KR101349432B1 - Photovoltaic apparatus and method of fabricating the same - Google Patents

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Abstract

태양광 발전장치 및 이의 제조방법이 개시된다. 태양광 발전장치는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 전하 집속층; 상기 전하 집속층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층을 포함하고, 상기 전하 집속층은 상기 후면전극을 노출시키는 복수의 집속홀들을 포함한다.A photovoltaic device and a method of manufacturing the same are disclosed. A photovoltaic device comprising: a substrate; A rear electrode layer disposed on the substrate; A charge focusing layer disposed on the back electrode layer; A light absorbing layer disposed on the charge focusing layer; And a front electrode layer disposed on the light absorbing layer, wherein the charge focusing layer includes a plurality of focusing holes exposing the back electrode.

Description

태양광 발전장치 및 이의 제조방법{PHOTOVOLTAIC APPARATUS AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}Photovoltaic device and its manufacturing method {PHOTOVOLTAIC APPARATUS AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}

실시예는 태양광 발전장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.Embodiments relate to a photovoltaic device and a method of manufacturing the same.

태양광 발전을 위한 태양전지의 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 기판이 제공되고, 상기 기판 상에 후면전극층이 형성되고, 이후, 상기 후면전극층 상에 광 흡수층, 버퍼층 및 고저항 버퍼층이 차례로 형성된다. 상기 광 흡수층을 형성하기 위해서 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시키면서 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층을 형성하는 방법과 금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션(Selenization) 공정에 의해 형성시키는 방법이 폭넓게 사용되고 있다. 상기 광 흡수층의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1 내지 1.8 eV 이다.A manufacturing method of a solar cell for solar power generation is as follows. First, a substrate is provided, a rear electrode layer is formed on the substrate, and then a light absorption layer, a buffer layer and a high-resistance buffer layer are sequentially formed on the rear electrode layer. A method of forming a light absorbing layer of copper-indium-gallium-selenide (Cu (In, Ga) Se 2 ; CIGS system) while evaporating copper, indium, gallium and selenium simultaneously or separately in order to form the light absorbing layer And a method of forming a metal precursor film by a selenization process are widely used. The energy band gap of the light absorbing layer is about 1 to 1.8 eV.

이후, 상기 광 흡수층 상에 황화 카드뮴(CdS)을 포함하는 버퍼층이 스퍼터링 공정에 의해서 형성된다. 상기 버퍼층의 에너지 밴드갭은 약 2.2 내지 2.4 eV 이다. 이후, 상기 버퍼층 상에 징크 옥사이드(ZnO)를 포함하는 고저항 버퍼층이 스퍼터링 공정에 의해서 형성된다. 상기 고저항 버퍼층의 에너지 밴드갭은 약 3.1 내지 3.3 eV 이다.Thereafter, a buffer layer containing cadmium sulfide (CdS) is formed on the light absorbing layer by a sputtering process. The energy bandgap of the buffer layer is about 2.2 to 2.4 eV. Thereafter, a high resistance buffer layer including zinc oxide (ZnO) is formed on the buffer layer by a sputtering process. The energy bandgap of the high resistance buffer layer is about 3.1 to 3.3 eV.

이후, 상기 고저항 버퍼층 상에 투명한 도전물질이 적층되고, 상기 고저항 버퍼층 상에 투명전극층이 형성된다. 상기 투명전극층으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드 등을 들 수 있다. 상기 투명전극층의 에너지 밴드갭은 약 3.1 내지 3.3 eV 이다.Thereafter, a transparent conductive material is laminated on the high-resistance buffer layer, and a transparent electrode layer is formed on the high-resistance buffer layer. Examples of the material used as the transparent electrode layer include aluminum doped zinc oxide. The energy band gap of the transparent electrode layer is about 3.1 to 3.3 eV.

이와 같은 태양광 발전장치에 있어서, 상기 광 흡수층 내의 밴드갭 에너지를 조절하여, 광 전 변환 효율을 향상시키기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.In such a photovoltaic device, various studies have been made to improve the photoelectric conversion efficiency by adjusting the band gap energy in the light absorbing layer.

이와 같이, 태양광을 전기에너지로 변환시키기 위해서, 다양한 형태의 태양광 발전장치가 제조되고, 사용될 수 있다. 이와 같은 태양광 발전장치는 출원번호 10-2008-0088744 등에 개시된다.Thus, various types of photovoltaic devices can be manufactured and used to convert sunlight into electrical energy. Such a photovoltaic device is disclosed in Application No. 10-2008-0088744 and the like.

실시예는 향상된 효율을 가지는 태양광 발전장치를 제공하고자 한다.Embodiments provide a photovoltaic device having improved efficiency.

일 실시예에 따른 태양광 발전장치는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 전하 집속층; 상기 전하 집속층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층을 포함하고, 상기 전하 집속층은 상기 후면전극을 노출시키는 복수의 집속홀들을 포함한다.Photovoltaic device according to one embodiment includes a substrate; A rear electrode layer disposed on the substrate; A charge focusing layer disposed on the back electrode layer; A light absorbing layer disposed on the charge focusing layer; And a front electrode layer disposed on the light absorbing layer, wherein the charge focusing layer includes a plurality of focusing holes exposing the back electrode.

일 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법은 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 상기 후면전극층에 전하 집속층을 형성하는 단계; 상기 전하 집속층에 상기 후면전극층의 상면을 노출시키는 복수의 집속홀들을 형성하는 단계; 상기 전하 집속층 상 및 상기 집속홀 내에 광 흡수층을 형성하는 단계; 및 상기 광 흡수층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함한다.Method of manufacturing a solar cell apparatus according to an embodiment comprises the steps of forming a back electrode layer on a substrate; Forming a charge focusing layer on the back electrode layer; Forming a plurality of focusing holes exposing an upper surface of the back electrode layer in the charge focusing layer; Forming a light absorbing layer on the charge focusing layer and in the focusing hole; And forming a front electrode layer on the light absorbing layer.

실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 전하 집속층을 포함한다. 상기 전하 집속층은 상기 집속홀들을 통하여, 상기 광 흡수층 및 상기 후면전극층을 접촉시킨다.The solar cell apparatus according to the embodiment includes the charge focusing layer. The charge focusing layer contacts the light absorbing layer and the back electrode layer through the focusing holes.

이에 따라서, 상기 광 흡수층에서 발생되는 전하는 상기 집속홀을 통하여, 효율적으로, 상기 후면전극층에 전달된다. 이때, 상기 전하 집속층이 알루미늄 옥사이드 또는 티타늄 옥사이드 등과 같은 금속 산화물을 포함하는 경우, 더 효율적으로 정공을 집속시킬 수 있다. 즉, 알루미늄 옥사이드 또는 티타늄 옥사이드는 정공을 당기는 성질을 가지므로, 상기 전하 집속층은 효과적으로 정공을 후면전극층으로 전달할 수 있다.Accordingly, the charge generated in the light absorbing layer is efficiently transferred to the back electrode layer through the focusing hole. In this case, when the charge focusing layer includes a metal oxide such as aluminum oxide or titanium oxide, holes may be more efficiently focused. That is, since aluminum oxide or titanium oxide has a property of attracting holes, the charge concentrating layer can effectively transfer holes to the back electrode layer.

또한, 상기 전하 집속층은 상기 광 흡수층으로 정공이 흐르는 것을 방지하고, 전자 및 정공의 재결합을 방지한다.In addition, the charge concentrating layer prevents holes from flowing into the light absorbing layer and prevents recombination of electrons and holes.

따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 향상된 광-전 변환 효율을 가질 수 있다.Therefore, the photovoltaic device according to the embodiment can have an improved light-to-electricity conversion efficiency.

도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1에서 A-A`선을 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 7은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 제조하는 과정을 도시한 도면들이다.1 is a plan view showing a photovoltaic generator according to an embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1.
3 to 7 are views illustrating a process of manufacturing the solar cell apparatus according to the embodiment.

실시 예의 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.In the description of the embodiments, in the case where each substrate, layer, film or electrode is described as being formed "on" or "under" of each substrate, layer, film, , "On" and "under" all include being formed "directly" or "indirectly" through "another element". In addition, the upper or lower reference of each component is described with reference to the drawings. The size of each component in the drawings may be exaggerated for the sake of explanation and does not mean the size actually applied.

도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 평면도이다. 도 2는 도 1에서 A-A`선을 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.1 is a plan view showing a photovoltaic generator according to an embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of FIG. 1.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 태양광 발전장치는 지지기판(100), 후면전극층(200), 전하 집속층(210), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500), 전면전극층(600) 및 다수 개의 접속부들(700)을 포함한다.1 to 2, the photovoltaic device includes a support substrate 100, a back electrode layer 200, a charge focusing layer 210, a light absorbing layer 300, a buffer layer 400, and a high resistance buffer layer 500. The front electrode layer 600 and the plurality of connection parts 700 are included.

상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 후면전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500), 상기 전면전극층(600) 및 상기 접속부(700)를 지지한다.The support substrate 100 has a plate shape, and the back electrode layer 200, the light absorbing layer 300, the buffer layer 400, the high resistance buffer layer 500, the front electrode layer 600, and the connection portion ( 700).

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.The support substrate 100 may be an insulator. The support substrate 100 may be a glass substrate, a plastic substrate, or a metal substrate. In more detail, the support substrate 100 may be a soda lime glass substrate. The supporting substrate 100 may be transparent. The support substrate 100 may be rigid or flexible.

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.The rear electrode layer 200 is disposed on the supporting substrate 100. The rear electrode layer 200 is a conductive layer. Examples of the material used as the back electrode layer 200 include a metal such as molybdenum.

또한, 상기 후면전극층(200)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.In addition, the rear electrode layer 200 may include two or more layers. At this time, the respective layers may be formed of the same metal or may be formed of different metals.

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, 일 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.First through holes TH1 are formed in the back electrode layer 200. The first through holes TH1 are open regions that expose the top surface of the support substrate 100. The first through holes TH1 may have a shape extending in one direction when viewed in a plan view.

상기 제 1 관통홈들(TH1)의 폭은 약 80㎛ 내지 200㎛ 일 수 있다.The width of the first through-holes TH1 may be about 80 to 200 mu m.

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.By the first through holes TH1, the back electrode layer 200 is divided into a plurality of back electrodes. That is, the back electrodes are defined by the first through holes TH1.

상기 후면전극들은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서 서로 이격된다. 상기 후면전극들은 스트라이프 형태로 배치된다.The back electrodes are spaced apart from each other by the first through holes TH1. The rear electrodes are arranged in a stripe shape.

이와는 다르게, 상기 후면전극들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 격자 형태로 형성될 수 있다.Alternatively, the rear electrodes may be arranged in a matrix. At this time, the first through grooves TH1 may be formed in a lattice form when viewed from a plane.

상기 전하 집속층(210)은 상기 후면전극층(200) 상에 배치된다. 상기 전하 집속층(210)은 상기 후면전극층(200) 및 상기 광 흡수층(300) 사이에 개재된다. 상기 전하 집속층(210)은 상기 광 흡수층(300) 및 상기 후면전극층(200)에 직접 접촉될 수 있다. 상기 전하 집속층(210)은 상기 후면전극들을 덮는다. 상기 전하 집속층(210)은 상기 후면전극들의 측면 및 상면을 덮을 수 있다.The charge focusing layer 210 is disposed on the back electrode layer 200. The charge focusing layer 210 is interposed between the back electrode layer 200 and the light absorbing layer 300. The charge focusing layer 210 may be in direct contact with the light absorbing layer 300 and the back electrode layer 200. The charge focusing layer 210 covers the back electrodes. The charge focusing layer 210 may cover side surfaces and top surfaces of the back electrodes.

상기 전하 집속층(210)의 두께는 약 10㎚ 내지 약 1000㎚일 수 있다. 더 자세하게, 상기 전하 집속층(210)의 두께는 약 10㎚ 내지 약 100㎚일 수 있다.The charge focusing layer 210 may have a thickness of about 10 nm to about 1000 nm. In more detail, the charge concentrating layer 210 may have a thickness of about 10 nm to about 100 nm.

상기 전하 집속층(210)은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 전하 집속층(210)으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄 옥사이드 또는 티타늄 옥사이드 등을 들 수 있다.The charge focusing layer 210 may include a metal oxide. More specifically, examples of the material used as the charge focusing layer 210 may include aluminum oxide or titanium oxide.

또한, 상기 전하 집속층(210)은 이중층 구조를 가질 수 있다. 더 자사하게, 상기 전하 집속층(210)은 상기 후면전극층(200) 상에 차례로 적층되는 금속층 및 금속 산화물층을 포함할 수 있다. 이때, 상기 금속 산화물층은 상기 금속층에 포함된 금속의 산화물을 포함할 수 있다.In addition, the charge concentrating layer 210 may have a double layer structure. More specifically, the charge focusing layer 210 may include a metal layer and a metal oxide layer that are sequentially stacked on the back electrode layer 200. In this case, the metal oxide layer may include an oxide of a metal included in the metal layer.

예를 들어, 상기 금속층은 알루미늄을 포함하고, 상기 금속 산화물층은 알루미늄 옥사이드를 포함할 수 있다.For example, the metal layer may include aluminum, and the metal oxide layer may include aluminum oxide.

상기 전하 집속층(210)은 복수의 집속홀들(211)을 포함한다. 상기 집속홀들(211)은 상기 전하 집속층(210)을 관통한다. 상기 집속홀들(211)의 직경은 약 0.1㎛ 내지 약 10㎛일 수 있다. 상기 집속홀들(211)의 직경은 약 1㎛ 내지 약 10㎛일 수 있다. 또한, 상기 집속홀들(211)의 간격은 약 1㎛ 내지 약 10㎛일 수 있다.The charge focusing layer 210 includes a plurality of focusing holes 211. The focusing holes 211 pass through the charge focusing layer 210. Diameters of the focusing holes 211 may be about 0.1 μm to about 10 μm. Diameters of the focusing holes 211 may be about 1 μm to about 10 μm. In addition, an interval between the focusing holes 211 may be about 1 μm to about 10 μm.

상기 광 흡수층(300)은 상기 전하 집속층(210) 상에 배치된다. 더 자세하게, 상기 광 흡수층(300)은 상기 전하 집속층(210)의 상면 및 상기 집속홀들(211)의 내측에 배치된다. 또한, 상기 광 흡수층(300)은 상기 집속홀들(211)의 내측에 채워진다. 또한, 상기 광 흡수층(300)에 포함된 물질은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 채워진다.The light absorbing layer 300 is disposed on the charge focusing layer 210. In more detail, the light absorbing layer 300 is disposed on an upper surface of the charge focusing layer 210 and inside the focusing holes 211. In addition, the light absorbing layer 300 is filled inside the focusing holes 211. In addition, the material included in the light absorbing layer 300 is filled in the first through holes TH1.

상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 계 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.The light absorbing layer 300 includes a group I-III-VI compound. For example, the light absorbing layer 300 is copper-indium-gallium-selenide-based (Cu (In, Ga) Se 2; CIGS-based) crystal structure, a copper-indium-selenide-based or copper-gallium-selenide Crystal structure.

상기 광 흡수층(300)의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1eV 내지 1.8eV일 수 있다.The energy band gap of the light absorption layer 300 may be about 1 eV to 1.8 eV.

또한, 상기 광 흡수층(300)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 광 흡수부들을 정의한다. 즉, 상기 광 흡수층(300)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 상기 광 흡수부들로 구분된다.In addition, the light absorbing layer 300 defines a plurality of light absorbing portions by the second through holes TH2. That is, the light absorbing layer 300 is divided into the light absorbing portions by the second through holes TH2.

상기 광 흡수층(300)은 상기 집속홀들(211)을 통하여, 상기 후면전극층(200)에 접속될 수 있다. 더 자세하게, 상기 광 흡수층(300)은 상기 집속홀들(211)에 채워지고, 상기 후면전극층(200)의 노출된 상면에 직접 접촉하여 접속될 수 있다.The light absorbing layer 300 may be connected to the back electrode layer 200 through the focusing holes 211. In more detail, the light absorbing layer 300 may be filled in the focusing holes 211 and may be directly contacted with an exposed upper surface of the back electrode layer 200.

상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(400)은 황화 카드뮴(CdS)를 포함하며, 상기 버퍼층(400)의 에너지 밴드갭은 약 2.2eV 내지 2.4eV이다.The buffer layer 400 is disposed on the light absorbing layer 300. The buffer layer 400 includes cadmium sulfide (CdS), and an energy band gap of the buffer layer 400 is about 2.2 eV to 2.4 eV.

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 3.3eV이다.The high resistance buffer layer 500 is disposed on the buffer layer 400. The high-resistance buffer layer 500 includes zinc oxide (i-ZnO) that is not doped with impurities. The energy bandgap of the high resistance buffer layer 500 is about 3.1 eV to 3.3 eV.

상기 전하 집속층(210), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)에는 제 2 관통홈들(TH2)이 형성된다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 전하 집속층(210) 및 상기 광 흡수층(300)을 관통한다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 후면전극층(200)의 상면을 노출하는 오픈영역이다.Second through holes TH2 are formed in the charge focusing layer 210, the light absorbing layer 300, the buffer layer 400, and the high resistance buffer layer 500. The second through holes TH2 pass through the charge concentrating layer 210 and the light absorbing layer 300. In addition, the second through holes TH2 are open regions exposing the top surface of the back electrode layer 200.

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.The second through grooves TH2 are formed adjacent to the first through grooves TH1. That is, a part of the second through grooves TH2 is formed on the side of the first through grooves TH1 when viewed in plan.

상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.The width of the second through holes TH2 may be about 80 μm to about 200 μm.

상기 전면전극층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 배치된다. 상기 전면전극층(600)은 투명하며, 도전층이다.The front electrode layer 600 is disposed on the high-resistance buffer layer 500. The front electrode layer 600 is transparent and is a conductive layer.

상기 전면전극층(600)은 산화물을 포함한다. 예를 들어, 상기 전면전극층(600)은 징크 옥사이드(zinc oxide), 인듐 틴 옥사이드(induim tin oxide;ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(induim zinc oxide;IZO) 등을 포함할 수 있다. The front electrode layer 600 includes an oxide. For example, the front electrode layer 600 may include zinc oxide, indium tin oxide (ITO), or indium zinc oxide (IZO).

또한, 상기 산화물은 알루미늄(Al), 알루미나(Al2O3), 마그네슘(Mg) 또는 갈륨(Ga) 등의 도전성 불순물을 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 전면전극층(600)은 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(Al doped zinc oxide;AZO) 또는 갈륨 도핑된 징크 옥사이드(Ga doped zinc oxide;GZO) 등을 포함할 수 있다.In addition, the oxide may include conductive impurities such as aluminum (Al), alumina (Al 2 O 3 ), magnesium (Mg), or gallium (Ga). In more detail, the front electrode layer 600 may include aluminum doped zinc oxide (AZO) or gallium doped zinc oxide (GZO).

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.Third through holes TH3 are formed in the buffer layer 400, the high resistance buffer layer 500, and the front electrode layer 600. The third through holes TH3 are open regions exposing the top surface of the back electrode layer 200. For example, the width of the third through holes TH3 may be about 80 μm to about 200 μm.

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.The third through grooves TH3 are formed at positions adjacent to the second through grooves TH2. More specifically, the third through-holes TH3 are disposed beside the second through-holes TH2. That is, when viewed in plan, the third through grooves TH3 are arranged next to the second through grooves TH2.

상기 버퍼층(400)은 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 다수 개의 버퍼들로 구분된다.The buffer layer 400 is divided into a plurality of buffers by the third through holes TH3.

마찬가지로, 상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 다수 개의 고저항 버퍼들로 구분된다.Similarly, the high resistance buffer layer 500 is divided into a plurality of high resistance buffers by the third through holes TH3.

또한, 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 전면전극층(600)은 다수 개의 전면전극들로 구분된다. 즉, 상기 전면전극들은 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서 정의된다.In addition, the front electrode layer 600 is divided into a plurality of front electrodes by the third through holes TH3. That is, the front electrodes are defined by the third through holes TH3.

상기 전면전극들은 상기 후면전극들과 대응되는 형상을 가진다. 즉, 상기 전면전극들은 스트라이프 형태로 배치된다. 이와는 다르게, 상기 전면전극들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.The front electrodes have a shape corresponding to the rear electrodes. That is, the front electrodes are arranged in a stripe form. Alternatively, the front electrodes may be arranged in a matrix form.

또한, 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 다수 개의 셀들(C1, C2...)이 정의된다. 더 자세하게, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 및 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 셀들(C1, C2...)이 정의된다. 즉, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 및 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 셀들(C1, C2...)로 구분된다.In addition, a plurality of cells C1, C2... Are defined by the third through holes TH3. In more detail, the cells C1, C2... Are defined by the second through holes TH2 and the third through holes TH3. That is, the photovoltaic device according to the embodiment is divided into the cells C1, C2... By the second through holes TH2 and the third through holes TH3.

상기 접속부들(700)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 배치된다. 상기 접속부들(700)은 상기 전면전극층(600)으로부터 하방으로 연장되며, 상기 후면전극층(200)에 접속된다. 예를 들어, 상기 접속부들(700)은 상기 제 1 셀의 전면전극로부터 연장되어, 상기 제 2 셀의 후면전극에 접속된다.The connection parts 700 are disposed inside the second through holes TH2. The connection parts 700 extend downward from the front electrode layer 600 and are connected to the back electrode layer 200. For example, the connection parts 700 extend from the front electrode of the first cell and are connected to the rear electrode of the second cell.

따라서, 상기 접속부들(700)은 서로 인접하는 셀들을 연결한다. 더 자세하게, 상기 접속부들(700)은 서로 인접하는 셀들(C1, C2...)에 각각 포함된 전면전극과 후면전극을 연결한다. Thus, the connection parts 700 connect adjacent cells to each other. In more detail, the connection parts 700 connect the front electrode and the rear electrode included in the cells C1, C2, ... which are adjacent to each other.

상기 접속부(700)는 상기 전면전극층(600)과 일체로 형성된다. 즉, 상기 접속부(700)로 사용되는 물질은 상기 전면전극층(600)으로 사용되는 물질과 동일하다. The connection part 700 is formed integrally with the front electrode layer 600. That is, the material used as the connection part 700 is the same as the material used as the front electrode layer 600.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 전하 집속층(210)은 상기 집속홀들(211)을 통하여, 상기 광 흡수층(300) 및 상기 후면전극층(200)을 접촉시킨다. 이에 따라서, 상기 광 흡수층(300)에서 발생되는 전하는 상기 집속홀을 통하여, 효율적으로, 상기 후면전극층(200)에 전달된다. 이때, 상기 전하 집속층(210)이 알루미늄 옥사이드 또는 티타늄 옥사이드 등과 같은 금속 산화물을 포함하는 경우, 더 효율적으로 정공을 집속시킬 수 있다. 즉, 알루미늄 옥사이드 또는 티타늄 옥사이드는 정공을 당기는 성질을 가지므로, 상기 전하 집속층(210)은 효과적으로 정공을 후면전극층(200)으로 전달할 수 있다.As described above, the charge focusing layer 210 contacts the light absorbing layer 300 and the back electrode layer 200 through the focusing holes 211. Accordingly, the charge generated in the light absorbing layer 300 is efficiently transferred to the back electrode layer 200 through the focusing hole. In this case, when the charge focusing layer 210 includes a metal oxide such as aluminum oxide or titanium oxide, holes may be more efficiently focused. That is, since aluminum oxide or titanium oxide has a property of pulling holes, the charge focusing layer 210 may effectively transfer holes to the back electrode layer 200.

또한, 상기 전하 집속층(210)은 상기 광 흡수층(300)으로 정공이 흐르는 것을 방지하고, 전자 및 정공의 재결합을 방지한다.In addition, the charge focusing layer 210 prevents holes from flowing into the light absorbing layer 300 and prevents recombination of electrons and holes.

또한, 상기 전하 집속층(210)은 상기 후면전극층(200)과의 강하게 접합되고, 상기 후면전극층(200) 및 상기 광 흡수층(300) 사이에 몰리-셀레나이드(MoSe) 등과 같은 부산물이 생성되는 것을 억제할 수 있다.In addition, the charge concentrating layer 210 is strongly bonded to the back electrode layer 200, and by-products such as molybdenum selenide (MoSe) are generated between the back electrode layer 200 and the light absorbing layer 300. Can be suppressed.

따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 향상된 광-전 변환 효율을 가질 수 있다.
Therefore, the photovoltaic device according to the embodiment can have an improved light-to-electricity conversion efficiency.

도 3 내지 도 7은 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법을 도시한 단면도들이다. 본 제조방법에 관한 설명은 앞서 설명한 태양광 발전장치에 대한 설명을 참고한다.3 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the solar cell apparatus according to the embodiment. The description of this manufacturing method refers to the description of the photovoltaic device described above.

도 3를 참조하면, 지지기판(100) 상에 후면전극층(200)이 형성되고, 상기 후면전극층(200)은 패터닝되어 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 지지기판(100) 상에 다수 개의 후면전극들이 형성된다. 상기 후면전극층(200)은 레이저에 의해서 패터닝된다.Referring to FIG. 3, the back electrode layer 200 is formed on the support substrate 100, and the back electrode layer 200 is patterned to form first through holes TH1. Accordingly, a plurality of back electrodes are formed on the support substrate 100. The rear electrode layer 200 is patterned by a laser.

상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하며, 약 80㎛ 내지 약 200㎛의 폭을 가질 수 있다.The first through holes TH1 expose the upper surface of the supporting substrate 100 and may have a width of about 80 mu m to about 200 mu m.

또한, 상기 지지기판(100) 및 상기 후면전극층(200) 사이에 확산방지막 등과 같은 추가적인 층이 개재될 수 있고, 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 추가적인 층의 상면을 노출하게 된다.An additional layer such as a diffusion barrier layer may be interposed between the supporting substrate 100 and the back electrode layer 200. The first through holes TH1 expose the upper surface of the additional layer .

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 후면전극층(200) 상에 전하 집속층(210)이 형성된다. 상기 전하 집속층(210)은 금속 산화물을 타겟으로 사용하는 스퍼터링 공정 등과 같은 진공 증착 공정에 의해서 형성될 수 있다.4 and 5, a charge focusing layer 210 is formed on the back electrode layer 200. The charge focusing layer 210 may be formed by a vacuum deposition process such as a sputtering process using a metal oxide as a target.

이와는 다르게, 상기 전하 집속층(210)을 형성하기 위해서, 상기 후면전극층(200) 상에 금속층이 형성될 수 있다. 이후, 상기 금속층이 산화되고, 상기 후면전극층(200) 상에 금속 산화물층이 형성되고, 상기 전하 집속층(210)이 형성될 수 있다. 이때, 상기 금속층의 일부는 산화되지 않고, 상기 금속 산화물층 및 상기 후면전극층(200) 사이에 남아있을 수 있다.Alternatively, in order to form the charge focusing layer 210, a metal layer may be formed on the back electrode layer 200. Thereafter, the metal layer may be oxidized, a metal oxide layer may be formed on the back electrode layer 200, and the charge focusing layer 210 may be formed. In this case, a part of the metal layer may not be oxidized and may remain between the metal oxide layer and the back electrode layer 200.

이후, 상기 전하 집속층(210)은 패터닝되고, 복수의 집속홀들(211)이 형성될 수 있다. 상기 집속홀들(211)은 탑측에서 보았을 때, 점 형상을 가질 수 있다.Thereafter, the charge focusing layer 210 may be patterned, and a plurality of focusing holes 211 may be formed. The focusing holes 211 may have a dot shape when viewed from the top side.

도 6을 참조하면, 상기 후면전극층(200) 상에 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 고저항 버퍼층(500)이 형성된다.Referring to FIG. 6, a light absorbing layer 300, a buffer layer 400, and a high resistance buffer layer 500 are formed on the back electrode layer 200.

상기 광 흡수층(300)은 스퍼터링 공정 또는 증발법 등에 의해서 형성될 수 있다.The light absorption layer 300 may be formed by a sputtering process or an evaporation process.

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.For example, a copper-indium-gallium-selenide (Cu (In, Ga) Se 2 ; CIGS system) is formed while simultaneously evaporating copper, indium, gallium, and selenium to form the light absorption layer 300. A method of forming a light absorbing layer 300 of a metal precursor film and a method of forming a metal precursor film by a selenization process are widely used.

금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션 하는 것을 세분화하면, 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정에 의해서, 상기 후면전극(200) 상에 금속 프리커서 막이 형성된다.When a metal precursor film is formed and then subjected to selenization, a metal precursor film is formed on the rear electrode 200 by a sputtering process using a copper target, an indium target, and a gallium target.

이후, 상기 금속 프리커서 막은 셀레이제이션(selenization) 공정에 의해서, 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층이 형성된다.Thereafter, the metal precursor film is formed of a copper-indium-gallium-selenide-based (Cu (In, Ga) Se 2 ; CIGS-based) layer by a selenization process.

이와는 다르게, 상기 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 상기 셀레니제이션 공정은 동시에 진행될 수 있다.Alternatively, the copper target, the indium target, the sputtering process using the gallium target, and the selenization process may be performed simultaneously.

이와는 다르게, 구리 타겟 및 인듐 타겟 만을 사용하거나, 구리 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 셀레니제이션 공정에 의해서, CIS계 또는 CIS계 광 흡수층이 형성될 수 있다.Alternatively, a CIS-based or CIS-based light absorbing layer may be formed by using only a copper target and an indium target, or by a sputtering process and a selenization process using a copper target and a gallium target.

이후, 황화 카드뮴이 스퍼터링 공정 또는 용액성장법(chemical bath depositon;CBD) 등에 의해서 증착되고, 상기 버퍼층(400)이 형성된다.Thereafter, cadmium sulfide is deposited by a sputtering process or a chemical bath depositon (CBD) or the like, and the buffer layer 400 is formed.

이후, 상기 버퍼층(400) 상에 징크 옥사이드가 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 고저항 버퍼층(500)이 형성된다.Then, zinc oxide is deposited on the buffer layer 400 by a sputtering process or the like, and the high-resistance buffer layer 500 is formed.

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.The buffer layer 400 and the high resistance buffer layer 500 are deposited to a low thickness. For example, the thickness of the buffer layer 400 and the high resistance buffer layer 500 is about 1 nm to about 80 nm.

이후, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)의 일부가 제거되어 제 2 관통홈들(TH2)이 형성된다.Thereafter, a portion of the light absorbing layer 300, the buffer layer 400, and the high resistance buffer layer 500 is removed to form second through holes TH2.

상기 제 2 관통홈들(TH2)은 팁 등의 기계적인 장치 또는 레이저 장치 등에 의해서 형성될 수 있다.The second through grooves TH2 may be formed by a mechanical device such as a tip or a laser device.

예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 180㎛의 폭을 가지는 팁에 의해서, 상기 광 흡수층(300) 및 상기 버퍼층(400)은 패터닝될 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 약 200 내지 600㎚의 파장을 가지는 레이저에 의해서 형성될 수 있다.For example, the light absorption layer 300 and the buffer layer 400 can be patterned by a tip having a width of about 40 占 퐉 to about 180 占 퐉. In addition, the second through holes TH2 may be formed by a laser having a wavelength of about 200 to 600 nm.

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.At this time, the width of the second through grooves TH2 may be about 100 mu m to about 200 mu m. In addition, the second through holes TH2 are formed to expose a portion of the top surface of the back electrode layer 200.

도 7을 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.Referring to FIG. 7, a front electrode layer 600 is formed on the light absorbing layer 300 and inside the second through holes TH2. That is, the front electrode layer 600 is formed by depositing a transparent conductive material on the high resistance buffer layer 500 and inside the second through holes TH2.

이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 상기 투명한 도전물질이 채워지고, 상기 전면전극층(600)은 상기 후면전극층(200)에 직접 접촉하게 된다.In this case, the transparent conductive material is filled in the second through holes TH2, and the front electrode layer 600 is in direct contact with the back electrode layer 200.

이후, 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 전면전극층(600)의 일부가 제거되어 제 3 관통홈들(TH3)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 전면전극층(600)은 패터닝되어, 다수 개의 전면전극들 및 다수 개의 셀들(C1, C2...)이 정의된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.Thereafter, a portion of the buffer layer 400, the high resistance buffer layer 500, and the front electrode layer 600 is removed to form third through holes TH3. Accordingly, the front electrode layer 600 is patterned to define a plurality of front electrodes and a plurality of cells C1, C2... The width of the third through holes TH3 may be about 80 μm to about 200 μm.

이와 같이, 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법에 의해서, 향상된 광 전 변환 효율을 가지는 태양광 발전장치가 제공될 수 있다.As such, the solar cell apparatus having the improved photoelectric conversion efficiency can be provided by the method of manufacturing the solar cell apparatus according to the embodiment.

또한, 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.In addition, the features, structures, effects and the like described in the embodiments are included in at least one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects, and the like illustrated in the embodiments may be combined or modified with respect to other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited to these combinations and modifications.

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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.

Claims (10)

기판;
상기 기판 상에 배치되는 후면전극층;
상기 후면전극층 상에 배치되는 전하 집속층;
상기 전하 집속층 상에 배치되는 광 흡수층; 및
상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층을 포함하고,
상기 전하 집속층은 상기 후면전극층의 상면을 노출시키는 복수의 집속홀들을 포함하고,
상기 광 흡수층은 상기 집속홀들을 통하여, 상기 후면전극층의 상면에 직접 접촉되는 태양광 발전장치.
Board;
A rear electrode layer disposed on the substrate;
A charge focusing layer disposed on the back electrode layer;
A light absorbing layer disposed on the charge focusing layer; And
And a front electrode layer disposed on the light absorbing layer,
The charge focusing layer includes a plurality of focusing holes exposing an upper surface of the back electrode layer,
The light absorbing layer is in direct contact with the upper surface of the back electrode layer through the focusing holes.
삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 집속홀들의 직경은 1㎛ 내지 10㎛인 태양광 발전장치.The solar cell apparatus of claim 1, wherein the diameters of the focusing holes range from 1 μm to 10 μm. 제 1 항에 있어서, 상기 전하 집속층은 금속 산화물을 포함하는 태양광 발전장치.The photovoltaic device of claim 1, wherein the charge focusing layer comprises a metal oxide. 제 4 항에 있어서, 상기 전하 집속층은 알루미늄 옥사이드 또는 티타늄 옥사이드를 포함하는 태양광 발전장치.The photovoltaic device of claim 4, wherein the charge focusing layer comprises aluminum oxide or titanium oxide. 제 5 항에 있어서, 상기 전하 집속층의 두께는 10㎚ 내지 100㎚인 태양광 발전장치.The solar cell apparatus of claim 5, wherein the charge focusing layer has a thickness of 10 nm to 100 nm. 제 1 항에 있어서, 상기 전하 집속층은
상기 후면전극층 상에 배치되는 금속층; 및
상기 금속층 상에 배치되는 산화물층을 포함하고,
상기 산화물층은 상기 금속층에 포함된 금속의 산화물을 포함하는 태양광 발전장치.The method of claim 1, wherein the charge focusing layer is
A metal layer disposed on the back electrode layer; And
An oxide layer disposed on the metal layer,
The oxide layer is a photovoltaic device comprising an oxide of a metal contained in the metal layer. 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계;
상기 후면전극층에 전하 집속층을 형성하는 단계;
상기 전하 집속층에 상기 후면전극층의 상면을 노출시키는 복수의 집속홀들을 형성하는 단계;
상기 전하 집속층 상 및 상기 집속홀 내에 광 흡수층을 형성하는 단계; 및
상기 광 흡수층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 광 흡수층은 상기 집속홀들을 통하여, 상기 후면전극층의 상면에 직접 접촉되는 태양광 발전장치의 제조방법.Forming a rear electrode layer on the substrate;
Forming a charge focusing layer on the back electrode layer;
Forming a plurality of focusing holes exposing an upper surface of the back electrode layer in the charge focusing layer;
Forming a light absorbing layer on the charge focusing layer and in the focusing hole; And
Forming a front electrode layer on the light absorbing layer;
The light absorbing layer is in direct contact with the upper surface of the back electrode layer through the focusing holes manufacturing method of the solar cell apparatus. 제 8 항에 있어서, 상기 전하 집속층을 형성하는 단계는
상기 후면전극층 상에 금속을 증착시키는 단계; 및
상기 금속을 산화시키는 단계를 포함하는 태양광 발전장치의 제조방법.The method of claim 8, wherein the forming of the charge focusing layer
Depositing a metal on the back electrode layer; And
Method of manufacturing a photovoltaic device comprising the step of oxidizing the metal. 제 8 항에 있어서, 상기 전하 집속층은 알루미늄 옥사이드 또는 티타늄 옥사이드를 포함하는 태양광 발전장치의 제조방법.The method of claim 8, wherein the charge focusing layer comprises aluminum oxide or titanium oxide.
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