KR101413163B1 - 유연 무기물 태양전지의 제조 방법 - Google Patents

유연 무기물 태양전지의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄성 중합체를 이용하여 유연 기판상에 무기물 태양전지를 전사시키는 공정으로 효율적인 태양전지의 제조가 가능하도록 한 유연 무기물 태양전지 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 그 구조는 유연 기판상에 형성된 후면 전극;상기 후면 전극 상에 형성되는 광흡수층;상기 광흡수층 상에 형성되는 완충층;상기 완충층 상에 형성된 n형 물질층 및 n형 물질층에 형성된 투명전극 및 상부 금속 전극층을 포함하는 것이다.

Description

유연 무기물 태양전지의 제조 방법{Stretchable inorganic compound solar cell and Method for manufacturing the same}
본 발명은 태양전지 제작에 관한 것으로, 구체적으로 탄성 중합체를 이용하여 유연 기판상에 무기물 태양전지를 적층시키는 공정으로 효율적인 태양전지의 제조가 가능하도록 한 유연 무기물 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.
급속도로 발전해 가는 정보화 기술로 인하여 언제 어디서나 손 쉽게 정보를 얻을 수 있는 유비쿼터스 시대가 도래함에 따라 휴대가 편리하고, 이동성이 높은 휴대용 전자기기가 인기를 끌고 있다.
이에 따라 더 얇고 더 가벼우며 휴대하기 쉬운 전자기기가 기본적인 요구사항이 되었으며, 변형이 가능하며, 유연한 전자 소자가 각광을 받고 있다.
유연 전자 소자는 두루마리 형태로 접거나 말 수 있으며, 심지어 구부릴 수 있는 전자소자를 말한다. 이러한 특성으로 인하여 현재 태양전지 및 디스플레이 소자까지 적용되고 있다.
유연 소자의 제작은 현재 유기물 물질 중에서 반도체 특성을 갖는 전도성 유기 반도체의 개발로 인하여 전자재료로서의 활발한 연구가 수행되고 있다.
최근에는 저분자 유기 결정과 전도성 고분자가 개발이 되고 이의 응용이 전자 디스플레이뿐만 아니라 태양전지, 전자파 차단막, 나노 섬유, 분자 자석 및 레이저 개발에 이르기까지 다양화됨에 따라 유기물을 이용한 전자소자의 개발에 연구의 관심이 집중되고 있다.
유기 전자 소자의 특성으로는 다양한 방법으로 합성기 가능하며, 섬유나 필름 형태로 형성 제작하기 쉽다. 또 가볍고 유연하다는 물리적 특성 외에도, 전기 광학적 응용분야에도 활용하기 쉽고, 특히 저렴한 생산비와 낮은 온도에서 공정이 가능하다는 장점이 있다.
유기물은 반도체뿐만 아니라 도전성 고분자, 절연체 등 넓은 전도성 영역에서 폭넓게 존재하고 필요에 따라 원하는 기능을 갖는 소재로의 합성이 쉽다. 또한 유기 전자 소재는 기존의 Si 반도체 전자 소재에 비해 가벼우며 유연한 소자의 성질을 부여해 줄 수 있다는 장점과 함께 진공 증착 및 패터닝(patterning) 장비를 사용하지 않고, 유연 소자의 제조 공정의 장점이 있다.
하지만, 유기물로서의 전자 소자들의 특성이 낮을 뿐만 아니라 그 소자의 신뢰성, 재현성, 영구성 등의 문제로 인하여 많은 어려움이 존재한다. 유연기판에 제작 및 형성이 쉬울지라도 소자 특성 등에서 문제를 보인다면, 가치가 떨어질 수밖에 없을 것이다.
따라서, 이러한 유기물 반도체에서의 소재 물성의 특징을 해결하기 위하여 무기물 반도체 소자를 이용하여 보다 손쉽게 유연기판에 무기물 반도체 소자 제작하는 방법을 제공하는 기술이 필요하다.
반도체 공정 기술에서 소자의 소형화와 고집적화는 시간 및 비용 및 기판의 크기를 감소시켜, 보다 향상된 기능을 위해 핵심적인 요소 중 하나이다. 마이크로 및 나노 제품의 제작의 대량 생산성을 위해서는 소자의 패터닝이 중요하다.
실리콘 재료의 소형화는 포토 리소그래피 기술이 발전됨에 따라 모든 전자 소자 및 회로가 발전 되어 왔다. 현재 다양한 광원을 사용하여 리소그래피 기술이 발전되어 왔다. 이 기술은 매우 작은 형상을 만들어 낼 수 있으나, 접지용과 대량 생산을 위한 실용적이고, 상업적인 방법의 개발이 직면하고 있는 가장 큰 기술적인 문제 중의 하나이다.
리소그래피 기술은 패터닝 하는 공정 명칭으로서 포토 공정과 식각 공정으로 나눌수 있으며, 일반적으로 포토 공정을 의미한다. 실리콘 기반의 반도체 공정에서 리소그래피는 웨이퍼(wafer)위의 다양한 물질에 회로 패턴을 형성키시는 것을 목적으로 기판 위에 포토 레지스트라는 폴리머 물질을 도포한 후 패턴의 원판형 역할을 하는 마스크(Mask)를 이용하여 빛을 투과시킴으로써 레지스트에 광 반응을 일으킨 후 현상(developing)공정을 통하여 레지스트 패턴을 형성 이후 레지스트를 보호층, 장벽층(barrier)으로 활용 에칭하여 최종적으로 원하는 패턴을 구현하는 기술이다.
2000년 이후 소자의 소형화로 인하여 리소그래피 해상도 범위가 100 nm 이하로 내려감에 따라 EUV(extreme UV), soft x-ray, e-beam 공정 기법이 사용되고 있다. 이러한 공정은 공정 장비의 비용이 많이 들고, 사용 유지비 등으로 인하여 공정 단가가 높아지는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 소프트 리소그래피 기술이 이용되고 있다.
현재 미세 구조인 마이크로 구조물과 나노 구조물을 제조하기 위하여 소프트 리스그래피 제작공정 기술이 발전하고 있다. 소프트 리소그래피 공정은 스탬프(Stamp)나 몰드(Mold)의 패턴 모양이 기층으로 옮겨지는(transfer) 기술을 말한다.
표면에 부조 구조를 가지는 엘라스토머 스탬프나 몰드는 소프트 리소그래피 공정의 핵심 요소이며, 공정에 이용되는 엘라스토머로는 PDMS(polydimethylsiloxzane; 폴리디메틸실록산), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리이미드(polymides) 등이 사용되고 있다.
PDMS는 크기가 작은 패턴과 구조물을 만드는데 유용하며, 기판 표면에 상대적으로 넓은 범위에 걸쳐 흡착된다. 또한 PDMS는 충분히 변형 가능하며 마이크로미터 스케일에서 평탄하지 않은 기판과 접촉 시 정교한 접촉을 이룰 수 있으며, 탄성 성질로 인하여 복잡하고 부서지기 쉬운 구조물로부터 쉽게 분리가 가능하다.
PDMS의 중요한 성질은 계면의 자유에너지가 매우 낮아 화학적으로 불활성인 표면을 생성하여 PDMS와 접촉하는 재료가 비가역적으로 응착이 되지 않으면 반응을 하지 않는다. 이 공정 기술은 단단한 무기 재료보다는 쉽게 옮겨질 수 있는 유기물 재료 기반을 이용하여 발전하는 한계를 보이고 있다.
현재 태양 전지 소자 분야에서는 손쉬운 가공성의 장점인 유기물을 이용한 태양전지 개발이 활발히 진행되고 있다. 스핀 코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯, 미세접촉 프린팅 공정 방법 등을 이용하여 저가의 박막 및 대면적 소자 및 롤투롤(Roll-to-Roll) 공정에 의한 유연성 태양전지 제작이 가능하여, 값싼 공정 단가를 실현할 수 있다.
유기물질을 이용한 전자 소자는 유기화합물질의 개발과 소재의 표면 및 계면 특성의 제어 기술 발전과 함께 프린팅 소자로서 활용이 가능해졌다. 유기물 소자는 결량, 저가형, 및 자유 형태를 가질 수 있는 에너지 생산소자로서 유기태양전지 및 유연기판 기반의 이차전지의 개발이 주목받고 있다.
현재 중요한 신재생 에너지 중 유기 및 나노융합 태양전지 소개 기술은 유기 반도체 기반의 인쇄형 고분자가 대표적이며 프린팅 공정과 롤투롤 생산 방식을 통하여 혁신적 기술로서 주목받고 있다.
유기물 태양전지의 유연기판의 제작 기술에 반해 무기물 태양전지의 유연기판 제작 기술은 무기물 자체의 특성과 공정 온도로 인하여 유연기판에 제작이 어려우며, 제작하더라고 그 특성이 현저히 저하되는 문제점이 있다.
실리콘 기반의 무기물 반도체를 이용한 유연기판 상에 트랜지스터 소자나 태양전지 제작 공정 기술은 현재까지 기존의 특성치를 가지는 소자 제작이 어려우며, 공정 단가도 높다는 단점이 있다.
상술한 바와 같이 유연 기판상의 소자 제작은 유기물 물질에서는 무기물 물질 기반보다 보다 쉽게 접근할 수 있지만, 무기물 소자 특성보다 좋지 못한 특성으로 인하여 한계가 있다.
또한, 무기물 기반의 소자는 고유의 특성으로 인하여 유연기판 상에 제작하는 것에 어려움이 있다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 유연 기판상의 소자 제작 공정의 문제를 해결하기 위한 것으로, 탄성 중합체를 이용하여 유연 기판상에 무기물 태양전지를 적층시키는 공정으로 효율적인 태양전지의 제조가 가능하도록 한 유연 무기물 태양전지 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 무기물 화합물 태양전지를 유연 기판상에 제작하여 고유의 특성을 확보할 수 있도록 한 유연 무기물 태양전지 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 무기물 반도체를 유연 기판상에 제조하는 공정을 포함하는 것으로, 일정한 선택 영역을 포함한 무기물 태양전지층을 희생층과 앵커를 이용하여 유연 기판상에 효과적으로 적층할 수 있도록 한 유연 무기물 태양전지 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 CIGS계 화합물 반도체를 기판으로부터 분리하여 유연성 기판으로 옮기기 위한 적합한 희생층 물질 및 공정을 제공할 수 있도록 한 유연 무기물 태양전지 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유연 무기물 태양전지는 유연 기판상에 형성된 후면 전극;상기 후면 전극 상에 형성되는 광흡수층;상기 광흡수층 상에 형성되는 완충층;상기 완충층 상에 형성된 n형 물질층 및 n형 물질층에 형성된 투명전극 및 상부 금속 전극층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 유연 기판은 실리콘 기반의 무기물 반도체를 포함하는 물질군에서 선택된 물질인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 광흡수층은, 무기물 물질 CIS(CuInSe2) 계열인 CIGS(Cu(In,Ga)Se2), CZTS(CuZnSnS4), CZTSe(CuZnSnSe2)를 포함하는 물질군에서 선택된 것이거나, 실리콘 기반의 물질인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 완충층은 CdS, ZnS 와 같은 밴드갭 조절 및 캐리어의 이동을 원활히 하는 물질들 중에서 선택된 물질인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 n형 물질층은 산화 아연(ZnO), 투명 전극층은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 AZO 층인 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유연 무기물 태양전지의 제조 방법은 태양 전지 형성용 기판상에 희생층을 형성하는 단계;상기 희생층상에 태양 전지층을 형성하고, 태양 전지층상에 선택적으로 포토레지스트를 도포하는 단계;상기 포토레지스트를 마스크로 상기 태양 전지층을 선택적으로 식각하고 식각된 측면에 지지대 역할을 하는 앵커를 형성하는 단계;상기 희생층을 제거하고, 탄성 중합체가 도포된 스탬프를 태양 전지층과 접촉시키고, 태양 전지 형성용 기판 및 앵커를 제거하는 단계;상기 스탬프를 이용하여 상기 태양 전지층을 유연 기판에 적층시키고, 스탬프를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 희생층을 SiO2, SiN, SiON, Y2O3, HfO2, Al2O3, Ta2O5, ZrO를 포함하는 옥사이드 및 질화물 반도체들중에 선택된 물질로 형성하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 태양 전지층상에 선택적으로 포토레지스트를 도포하는 단계에서, 선택 영역만 포토레지스트를 도포하기 위하여 포토레지스트가 도포된 스탬프를 이용하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 식각된 측면에 지지대 역할을 하는 앵커를 형성하는 단계에서, 앵커를 포토레지스트를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 희생층을 제거하는 공정을 진행하고 지지대 역할을 하는 앵커를 경화시키기 위하여 120℃ ~ 180℃의 온도로 베이킹 공정을 진행하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 유연 기판은 실리콘 기반의 무기물 반도체를 포함하는 물질군에서 선택된 물질로 형성하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 태양 전지층은, 항산화 특성 및 저저항 특성을 갖는 금속 물질로 이루어진 후면 전극과,무기물 물질 CIS(CuInSe2) 계열인 CIGS(Cu(In,Ga)Se2), CZTS(CuZnSnS4), CZTSe(CuZnSnSe2)를 포함하는 물질군에서 선택된 것이거나, 실리콘 기반의 물질로 형성된 광흡수층과,CdS, ZnS 와 같은 밴드갭 조절 및 캐리어의 이동을 원활히 하는 물질들 중에서 선택된 물질로 형성된 완충층과,n형 물질층 그리고 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 AZO으로 형성된 투명 전극 및 상부 금속 전극층이 차례로 적층된 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 유연 무기물 태양전지 및 그의 제조 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 탄성 중합체를 이용하여 유연 기판상에 무기물 태양전지를 적층시키는 공정으로 효율적인 태양전지의 제조가 가능하다.
둘째, 무기물 화합물 태양전지를 유연 기판상에 제작하여 고유의 특성을 확보할 수 있다.
셋째, 일정한 선택 영역을 포함한 무기물 태양전지층을 희생층과 앵커를 이용하여 유연 기판상에 효과적으로 적층할 수 있다.
넷째, 태양전지 셀이 제작된 구조를 플라스틱이나 유연 기판상에 용이한 공정으로 효과적으로 적층시킬 수 있다.
다섯째, 광흡수층의 물질을 증착 방법에 따라 다양하게 조절할 수 있으며, 흡수층의 특성에 따라 완충층 물질을 선택할 수 있다.
여섯째, CIGS계 화합물 반도체를 기판으로부터 분리하여 유연성 기판으로 옮기기 위한 적합한 희생층 물질 및 공정을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 화합물 태양전지의 단면 구성도
도 2a내지 도 2f는 본 발명에 따른 화합물 태양전지의 제조를 위한 공정 단면도
도 3a내지 도 3h는 본 발명에 따른 유연 무기물 태양전지의 제조를 위한 공정 단면도
도 4는 본 발명에 따른 유연 무기물 태양전지의 단면 구성도
이하, 본 발명에 따른 유연 무기물 태양전지 및 그의 제조 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 유연 무기물 태양전지 및 그의 제조 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 화합물 태양전지의 단면 구성도이고, 도 2a내지 도 2f는 본 발명에 따른 화합물 태양전지의 제조를 위한 공정 단면도이다.
본 발명은 탄성 중합체를 이용하여 유연 기판상에 무기물 태양전지를 적층시키는 공정으로 효율적인 태양전지의 제조가 가능하도록 한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지의 셀 단면 구조를 나타낸 것으로, 고온 공정이 가능한 태양 전지 형성용 기판(100) 상에 희생층(101)을 형성하여 제조하는 태양전지 셀 구조의 예를 나타낸 것이다.
그 구조는 태양 전지 형성용 기판(100)상에 희생층(101),후면 전극(102),광흡수층(103),완충층(104),n형 물질층(105),투명전극 및 금속 전극층(106)이 차례로 적층되는 구조이다.
상기 기판(100)의 재료는 일반적으로 태양전지 분야에서 사용되는 소다 라임 글라스(Glass) 등이 이용될 수 있으나, 희생층(101)의 형성 및 고온 공정을 실시 하기 위하여 실리콘 및 SOI 기판이 사용될 수 있다.
그리고 상기 희생층(101) 상에 후면전극(102)층이 증착되며, 후면전극(102)층은 산화되기 어렵고, 저저항 면적을 가지는 Mo, Cr 등의 금속 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 후면 전극(102) 상에 태양전지 소자의 핵심 층인 광흡수층 (103)이 증착되며, 광흡수층(103)은 무기물 물질 CIS(CuInSe2) 계열인 CIGS(Cu(In,Ga)Se2), CZTS(CuZnSnS4), CZTSe(CuZnSnSe2)등이 증착될 수 있으며, 추가적으로 실리콘 기반의 물질 또한 사용가능하다.
무기물 화합물의 증착 방법은 진공 공정뿐만 아니라 용액공정 적용도 가능하다.
CZTS 화합물의 스퍼터링 방법을 구체적으로 설명하면, Cu, Zn, Sn의 금속 전구체를 증착한 후 황화 분위기에서 열처리하여 CZTS 광흡수층을 형성할 수 있다.
그리고 광흡수층(103) 상에 밴드갭 조절 및 캐리어의 이동을 원활히 하기 위하여 완충층(104)이 형성되며, 완충층(104)은 CdS, ZnS 와 같은 물질을 형성한다.
완충층(104) 역시 다양한 공정 방법이 사용될 수 있으며, 통상 CBD(chemical bath deposition) 방법이 이용된다.
CdS 화합물 박막을 액상 제조방법으로 형성하는 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
CdS를 형성하기 위한 용질은 카드뮴 설페이트(cadmium sulfate), 카드뮴 클로라이드(Cadmium Chloride ), 카드뮴 아세테이트(Cadmium acetate), 및 카드뮴 아세테이트 디 하이드레이트(Cadmium acetate dihydrate)로 이루어진 군에서 1종 이상을 포함할 수 있으며, 사이오레아(thiourea)를 이용하여 혼합 용액을 제조할 수 있다.
분산계(disperse system)의 수소이온지수, 즉 pH를 조절하여 분산계가 투명하고 균일해질 때까지 산 또는 염기를 혼합된 분산계에 소량씩 첨가한다.
예를 들면, 산인 아세트산(acetic acid)(CH3COOH)을 첨가하여 pH를 낮추거나, 분산계에 염기인 수산화암모늄(NH3OH), 수산화칼륨(KOH) 또는 수산화나트륨(NaOH)을 첨가하여 pH를 높여서, 분산계의 pH 범위를 조절할 수 있다.
바람직하게는 분산계의 pH 범위는 증착 온도에 따라 달라질 수 있지만, 10 내지 12일 수 있다.
그리고 상기 CdS 등의 완충층(104)이 증착된 기판상에 산화 아연(ZnO)과 같은 n형 물질층(105), 투명 전극 및 금속 전극층(106)이 형성된다.
n형 물질층(105) 및 투명 전극층은 통상 진공공정인 스퍼터 공정으로 형성된다. 투명 전극층은 ITO(Indium Tin Oxide), AZO 층이 증착될 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 유연 무기물 태양전지의 제조 공정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2a에서와 같이, 고온공정이 가능한 태양전지 형성용 기판(100)상에 희생층(101)을 형성시킨다.
이어, 도 2b에서와 같이, 상기 희생층(101) 상에 후면 전극(102)을 형성한다.
여기서, 희생층(101)을 형성하기 위한 물질은 SiO2, SiN, SiON, Y2O3, HfO2, Al2O3, Ta2O5, ZrO를 포함하는 옥사이드 및 질화물 반도체를 사용하는 것이 바람직하다.
이와 같은 희생층 형성용 물질은 상기한 물질로 한정되는 것이 아니고, 공정 진행 특성에 따라 다른 물질을 사용할 수 있음은 당연하다.
그리고 도 2c에서와 같이, 상기 후면 전극(102) 상에 광흡수층(103)을 형성시키고, 도 2d에서와 같이, 광흡수층(103)상에 완충층(104)을 형성시킨다.
이어, 도 2e에서와 같이, 완충층(104)상에 n형 물질층(105)을 형성하고, 도 2f에서와 같이, 투명 전극 및 금속 전극층(106)을 형성한다.
그리고 이와 같은 공정으로 제작된 태양전지 셀을 유연 기판상에 적층하기 위하여 패턴 및 스탬프 공정을 이용하여 유연 기판상에 적층하여 무기물 기판의 유연 태양전지 제작을 할 수 있다.
도 3a내지 도 3h는 본 발명에 따른 유연 무기물 태양전지의 제조를 위한 공정 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 유연 무기물 태양전지의 단면 구성도이다.
본 발명은 기판상에 태양전지 셀이 제작된 구조를 플라스틱이나 유연 기판상에 적층시킬 수 있는 공정을 사용하여 유연 무기물 태양전지 소작 제조방법을 제공한다.
본 발명은 포토리소그래피 공정을 이용하는 유연 화합물 태양전지 제조 방법에 관한 것으로, 광흡수층은 CIS 계열의 CIGS, CZTS,CZTSe 물질을 사용할 수 있으며, 상기 광흡수층의 물질은 증착 방법에 따라 다양하게 조절할 수 있으며, 흡수층의 특성에 따라 완충층 물질도 CdS, ZnS 등으로 선택 할 수 있다.
상기 태양전지 소자 제작 후 유연 기판 상에 적층시키는 공정을 적용하기 위하여 실리콘이나 유리 기판상에 희생층(sacrificial layer)을 형성시킨 후 태양전지 공정이 진행되는 제조 공정 방법을 포함한다.
그리고 상기 희생층은 추후 유연 기판상에 태양 전지 셀을 적층하는 공정시에 용액 식각 방법으로 제거하여 보다 용이하게 유연 기판상에 적층할 수 있도록 한다.
상기 희생층의 선택은 용액 식각시에 태양전지 층과 선택비가 높은 물질을 선택 할 수 있다.
이와 같은 공정으로 제조된 본 발명에 따른 유연 무기물 태양 전지는 도 4에서와 같이, 유연 기판(109)상에 형성된 후면 전극(102)과, 후면 전극(102) 상에 형성되는 광흡수층(103)과, 상기 광흡수층(103) 상에 형성되는 완충층(Buffer layer)(104)과, 상기 완충층(104) 상에 형성된 n형 물질층(105)과, n형 물질층(105)에 형성된 투명전극 및 상부 금속 전극층(106)을 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 유연 무기물 태양 전지 제조 공정은 먼저, 도 3a에서와 같이, 도 2a내지 도 2f의 공정으로 형성된 태양전지 셀 상에 포토레지스트를 도포하여 유연 기판에 적층을 위한 선택 영역을 정의한다.
이와 같이 선택 영역만 포토레지스트를 도포하기 위하여 포토레지스트가 도포된 스탬프를 이용하는 것도 가능하다.
그리고 도 3b에서와 같이, 상기 패터닝된 포토레지스트 패턴층(107)을 마스크로 하여 투명전극 및 상부 금속 전극층(106), n형 물질층(105), 완충층(104), 광흡수층(103), 후면 전극(102), 희생층(101)을 차례로 식각한다.
이어, 도 3c에서와 같이, 상기 선택 영역을 패터닝하기 위한 식각 공정시에 마스크로 사용된 포토레지스트 패턴층(107)을 제거하고, 도 3d에서와 같이 유연 기판에 적층을 위한 선택 영역에만 남은 태양전지 셀층을 유연 기판에 적층하는 공정이 효과적으로 수행될 수 있도록 선택 영역에만 남은 태양전지 셀층의 측면에 지지대 역할을 하는 앵커(anchor)를 형성한다.
이와 같은 앵커 형성 공정은 포토레지스트 공정이 적용될 수 있으며, 효과적으로 지지하기 위에 포토레지스트 도포 후 열처리 공정을 진행한다.
열처리 공정은 선택 영역의 상단의 포토레지스트를 건식 식각 방법을 통하여 제거한 후 실시하여 앵커 역할을 보다 확실히 할 수 있도록 진행한다.
이어, 도 3e에서와 같이, 앵커 형성 공정 후 용액 식각 방법을 이용하여 희생층(101)을 제거하는 공정을 실시한다.
상기 희생층(101)은 SiO2, SiN, SiON, Y2O3, HfO2, Al2O3, Ta2O5, ZrO를 포함하는 옥사이드 및 질화물 반도체 등이 이용될 수 있으며, 태양전지 상에 증착된 물질과 에칭시 조건인 선택비를 고려하여 물질을 선택할 수 있다.
그리고 도 3f에서와 같이, 희생층(101)을 제거하는 공정을 진행한 후에 120℃ ~ 180℃의 온도로 베이킹 공정을 진행하여 경화시키고, 탄성 성질이 좋은 탄성중합체가 도포된 스탬프(108)를 앵커로 둘러싸인 태양전지 구조를 접촉시키고, 도 3g에서와 같이 태양 전지 형성용 기판(100) 및 앵커를 제거한다.
이어, 도 3h에서와 같이, 탄성중합체가 도포된 스탬프(108)에 합착된 태양 전지를 유연 기판(109)상에 적층시킨다.
여기서, 유연 기판(109)은 실리콘 기반의 무기물 반도체를 포함하는 물질군에서 선택되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 탄성중합체가 도포된 스탬프(108)를 제거하여 유연 기판(109)상에 적층되는 도 4에서와 같은 구조의 태양 전지를 제작한다.
이상에서와 같은 본 발명에 따른 유연 무기물 태양전지 및 그의 제조 방법은 탄성 중합체를 이용하여 유연 기판상에 무기물 태양전지를 적층시키는 공정으로 효율적인 태양전지의 제조가 가능하도록 한 것으로, 무기물 화합물 태양전지를 유연 기판상에 제작하여 고유의 특성을 확보할 수 있도록 한다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 고온공정이 가능한 태양전지 형성용 기판 101: 희생층
102: 후면전극 103: 광흡수층
104: 완충층 105: n형 층
106: 투명전극 및 금속 전극층 107: 포토레지스트층
108: 탄성중합체가 도포된 스탬프 109: 유연기판

Claims (12)

  1. 삭제
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  5. 삭제
  6. 태양 전지 형성용 기판상에 희생층을 형성하는 단계;
    상기 희생층상에 태양 전지층을 형성하고, 태양 전지층상에 선택적으로 포토레지스트를 도포하는 단계;
    상기 포토레지스트를 마스크로 상기 태양 전지층을 선택적으로 식각하고 식각된 측면에 지지대 역할을 하는 앵커를 형성하는 단계;
    상기 희생층을 제거하고, 탄성 중합체가 도포된 스탬프를 태양 전지층과 접촉시키고, 태양 전지 형성용 기판 및 앵커를 제거하는 단계;
    상기 스탬프를 이용하여 상기 태양 전지층을 유연 기판에 적층시키고, 스탬프를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 무기물 태양전지의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 희생층을 SiO2, SiN, SiON, Y2O3, HfO2, Al2O3, Ta2O5, ZrO를 포함하는 옥사이드 및 질화물 반도체들중에 선택된 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 유연 무기물 태양전지의 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 태양 전지층상에 선택적으로 포토레지스트를 도포하는 단계에서,
    선택 영역만 포토레지스트를 도포하기 위하여 포토레지스트가 도포된 스탬프를 이용하는 것을 특징으로 하는 유연 무기물 태양전지의 제조 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 식각된 측면에 지지대 역할을 하는 앵커를 형성하는 단계에서, 앵커를 포토레지스트를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 유연 무기물 태양전지의 제조 방법.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 희생층을 제거하는 공정을 진행하고 지지대 역할을 하는 앵커를 경화시키기 위하여 120℃ ~ 180℃의 온도로 베이킹 공정을 진행하는 것을 특징으로 하는 유연 무기물 태양전지의 제조 방법.
  11. 제 6 항에 있어서, 상기 유연 기판은 실리콘 기반의 무기물 반도체를 포함하는 물질군에서 선택된 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 유연 무기물 태양전지의 제조 방법.
  12. 제 6 항에 있어서, 상기 태양 전지층은,
    항산화 특성 및 저저항 특성을 갖는 금속 물질로 이루어진 후면 전극과,
    무기물 물질 CIS(CuInSe2) 계열인 CIGS(Cu(In,Ga)Se2), CZTS(CuZnSnS4), CZTSe(CuZnSnSe2)를 포함하는 물질군에서 선택된 것이거나, 실리콘 기반의 물질로 형성된 광흡수층과,
    CdS, ZnS 와 같은 밴드갭 조절 및 캐리어의 이동을 원활히 하는 물질들 중에서 선택된 물질로 형성된 완충층과,
    n형 물질층 그리고 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 AZO으로 형성된 투명 전극 및 상부 금속 전극층이 차례로 적층된 것을 특징으로 하는 유연 무기물 태양전지의 제조 방법.
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