KR101405639B1 - 태양전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 태양전지 제조 방법은, 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계; 상기 후면 전극층을 관통하는 제 1 관통홈을 형성하는 단계; 상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 2 관통홈을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 관통홈 및 상기 제 2 관통홈의 장간격은 40㎛ 이상이다.
실시예에 따른 태양전지는, 기판; 상기 기판 상에 배치되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 버퍼층을 포함하고, 상기 후면 전극층 상에는 상기 후면 전극층을 관통하는 제 1 관통홈이 형성되며, 상기 버퍼층 상에는 상기 버퍼층, 상기 광 흡수층을 관통하는 제 2 관통홈이 형성되고, 상기 제 1 관통홈과 상기 제 2 관통홈은 서로 오버래핑된다.

Description

태양전지 및 이의 제조 방법{SOLAR CELL AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
실시예는 태양전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
태양광 발전을 위한 태양전지의 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 기판이 제공되고, 상기 기판 상에 후면전극층이 형성되고, 레이저에 의해서 패터닝되어, 다수 개의 이면전극들이 형성된다.
이후, 상기 이면전극들 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.
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.
이후, 상기 광 흡수층, 상기 버퍼층 및 상기 고저항 버퍼층에 홈 패턴이 형성될 수 있다.
이후, 상기 고저항 버퍼층 상에 투명한 도전물질이 적층되고, 상기 홈패턴이 상기 투명한 도전물질이 채워진다. 이에 따라서, 상기 고저항 버퍼층 상에 투명전극층이 형성되고, 상기 홈 패턴 내측에 접속배선들이 각각 형성된다. 상기 투명전극층 및 상기 접속배선으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드 등을 들 수 있다. 상기 투명전극층의 에너지 밴드갭은 약 3.1 내지 3.3 eV 이다.
이후, 상기 투명전극층 등에 홈 패턴이 형성되어, 다수 개의 태양전지들이 형성될 수 있다. 상기 투명전극들 및 상기 고저항 버퍼들은 각각의 셀에 대응한다. 상기 투명전극들 및 상기 고저항 버퍼들은 스트라이프 형태 또는 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
상기 투명전극들 및 상기 이면전극들은 서로 미스 얼라인되며, 상기 투명전극들 및 상기 이면전극들은 상기 접속배선들에 의해서 각각 전기적으로 연결된다. 이에 따라서, 다수 개의 태양전지들이 서로 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다.
이와 같이, 태양광을 전기에너지로 변환시키기 위해서, 다양한 형태의 태양광 발전장치가 제조되고, 사용될 수 있다. 이와 같은 태양광 발전장치는 특허 공개 공보 10-2008-0088744 등에 개시된다.
한편, 기존 공정에 있어서는, 상기 광 흡수층 증착 공정시 500℃ 이상의 고온에서 진행되기 때문에, 상기 광 흡수층을 증착하는 과정에서, 상기 지지 기판의 휨 현상이 발생할 수 있다. 이에 따라, 상기 후면 전극층을 관통하는 제 1 관통홈도 함께 휘어지는 문제점이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 제 1 관통홈과, 상기 버퍼층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 2 관통홈과 오버래핑되는 문제점이 있었다.
이에 따라. 기존 공정서는, 상기 제 1 관통홈이 휘는 것을 고려하여, 상기 제 1 관통홈과 상기 제 2 관통홈의 오버래핑을 방지하기 위해, 상기 제 1 관통홈과 상기 제 2 관통홈을 충분한 거리로 이격하여 형성하였다.
그러나, 상기 제 1 관통홈과 상기 제 2 관통홈의 간격이 넓어질수록 발전이 되지 않는 데드존(dead zone) 영역이 증가하게 되어 태양전지의 효율이 감소하는 원인이 되었다.
따라서, 상기 제 1 관통홈과 상기 제 2 관통홈의 간격을 적절하게 조절하여 상기 데드존 영역을 감소시킬 수 있는 태양전지 및 이의 제조 방법의 필요성이 대두된다.
실시예는 향상된 광-전 변환 효율을 가지는 태양전지 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 태양전지 제조 방법은, 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계; 상기 후면 전극층을 관통하는 제 1 관통홈을 형성하는 단계; 상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 2 관통홈을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 관통홈 및 상기 제 2 관통홈의 장간격은 40㎛ 이상이다.
실시예에 따른 태양전지는, 기판; 상기 기판 상에 배치되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 버퍼층을 포함하고, 상기 후면 전극층 상에는 상기 후면 전극층을 관통하는 제 1 관통홈이 형성되며, 상기 버퍼층 상에는 상기 버퍼층, 상기 광 흡수층을 관통하는 제 2 관통홈이 형성되고, 상기 제 1 관통홈과 상기 제 2 관통홈은 서로 오버래핑된다.
실시예에 따른 태양전지 및 태양전지 제조 방법은, 제 1 관통홈들과 제 2 관통홈들)의 간격을 최소화함으로써, 전체적으로 태양전지에서 발전이 되지 않는 비효율 영역 즉, 데드존(dead zone) 영역을 감소시킬 수 있다.
즉, 종래에는, 상기 제 1 관통홈들과 상기 제 2 관통홈들을 형성할 때, 상기 제 1 관통홈들이 휘는 것을 고려하여, 상기 제 1 관통홈들과 상기 제 2 관통홈들의 간격을 서로 오버래핑되지 않도록 충분하게 이격하여 형성하였으므로, 데드존 영역이 증가하였다.
그러나, 실시예예 따른 태양전지 및 태양전지 제조 방법은, 상기 제 1 관통홈들과 상기 제 2 관통홈들의 간격을 최소화하여 데드존 영역을 감소시킴으로써, 전체적으로 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지를 도시한 평면도이다.
도 2는 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 실시예에 따른 태양전지의 다른 일 단면을 도시한 단면도들이다.
도 6 내지 도 12는 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 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.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 실시예에 따른 태양전지를 상세하게 설명한다. 도 1은 실시예에 따른 태양전지를 도시한 평면도이고, 도 2는 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이며, 도 3 내지 도 5는 실시예에 따른 태양전지의 다른 일 단면을 도시한 단면도들이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 실시예에 따른 태양전지는, 지지 기판(100), 후면 전극층(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 전면 전극층(500)을 포함한다.
상기 지지 기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 후면 전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 전면 전극층(500) 및 상기 접속부(600)를 지지한다.
상기 지지 기판(100)은 절연체일 수 있다. 상기 지지 기판(100)은 유리 기판, 플라스틱 기판 또는 금속 기판일 수 있다. 더 자세하게, 상기 지지 기판(100)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있다. 이와는 다르게, 상기 지지 기판(100)의 재질로 알루미나와 같은 세라믹 기판, 스테인레스 스틸, 유연성이 있는 고분자 등이 사용될 수 있다. 상기 지지 기판(100)은 투명할 수 있다. 상기 지지 기판(100)은 리지드(rigid)하거나 플렉서블(flexible)할 수 있다.
상기 후면 전극층(200)은 상기 지지 기판(100) 상에 배치된다. 상기 후면 전극층(200)은 도전층이다. 상기 후면 전극층(200)은 몰리브덴(Mo), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 텅스템(W) 및 구리(Cu) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 이 가운데, 특히 몰리브덴은 다른 원소에 비해 상기 지지 기판(100)과 열팽창 계수의 차이가 적기 때문에, 접착성이 우수하여 박리 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 후면 전극층(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)에 대해서는 이하 상세하게 설명한다.
상기 광 흡수층(300)은 상기 후면전극층(200) 상에 배치된다. 또한, 상기 광 흡수층(300)에 포함된 물질은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 채워진다.
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.
이어서, 상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300)에 직접 접촉한다. 상기 버퍼층(400)은 황화 카드뮴, ZnS, InXSY 및 InXSeYZn(O, OH) 등을 포함한다. 상기 버퍼층(400)의 두께는 약 50 ㎚ 내지 약 150 ㎚ 일 수 있으며, 상기 버퍼층(400)의 에너지 밴드갭은 약 2.2 eV 내지 2.4 eV 일 수 있다.
상기 버퍼층(400) 상에는 고저항 버퍼층이 더 배치될 수 있다. 상기 고저항 버퍼층은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층의 에너지 밴드갭은 약 3.1 eV 내지 약 3.3 eV 일 수 있다. 또한, 상기 고저항 버퍼층은 생략될 수 있다.
상기 버퍼층(400) 상에는 제 2 관통홈들(TH2)이 형성될 수 있다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 대해서는 이하 상세하게 설명한다.
상기 전면 전극층(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 배치된다. 또는, 상기 고저항 버퍼층이 형성되는 경우, 상기 전면 전극층(500)은 상기 고저항 버퍼층 상에 배치된다. 상기 전면 전극층(500)은 투명하며 도전층이다. 또한, 상기 전면 전극층(500)의 저항은 상기 후면 전극층(500)의 저항보다 높다.
상기 전면 전극층(500)은 산화물을 포함한다. 일례로, 상기 전면 전극층(500)으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드(Al doped ZnC;AZO), 인듐 징크 옥사이드(indium zinc oxide;IZO) 또는 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide;ITO) 등을 들 수 있다.
상기 전면 전극층(500)의 두께는 약 500㎚ 내지 약 1.5㎛일 수 있다. 또한, 상기 전면 전극층(500)이 알루미늄이 도핑되는 징크 옥사이드로 형성되는 경우, 알루미늄은 약 2.5wt% 내지 약 3.5wt%의 비율로 도핑될 수 있다.
상기 버퍼층(400) 및 상기 전면 전극층(500)에는 제 3 관통홈들(TH3)이 형성된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 버퍼층(400)의 일부 또는 전부, 상기 고저항 버퍼층 및 상기 전면 전극층(500)을 관통할 수 있다. 즉, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 후면 전극층(200)의 상면을 노출시킬 수 있다.
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. 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 1 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 전면전극층(500)을 관통한다. 더 자세하게, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및/또는 상기 고저항 버퍼층을 일부 또는 전부 관통할 수 있다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 전면전극층(500)은 다수 개의 전면전극들로 구분된다. 즉, 상기 전면전극들은 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서 정의된다.
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 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 다수 개의 태양전지들(C1, C2...)이 정의된다. 더 자세하게, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 및 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 태양전지들(C1, C2...)이 정의된다. 즉, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 및 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 태양전지들(C1, C2...)로 구분된다. 또한, 상기 태양전지들(C1, C2...)은 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 서로 연결된다. 즉, 상기 태양전지들(C1, C2...)을 통하여 상기 제 2 방향으로 전류가 흐를 수 있다.
즉, 상기 태양전지 패널(10)은 상기 지지기판(100) 및 상기 태양전지들(C1, C2...)을 포함한다. 상기 태양전지들(C1, C2...)은 상기 지지기판(100) 상에 배치되고, 서로 이격된다. 또한, 상기 태양전지들(C1, C2...)은 상기 접속부들(600)에 의해서 서로 직렬로 연결된다.
상기 접속부들(600)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 배치된다. 상기 접속부들(600)은 상기 전면 전극층(500)으로부터 하방으로 연장되며, 상기 후면 전극층(200)에 접속된다. 예를 들어, 상기 접속부들(600)은 상기 제 1 셀(C1)의 전면전극으로부터 연장되어, 상기 제 2 셀(C2)의 후면전극에 접속된다.
따라서, 상기 접속부들(600)은 서로 인접하는 태양전지들을 연결한다. 더 자세하게, 상기 접속부들(600)은 서로 인접하는 태양전지들에 각각 포함된 전면전극과 후면전극을 연결한다.
상기 접속부(600)는 상기 전면전극층(600)과 일체로 형성된다. 즉, 상기 접속부(600)로 사용되는 물질은 상기 전면전극층(500)으로 사용되는 물질과 동일하다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 실시예에 따른 상기 제 1 관통홈들(TH1)및 상기 제 2 관통홈들(TH2)을 설명한다.
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)의 폭은 약 80㎛ 내지 200㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
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 후면 전극들은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서 서로 이격된다. 상기 후면 전극들은 스트라이프 형태로 배치된다.
이와는 다르게, 상기 후면 전극들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 격자 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 지지 기판(100)의 상면 및 상기 후면 전극층(200)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 평면에서 보았을 때, 일 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 80㎛ 내지 200㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 버퍼층(400)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 버퍼층들로 정의된다. 즉, 상기 버퍼층(400)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 상기 버퍼층들로 구분된다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)과 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 일정한 간격으로 이격될 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 부분적으로 서로 오버래핑(overlapping)되면서, 또한, 부분적으로는 서로 이격될 수 있다.
자세하게, 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 각각 홈들의 양 끝단 또는 중앙 부분에서 서로 오버래핑될 수 있다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 상기 제 2 관통홈들(TH2)이 서로 양 끝단에서 오버래핑되는 경우에는, 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 각각 중앙 부분에서 양 끝단으로 연장하는 방향으로 이격할 수 있다. 또한, 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 상기 제 2 관통홈들(TH2)이 서로 중앙 부분에서 오버래핑 되는 경우에는, 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 서로 양 끝단에서 중앙 부분으로 연장하는 방향으로 이격할 수 있다.
즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 제 1 관통홈들(TH1)의 휘어지는 방향에 따라서, 일정한 간격을 가지도록 서로 이격될 수 있다.
이때, 도 4와 같이 상기 제 1 관통홈들(TH1)이 휘어지는 경우, 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 간격(d1)은 40㎛ 이상일 수 있다. 바람직하게는, 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 간격(d1)은 40㎛ 내지 200㎛일 수 있다.
또한, 도 5와 같이 상기 제 1 관통홈들(TH1)이 휘어지는 경우, 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 간격(d2)은 40㎛ 이상일 수 있다. 바람직하게는, 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 간격(d2)은 40㎛ 내지 200㎛일 수 있다.
또한, 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 일정한 비율로 서로 오버래핑될 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭에 대해 1% 내지 20% 만큼 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 서로 오버래핑될 수 있다.
일례로, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭이 100㎛인 경우, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 1㎛ 내지 40㎛ 만큼 오버래핑될 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)과 상기 제 2 관통홈들(TH2)이 서로 오버래핑되는 비율 범위는 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해 서로 접속되는 상기 전면 전극층과 상기 후면 전극층의 효율을 고려하여 설정된 값이다. 즉, 상기 제 2 관통홈들(TH2)이 1% 내지 20% 만큼 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 서로 오버래핑되는 경우에는, 상기 전면 전극층과 상기 후면 전극층의 접속을 저해하지 않아, 전체적으로 태양전지의 효율을 감소시키지 않는다.
도 3 내지 도 5에서는 설명의 편의를 위해 하나의 제 1 관통홈(TH1)과 하나의 제 2 관통홈(TH2)이 도시되어 있지만, 실시예는 이에 제한되지 않고, 실시예는 복수 개의 제 1 관통홈들(TH1)과 복수 개의 제 2 관통홈들(TH2)이 형성될 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 간격을 최소화함으로써, 전체적으로 태양전지에서 발전이 되지 않는 비효율 영역 즉, 데드존(dead zone) 영역을 감소시킬 수 있다.
즉, 종래에는, 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 상기 제 2 관통홈들(TH2)을 형성할 때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)이 휘는 것을 고려하여, 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 간격을 서로 오버래핑되지 않도록 충분하게 이격하여 형성하였으므로, 데드존 영역이 증가하였다.
그러나, 실시예예 따른 태양전지는 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 간격을 최소화하여 데드존 영역을 감소시킴으로써, 전체적으로 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
이하. 도 6 내지 도 12를 참조하여, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명한다. 도 3 내지 도 10은 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다. 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에 대한 설명에서는 앞서 설명한 태양전지에 대한 설명과 본질적으로 결합한다.
먼저, 도 6을 참조하면, 지지 기판(100) 상에 후면 전극층(200)이 형성된다. 상기 후면 전극층(200)은 PVD(Physical Vapor Deposition) 또는 도금의 방법으로 형성될 수 있다.
이어서, 도 7을 참조하면, 상기 후면 전극층(200)은 패터닝되어 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 지지 기판(100) 상에 다수 개의 후면전극들이 형성된다. 상기 후면 전극층(200)은 레이저에 의해서 패터닝된다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지 기판(100)의 상면을 노출하며, 약 80㎛ 내지 약 200㎛의 폭을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 지지 기판(100) 및 상기 후면 전극층(200) 사이에 확산방지막 등과 같은 추가적인 층이 개재될 수 있고, 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 추가적인 층의 상면을 노출하게 된다.
이어서, 도 8을 참조하면, 상기 후면전극층(200) 상에 광 흡수층(300)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, 도 9를 참조하면, 상기 광 흡수층(300) 상에 버퍼층(400)이 형성된다. 상기 버퍼층(400)의 제조방법은 당업계에서 태양전지의 버퍼층 제조를 위해 사용하는 것이라면 특별히 제한없이 사용가능하다. 예를 들어, 상기 버퍼층(400)은 스퍼터링법(sputtering), 증발법(evaporation), CVD법(Chemical vapor deposition), 유기금속화학기상증착(MOCVD), 근접승화법(Close-spaced sublimation, CSS), 스프레이 피롤리시스(Spray pyrolysis), 화학 스프레이법(Chemical spraying), 스크린프린팅법(Screeen printing), 비진공 액상성막법, CBD법(Chemicalbath deposition), VTD법(Vapor transport deposition), 원자층 증착 (Atomic layer deposition: ALD), 및 전착법(electrodeposition) 중에서 선택된 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다. 더 자세하게, 상기 버퍼층(400)은 용액성장법(Chemicalbath deposition; CBD), 원자층 증착 (Atomic layer deposition: ALD) 또는, 유기금속화학기상증착(MOCVD)에 의하여 제조될 수 있다.
이어서, 상기 버퍼층(400) 상에 징크 옥사이드가 증착 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 고저항 버퍼층이 더 형성될 수 있다. 상기 고저항 버퍼층은 디에틸아연(diethylzinc, DEZ) 및 H2O 를 증착함으로써 형성될 수 있다.
상기 고저항 버퍼층은 화학 증착(chemical vapor deposition, CVD), 유기금속 화학 증착(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD) 또는 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD)에 의해 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 고저항 버퍼층은 유기금속 화학 증착을 통해 형성될 수 있다.
이어서, 도 10을 참조하면, 상기 광 흡수층(300) 및 상기 버퍼층(400)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.
예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 180㎛의 폭을 가지는 팁에 의해서, 상기 광 흡수층(300) 및 상기 버퍼층(400) 및/또는 고저항 버퍼층은 패터닝될 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 약 200 내지 600㎚의 파장을 가지는 레이저에 의해서 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 후면전극층(200)의 상면의 일부를 노출하도록 형성된다.
이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 부분적으로 이격하며, 부분적으로 오버래핑되도록 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 관통홈 들(TH1)및 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 간격은 40㎛ 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 관통홈 들(TH1)및 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 간격은 40㎛ 내지 200㎛ 일 수 있다.
즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 광 흡수층(300)을 형성하는 단계에서 도 4 또는 도 5와 같이 일정한 방향으로 휘어질 수 있다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)의 휘어지는 방향에 따라서, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 중앙 부분 또는 양 끝단 부분에서 서로 오버래핑되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 전체 폭에 대하여 1% 내지 40% 만큼 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 서로 오버래핑되도록 형성될 수 있다.
이어서, 도 11을 참조하면, 상기 버퍼층(400) 상에 전면 전극층이 형성될 수 있다. 일례로, 상기 전면 전극층(800)은 RF 스퍼터링 방법으로 ZnO 타겟을 사용하여 증착하는 방법과 Zn 타겟을 이용한 반응성 스퍼터링, 또는 유기금속화학증착법 등으로 형성될 수 있다.
이어서, 도 12를 참조하면, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 전면 전극층(500)의 일부가 제거되어 제 3 관통홈(TH3)들이 형성된다. 이에 따라서, 상기 전면 전극층(500)은 패터닝되어, 다수 개의 전면전극들 및 제 1 셀(C1), 제 2 셀(C2) 및 제 3 셀들(C3)이 정의된다. 상기 제 3 관통홈(TH3)들의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 실시예에 따른 태양전지 제조 방법에서는, 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 간격을 최소화함으로써, 전체적으로 태양전지에서 발전이 되지 않는 비효율 영역 즉, 데드존(dead zone) 영역을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 전체적으로 태양전지의 효율을 향상시킬 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 (11)

  1. 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계;
    상기 후면 전극층을 관통하는 제 1 관통홈을 형성하는 단계;
    상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계;
    상기 광 흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및
    상기 버퍼층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 2 관통홈을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 관통홈과 상기 제 2 관통홈은 양 끝단에서 서로 오버래핑되고, 중앙 부분에서 상기 양 끝단으로 연장하면서 서로 이격되고,
    상기 제 1 관통홈 및 상기 제 2 관통홈의 간격은 40㎛ 내지 200㎛인 태양전지 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계 이후에
    상기 제 1 관통홈과 상기 제 2 관통홈은 오버래핑(overlapping)되는 태양전지 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1 관통홈과 상기 제 2 관통홈은 상기 제 2 관통홈의 전체 폭에 대하여 1% 내지 40% 만큼 오버래핑되는 태양전지 제조 방법.
  5. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 후면 전극층;
    상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및
    상기 광 흡수층 상에 배치되는 버퍼층을 포함하고,
    상기 후면 전극층 상에는 상기 후면 전극층을 관통하는 제 1 관통홈이 형성되며,
    상기 버퍼층 상에는 상기 버퍼층, 상기 광 흡수층을 관통하는 제 2 관통홈이 형성되고,
    상기 제 1 관통홈과 상기 제 2 관통홈은 양 끝단에서 서로 오버래핑되고, 중앙 부분에서 상기 양 끝단으로 연장하면서 서로 이격되고,
    상기 제 1 관통홈 및 상기 제 2 관통홈의 간격은 40㎛ 내지 200㎛인 태양전지.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 관통홈의 폭은 80㎛ 내지 200㎛이고,
    상기 제 2 관통홈의 폭은 100㎛ 내지 200㎛ 인 태양전지.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 2 관통홈은, 상기 제 2 관통홈의 폭에 대해 1% 내지 20% 만큼 상기 제 1 관통홈과 오버래핑되는 태양전지.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계;
    상기 후면 전극층을 관통하는 제 1 관통홈을 형성하는 단계;
    상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계;
    상기 광 흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및
    상기 버퍼층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 2 관통홈을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 관통홈과 상기 제 2 관통홈은 중앙 부분에서 서로 오버래핑되고, 양 끝단에서 상기 중앙 부분으로 연장하면서 서로 이격되고,
    상기 제 1 관통홈 및 상기 제 2 관통홈의 간격은 40㎛ 내지 200㎛인 태양전지 제조 방법.
  11. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 후면 전극층;
    상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및
    상기 광 흡수층 상에 배치되는 버퍼층을 포함하고,
    상기 후면 전극층 상에는 상기 후면 전극층을 관통하는 제 1 관통홈이 형성되며,
    상기 버퍼층 상에는 상기 버퍼층, 상기 광 흡수층을 관통하는 제 2 관통홈이 형성되고,
    상기 제 1 관통홈과 상기 제 2 관통홈은 중앙 부분에서 서로 오버래핑되고, 양 끝단에서 상기 중앙 부분으로 연장하면서 서로 이격되고,
    상기 제 1 관통홈 및 상기 제 2 관통홈의 간격은 40㎛ 내지 200㎛인 태양전지.

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