KR101403113B1 - 절연특성이 우수한 태양전지용 기판 및 그 제조방법 - Google Patents
절연특성이 우수한 태양전지용 기판 및 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 일측면은 불량이 적고, 품질이 우수한 태양전지용 기판 및 그 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 절연특성이 우수한 태양전지용 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지 자원부존과 환경오염의 대책으로 고효율 태양전지 개발이 대규모로 이루어지고 있다. 태양전지는 태양에너지를 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자이다. 태양전지는 현재, 전기, 전자제품, 주택이나 건물의 전기 공급 그리고 산업 발전에 이르기까지 다양한 분야에 적용되고 있다.
종래, 태양전지에 있어서는 벌크(bulk)의 단결정 Si, 다결정 Si 또는 얇은 층의 아모퍼스 Si(amorphous Si)을 이용한 Si 계 태양전지가 주류였지만, 근래 Si에 의존하지 않은 화합물 반도체계 태양전지의 연구 개발이 이루어지고 있다.
화합물 반도체계 태양전지로는 GaAs계 등의 벌크계와 1b족 원소와 3b족 원소와 6족 원소로 되는 CIS(Cu-In-Se)계 또는 CIGS(Cu-In-Ga-Se)계 등의 박막계가 개발되었다. CIS계 또는 CIGS계는 광흡수율 및 광전 변환 효율이 높게 나타난다.
현재, 태양전지용 기판으로서는 유리 기판이 주로 사용되어 있지만, 가요성을 가지는 금속을 모재로 이용하는 기판 또한 검토되어 왔다. 금속 모재를 이용한 태양전지는 기판의 경량성 및 가요성(flexibility)의 특징으로부터, 유리 기판을 이용한 것에 비교하여 더 넓은 용도에 적용할 수 있다. 또한, 금속 모재는 고온 프로세스에도 견딜 수 있다는 점에서 태양전지의 새로운 광전 변환 효율의 향상을 기대할 수 있다.
그러나, 금속모재를 이용하는 경우, 기판과 그 위에 형성되는 전극 및 광전 변환 반도체층과의 단락이 생기지 않도록, 금속 기판의 표면에 절연층을 형성시켜야 한다.
특허문헌 1에는 태양전지용 기판의 모재로서 스테인리스를 이용하고 그 위에 CVD등의 기상법이나 졸겔법 등의 액상법에 의하여 Si나 Al의 산화물을 커버하고 절연층을 형성하는 것이 제안되었다. 그러나, 상기 제안된 기술로 형성된 절연층은 핀홀이나 크랙이 발생되기 쉬운 문제점이 있다.
뿐만 아니라 제조과정에서 발생되는 모재 자체의 조대한 결함(롤 마크(roll mark) 및 찍힘 등)이 절연층에 전사되어 우수한 절연특성을 확보하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 절연층에 발생될 수 있는 크랙 등과 같은 결함이 없고, 모재 자체의 결함이 없는 절연 효과가 우수한 태양전지용 기판의 개발이 요구되고 있다.
(특허문헌 1) 일본공개특허문헌 특개2001-339081호
본 발명의 일측면은 불량이 적고, 품질이 우수한 태양전지용 기판 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일측면인 절연특성이 우수한 태양전지용 기판은 태양전지의 하부기판으로 금속재질의 모재층, 상기 모재층의 일면에 형성된 SOG층 및 상기 SOG층에 형성된 무기층을 포함한다.
본 발명의 다른 일측면인 절연특성이 우수한 태양전지용 기판의 제조방법은 태양전지의 하부기판으로 금속재질의 모재층을 준비하는 단계, 상기 모재층에 SOG층을 형성하는 단계 및 상기 SOG층에 무기층을 형성하는 단계를 포함한다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 태양전지용 기판의 표면이 평탄하고, 절연특성이 우수하여 제품 득률이 높고, 우수한 품질의 기판을 확보하는 것이 가능하고 더불어, 태양전지 제작 시, 효율이 높은 전지를 제작하는 효과가 있다.
본 발명자들은 단락이 적어 태양전지의 높은 효율을 확보할 수 있는 태양전지용 기판을 도출해내기 위하여 연구해낸 결과, 모재층에 형성되는 절연층의 재료와 코팅방법을 적절히 제어함으로써, 기판의 표면이 평탄하고 동시에 절연피복 특성이 우수한 태양전지용 기판을 생산할 수 있음을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.
먼저, 모재층은 태양전지에 경량성과 가요성을 부여하기 위한 것으로 금속재질이라면 그 종류는 특별히 한정하지는 않으나, 그 중에서도 가공이 용이한 강 재질인 것이 바람직하고, 스테인리스강인 경우 본 발명이 의도하는 절연특성이 우수한 태양전지용 기판을 보다 더 용이하게 확보할 수 있다.
상기 모재층의 일면에 SOG층이 형성될 수 있다. 상기 SOG층은 모재층의 제조과정에서 발생되는 롤 마크 및 찍힘 등의 조대한 결함을 보완해 주며, 기판 위에 증착되는 모듈과의 단락을 유지시켜 절연역할을 한다.
상기 모재층의 결함을 커버할 수 있을 만한 두께로 SOG층을 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 SOG층은 100~10000㎚의 두께인 것이 바람직하다. SOG 층의 두께가 100㎚미만인 경우에는 모재층의 롤 마크 및 찍힘 등과 같은 조대한 결함을 커버하지 못하는 문제가 있으며, 10000㎚를 초과하는 경우에는 과도한 두께로 인해 제조원가가 상승되는 문제가 있다.
또한, SOG층의 표면거칠기는 1~100㎚인 것이 바람직하다. SOG층의 표면거칠기가 1㎚미만인 경우에는 과도한 표면 평탄화 기능 부여로 인해 제조원가가 과도하게 상승되는 문제가 있다. 반면에, 100㎚를 초과하는 경우에는 태양전지에 단락이 발생되는 문제가 있다.
따라서, 상기와 같이 형성된 SOG층에 의하여 금속재질의 모재층에 발생되는 결함은 보완가능하다.
더불어, 상기 SOG층 위에 무기층을 1층 더 형성함으로써, SOG층에서 형성될 수 있는 결함을 보완할 수 있다. 또한, SOG층과는 달리 불순물 함량이 적어 얇은 두께로 층을 형성하여도 절연특성을 향상시킬 수 있다.
상기 무기층으로 사용되는 물질의 예로서는 산화물 또는 질화물 등이 들 수 있다. 보다 상세하게는 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 실리콘 옥사이드(SiOx) 또는 실리콘 나이트라이드(SiNx) 등을 들 수 있다.
상기 무기층의 두께는 이물질의 침투 방지 등의 특성을 고려하여, 무기층의 두께는 적절하게 조절될 수 있다. 상기 무기층의 두께는 50~1000㎚인 것이 바람직하다. 상기 무기층의 두께가 50㎚미만인 경우에는 SOG층의 결함을 충분히 커버할 수 없는 문제가 있다. 반면에, 1000㎚를 초과하는 경우에는 과도한 두께로 인한 제조원가가 상승하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 일측면인 절연특성이 우수한 태양전지용 기판은 태양전지의 하부기판으로 금속재질의 모재층, 상기 모재층의 일면에 형성된 SOG층 및 상기 SOG층에 형성된 무기층을 포함함으로써, 모재에 발생되는 결함 및 절연층에서 발생되는 결함 마저 보완하여 높은 절연효과를 가지는 태양전지용 기판을 제공하는 것이 가능하다.
상기 태양전지용 기판의 제조방법은 특별히 한정하지는 않으나, 본 발명자가 제안한 보다 바람직한 한가지 방법은 하기와 같다.
일단, 하부기판으로 사용할 수 있는 금속재질의 모재층을 준비한다. 모재층은 태양전지에 경량성과 가요성을 부여하기 위한 것으로 금속재질이라면 그 종류는 특별히 한정하지는 않으나, 그 중에서도 가공이 용이한 강 재질인 것이 바람직하고, 스테인리스강인 경우 본 발명이 의도하는 절연특성이 우수한 태양전지용 기판을 보다 더 용이하게 확보할 수 있다.
상기 모재층에 SOG층을 형성한다. 상기 SOG층을 형성하는 방법에 대하여 특별히 한정하지 않으나, 스핀코팅(Spin-coating), 슬릿 코팅(Slit-coating) 등의 습식방법에 의하여 SOG층을 형성시키는 것이 보다 바람직하다.
다음으로, 상기 SOG층(모재층과 접하는 면의 반대면)에 무기층을 형성하는 단계를 후속할 수 있다. 예를 들어, 상기 무기층은 물리기상증착(physical vapor deposition;PVD)공정 또는 화학기상증착(Chemical vapor deposition;CVD)공정에 의해서 형성될 수 있다. 보다 바람직하게는 금속유기화학증착(Metal-Organic Chemical vapor deposition; MOCVD)공정에 의해서 형성된다.
따라서, 본 발명의 다른 일측면인 절연특성이 우수한 태양전지용 기판의 제조방법은 하부기판의 금속재질의 모재층을 준비하는 단계, 상기 모재층에 SOG층을 형성하는 단계 및 상기 SOG층에 무기층을 형성하는 단계를 통하여 모재에 발생되는 결함 및 절연층에서 발생되는 결함 마저 보완하여 높은 절연효과를 가지는 태양전지용 기판을 제조하는 것이 가능하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
표면 거칠기가 300㎚인 스테인리스 강(STS)을 모재층에 하기 표 1의 조건을 만족하는 SOG층 및 무기층을 형성하였다.
발명예 1은 하기 표 1에 나타난 바와 같이 MOCVD의 방법에 의해 무기층을 증착하는 경우이다. MOCVD를 이용하여 증착할 경우 하기 표 1에 나타난 조건에 따라 모재층에 SOG층을 형성시킨 후, 500℃의 온도, 10Torr의 압력하에서 N20 1000sccm, TMA(Trimethyl Aluminum) 45sccm, H2 100sccm의 유량으로 증착하였다.
발명예 2는 하기 표 1에 나타난 바와 같이 PECVD의 방법에 의해 무기층을 증착하는 경우이다. PECVD를 이용하여 증착할 경우 하기 표 1에 나타난 조건에 따라 모재층에 SOG층을 형성시킨 후, 200W의 파워를 인가하여, 800mTorr의 압력하에서 N2O 700sccm, SiH4 45sccm, Ar 700sccm의 유량으로 증착하였다.
| 구분 | SOG층 | 무기층 | ||||
| 두께(㎚) | 표면거칠기(㎚) | 증착방법 | 종류 | 두께(㎚) | 증착방법 | |
| 발명예1 | 1000 | 50 | 슬릿코팅 | Al2O3 | 100 | MOCVD |
| 발명예2 | 2000 | 30 | 슬릿코팅 | SiO2 | 100 | PECVD |
상기와 같은 조건에 의해 형성된 태양전지용 기판은 제조과정에서 발생된 모재층의 결함을 보완하고 또한, 절연층에서 발생되는 핀홀 또는 크랙과 같은 결함을 보완하여 절연특성이 우수한 것을 확인 할 수 있었다. 더불어, 발명예 1 및 2과 같이 2개의 층으로 형성된 절연층을 가짐으로써, 층과 층 사이로 결함이 전달되지 않아 절연특성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (7)
- 태양전지의 하부기판으로 금속재질의 모재층;
상기 모재층의 일면에 형성된 SOG층; 및
상기 SOG층과 상기 모재층이 접하는 면의 반대면 상에 형성된 무기층을 포함하는 절연특성이 우수한 태양전지용 기판.
- 제 1항에 있어서,
상기 모재층은 스테인리스강인 절연특성이 우수한 태양전지용 기판.
- 제 1항에 있어서,
상기 SOG층의 두께는 100~10000㎚이고, 표면 거칠기는 1~100㎚인 절연특성이 우수한 태양전지용 기판.
- 제 1항에 있어서,
상기 무기층은 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 실리콘 옥사이드(SiOx) 또는 실리콘 나이트라이드(SiNx)로 이루어진 그룹에서 1종 이상인 절연특성이 우수한 태양전지용 기판.
- 태양전지의 하부기판으로 금속재질의 모재층을 준비하는 단계;
상기 모재층의 일면에 SOG층을 형성하는 단계; 및
상기 SOG층과 상기 모재층이 접하는 면의 반대면 상에 무기층을 형성하는 단계를 포함하는 절연특성이 우수한 태양전지용 기판의 제조방법.
- 제 5항에 있어서,
상기 SOG층은 습식코팅에 의하여 형성되는 절연특성이 우수한 태양전지용 기판의 제조방법.
- 제 5항에 있어서,
상기 무기층은 진공증착에 의하여 형성되는 절연특성이 우수한 태양전지용 기판의 제조방법.
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