KR101338751B1 - 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

태양전지 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101338751B1
KR101338751B1 KR1020110137801A KR20110137801A KR101338751B1 KR 101338751 B1 KR101338751 B1 KR 101338751B1 KR 1020110137801 A KR1020110137801 A KR 1020110137801A KR 20110137801 A KR20110137801 A KR 20110137801A KR 101338751 B1 KR101338751 B1 KR 101338751B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
cadmium oxide
oxide layer
light absorbing
impurities
Prior art date
Application number
KR1020110137801A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130070465A (ko
Inventor
최철환
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020110137801A priority Critical patent/KR101338751B1/ko
Publication of KR20130070465A publication Critical patent/KR20130070465A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101338751B1 publication Critical patent/KR101338751B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0392Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
    • H01L31/03923Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate including AIBIIICVI compound materials, e.g. CIS, CIGS
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0749Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type including a AIBIIICVI compound, e.g. CdS/CulnSe2 [CIS] heterojunction solar cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264Inorganic materials
    • H01L31/032Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
    • H01L31/0322Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312 comprising only AIBIIICVI chalcopyrite compounds, e.g. Cu In Se2, Cu Ga Se2, Cu In Ga Se2
    • H01L31/0323Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312 comprising only AIBIIICVI chalcopyrite compounds, e.g. Cu In Se2, Cu Ga Se2, Cu In Ga Se2 characterised by the doping material
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/541CuInSe2 material PV cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

실시예는 태양전지 및 이의 제조방법을 제공한다. 실시예에 따른 태양전지는 지지기판 상에 배치되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 배치되며, 불순물이 도핑된 카드뮴 옥사이드(CdO)층; 및 상기 카드뮴 옥사이드층 상에 배치되는 전면 전극층을 포함한다.

Description

태양전지 및 이의 제조방법{SOLAR CELL AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
실시예는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
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.
종래 CIGS 박막 태양전지는 일반적으로 Soda lime glass/Mo/CIGS/CdS(ZnS)/ZnO/ITO/Al 의 구조를 가지고 있다. 이 중, CdS 층은 버퍼층으로써, ZnO층을 스퍼터 공정으로 증착 시킬 때 CIGS 층의 손상을 최소화하고, 이 두 층 사이에서의 격자상수와 밴드갭의 차이를 줄여주어 CIGS 박막태양전지의 효율을 증가 시키는 역할을 한다. 다만, CdS층은 화학용액성장법(Chemicalbath deposition; CBD)을 이용한 습식 공정으로 진행되어 전후 층(layer)의 증착 방법과 달라 연속공정에 어려움이 있다.
실시예는 건식 공정에 의해 제조될 수 있고, 층간의 밴드갭 에너지(Eg) 정렬(alignment)이 향상된 태양전지 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
제 1 실시예에 따른 태양전지는 지지기판 상에 배치되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 배치되며, 불순물이 도핑된 카드뮴 옥사이드(CdO)층; 및 상기 카드뮴 옥사이드층 상에 배치되는 전면 전극층을 포함한다.
제 2 실시예에 따른 태양전지는 지지기판 상에 배치되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되며, 불순물이 도핑된 카드뮴 옥사이드(CdO)층을 포함한다.
실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 지지기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계; 상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 상에 불순물이 도핑된 카드뮴 옥사이드(CdO)층을 형성하는 단계; 및 상기 카드뮴 옥사이드층 상에 전면 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 버퍼층을 종래 습식 공정이 아닌 건식 공정으로 제조한다. 이는, 버퍼층 전후 층(layer)의 증착방법과 동일한 바, 연속 공정으로 태양전지를 제조할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에 있어서, 카드뮴 옥사이드층의 카드뮴 이온(Cd2 +)의 일부가 광 흡수층의 구리 공공(Cu vacancy)의 자리에 확산되어, 광 흡수층의 효율이 증대될 수 있다.
실시예에 따른 태양전지는 카드뮴 옥사이드층 내에 도핑되는 불순물의 농도를 조절함으로써, 버퍼층 전후 층(layer)과 밴드갭 에너지를 용이하게 조절할 수 있다.
도 1 및 도 3은 제 1 실시예에 따른 태양전지의 단면을 도시하는 단면도이다.
도 2 및 도 4는 제 1 실시예에 따른 태양전지의 불순물의 농도를 나타내는 그래프이다.
도 5는 제 2 실시예에 따른 태양전지의 단면을 도시하는 단면도이다.
도 6은 제 2 실시예에 따른 태양전지의 불순물의 농도를 나타내는 그래프이다.
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.
도 1은 제 1 실시예에 따른 태양전지의 단면을 도시하는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 실시예에 따른 태양전지는 지지기판(100), 후면 전극층(200), 광 흡수층(300), 카드뮴 옥사이드층(400), 고저항 버퍼층(500), 및 전면 전극층(600)을 포함한다.
상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 후면 전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 상기 카드뮴 옥사이드층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 전면 전극층(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.
또한, 상기 지지기판(100)은 절연체일 수 있다. 예를 들어, 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. 이와는 다르게, 상기 지지기판(100)의 재질로 알루미나와 같은 세라믹 기판, 스테인레스 스틸, 유연성이 있는 고분자 등이 사용될 수 있다.
상기 후면 전극층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 후면 전극층(200)은 PVD(Physical Vapor Deposition) 또는 도금의 방법으로 형성될 수 있다.
상기 후면 전극층(200)은 도전층이다. 상기 후면 전극층(200)은 몰리브덴(Mo), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 텅스텐(W) 및 구리(Cu) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 이 가운데, 특히 몰리브덴(Mo)은 다른 원소에 비해 상기 지지기판(100)과 열팽창 계수의 차이가 적기 때문에, 접착성이 우수하여 박리현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 상기 후면 전극층(200) 상에 배치된다. 상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)(Se,S)2; CIGSS계) 결정 구조, 구리-인듐-셀레나이드계 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 광 흡수층(300)의 밴드갭은 약 1.0 eV 내지 약 1.8 eV 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 광 흡수층(300)은 카드뮴(Cd) 성분을 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 광 흡수층(300)은 상기 광 흡수층(300) 내의 구리 공공(Cu Vacancy)의 일부에 카드뮴 이온(Cd2 +)이 일부 치환될 수 있다. 상기 카드뮴 이온(Cd2 +)은 태양전지의 제조과정에서, 카드뮴 옥사이드층(400)의 카드뮴 이온 (Cd2+)이 확산된 것이다. 이와 관련하여서는 하기에서 상세 후술하기로 한다.
상기 광 흡수층(300)은 예를 들어, 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.
상기 카드뮴 옥사이드층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 상기 카드뮴 옥사이드층(400)은 이후 전면 전극층(600)의 증착 시 광 흡수층(300)에 발생할 수 있는 데미지(damage)를 최소화하고, 이 두 층 사이의 밴드갭 에너지의 차이를 줄여 CIGS 박막태양전지의 효율을 증가 시키는 역할을 한다. 즉, 상기 카드뮴 옥사이드층(400)은 버퍼층으로서 기능할 수 있다. 또한, 상기 카드뮴 옥사이드층(400)의 두께는 약 50 nm 내지 약 100 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 카드뮴 옥사이드층(400)의 밴드갭 에너지는 인접한 층들(300, 500)과의 밴드갭 에너지를 고려하여 약 2.2 eV 내지 약 2.7 eV 의 범위에서 조절될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는 층간의 밴드갭 에너지(Eg) 정렬(alignment)이 향상될 수 있다.
상기 언급한 범위 내의 밴드갭 에너지를 가지는 카드뮴 옥사이드층(400)을 제조하기 위하여, 상기 카드뮴 옥사이드층(400)은 불순물을 포함한다. 상기 불순물은 아연(Zn)을 포함할 수 있다. 더 자세하게, 실시예에 따른 태양전지의 버퍼층은 아연카드뮴옥사이드층(CdZnO)일 수 있다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 카드뮴 옥사이드층(400)의 불순물과 밴드갭 에너지의 상관 관계를 나타내는 그래프이다. 인접한 층들(300, 500)과의 밴드갭 에너지를 조절하기 위하여, 상기 카드뮴 옥사이드층(400)의 밴드갭 에너지는 상기 광 흡수층(300)과 인접한 영역에서는 작고, 상기 고저항 버퍼층(500)과 인접한 영역에서는 큰 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 카드뮴 옥사이드층(400) 내의 불순물, 아연(Zn)의 농도는 상기 광 흡수층(300)으로부터 멀어질수록 감소할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 상기 카드뮴 옥사이드층(400) 내의 불순물, 아연(Zn)의 농도는 상기 광 흡수층(300)으로부터 멀어질수록 순차적으로 감소할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 카드뮴 옥사이드층(400) 내의 아연의 도핑 농도는 상기 카드뮴 옥사이드층(400)의 밴드갭 에너지가 상기 범위를 가지는 정도라면 수치적으로 제한되지 않는다.
이와 달리, 상기 카드뮴 옥사이드층(400) 내의 아연의 농도는 도 3에서와 같이 불연속적으로 감소될 있다. 일 구현예로, 상기 카드뮴 옥사이드층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치되는 제 1 카드뮴 옥사이드층(410); 및 상기 제 1 카드뮴 옥사이드층(410) 상에 배치되는 제 2 카드뮴 옥사이드층(420)을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제 1 카드뮴 옥사이드층(410) 내의 불순물의 농도와 상기 제 2 카드뮴 옥사이드층(420)의 불순물의 농도는 서로 다르다. 더 자세하게, 도 4를 참조하면, 상기 상기 제 1 카드뮴 옥사이드층(410) 내의 불순물의 농도는 상기 상기 제 2 카드뮴 옥사이드층(420) 내의 불순물의 농도보다 큰 높은 것이 바람직하다.
상기 카드뮴 옥사이드층(400)은 종래 버퍼층으로 사용되던 CdS이 화학용액성장법(Chemicalbath deposition; CBD)을 이용한 습식 공정으로 제조되던 것과 달리, 건식 공정에 의해 제조된다. 예를 들어, 상기 카드뮴 옥사이드층(400)은 스퍼터링 또는 화학기상증착법에 의해 제조될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이에 따라, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 카드뮴 옥사이드층(400)의 증착 방법은 전후 층(300, 500, 600)의 증착 방법과 동일하게 수행될 수 있는 바, 연속공정으로 진행될 수 있다.
상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 카드뮴 옥사이드층(400) 상에 배치된다. 상기 고저항 버퍼층(500)은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층(500)의 밴드갭 에너지는 약 3.1 eV 내지 약 3.3 eV 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이와는 다르게, 상기 고저항 버퍼층(500)은 생략될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 전면 전극층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 배치될 수 있다. 상기 전면 전극층(600)은 투광성 전도성 물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 전면 전극층(600)은 n 형 반도체의 특성을 가질 수 있다. 이 때, 상기 전면 전극층(600)은 상기 카드뮴 옥사이드층(400)과 함께 n 형 반도체층을 형성하여 p 형 반도체층인 상기 광 흡수층(300)과 pn 접합을 형성할 수 있다. 상기 전면 전극층(600)은, 예를 들어, 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(AZO)로 형성될 수 있다. 상기 전면 전극층(600)의 두께는 약 500 nm 내지 약 1500 nm 일 수 있다.
상기 전면 전극층(600)은 스퍼터링(sputtering) 또는 화학기상증착법(chemical vapor deposition)에 의하여 형성될 수 있으며, 더 자세하게, 상기 전면 전극층(600)은 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전면 전극층(600)은 RF 스퍼터링방법으로 ZnO 타겟을 사용하여 증착하는 방법과 Zn 타겟을 이용한 반응성 스퍼터링 공정에 의해 제조될 수 있다. 또한, 상기 전면 전극층(600)은 유기금속화학증착법에 의하여 제조될 수 있다.
상기 전면 전극층(600)은 약 20℃ 내지 약 200℃ 에서 수행된다. 상기와 같은 온도 하에서, 상기 카드뮴 옥사이드층(400)의 카드뮴 이온 (Cd2+)의 일부는 상기 광 흡수층(300)의 구리 공공(Cu Vacancy) 자리에 확산될 수 있다. 이에 따라, 상기 광 흡수층(300)은 카드뮴 성분을 포함할 수 있고, 실시예에 따른 태양전지는 효율이 향상될 수 있다.
도 5는 제 2 실시예에 따른 태양전지의 단면을 도시하는 단면도이다. 도 5를 참조하면, 제2 실시예에 따른 태양전지는 지지기판(100) 상에 배치되는 후면 전극층(200); 상기 후면 전극층(200) 상에 배치되는 광 흡수층(300); 및 상기 광 흡수층(300) 상에 배치되며, 불순물이 도핑된 카드뮴 옥사이드(CdO)층(430, 440)을 포함한다.
상기 카드뮴 옥사이드층(430, 440)은 불순물을 포함한다. 예를 들어, 상기 불순물은 주석(Sn)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 주석의 농도는 상기 광 흡수층으로부터 멀어질수록 증가할 수 있다.
일 구현예로, 상기 카드뮴 옥사이드층(430, 440) 내의 주석의 농도는 상기 광 흡수층으로부터 멀어질수록 연속적으로 증가하거나, 도 6에서와 같이 불연속적으로 증가할 수 있다.
이 때, 상기 카드뮴 옥사이드층(430, 440)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치되는 제 1 카드뮴 옥사이드층(430), 상기 제 1 카드뮴 옥사이드층(430) 상에 배치되는 제 2 카드뮴 옥사이드층(440)을 포함한다. 상기 제 1 카드뮴 옥사이드층(430) 내의 주석의 농도는 상기 제 2 카드뮴 옥사이드층(440)의 주석의 농도보다 작다.
예를 들어, 상기 제 1 카드뮴 옥사이드층(430)은 매우 극소량만의 불순물을 포함하거나 불순물을 전혀 포함하지 않을 수 있다. 이에 따라. 상기 제 1 카드뮴 옥사이드층(430)은 버퍼층으로서 기능할 수 있다.
또한, 상기 카드뮴 옥사이드층 내의 불순물의 농도가 증가할 수록, 카드뮴 옥사이드층의 전도성은 증가한다. 이에 따라, 불순물을 일정량 이상 포함하는 제 2 카드뮴 옥사이드층(440)은 전면 전극층으로서 기능할 수 있다. 상기 제 2 카드뮴 옥사이드층(440) 내의 불순물의 농도는 상기 제 2 카드뮴 옥사이드층(440)이 전도성을 띄어 전극으로서 기능할 수 있는 정도라면 수치적으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 제 2 카드뮴 옥사이드층(440) 내의 불순물의 농도는 약 30 중량% 내지 약 50 중량%일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
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 (14)

  1. 지지기판 상에 배치되는 후면 전극층;
    상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층;
    상기 광 흡수층 상에 배치되며, 불순물이 도핑된 카드뮴 옥사이드(CdO)층; 및
    상기 카드뮴 옥사이드층 상에 배치되는 전면 전극층을 포함하고,
    상기 불순물은 아연(Zn)을 포함하고,
    상기 아연의 농도는 상기 광 흡수층으로부터 멀어질수록 감소하는 태양전지.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 카드뮴 옥사이드층은,
    상기 광 흡수층 상에 배치되는 제 1 카드뮴 옥사이드층 및
    상기 제 1 카드뮴 옥사이드층 상에 배치되는 제 2 카드뮴 옥사이드층을 포함하고,
    상기 제 1 카드뮴 옥사이드층 내의 불순물의 농도와 상기 제 2 카드뮴 옥사이드층의 불순물의 농도는 서로 다른 태양전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 카드뮴 옥사이드층 내의 불순물의 농도는 상기 제 2 카드뮴 옥사이드층 내의 불순물의 농도보다 큰 높은 태양전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 카드뮴 옥사이드층의 카드뮴 이온(Cd2 +)이 상기 광 흡수층의 구리 공공(Cu Vacancy) 자리에 확산된 태양전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 카드뮴 옥사이드층의 밴드갭 에너지는 2.2 eV 내지 2.7 eV 인 태양전지.
  7. 지지기판 상에 배치되는 후면 전극층;
    상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및
    상기 광 흡수층 상에 배치되며, 불순물이 도핑된 카드뮴 옥사이드(CdO)층을 포함하는 태양전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 불순물은 주석(Sn)을 포함하고,
    상기 주석의 농도는 상기 광 흡수층으로부터 멀어질수록 증가하는 태양전지.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 카드뮴 옥사이드층은,
    상기 광 흡수층 상에 배치되는 제 1 카드뮴 옥사이드층; 및
    상기 제 1 카드뮴 옥사이드층 상에 배치되는 제 2 카드뮴 옥사이드층을 포함하고,
    상기 제 1 카드뮴 옥사이드층 내의 불순물의 농도는 상기 제 2 카드뮴 옥사이드층의 불순물의 농도보다 작은 태양전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2 카드뮴 옥사이드층 내의 불순물의 농도는 30 중량% 내지 50 중량% 인 태양전지.
  11. 지지기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계;
    상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계;
    상기 광 흡수층 상에 불순물이 도핑된 카드뮴 옥사이드(CdO)층을 형성하는 단계; 및
    상기 카드뮴 옥사이드층 상에 전면 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 카드뮴 옥사이드층은 스퍼터링 또는 화학기상증착법에 의해 형성되는 태양전지의 제조방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 전면 전극층을 형성하는 단계는 20℃ 내지 200℃ 에서 수행되고,
    상기 전면 전극층을 형성하는 단계에서, 상기 카드뮴 옥사이드층의 카드뮴 이온(Cd2+)은 상기 광 흡수층의 구리 공공(Cu Vacancy) 자리에 확산되는 태양전지의 제조방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 카드뮴 옥사이드층을 형성하는 단계는,
    상기 광 흡수층 상에 제 1 카드뮴 옥사이드층을 형성하고,
    상기 제 1 카드뮴 옥사이드층 상에, 상기 제 1 카드뮴 옥사이드층과 불순물의 농도가 다른 제 2 카드뮴 옥사이드층을 형성하는 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
KR1020110137801A 2011-12-19 2011-12-19 태양전지 및 이의 제조방법 KR101338751B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110137801A KR101338751B1 (ko) 2011-12-19 2011-12-19 태양전지 및 이의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110137801A KR101338751B1 (ko) 2011-12-19 2011-12-19 태양전지 및 이의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130070465A KR20130070465A (ko) 2013-06-27
KR101338751B1 true KR101338751B1 (ko) 2013-12-06

Family

ID=48865268

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110137801A KR101338751B1 (ko) 2011-12-19 2011-12-19 태양전지 및 이의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101338751B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090020149A1 (en) * 2007-07-16 2009-01-22 Woods Lawrence M Hybrid Multi-Junction Photovoltaic Cells And Associated Methods
US20110041917A1 (en) * 2009-08-24 2011-02-24 First Solar, Inc. Doped Transparent Conductive Oxide

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090020149A1 (en) * 2007-07-16 2009-01-22 Woods Lawrence M Hybrid Multi-Junction Photovoltaic Cells And Associated Methods
US20110041917A1 (en) * 2009-08-24 2011-02-24 First Solar, Inc. Doped Transparent Conductive Oxide

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130070465A (ko) 2013-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100999810B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR20130052478A (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
US20170243999A1 (en) Solar cell
KR101371859B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101592576B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101428146B1 (ko) 태양전지 모듈 및 이의 제조방법
KR101283183B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101283113B1 (ko) 태양전지 모듈 및 이의 제조방법
KR101081270B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101558589B1 (ko) 태양전지의 제조방법
KR101283240B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101180998B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101338782B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101338751B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101846337B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101814814B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101305603B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101628365B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101283106B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101327010B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101283191B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101283116B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101273093B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101814813B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101372026B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161104

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171107

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181112

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191111

Year of fee payment: 7