109321A (ko) * 2009-03-31 2010-10-08 엘지이노텍 주식회사 태양전지 및 이의 제조방법
KR101103894B1 (ko) * 2010-02-08 2012-01-12 엘지이노텍 주식회사 태양전지 및 이의 제조방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103646998A (zh) * 2013-12-16 2014-03-19 陕西师范大学 增强硅薄膜太阳电池光吸收的织构横向错位方法
CN103646998B (zh) * 2013-12-16 2016-08-17 陕西师范大学 增强硅薄膜太阳电池光吸收的织构横向错位方法

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