KR101369166B1 - 태양전지용 ｃｉｇｓ 광흡수층 형성 방법 및 ｃｉｇｓ 태양전지 - Google Patents
태양전지용 ｃｉｇｓ 광흡수층 형성 방법 및 ｃｉｇｓ 태양전지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101369166B1 KR101369166B1 KR1020120076562A KR20120076562A KR101369166B1 KR 101369166 B1 KR101369166 B1 KR 101369166B1 KR 1020120076562 A KR1020120076562 A KR 1020120076562A KR 20120076562 A KR20120076562 A KR 20120076562A KR 101369166 B1 KR101369166 B1 KR 101369166B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- cigs
- solar cell
- cigs light
- light absorbing
- substrate
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 title 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 54
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 32
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 21
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 claims abstract description 15
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000005361 soda-lime glass Substances 0.000 claims description 21
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 14
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000010408 film Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010549 co-Evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000307 polymer substrate Polymers 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/0248—Semiconductor 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
- H01L31/0256—Semiconductor 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
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
- H01L31/0322—Inorganic 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/04—Semiconductor 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
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/04—Semiconductor 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
- H01L31/06—Semiconductor 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
- H01L31/072—Semiconductor 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
- H01L31/0749—Semiconductor 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 기판의 Na의 농도가 낮아서 CIGS 광흡수층의 공핍층이 얇은 경우에 태양전지 효율을 향상시킬 수 있는 CIGS 광흡수층을 형성하는 방법에 관한 것으로, 3단계의 동시진공증발법에 의하여 태양전지용 CIGS 광흡수층을 형성하는 방법으로서, In과 Ga 및 Se을 동시에 증발시켜 증착하는 제1단계; Cu와 Se를 동시에 증발시켜 증착하는 제2단계; In과 Ga 및 Se를 동시에 증발시켜 증착하는 제3단계;를 포함하여 구성되며, 상기 제1단계에서 Ga을 증발시켜 공급하는 양이, 상기 제3단계에서 Ga를 증발시켜 공급하는 양보다 많은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 형태에 의한 CIGS 태양전지는, 기판; 상기 기판 위에 형성된 전극층; 및 상기 전극층 위에 형성된 CIGS 광흡수층을 포함하여 구성되며, 상기 전극층과 상기 CIGS 광흡수층의 계면에서의 Ga/(In+Ga)의 비율이 0.45 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 3단계 동시진공증발법으로 CIGS 광흡수층을 형성하는 과정에서 제1단계의 Ga 증발량을 늘림으로써, Na의 농도가 낮은 기판 위에 형성되어 공핍층의 깊이가 깊은 CIGS 태양전지의 효율을 향상시키는 효과가 있다.
본 발명의 다른 형태에 의한 CIGS 태양전지는, 기판; 상기 기판 위에 형성된 전극층; 및 상기 전극층 위에 형성된 CIGS 광흡수층을 포함하여 구성되며, 상기 전극층과 상기 CIGS 광흡수층의 계면에서의 Ga/(In+Ga)의 비율이 0.45 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 3단계 동시진공증발법으로 CIGS 광흡수층을 형성하는 과정에서 제1단계의 Ga 증발량을 늘림으로써, Na의 농도가 낮은 기판 위에 형성되어 공핍층의 깊이가 깊은 CIGS 태양전지의 효율을 향상시키는 효과가 있다.
Description
본 발명은 태양전지용 CIGS 광흡수층 형성 방법 및 CIGS 태양전지에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 기판에 포함된 알칼리의 농도가 낮아서 CIGS 광흡수층의 공핍층이 두꺼운 경우에 태양전지 효율을 향상시킬 수 있는 CIGS 광흡수층을 형성하는 방법에 관한 것이다.
최근 심각한 환경오염 문제와 화석 에너지 고갈로 차세대 청정에너지 개발에 대한 중요성이 증대되고 있다. 그 중에서도 태양전지는 태양 에너지를 직접 전기 에너지로 전환시키는 장치로서, 공해가 적고, 자원이 무한적이며 반영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 기대되고 있다.
태양전지는 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라서 다양한 종류로 구분되며, 현재 가장 많이 사용되는 것은 실리콘을 이용한 실리콘 태양전지이다. 그러나 최근 실리콘의 공급부족으로 가격이 급등하면서 박막형 태양전지에 대한 관심이 증가하고 있다. 박막형 태양전지는 얇은 두께로 제작되므로 재료의 소모량이 적고, 무게가 가볍기 때문에 활용범위가 넓다. 이러한 박막형 태양전지의 재료로는 비정질 실리콘과 CdTe, CIS(CuInSe2) 또는 CIGS(CuIn1-xGaxSe2)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
CIGS 박막은 1ㅧ 105cm-1의 높은 흡수 계수를 가지며, 첨가물질에 따라서 밴드갭을 1~2.7eV의 넓은 범위에서 조절할 수 있다. 또한 열적으로 매우 안정하기 때문에 장시간 빛에 노출되어도 태양열에 의한 효율감소가 거의 없으며, 내습성도 뛰어나다. 이러한 CIGS박막은 다양한 방법으로 형성되고 있으나, PVD에 의한 동시진공증발법으로 형성된 CIGS 박막을 이용한 태양전지의 효율이 가장 높다. 동시진공증발법을 적용하는 경우에도 1단계 동시진공증발법과 2단계 동시진공증발법 및 3단계 동시진공증발법으로 나뉘며, 이중 3단계의 동시진공증발법으로 형성된 경우에 효율이 가장 뛰어나다.
도 4는 3단계 동시진공증발법으로 CIGS 광흡수층을 형성하는 과정을 나타내는 도면이다.
먼저, 제1단계에서는 약 450도씨의 기판 온도에서 In과 Ga 및 Se을 증발시켜 (In,Ga)2Se3를 증착하고, 제2단계에서 기판 온도를 약 700도씨로 올리면서 Cu와 Se를 공급하여 Cu가 풍부한 상태를 만들어준다. 마지막으로 제3단계에서는 기판 온도를 유지하면서 In과 Ga 및 Se를 증발시켜 Cu가 부족한 CIGS 박막을 형성한다.
이러한 과정으로 형성된 CIGS 박막은 제2단계에서 Cu가 풍부한 상태에 의하여 표면에 Cu2-xSe가 형성하여 알파상으로 성장하게 된다. 이로부터 제1단계에서 형성된 β-CIGS와 γ-CIGS가 제2단계에서 α-CIGS로 상변태 하면서 결정립이 조대화된다.
또한, CIGS 박막의 경우는 Ga/(In+Ga) 비율에 따라서 밴드갭 에너지가 변화하며, 3단계 동시진공증발법은 제2단계에서 Ga/(In+Ga) 비율을 낮춤으로써 후면전극 쪽과 표면 쪽에서는 밴드갭 에너지가 높고 중심부는 밴드갭 에너지가 낮은 더블 그레이딩(double grading) 구조를 이용하여 CIGS 박막 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 5는 CIGS 박막에서 이중의 밴드갭 기울기를 형성한 경우를 나타내는 모식도이다.("High efficiency graded bandgap thin-film polycrystalline Cu(In,Ga)Se2-based solar cells", Solar Energy Materials and Solar Cells 41/42 (1996) 231-246)
이렇게 CIGS 박막의 중심부의 밴드갭보다 표면측의 밴드갭이 높으면 개방전압이 증가하고 재결합이 감소하는 효과가 있고, CIGS 박막의 중심부의 밴드갭보다 후면측의 밴드갭이 높으면 전자이동도가 증가하는 효과가 있다.
한편, CIGS 태양전지는 소다라임 유리 기판 위에서 제조하는 것이 일반적이다. 이는 소다라임 유리 기판에 포함된 Na가 다양한 작용을 통해 CIGS 태양전지의 효율을 향상시키기 때문이다. 다만, 소다라임 유리 기판은 녹는점이 낮아서 CIGS 태양전지 제조에 제약이 있으며, 금속 또는 폴리머 재질의 유연성 기판을 사용하지 못하는 점은 CIGS 태양전지의 단점으로 꼽힌다. 이러한 단점을 해소하기 위하여 Na를 강제로 주입하는 방법 등 다양한 방법이 연구 중에 있으나, Na를 첨가하지 않고 태양전지의 효율을 향상시키는 기술에 대한 요구가 높아지고 있다.
따라서 소다라임 유리 기판 및 Na를 사용하지 않고 CIGS 박막 형성과정을 개선하는 방법으로 태양전지의 효율을 높이는 기술에 대한 관심이 높아지고 있다.
"High efficiency graded bandgap thin-film polycrystalline Cu(In,Ga)Se2-based solar cells", Solar Energy Materials and Solar Cells 41/42 (1996) 231-246
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판에 포함된 알칼리의 농도가 낮아서 공핍층의 깊이가 두꺼운 CIGS 광흡수층을 포함하는 CIGS 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 CIGS 광흡수층의 형성하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 태양전지용 CIGS 광흡수층 형성 방법은, 3단계의 동시진공증발법에 의하여 태양전지용 CIGS 광흡수층을 형성하는 방법으로서, In과 Ga 및 Se을 동시에 증발시켜 증착하는 제1단계; Cu와 Se를 동시에 증발시켜 증착하는 제2단계; In과 Ga 및 Se를 동시에 증발시켜 증착하는 제3단계;를 포함하여 구성되며, 상기 제1단계에서 Ga을 증발시켜 공급하는 양이, 상기 제3단계에서 Ga를 증발시켜 공급하는 양보다 많은 것을 특징으로 한다.
종래에 소다라임 유리 기판을 사용하여 제조된 CIGS 태양전지의 경우는 3단계 동시진공증발방법을 적용하는 경우에 Ga을 공급하는 비율을 변경하여 태양전지의 효율을 향상시키려는 노력이 있었으나, 제1단계의 Ga 공급량을 변경하여 큰 효과가 없었기 때문에, 제1단계와 제3단계에서 동일한 양으로 Ga를 공급하는 것이 일반적이나, 본 발명의 발명자들은 동시증발 공정의 제1단계에서 Ga의 비율을 증가시키는 방법으로 태양전지의 효율을 향상시키는 방법을 개발하였다.
이때, CIGS 광흡수층에 형성되는 공핍층 영역의 깊이가 400nm이상인 것이 바람직하다. 본 발명은 종래의 일반적인 소다라임 유리기판 위에 형성된 CIGS 광흡수층보다 공핍층의 깊이가 더 깊은 CIGS 광흡수층을 형성하는 경우에 효율 향상의 효과가 더 뛰어나다.
이러한 공핍층의 깊이가 깊은 CIGS 광흡수층은 Na의 농도가 낮은 기판을 사용하는 경우에 형성되며, 이러한 기판은 유리 내의 알칼리 농도가 8wt% 이하인 소다라임 유리기판 또는 소다라임 유리기판 이외의 재질인 기판일 수 있다.
나아가 제1단계와 제3단계의 In 증발량은 3Å/s이며, 제1단계의 Ga 증발량은 1.6Å/s 이상이고 제3단계의 Ga 증발량은 1.5Å/s인 것이 바람직하다.
또한, 제1단계는 기판온도 300~450도씨의 범위에서 수행되고, 제2단계와 제3단계는 기판온도 480~550도씨의 범위에서 수행되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 형태에 의한 CIGS 태양전지는, 상기한 방법들 중에 하나의 방법으로 형성된 CIGS 광흡수층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명의 또 다른 형태에 의한 CIGS 태양전지는, 기판; 상기 기판 위에 형성된 전극층; 및 상기 전극층 위에 형성된 CIGS 광흡수층을 포함하여 구성되며, 상기 전극층과 상기 CIGS 광흡수층의 계면에서의 Ga/(In+Ga)의 비율이 0.45 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발명자들은 동시증발 공정의 제1단계에서 Ga의 비율을 증가시켜서 후면 전극 계면에서의 Ga/(In+Ga)의 비율을 높인 광흡수층을 이용하여 효율을 높인 CIGS 태양전지를 개발하였다.
이때, CIGS 광흡수층에 형성되는 공핍층 영역의 깊이가 400nm이상인 것이 바람직하며, 이를 위하여 유리 내의 알칼리 농도가 8wt% 이하인 소다라임 유리기판 또는 소다라임 유리기판 이외의 재질인 기판을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 3단계 동시진공증발법으로 CIGS 광흡수층을 형성하는 과정에서 제1단계의 Ga 증발량을 늘림으로써, Na의 농도가 낮은 기판 위에 형성되어 공핍층의 깊이가 깊은 CIGS 태양전지의 효율을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 Na농도가 낮은 소다라임 유리기판 또는 소다라임 유리기판 이외 재질의 기판을 이용하여 CIGS 태양전지를 제조할 수 있기 때문에, 열안정성이 뛰어난 기판 및 다양한 특성을 가지는 기판을 이용하여 CIGS 태양전지를 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 의해서 제1단계에서 Ga의 증발량을 변화시키면서 형성한 CIGS 광흡수층의 Ga/(In+Ga) 비율 분포를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 실시예에서 제조된 CIGS 태양전지의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 실시예에 따라 형성된 CIGS 광흡수층을 포함하는 태양전지의 효율을 측정한 그래프이다.
도 4는 3단계 동시진공증발법으로 CIGS 광흡수층을 형성하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 CIGS 박막에서 이중의 밴드갭 기울기를 형성한 경우를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 실시예에서 제조된 CIGS 태양전지의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 실시예에 따라 형성된 CIGS 광흡수층을 포함하는 태양전지의 효율을 측정한 그래프이다.
도 4는 3단계 동시진공증발법으로 CIGS 광흡수층을 형성하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 CIGS 박막에서 이중의 밴드갭 기울기를 형성한 경우를 나타내는 모식도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
먼저 알칼리의 농도가 8wt%인 소다라임 유리기판에 DC 스퍼터링 방법으로 몰리브덴 후면전극을 약 1㎛ 두께로 증착하여 준비하였다. 본 실시예에 사용된 소다라임 유리기판은 일반적으로 CIGS 태양전지에 사용되는 소다라임 유리기판에 포함된 알칼리의 농도인 12wt%보다 상대적으로 알칼리의 농도가 낮은 것이다.
그리고 3단계 동시진공증발법으로 CIGS 광흡수층을 형성하였다.
제1단계는 기판온도를 300~450도씨 범위로 유지하면서 In과 Ga 및 Se를 증발시켜 증착하는 단계이고, 제2단계는 기판온도를 480~550도씨 범위로 유지하면서 Cu와 Se를 증착하는 단계이며, 제3단계는 기판온도를 480~550도씨 범위로 유지하면서 In과 Ga 및 Se를 증발시켜 증착하는 단계이다. 이는 CIGS 광흡수층을 형성하기 위한 3단계 동시진공증발법의 일반적인 방법과 같으나, 본 실시예는 제1단계에서 Ga의 증발량을 조절하였다.
구체적으로 제1단계에서 In의 증발량은 3Å/s로 고정하였으나, Ga의 증발량은 1.5, 1.6, 1.7 및 1.8Å/s로 변경하여 동시진공증발법을 수행하였다. 이때, Ga의 증발량의 증가에 따라서 증착두께가 변경되는 영향을 배재하기 위하여, 제1단계에서 증착되는 두께가 1㎛로 동일하도록 하였다.
반면에 제3단계에서는 In의 증발량과 Ga의 증발량을 각각 3Å/s과 1.5Å/s로 고정하고 동시진공증발법을 수행하였다. 한편, 전체 공정에서 Se의 증발량은 3Å/s이고, 제2단계에서 Cu의 증발량은 2.5Å/s이다.
CIGS 박막에서 Ga/(In+Ga) 비율은 CIGS 박막의 우선배향성에 영향을 미치며, Ga/(In+Ga) 비율이 0.3~0.35에 가까울수록 CIGS 박막은 (220)/(204)의 우선배향성을 보이기 때문에 Ga와 In의 증발량을 조절하여 이에 맞추고 있다. 다만, 3단계 동시진공증발법에 의해서 더블 그레이딩 구조를 형성하기 때문에, 후면전극과 CIGS 광흡수층의 접하는 계면에서의 Ga/(In+Ga) 비율은 약 0.4 부근인 것이 일반적이다.
도 1은 본 실시예에 의해서 제1단계에서 Ga의 증발량을 변화시키면서 형성한 CIGS 광흡수층의 Ga/(In+Ga) 비율 분포를 나타내는 그래프이다. 그래프에서 왼쪽이 표면 쪽이고, 오른쪽이 후면전극 쪽이다.
본 실시예의 CIGS 광흡수층 형성방법은 후면전극의 위에 CIGS 박막을 형성하는 것이므로, 제1단계에서 형성되는 부분은 후면전극에 가까운 오른쪽 부분이며, 도시된 것과 같이 Ga의 증발량이 많을수록 CIGS 광흡수층과 후면전극의 계면에서의 Ga/(In+Ga) 비율이 높아지는 것을 확인할 수 있다.
이를 표로 나타내면 다음과 같다.
| 제1단계의 Ga 증발량 | 1.5Å/s | 1.6Å/s | 1.7Å/s | 1.8Å/s |
| CIGS 광흡수층과 후면전극 계면의 Ga/(In+Ga) 비율 |
0.4 | 0.45 | 0.54 | 0.65 |
한편, 본 실시예에서 사용된 기판은 일반적으로 CIGS 태양전지에 사용된 소다라임 유리기판의 알칼리 농도인 12wt%보다 낮은 농도이며, 이에 따라서 녹는점이 상대적으로 높기 때문에 CIGS 태양전지 제조과정에서 더 높은 온도를 사용할 수 있다.
이러한 기판에 포함된 알칼리의 농도는 CIGS 광흡수층의 공핍층의 깊이에 영향을 미치며, 종래에 CIGS 태양전지에 일반적으로 사용되는 알칼리 농도가 약 12wt%이상인 소다라임 유리기판을 사용하는 경우에 CIGS 광흡수층의 공핍층은 표면쪽에서부터 200~300nm 범위이지만, 알칼리 농도가 8wt% 이하인 상대적으로 낮은 농도의 소다라임 유리기판을 사용한 본 실시예의 CIGS 광흡수층에는 공핍층의 깊이가 400~600nm 범위이다. 알칼리의 농도가 더 낮은 금속이나 폴리머 재질의 기판을 사용하는 경우에는 CIGS 광흡수층에 형성되는 공핍층의 깊이가 더 깊어질 것이다.
상기한 과정으로 CIGS 광흡수층을 형성한 뒤에 최종적으로 CIGS 태양전지를 제조하여 광전변환 효율을 측정하였다.
도 2는 본 실시예에서 제조된 CIGS 태양전지의 구조를 나타내는 모식도이다. 본 실시예에 따라 제조된 CIGS 태양전지는 CIGS 광흡수층과 후면전극의 계면에서의 Ga/(In+Ga) 비율 외에는 도시된 것과 같은 일반적인 CIGS 태양전지와 동일한 구조이다. 기판과 후면전극 및 광흡수층은 앞에서 설명하였으며, 버퍼층, 윈도우층, 전면반사방지막층 및 전면전극은 일반적인 구조와 동일함으로 자세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 실시예에 따라 형성된 CIGS 광흡수층을 포함하는 태양전지의 효율을 측정한 그래프이다.
도시된 것과 같이, 제1단계의 Ga 증발량이 많을수록 태양전지의 효율이 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 이로부터 종래의 일반적인 소다라임 유리기판보다 Na 농도가 낮은 기판에 형성되어 공핍층의 깊이가 두꺼운 CIGS 광흡수층은 후면전극과의 계면에서의 Ga/(In+Ga) 값이 커질수록 태양전지 효율이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
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.
Claims (11)
- 3단계의 동시진공증발법에 의하여 태양전지용 CIGS 광흡수층을 형성하는 방법으로서,
In과 Ga 및 Se을 동시에 증발시켜 증착하는 제1단계;
Cu와 Se를 동시에 증발시켜 증착하는 제2단계;
In과 Ga 및 Se를 동시에 증발시켜 증착하는 제3단계;를 포함하여 구성되며,
상기 제1단계에서 Ga을 증발시켜 공급하는 양이, 상기 제3단계에서 Ga를 증발시켜 공급하는 양보다 많은 것을 특징으로 하고,
상기 CIGS 광흡수층에 형성되는 공핍층 영역의 깊이가 400nm이상인 것을 특징으로 하는 태양전지용 CIGS 광흡수층 형성 방법.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 CIGS 광흡수층이 형성된 기판이 알칼리농도가 8wt%이하인 소다라임 유리기판인 것을 특징으로 하는 태양전지용 CIGS 광흡수층 형성 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1단계와 상기 제3단계의 In 증발량이 3Å/s이며,
상기 제1단계의 Ga 증발량이 1.6Å/s 이상이고, 상기 제3단계의 Ga 증발량이 1.5Å/s인 것을 특징으로 하는 태양전지용 CIGS 광흡수층 형성 방법.
- 청구항 5에서 있어서,
상기 제1단계가 기판온도 300~450도씨의 범위에서 수행되고, 상기 제2단계와 상기 제3단계가 기판온도 480~550도씨의 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 CIGS 광흡수층 형성 방법.
- 기판;
상기 기판 위에 형성된 전극층; 및
상기 전극층 위에 형성된 CIGS 광흡수층을 포함하여 구성되며,
상기 전극층과 상기 CIGS 광흡수층의 계면에서의 Ga/(In+Ga)의 비율이 0.45 이상인 것을 특징으로 하는 CIGS 태양전지.
- 청구항 7에 있어서,
상기 CIGS 광흡수층에 형성된 공핍층의 깊이가 400nm 이상인 것을 특징으로 하는 CIGS 태양전지.
- 삭제
- 청구항 8에 있어서,
상기 기판이 알칼리농도가 8wt%이하인 소다라임 유리기판인 것을 특징으로 하는 CIGS 태양전지.
- 청구항 1, 4, 5, 6 중 어느 한 항에 따른 방법으로 형성된 CIGS 광흡수층을 포함하는 것을 특징으로 하는 CIGS 태양전지.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120076562A KR101369166B1 (ko) | 2012-07-13 | 2012-07-13 | 태양전지용 ｃｉｇｓ 광흡수층 형성 방법 및 ｃｉｇｓ 태양전지 |
| CN201380004295.3A CN104011879B (zh) | 2012-07-13 | 2013-07-10 | 形成用于太阳能电池的cigs光吸收层的方法及cigs太阳能电池 |
| US14/364,886 US20150303328A1 (en) | 2012-07-13 | 2013-07-10 | Method of forming cigs absorber layer for solar cell and cigs solar cell |
| PCT/KR2013/006117 WO2014010926A1 (ko) | 2012-07-13 | 2013-07-10 | 태양전지용 cigs 광흡수층 형성 방법 및 cigs 태양전지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120076562A KR101369166B1 (ko) | 2012-07-13 | 2012-07-13 | 태양전지용 ｃｉｇｓ 광흡수층 형성 방법 및 ｃｉｇｓ 태양전지 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20140010549A KR20140010549A (ko) | 2014-01-27 |
| KR101369166B1 true KR101369166B1 (ko) | 2014-03-24 |
Family
ID=49916301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120076562A KR101369166B1 (ko) | 2012-07-13 | 2012-07-13 | 태양전지용 ｃｉｇｓ 광흡수층 형성 방법 및 ｃｉｇｓ 태양전지 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20150303328A1 (ko) |
| KR (1) | KR101369166B1 (ko) |
| CN (1) | CN104011879B (ko) |
| WO (1) | WO2014010926A1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101924216B1 (ko) * | 2017-02-23 | 2018-11-30 | 한국에너지기술연구원 | 유연 기판 고정 장치 및 이를 이용한 cigs계 박막 태양전지 제조 방법 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101339874B1 (ko) * | 2012-06-20 | 2013-12-10 | 한국에너지기술연구원 | 이중의 밴드갭 기울기가 형성된 ｃｚｔｓ계 박막의 제조방법, 이중의 밴드갭 기울기가 형성된 ｃｚｔｓ계 태양전지의 제조방법 및 그 ｃｚｔｓ계 태양전지 |
| KR101594841B1 (ko) * | 2014-10-07 | 2016-02-18 | 한국에너지기술연구원 | 태양전지 모듈 및 이의 제조방법 |
| CN105789371A (zh) * | 2014-12-23 | 2016-07-20 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种铜铟镓硒薄膜太阳电池掺钾元素的方法 |
| KR101638379B1 (ko) * | 2015-01-28 | 2016-07-11 | 영남대학교 산학협력단 | 우선배향 제어된 cigs 박막 태양전지 및 그 제조방법 |
| KR102015985B1 (ko) * | 2018-04-17 | 2019-08-29 | 한국과학기술연구원 | 태양전지용 cigs 박막의 제조방법 |
| KR102291130B1 (ko) * | 2018-12-28 | 2021-08-18 | 한국에너지기술연구원 | Cigs 박막형 광흡수층의 제조방법, 이를 이용한 박막 태양 전지 제조방법 및 이에 의해 제조된 박막 태양 전지 |
| KR102596774B1 (ko) * | 2021-11-10 | 2023-11-01 | 한국에너지기술연구원 | 투광형 태양전지와 그 제조방법 및 cigs 박막의 형성방법 |
| JP7519053B1 (ja) | 2023-10-30 | 2024-07-19 | 株式会社Pxp | 太陽電池の製造方法及び太陽電池 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009259872A (ja) | 2008-04-11 | 2009-11-05 | Rohm Co Ltd | 光電変換装置およびその製造方法、および固体撮像装置 |
| JP2010225829A (ja) * | 2009-03-24 | 2010-10-07 | Honda Motor Co Ltd | 薄膜太陽電池の光吸収層の形成方法 |
| JP2012114413A (ja) * | 2010-11-02 | 2012-06-14 | Fujifilm Corp | 光電変換素子およびその製造方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5141564A (en) * | 1988-05-03 | 1992-08-25 | The Boeing Company | Mixed ternary heterojunction solar cell |
| JP3897622B2 (ja) * | 2002-03-18 | 2007-03-28 | 松下電器産業株式会社 | 化合物半導体薄膜の製造方法 |
| SE0400582D0 (sv) * | 2004-03-05 | 2004-03-05 | Forskarpatent I Uppsala Ab | Method for in-line process control of the CIGS process |
| KR20110021934A (ko) * | 2008-05-30 | 2011-03-04 | 코닝 인코포레이티드 | 광기전성 유리 적층 물품 및 층 물품 |
| CN101707219B (zh) * | 2009-08-27 | 2011-06-22 | 南安市三晶阳光电力有限公司 | 本征隔离结构太阳能电池及其制造方法 |
| CN103258896A (zh) * | 2012-02-17 | 2013-08-21 | 任丘市永基光电太阳能有限公司 | 柔性cigs薄膜太阳电池吸收层制备工艺 |
-
2012
- 2012-07-13 KR KR1020120076562A patent/KR101369166B1/ko active IP Right Grant
-
2013
- 2013-07-10 CN CN201380004295.3A patent/CN104011879B/zh active Active
- 2013-07-10 WO PCT/KR2013/006117 patent/WO2014010926A1/ko active Application Filing
- 2013-07-10 US US14/364,886 patent/US20150303328A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009259872A (ja) | 2008-04-11 | 2009-11-05 | Rohm Co Ltd | 光電変換装置およびその製造方法、および固体撮像装置 |
| JP2010225829A (ja) * | 2009-03-24 | 2010-10-07 | Honda Motor Co Ltd | 薄膜太陽電池の光吸収層の形成方法 |
| JP2012114413A (ja) * | 2010-11-02 | 2012-06-14 | Fujifilm Corp | 光電変換素子およびその製造方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 김종한, ‘3단계 동시증발공정의 단계별 Se 분압의 변화가 CIGS 박막 태양전지에 미치는 효과’, 한국한공대학교 대학원 석사논문, 2011.01. |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101924216B1 (ko) * | 2017-02-23 | 2018-11-30 | 한국에너지기술연구원 | 유연 기판 고정 장치 및 이를 이용한 cigs계 박막 태양전지 제조 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20140010549A (ko) | 2014-01-27 |
| CN104011879B (zh) | 2016-06-22 |
| US20150303328A1 (en) | 2015-10-22 |
| CN104011879A (zh) | 2014-08-27 |
| WO2014010926A1 (ko) | 2014-01-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101369166B1 (ko) | 태양전지용 ｃｉｇｓ 광흡수층 형성 방법 및 ｃｉｇｓ 태양전지 | |
| KR101094326B1 (ko) | 태양전지용 Ｃｕ－Ｉｎ－Ｚｎ－Ｓｎ－（Ｓｅ，Ｓ）계 박막 및 이의 제조방법 | |
| KR20100136790A (ko) | 태양전지 및 그 제조방법 | |
| KR20110107760A (ko) | 박막 광기전 전지 | |
| KR101628312B1 (ko) | ＣＺＴＳＳｅ계 박막 태양전지의 제조방법 및 이에 의해 제조된 ＣＺＴＳＳｅ계 박막 태양전지 | |
| KR20150142094A (ko) | 원자층 증착법으로 형성된 버퍼층을 포함하는 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR20140104351A (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| Furue et al. | Cu (In, Ga) Se2 solar cells and mini-modules fabricated on thin soda-lime glass substrates | |
| US20140290739A1 (en) | Thin-film solar battery and method of making same | |
| JP6297038B2 (ja) | 薄膜太陽電池及び薄膜太陽電池の製造方法 | |
| KR101734362B1 (ko) | Ａｃｉｇｓ 박막의 저온 형성방법과 이를 이용한 태양전지의 제조방법 | |
| KR101210171B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR101014039B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| CN103840026A (zh) | 太阳能电池及其制造方法 | |
| KR20140047760A (ko) | 태양전지 광흡수층 제조방법 | |
| US20170092792A1 (en) | CZTSe-Based Thin Film and Method for Preparing the Same, and Solar Cell Using the Same | |
| KR102057234B1 (ko) | Cigs 박막 태양전지의 제조방법 및 이의 방법으로 제조된 cigs 박막 태양전지 | |
| KR102015985B1 (ko) | 태양전지용 cigs 박막의 제조방법 | |
| KR20120111366A (ko) | 얇은 알루미늄 박막을 이용한 태양전지 모듈 제조방법 | |
| KR101315311B1 (ko) | 후면전극 및 이를 포함하는 ｃｉｓ계 태양전지 | |
| KR101327010B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR101552968B1 (ko) | Cigs 박막 제조방법, 이를 이용한 박막 태양전지 제조방법 및 박막 태양전지 | |
| TW201344943A (zh) | 堆疊式銅鋅錫硒硫薄膜太陽能電池及其製作方法 | |
| KR101358055B1 (ko) | 태양전지용 ＣＺＴＳｅ계 박막의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 ＣＺＴＳｅ계 박막 | |
| JP2011091249A (ja) | 太陽電池 |
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: 20170102 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180209 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181211 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191210 Year of fee payment: 7 |