KR101360693B1 - Cｉｇｓ 태양전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
금속기판 상에 하부전극을 형성하는 단계, 상기 하부전극 위에 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 또는 셀레늄(Se)을 포함하는 화합물을 잉크 또는 페이스트 형태로 도포하고 전자선 조사하여 광흡수층을 형성하는 단계, 상기 광흡수층 위에 버퍼층을 형성하는 단계, 및 상기 버퍼층 위에 투명전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 전자선 조사는 에너지 1.4~2.0MeV, 시료이동속도 20~40 ㎜/s, 전류 40~70 ㎃의 조건하에 이루어지는, CIGS 태양전지의 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 기판의 변형을 최소화하고 금속확산방지층이 필요하지 않은 태양전지를 공급할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판의 변형을 최소화하고 금속확산방지층이 필요하지 않은 태양전지를 공급할 수 있다.
Description
본 발명은 CIGS 태양전지의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 전자선 조사 방식을 이용한 것이다.
최근 환경규제에 따라 탄소 배출량을 줄이기 위한 신재생 에너지 개발의 일환으로 태양광을 전기에너지로 변환하는 전지로서, 설치장소에 제약이 작고 쉽게 전력을 발전할 수 있는 태양전지가 주목받고 있다. 특히, Cu(In1 - xGax)Se2(이하, "CIGS") 또는 CdTe 등의 화합물반도체를 사용하는 방법이 개발되고 있다.
일례로서, 특허문헌 1에 따르면, CIGS 태양전지의 광흡수층을 형성하기 위해 열, IR을 이용하여 열처리하고 있다. 광흡수층을 이루는 CIGS 잉크를 열 또는 IR 방식으로 건조/경화하는 경우 IR 가열장치에서 발생되는 빛에너지가 CIGS 잉크 속의 금속 입자를 투과할 수 없어서 1층 코팅 후 건조/경화시키고 다시 반복하여 건조/경화시키는 공정을 3~4회 반복하여야 하는 번거로움이 있다. 또한, IR 장치가 여러 대 필요하며, 반복된 IR 조사로 인하여 기판의 온도가 급격하게 올라가므로 금속기판에 존재하는 금속 성분들이 광흡수층으로 확산되어 확산방지층이 별도로 필요하게 되는 문제점이 있다.
한편, 특허문헌 2에서는 광흡수층 형성을 위하여 스퍼터링 또는 동시증착법을 사용하고 있다. 즉, Cu, In, Ga, Se의 금속원을 고온으로 가열하여 증기화한 후 이를 가열된 기판에 증착함으로써 CIGS막을 형성하며, 균일한 조성의 막을 위해 각 금속원의 증발을 제어한다. 그러나, 이러한 제조방법은 대면적 형성이 어렵고 균일성이 떨어지며 제조단가가 높다는 문제를 갖는다.
본 발명의 일 측면은 기판의 열상승이 미미하여 기판 변형이 없고 금속기판의 확산방지막을 필요로 하지 않으며, 광흡수층의 결정크기가 균일한 태양전지를 제조하는 방법을 제시하고자 한다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은, 금속기판 상에 하부전극을 형성하는 단계, 상기 하부전극 위에 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 또는 셀레늄(Se)을 포함하는 화합물(이하, "CIGS 화합물")을 잉크 또는 페이스트 형태로 도포하고 전자선 조사하여 광흡수층을 형성하는 단계, 상기 광흡수층 위에 버퍼층을 형성하는 단계, 및 상기 버퍼층 위에 투명전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 전자선 조사는 에너지 1.4~2.0MeV, 시료이동속도 20~40 ㎜/s, 전류 40~70 ㎃의 조건하에 이루어지는, CIGS 태양전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기판의 변형을 최소화하고 금속확산방지층이 필요하지 않으며 전자흐름이 원활하고 결정크기가 균일한 태양전지를 공급할 수 있다. 또한, 제조공정이 단순하고 제조설비 비용을 절감할 수 있으며, 광활성층의 결정 크기를 용이하게 제어할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 태양전지의 단면 구조도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조공정도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조공정도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 CIGS 태양전지의 제조방법을 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제조방법에 의하여 제조된 태양전지는 금속기판(11) 상에 순차적으로 하부전극(12), CIGS계 화합물로 이루어지는 광흡수층(13), 버퍼층(14) 및 투명전극(15)이 적층된 구조로 구성된다.
상기 투명전극(15)은 광을 흡수하여 광흡수층(13)으로 전달함으로써 광흡수층(13)에서 광전변환이 일어난다. 또한, 버퍼층(14)은 이러한 광흡수층(13)과 투명전극(15) 간의 큰 밴드갭 차이 및 격자상수 차이를 완화하며, 이 층은 생략될 수도 있다. 또한, 상기 하부전극(12)으로는 몰리브덴(Mo) 등의 금속이, 상기 버퍼층(14)으로는 황화카드뮴(CdS) 등이, 상기 투명전극(15)으로는 투명한 도전물질 등이 사용된다.
또한, 상기 금속기판(11)과 상기 하부전극(12) 사이에는 평탄화 절연막층을 추가적으로 포함할 수 있는데, 상기 평탄화 절연막층은 실리콘산화물 및 실리콘질화물 중 1종 이상으로 이루어질 수 있으며, 철강 소재의 거친 표면을 평탄화하고 단일집적화(monolithic integration)를 위하여 절연성을 부여하는 기능을 하며, 통상적으로 1~3 ㎛의 두께로 이루어진다.
이러한 구조를 가지는 태양전지를 제조함에 있어서, 종래에는 광흡수층 부분을 제조하기 위하여 잉크 또는 페이스트 형태의 CIGS 화합물을 도포한 후 IR 또는 열처리하는 방식을 사용하든가, 또는 광흡수층을 이루는 CIGS 화합물을 진공상태에서 스퍼터링 등을 이용하여 증착하는 방식을 채택하였다. 이러한 방식들은 상기에서 살펴본 바와 같이, 급격한 온도 상승으로 인하여 금속기판의 변형을 가져온다든지, 열확산방지층이 필요하다든지, 결정입자의 크기가 균일하지 않다든지 하는 문제점들이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자들은 CIGS 태양전지 제조를 위한 새로운 방법을 고안하기에 이르렀다. 즉, CIGS 화합물을 페이스트 또는 잉크 형태로 도포한 후 전자선 처리하는 방식이다.
전자선은 금속 나노입자를 포함한 잉크를 관통하여 빠른 시간내에 경화를 시키므로 급격한 열상승 현상이 없어서 기판의 변형을 최소화할 수 있으며, 열확산방지층이 필요없으며, 결정입자의 크기를 균일하게 할 수 있는 잇점이 있다.
이를 위하여 먼저, 금속기판(11) 상에 하부전극(12)을 형성한다.
상기 금속기판으로는 스테인레스 스틸 또는 티타늄을 포함하는 기판을 사용할 수 있다. 롤투롤 공정으로 하는 경우 금속기판을 롤형태로 준비한다.(21)
또한, 상기 하부전극(12)은 금속 등의 도전체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 하부전극(12)은 몰리브덴(Mo)를 타겟으로 사용하여 스퍼터링(stuttering) 공정에 의해 형성될 수 있다.(22) 이는 몰리브덴(Mo)이 가진 높은 전도도, 광 흡수층과의 오믹(ohmic) 접합 때문이다. 상기 하부전극인 몰리브덴 박막은 전극으로서의 비저항이 낮아야 하고, 열팽창 계수의 차이로 인하여 박리현상이 일어나지 않도록 상기 금속기판에의 점착성이 뛰어나야 한다. 한편, 상기 하부전극을 형성하는 물질은 이에 한정되지 않고, ITO(Indium tin oxide), 나트륨(Na) 이온이 도핑된 몰리브덴(Mo), Ni, Au, Pt 및 Pd 중에서 선택된 하나 이상의 조성을 갖는 단일층으로 이루어질 수 있다.
상기 하부전극(12)은 열증발법, 전자빔 증발법, 스터퍼링법, 화학증착법(CVD), 유기금속화학증착법(MOCVD), 레이저분자빔증착법(L-MBE) 또는 펄스레이저증착법(PLD)에 의하여 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 스퍼터링법에 의하면 100~200℃의 저온 공정에 의하여 진행되므로, 온도에 의하여 제약을 받지 않는 다양한 기판의 사용이 가능하다.
또한, 선택적으로 상기 금속기판(11)과 상기 하부전극(12) 사이에 평탄화 절연막층을 형성하고자 한다면, 실리콘산화물 및 실리콘질화물 중 1종 이상의 물질을 졸 또는 겔 상태로 준비하여 상기 금속기판 상에 도포한다. 이때는 스핀 코팅, 딥 코팅, 닥터 블레이딩, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 등의 방법에 의할 수 있다.
이어서, 상기 하부전극 위에 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 또는 셀레늄(Se)을 포함하는 화합물을 도포하고 전자선 조사하여 광흡수층(13)을 형성한다.
구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 또는 셀레늄(Se)을 포함하는 화합물은 나노분말 형태일 수 있다.
상기 구리(Cu)를 포함하는 화합물로는, 예를 들어, CuCl2, Cu(NO3)2, CuSO4, Cu(CH3COO)2 및 이들의 수화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 사용될 수 있다.
또한, 상기 인듐(In)을 포함하는 화합물로는, 예를 들어, InCl3, In(NO3)3, In(CH3COO)3, In2(SO4)3 및 이들의 수화물들로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이 사용될 수 있다.
또한, 상기 갈륨(Ga)을 포함하는 화합물로는, 예를 들어, GaCl3, Ga(NO3)3, GaI3 및 이들의 수화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이 사용될 수 있다.
또한, 상기 셀레늄(Se)을 포함하는 화합물로는, 예를 들어, SeO2, H2SeO3, SeCl4 및 이들의 수화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이 사용될 수 있다.
구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 또는 셀레늄(Se)을 포함하는 화합물을 페이스트 또는 잉크로 제작하고 이를 기판에 도포하여 CIGS 막을 형성한다.(23)
이를 위하여, 우선, 시료분말을 제조하여야 하는데, 예를 들어, CuCl2, InCl3 및 Se 분말들과, CuCl2, GaCl3 및 Se 분말들 각각을 몰비 1:1:2로 칭량하고 소정의 용매에 투입하여 CuInSe2 및 CuGaSe2 용액으로 제조할 수 있다. 상기 용매는 클로로포름(chloroform), 디엠에프(DMF), 디엠에스오(DMSO), 피리딘(Pyridine), 알코올(alcohol), 탄화수소류(hydrocarbon), 디에틸아민(diethylame), 에틸렌디아민(ethylendiamine), 디에틸아민(diethylamine), 톨루엔(toluene), 에틸렌글리콜(ethylene glycol) 및 트리에탄올아민(triethanolamine)으로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상으로 될 수 있고, 상기 용매의 몰농도는 0.001~0.2M로 될 수 있다. 이어서, 상기 각 용액을 가압하며 열처리하여 각각의 CuInSe2 및 CuGaSe2 의 시료분말을 제조한다. 이때, 열처리는 150~300℃에서 불활성가스 분위기로 수행할 수 있다.
그리고 나서, 상기 분말을 페이스트로 제조하기 위해서는 상기 시료분말에 바인더 및 분산제 중의 하나 이상을 첨가하고 혼합하여 페이스트로 제조하며, 특히 상기 바인더에는 TPO(terpineol) 및 BCA(ehtyl acetate) 중의 하나 이상을 첨가할 수 있다.
상기 분산제는 알칸셀레놀(alkaneselenol), 알칸티올(alkanethiol), 알코올(alcohol), 방향족셀레놀(aromaticselenol), 방향족티올(aromaticthiol), 방향족알코올(aromaticalcohol)로 구성된 그룹 중에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있으며, 상기 물질의 탄소수는 특별히 제한하지 않지만 1 내지 20일 수 있다.
본 발명에서는 전자선 조사에 의하여 중막코팅(1.5~2㎛)이 가능하므로 중점도가 되도록 페이스트의 점도를 조절하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 CIGS 화합물이 포함된 페이스트의 도포는 스크린 프린팅, 테이프캐스팅, 딥코팅 및 잉크젯으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상으로 수행될 수 있다.
CIGS 화합물이 포함된 페이스트의 도포 후 도포된 페이스트 속에 함유된 용제를 IR, NI, 또는 열풍 건조기를 통하여 제거할 수 있으나(24), 생략할 수도 있다. 그리고 나서, 전자선 조사를 통하여 CIGS 화합물이 광흡수층의 역할을 할 수 있도록 결정성장을 유도한다.(25)
상기 전자선 조사는 에너지 1.4~2.0MeV, 시료이동속도 20~40 ㎜/s, 전류 40~70 ㎃의 조건하에서 수행하는 것이 광흡수층의 광전변환효율 향상에 유리하다.
상기 전자선 조사에 의한 온도 상승분은 200℃ 이하로서 IR 대비 미미한 수준으로 금속기판에 존재하는 금속 성분들이 광흡수층으로 확산될 염려가 없기 때문에 확산방지층이 필요하지 않게 된다.
최종 형성되는 광흡수층(13)은 CuInSe2, CuInxGa1 -xSe2(단, 0<x<1) 및 CuGaSe2로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 또한 상기 광흡수층은 단일층으로 이루어지며, 두께는 1~3 ㎛일 수 있으며, 바람직하게는 1.5~2㎛이다.
상기 광흡수층(13) 위에 버퍼층(14)을 형성한다.(26)
상기 버퍼층은 상기 광흡수층 상에 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있고, 황화 카드뮴(CdS)이 적층되어 형성될 수 있다. 이때, 상기 버퍼층은 n형 반도체 층이고, 상기 광흡수층은 p형 반도체 층이다. 따라서, 상기 광흡수층 및 버퍼층은 pn접합을 형성할 수 있다. 상기 버퍼층은 스퍼터링 공정을 진행하여 상기 황화 카드뮴(CdS) 상에 ITO, ZnO, i-ZnO 중 어느 하나의 층을 더 형성될 수도 있다.
상기 버퍼층(14) 위에 투명전극(15)을 형성한다.(27)
상기 버퍼층은 상기 광흡수층과 이후 형성될 투명전극 사이에 배치된다. 즉, 상기 광흡수층과 투명전극은 격자상수와 에너지 밴드 갭의 차이가 크기 때문에, 밴드갭이 두 물질의 중간에 위치하는 상기 버퍼층을 삽입하여 양호한 접합을 형성할 수 있다. 상기 버퍼층 상에 투명한 도전물질을 적층하여 투명전극을 형성한다.
상기 투명전극은 알루미늄(Al), 알루미나(Al2O3), 마그네슘(Mg), 갈륨(Ga) 등의 불순물을 포함하는 아연계 산화물 또는 ITO(Indium Tin Oxide)로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 투명전극은 태양전지 전면의 투명전극 기능을 하기 때문에 광 투과율이 높고 전기 전도성이 높은 산화 아연(ZnO)으로 형성될 수도 있다.
11: 금속기판 12: 하부전극 13: 광흡수층
14: 버퍼층 15: 투명전극 21: 금속기판 롤
22: Mo 스퍼터 23: 잉크 도포기 24: 열건조기
25: 전자선 조사장치 26: CdS 도포기 27: 투명전극 증착기
28: CIGS 태양전지 롤
14: 버퍼층 15: 투명전극 21: 금속기판 롤
22: Mo 스퍼터 23: 잉크 도포기 24: 열건조기
25: 전자선 조사장치 26: CdS 도포기 27: 투명전극 증착기
28: CIGS 태양전지 롤
Claims (9)
- 금속기판 상에 하부전극을 형성하는 단계
상기 하부전극 위에 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga)
또는 셀레늄(Se)을 포함하는 화합물 (이하,"CIGS 화합물")을 잉크 또는 페이스트 형태로 도포하고 전자선 조사하여 광흡수층을 형성하는 단계;
상기 광흡수층 위에 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼층 위에 투명전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 전자선 조사는 에너지 1.4~2.0MeV, 시료이동속도 20~40mm/s, 전류 40~70mA의 조건하에 이루어지는 단계 및, 상기 금속기판과 상기 하부전극 사이에 실리콘 산화물 및 실리콘질화물 중 1종 이상으로이루어지는 평탄화 절연막층을 형성하는 단계를 추가적으로 포함하는 CIGS 태양전지의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 하부전극은 열증발법, 전자빔 증발법, 스터퍼링법, 화학증착법(CVD), 유기금속화학증착법(MOCVD), 레이저분자빔증착법(L-MBE) 또는 펄스레이저증착법(PLD)에 의하여 형성되는 것인, CIGS 태양전지의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 하부전극은 Mo, Ni, Au, Pt 및 Pd 중에서 선택된 하나 이상의 조성을 갖는 단일층으로 이루어지는 것인, CIGS 태양전지의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 CIGS 화합물의 도포는 스크린 프린팅, 테이프캐스팅, 딥코팅 및 잉크젯으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것인, CIGS 태양전지의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 광흡수층은 CuInSe2, CuInxGa1 -xSe2(단, 0<x<1) 및 CuGaSe2로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것인, CIGS 태양전지의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 광흡수층은 1~3 ㎛의 두께를 가지는 것인, CIGS 태양전지의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 버퍼층은 황화카드뮴(CdS)로 구성되는, CIGS 태양전지의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 투명전극은 아연산화물(ZnO) 또는 인듐주석산화물(ITO)인 것인, CIGS 태양전지의 제조방법. - 삭제
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09153456A (ja) * | 1995-11-29 | 1997-06-10 | Ricoh Co Ltd | 多結晶シリコン薄膜積層体、シリコン薄膜太陽電池および薄膜トランジスタ |
| KR20110066260A (ko) * | 2009-12-11 | 2011-06-17 | 심포니에너지주식회사 | 황화나트륨을 이용한 유연 ｃｉｇｓｓ 박막태양전지 제조 및 제조방법 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09153456A (ja) * | 1995-11-29 | 1997-06-10 | Ricoh Co Ltd | 多結晶シリコン薄膜積層体、シリコン薄膜太陽電池および薄膜トランジスタ |
| KR20110066260A (ko) * | 2009-12-11 | 2011-06-17 | 심포니에너지주식회사 | 황화나트륨을 이용한 유연 ｃｉｇｓｓ 박막태양전지 제조 및 제조방법 |
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