KR101382880B1 - 태양광 발전장치 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 태양광 발전장치는 지지기판; 상기 지지기판 상에 배치되는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 배치되는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 배치되는 전면전극층을 포함하고, 상기 후면전극층에 형성되고, 상기 지지기판의 상면을 노출하는 제 1 관통홈; 상기 광 흡수층 및 상기 버퍼층을 관통하는 제 2 관통홈을 포함하고, 상기 제 2 관통홈은 상기 제 1 관통홈의 일부와 중첩된다.
실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법은 지지기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 상기 후면전극층에 상기 지지기판의 상면을 노출시키는 제 1 관통홈을 형성하는 단계; 상기 후면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층에 상기 지지기판 및 상기 후면전극층의 상면을 노출시키는 제 2 관통홈을 형성하는 단계; 및 상기 광 흡수층 상 및 상기 제 2 관통홈 내측에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 관통홈은 상기 제 1 관통홈의 일부와 중첩된다.
실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법은 지지기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 상기 후면전극층에 상기 지지기판의 상면을 노출시키는 제 1 관통홈을 형성하는 단계; 상기 후면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층에 상기 지지기판 및 상기 후면전극층의 상면을 노출시키는 제 2 관통홈을 형성하는 단계; 및 상기 광 흡수층 상 및 상기 제 2 관통홈 내측에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 관통홈은 상기 제 1 관통홈의 일부와 중첩된다.
Description
실시예는 태양광 발전장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지의 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지에 대한 개발이 진행되고 있다.
특히, 유리기판, 금속 이면 전극층, p형 CIGS계 광 흡수층, 고저항 버퍼층, n형 창층 등을 포함하는 기판 구조의 pn 헤테로 접합 장치인 CIGS계 태양전지가 널리 사용되고 있다.
이러한 태양전지에는 제 1 관통홈, 제 2 관통홈 및 제 3 관통홈들이 형성되는데, 제 2 관통홈 및 제 3 관통홈들에 의해 데드존이 발생하게 된다. 이러한 데드존은 태양전지의 효율을 저하시키는 원인이 된다.
실시예는 단락이 방지되고, 향상된 성능을 가지는 태양광 발전장치 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는 지지기판; 상기 지지기판 상에 배치되는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 배치되는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 배치되는 전면전극층을 포함하고, 상기 후면전극층에 형성되고, 상기 지지기판의 상면을 노출하는 제 1 관통홈; 상기 광 흡수층 및 상기 버퍼층을 관통하는 제 2 관통홈을 포함하고, 상기 제 2 관통홈은 상기 제 1 관통홈의 일부와 중첩된다.
실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법은 지지기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 상기 후면전극층에 상기 지지기판의 상면을 노출시키는 제 1 관통홈을 형성하는 단계; 상기 후면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층에 상기 지지기판 및 상기 후면전극층의 상면을 노출시키는 제 2 관통홈을 형성하는 단계; 및 상기 광 흡수층 상 및 상기 제 2 관통홈 내측에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 관통홈은 상기 제 1 관통홈의 일부와 중첩된다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는 광 흡수층에 오버행 구조로 경사지는 내측면을 포함하는 제 2 관통홈을 형성한다. 이에 따라서, 전면전극층이 형성될 때, 전면전극층은 제 2 관통홈에 의해서 자동으로 패터닝될 수 있다.
이에 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 제 3 관통홈을 따로 형성하지 않아도, 상기 전면전극층을 패터닝하여, 다수 개의 전면전극들을 형성할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 용이하게 제조될 수 있다.
또한, 제 1 관통홈 및 제 2 관통홈이 중첩되어 형성되고, 이러한 중첩된 부분에 접속부가 배치되어 태양전지 효율의 손실 없이 시스루 모듈을 구현할 수 있다.
또한, 제 3 관통홈이 형성되지 않는 경우, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 넓은 면적의 유효 발전 영역을 가질 수 있다. 즉, 상기 제 2 관통홈이 형성된 영역 이후부터 유효 발전 영역일 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 데드 존을 줄이고, 향상된 광-전 변환 효율을 가질 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지 패널의 일 단면도이다.
도 2 내지 도 5는 실시예에 따른 태양전지 패널의 제조하는 과정을 도시한 도면들이다.
도 2 내지 도 5는 실시예에 따른 태양전지 패널의 제조하는 과정을 도시한 도면들이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1을 참조하여, 실시예에 따른 태양광 발전장치를 상세하게 설명한다. 도 1은 실시예에 따른 태양전지 패널의 일 단면도이다.
도 1을 참조하면, 태양전지 패널은 지지기판(100), 후면전극층(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500), 전면전극층(600) 및 다수 개의 접속부들(700)을 포함한다.
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.
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.
또한, 상기 후면전극층(200)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
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, 제 1 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
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.
상기 후면전극들은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서 서로 이격된다. 상기 후면전극들은 스트라이프 형태로 배치된다.
이와는 다르게, 상기 후면전극들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 격자 형태로 형성될 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1) 내에는 상기 광 흡수층(300) 및 상기 접속부(700)가 배치될 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1) 내에 투명한 상기 접속부(700)가 배치됨으로써, 시스루(see through) 모듈을 구현할 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)의 폭은 약 50㎛ 내지 900㎛ 일 수 있다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)의 폭이 50㎛보다 작은 경우, 시스루 효과가 급격히 저하될 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 상기 후면전극층(200) 상에 배치된다. 또한, 상기 광 흡수층(300)은 상기 제 1 관통홈들(TH1)의 일부에 배치된다.
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.
상기 광 흡수층(300)의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1eV 내지 1.8eV일 수 있다.
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.
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.
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 광 흡수층(300)을 관통한다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 지지기판(100)의 상면 및 상기 후면전극층(200)의 상면을 노출하는 오픈영역이다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 제 1 관통홈들(TH1)의 일부와 중첩된다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 일부는 상기 제 1 관통홈들(TH1) 상에 배치된다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 제 1 방향으로 연장되는 형상을 가진다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 5㎛ 내지 약 900㎛ 일 수 있다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭이 5㎛ 보다 작은 경우는 구현이 어려울 수 있다.
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.
구체적으로, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 제 1 부(th21) 및 제 2 부(th22)를 포함한다.
상기 제 1 부(th21)는 상기 지지기판(100)의 상면을 노출한다. 상기 제 1 부(th21)는 상기 제 1 관통홈들(TH1)의 일부와 중첩된다. 상기 제 1 부(th21)에 상기 접속부(700)가 배치되고, 상기 제 1 부(th21)를 통해 시스루 모듈을 구현할 수 있다. 즉, 상기 제 1 부(th21)가 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 중첩됨으로써, 태양전지 효율의 손실 없이 시스루 모듈을 구현할 수 있다.
이러한 시스루 모듈은 상기 제 1 관통홈들(TH1)의 폭을 넓게 하고 기존의 셀 폭을 유지함으로써 구현할 수 있다. 또한, 상기 제 1 관통홈들(TH1)의 폭은 기존과 대응되게 유지하되, 셀의 개수를 늘려 시스루 영역을 넓힘으로써 구현할 수 있다. 즉, 셀의 개수를 늘림으로써, 투과되는 영역의 개수가 많아지고 태양전지 모듈의 후면을 더 많이 볼 수 있다.
상기 제 2 부(th22)는 상기 후면전극층(200)의 상면을 노출한다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 지지기판(100) 또는 상기 후면전극층(200)에 대하여 경사지는 방향으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 서로 대향하는 제 1 내측면(301) 및 제 2 내측면(302)을 포함하고, 상기 제 1 내측면(301)은 상기 지지기판(100)에 대하여 경사지는 방향으로 형성될 수 있다. 상기 제 2 내측면(302)은 상기 후면전극층(200)에 대하여 경사지는 방향으로 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 부(th21)는 제 1 내측면(301)을 포함한다. 상기 제 1 내측면(301)은 상기 지지기판(100)의 상면에 대하여 오버행 구조로 경사질 수 있다. 즉, 상기 제 1 내측면(301)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 외측으로 기울어질 수 있다. 이에 따라서, 상기 제 1 내측면(301)으로부터, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 외측으로, 상기 지지기판(100)의 상면까지의 각도(θ1)는 90°보다 더 클 수 있다.
상기 제 2 부(th22) 제 2 내측면(302)을 포함한다. 상기 제 2 내측면(302)은 상기 제 1 내측면(301)에 대향한다. 상기 제 2 내측면(302)은 상기 제 1 내측면(301)에 실질적으로 평행할 수 있다. 상기 제 2 내측면(302)은 상기 후면전극층(200)의 상면에 대하여 경사진다.
상기 제 2 내측면(302)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 내측으로 기울어질 수 있다. 이에 따라서, 상기 제 2 내측면(302)으로부터, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 내측으로, 상기 후면전극층(200)의 상면까지의 각도(θ2)는 90°보다 더 작을 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 2 내측면(301)으로부터, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 내측으로, 상기 후면전극층(200)의 상면까지의 각도(θ2)는 약 30° 내지 약 60°일 수 있다. 상기 제 2 내측면(301)으로부터, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 내측으로, 상기 후면전극층(200)의 상면까지의 각도(θ2)가 30° 보다 작을 경우, 태양전지 구조의 파괴를 가져올 수 있다. 또한, 상기 제 2 내측면(301)으로부터, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 내측으로, 상기 후면전극층(200)의 상면까지의 각도(θ2)가 60° 보다 클 경우, 전기적 단락이 발생할 수 있다.
이에 따라서, 상기 제 2 관통홈들(TH2)에는 돌출부(303) 및 리세스(R)가 형성된다. 상기 돌출부(303)는 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 내측으로 돌출된다. 또한, 상기 리세스(R)는 상기 돌출부(303) 아래에 형성된다. 즉, 상기 리세스(R)는 상기 돌출부(303) 및 상기 후면전극층(200) 사이의 공간이다. 이에 따라서, 상기 돌출부(303)는 상기 리세스(R)에 의해서 상기 후면전극층(200)과 이격된다. 상기 돌출부(303) 및 상기 리세스(R)는 상기 제 2 내측면(302)이 오버행 구조로 경사지기 때문에, 필연적으로 발생되는 구조이다.
상기 돌출부(303)는 상기 광 흡수부들의 일 측면으로부터 측방으로 돌출된다. 더 자세하게, 상기 돌출부(303)는 상기 광 흡수부들의 측면의 상부로부터 측방으로 돌출된다. 또한, 상기 돌출부(303)는 상기 광 흡수부들과 각각 일체로 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(400)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 버퍼들로 정의된다. 즉, 상기 버퍼층(400)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 상기 버퍼들로 구분된다.
상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 고저항 버퍼들로 정의된다. 즉, 상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 상기 고저항 버퍼들로 구분된다.
상기 전면전극층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 배치된다. 상기 전면전극층(600)은 투명하며, 도전층이다. 또한, 상기 전면전극층(600)의 저항은 상기 후면전극층(200)의 저항보다 높다.
상기 전면전극층(600)은 산화물을 포함한다. 예를 들어, 상기 전면전극층(600)으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(Al doped zinc oxide;AZO) 또는 갈륨 도핑된 징크 옥사이드(Ga doped zinc oxide;GZO) 등을 들 수 있다.
상기 전면전극층(600)의 두께는 약 0.5㎛ 내지 약 1.5㎛일 수 있다. 상기 전면전극층(600)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서 자동적으로 패터닝될 수 있다. 상기 제 2 내측면(302)이 오버행 구조를 가지기 때문에, 상기 제 2 내측면(302)에는 상기 전면전극층(600)을 형성하기 위한 물질이 증착되지 않는다.
이에 따라서, 상기 전면전극층(600)은 상기 제 2 내측면(302)의 일부 또는 전부를 노출시키는 단선 영역(CT)이 정의된다. 결국, 상기 전면전극층(600)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서 다수 개의 전면전극들로 구분될 수 있다.
상기 전면전극들은 상기 후면전극들과 대응되는 형상을 가진다. 즉, 상기 전면전극들은 스트라이프 형태로 배치된다. 이와는 다르게, 상기 전면전극들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 셀들이 정의된다. 즉, 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 셀들로 구분된다. 또한, 상기 셀들은 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 서로 연결된다. 즉, 상기 셀들을 통하여 상기 제 2 방향으로 전류가 흐를 수 있다.
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.
따라서, 상기 접속부들(700)은 서로 인접하는 셀들을 연결한다. 더 자세하게, 상기 접속부들(700)은 서로 인접하는 셀들에 각각 포함된 전면전극과 후면전극을 연결한다.
상기 접속부(700)는 상기 전면전극층(600)과 일체로 형성된다. 즉, 상기 접속부(700)로 사용되는 물질은 상기 전면전극층(600)으로 사용되는 물질과 동일하다.
상기 접속부(700)의 끝단은 상기 리세스(R)를 향한다. 구체적으로, 상기 접속부(700)는 상기 제 1 부(th21)의 바닥면 및 상기 제 2 부(th22)의 바닥면 일부를 덮을 수 있다. 즉, 상기 접속부(700)는 상기 제 1 부(th21)의 모든 바닥면을 덮을 수 있고, 상기 제 2 부(th22)의 일부의 바닥면을 덮을 수 있다.
상기 접속부(700)의 끝단은 상기 리세스(R) 내에 배치될 수 있다. 상기 접속부(700)의 끝단은 상기 제 2 내측면(302)과는 이격될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 상기 전면전극층(600)은 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서 자동으로 패터닝될 수 있다. 이에 따라서, 실시예에 따른 태양전지 패널은 상기 제 1 관통홈들(TH1) 및 상기 제 2 관통홈들(TH2) 이외에 추가적인 관통홈들을 따로 형성하지 않아도, 상기 전면전극층(600)을 패터닝할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 태양전지 패널은 용이하게 제조될 수 있다.
또한, 추가적인 관통홈들이 형성되지 않기 때문에, 실시예에 따른 태양전지 패널은 넓은 면적의 유효 발전 영역을 가질 수 있다. 즉, 상기 제 2 관통홈들(TH2)이 형성된 영역 이후부터 유효 발전 영역일 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 태양전지 패널은 데드 존을 줄이고, 향상된 광-전 변환 효율을 가질 수 있다.
또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 일부가 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 중첩됨으로써, 태양전지 효율의 손실 없이 시스루 모듈을 구현할 수 있다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 상기 제 2 관통홈들(TH2)이 중첩되는 부분에 배치되는 상기 접속부(700)는 투명하기 때문에 시스루 구조를 형성할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여, 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법을 설명한다. 도 2 내지 도 5는 실시예에 따른 태양전지 패널의 제조하는 과정을 도시한 도면들이다. 본 제조방법에 관한 설명은 앞서 설명한 태양전지 패널에 대한 설명을 참고한다. 앞서 설명한 태양전지 패널에 대한 설명은 본 제조방법에 관한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.
도 2를 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.
상기 후면전극층(200)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴 등을 들 수 있다. 상기 후면전극층(200)은 서로 다른 공정 조건으로 두 개 이상의 층들로 형성될 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하며, 약 50㎛ 내지 약 900㎛의 폭을 가질 수 있다.
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.
도 3을 참조하면, 상기 후면전극층(200) 상에 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 고저항 버퍼층(500)이 형성된다.
상기 광 흡수층(300)은 스퍼터링 공정 또는 증발법 등에 의해서 형성될 수 있다.
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.
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.
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.
이후, 황화 카드뮴이 스퍼터링 공정 또는 용액성장법(chemical bath depositon;CBD) 등에 의해서 증착되고, 상기 버퍼층(400)이 형성된다.
이후, 상기 버퍼층(400) 상에 징크 옥사이드가 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 고저항 버퍼층(500)이 형성된다.
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.
도 4를 참조하면, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)의 일부가 제거되어 제 2 관통홈들(TH2)이 형성된다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)은 팁 등의 기계적인 장치 또는 레이저 장치 등에 의해서 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)은 팁에 의해서 기계적으로 패터닝될 수 있다. 상기 팁의 폭은 약 5㎛ 내지 약 900㎛일 수 있다.
이때, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 지지기판(100)에 대하여 경사지는 방향으로 패터닝될 수 있다. 즉, 상기 팁의 끝단은 상기 지지기판(100)에 대하여 경사지는 방향으로 연장될 수 있다. 상기 팁에 의해서, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 지지기판(100) 또는 상기 후면전극층(200)에 대하여 경사지는 방향으로 압력이 가해지고, 패터닝될 수 있다.
또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 레이저에 의해서 패터닝될 수 있다. 이때, 상기 레이저는 상기 지지기판(100)에 대하여 경사지는 방향으로, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)에 조사될 수 있다.
이에 따라서, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 지지기판(100)에 대하여 경사지는 방향으로 형성될 수 있다.
또한, 에너지 밀도가 편심된 레이저에 의해서, 상기 제 2 관통홈들(TH2)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 레이저의 에너지 밀도는 제 2 내측면(302)에 가까운 부분의 에너지 밀도가 더 높도록 편심된 에너지 밀도를 가질 수 있다.
이와 같은 에너지 밀도가 편심된 레이저는 상기 지지기판(100)에 대하여 수직으로 상기 광 흡수층(300)에 조사되어도, 상기 광 흡수층(300)에 오버행 구조의 내측면을 포함하는 제 2 관통홈들(TH2)이 형성될 수 있다.
도 5를 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.
예를 들어, 상기 전면전극층(600)은 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드 등과 같은 투명한 도전물질이 상기 고저항 버퍼층(500)의 상면 및 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 내측에 스퍼터링 공정에 의해서 증착되어 형성될 수 있다.
상기 투명한 도전물질은 상기 지지기판(100)에 대하여 수직한 방향으로 증착될 수 있다.
이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 일 내부에도 상기 투명한 도전물질이 증착되고, 접속부가 형성될 수 있다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)은 오버행 구조의 상기 제 1 내측면(301)을 포함하기 때문에, 상기 전면전극층(600)은 자동적으로 패터닝된다. 즉, 리세스(R)부에는 상기 투명한 도전물질이 증착되지 않고, 단선 영역(CT)이 형성될 수 있다. 이에 따라서, 상기 전면전극층(600)은 자동적으로 패턴닝될 수 있다.
이와 같이, 향상된 광-전 변환 효율을 가지는 태양전지 패널이 용이하게 제조될 수 있다.
상술한 실시예에 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 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 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, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (16)
- 지지기판;
상기 지지기판 상에 배치되는 후면전극층;
상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층;
상기 광 흡수층 상에 배치되는 버퍼층; 및
상기 버퍼층 상에 배치되는 전면전극층을 포함하고,
상기 후면전극층에 형성되고, 상기 지지기판의 상면을 노출하는 제 1 관통홈;
상기 광 흡수층 및 상기 버퍼층을 관통하는 제 2 관통홈을 포함하고,
상기 제 2 관통홈은 상기 제 1 관통홈의 일부와 중첩되고,
상기 제 2 관통홈의 제 1 내측면은 상기 지지기판의 상면에 대하여 오버행 구조로 경사지는 태양광 발전장치. - 제1항에 있어서,
상기 제 2 관통홈의 일부는 상기 제 1 관통홈 상에 배치되는 태양광 발전장치. - 제1항에 있어서,
상기 제 2 관통홈은 상기 지지기판의 상면을 노출하는 제 1 부 및 상기 후면전극층의 상면을 노출하는 제 2 부를 포함하는 태양광 발전장치. - 제3항에 있어서,
상기 제 1 부는 상기 제 1 관통홈의 일부와 중첩되는 태양광 발전장치. - 제1항에 있어서,
상기 전면전극층은 상기 제 2 관통홈의 일부에 배치되는 태양광 발전장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제 2 관통홈은 상기 제 1 내측면에 대향하는 제2 내측면을 포함하고,
상기 제 2 내측면은 상기 후면전극층의 상면에 대하여 오버행 구조로 경사지는 태양광 발전장치. - 제7항에 있어서,
상기 제 2 내측면으로부터, 상기 제 2 관통홈의 내측으로, 상기 후면전극층의 상면까지의 각도는 30 °내지 60 °인 태양광 발전장치. - 제7항에 있어서,
상기 전면전극층은 상기 제 1 내측면 및 상기 제 1 부의 바닥면을 덮는 태양광 발전장치. - 제7항에 있어서,
상기 전면전극층은 상기 제 2 내측면의 일부 또는 전부를 노출시키는 단선 영역을 포함하는 태양광 발전장치. - 지지기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계;
상기 후면전극층에 상기 지지기판의 상면을 노출시키는 제 1 관통홈을 형성하는 단계;
상기 후면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계;
상기 광 흡수층에 상기 지지기판 및 상기 후면전극층의 상면을 노출시키는 제 2 관통홈을 형성하는 단계; 및
상기 광 흡수층 상 및 상기 제 2 관통홈 내측에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제 2 관통홈은 상기 제 1 관통홈의 일부와 중첩되고,
상기 제 2 관통홈의 제 1 내측면은 상기 지지기판의 상면에 대하여 오버행 구조로 경사지는 태양광 발전장치의 제조방법.
- 삭제
- 제11항에 있어서,
상기 제 2 관통홈은 상기 제 1 내측면에 대향하는 제 2 내측면을 포함하고,
상기 제 2 내측면은 상기 후면전극층의 상면에 대하여 오버행 구조로 경사지는 태양광 발전장치의 제조방법. - 제11항에 있어서,
상기 제 2 관통홈을 형성하는 단계에서,
상기 지지기판에 대하여 경사지는 방향으로 상기 광 흡수층에 레이저가 조사되는 태양광 발전장치의 제조방법. - 제11항에 있어서,
상기 제 2 관통홈을 형성하는 단계에서,
상기 지지기판에 대하여 경사지는 방향으로 상기 광 흡수층에 기계적인 충격이 가해지는 태양광 발전장치의 제조방법. - 제11항에 있어서,
상기 제 2 관통홈을 형성하는 단계에서,
상기 지지기판에 대하여 경사지는 방향을 향하는 끝단을 포함하는 팁에 의해서, 상기 광 흡수층이 패터닝되는 태양광 발전장치의 제조방법.
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