KR101425886B1 - 박막형 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판; 상기 기판 위에 제 1 분리부를 사이에 두고 이격 형성된 전면전극; 상기 전면전극 위에 형성된 반도체층; 상기 반도체층을 관통하도록 형성된 콘택부; 상기 반도체층을 관통하도록 형성되어 상기 반도체층을 분리하는 제 2 분리부; 및 상기 제 2 분리부에 의해 분리된 상기 반도체층 위에 형성됨과 아울러 상기 콘택부를 통해 상기 전면전극에 전기적으로 접속되는 후면전극을 포함하여 구성되며, 상기 후면전극은 광이 투과될 수 있는 도전성 페이스트에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지, 및 그 제조방법에 관한 것으로서,
인쇄 방식을 이용하여 광이 투과될 수 있는 도전성 페이스트를 인쇄하여 후면전극을 형성함으로써 제조 공정을 단순화할 수 있으며, 소정의 가시권을 확보하여 건물의 외장재 전체에 사용할 수 있고, 도전성 페이스트의 광투과율을 조절할 수 있으므로 태양광의 투과율을 조절할 수 있다.
박막형 태양전지, 페이스트, 반사층, 가시권, 투과율

Description

박막형 태양전지 및 그 제조방법{Thin film type Solar Cell, and Method for manufacturing the same}
본 발명은 박막형 태양전지(Solar Cell)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 태양전지의 제조 공정을 단순화하여 생산성을 향상시킬 수 있는 박막형 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지의 구조 및 원리에 대해서 간단히 설명하면, 태양전지는 P(Positive)형 반도체와 N(Negative)형 반도체를 접합시킨 PN 접합 구조를 가지며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(Hole) 및 전자(Electron)가 발생하고, 이때, PN 접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)은 P형 반도체 쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체 쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 되는 원리이다.
이와 같은 태양전지는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있 다.
상기 기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 기판형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수하기는 하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승되는 단점이 있다.
상기 박막형 태양전지는 상기 기판형 태양전지에 비하여 효율이 다소 떨어지기는 하지만, 얇은 두께로 제조가 가능하고 저가의 재료를 이용할 수 있어 제조비용이 감소되는 장점이 있어 대량생산에 적합하다.
상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 전면전극을 형성하고, 상기 전면전극 위에 반도체층을 형성하고, 상기 반도체층 위에 후면전극을 형성하여 제조된다. 여기서, 상기 전면전극은 광이 입사되는 수광면을 형성하기 때문에 상기 전면전극으로는 ZnO와 같은 투명도전물이 이용되는데, 기판이 대면적화됨에 따라 상기 투명도전물의 저항으로 인해서 전력손실이 크게 되는 문제가 발생하게 된다.
따라서, 박막형 태양전지를 복수 개의 단위셀로 나누고 복수 개의 단위셀을 직렬로 연결하는 구조로 형성함으로써 투명도전물의 저항으로 의한 전력손실을 최소화하는 방법이 고안되었다.
이하, 도면을 참조로 종래 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결된 구조를 갖는 박막형 태양전지의 제조방법에 대해서 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1f는 종래의 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
우선, 도 1a에서 알 수 있듯이, 스퍼터링(Sputtering) 공정을 이용하여 기판(10) 상에 전면전극층(20a)을 형성한다.
다음, 도 1b에서 알 수 있듯이, 레이저 스크라이빙(Laser Scribing) 공정을 이용하여 상기 전면전극층(20a)의 소정영역을 제거하여 제 1 분리부(25)를 사이에 두고 이격되는 전면전극(20)을 형성한다.
다음, 도 1c에서 알 수 있듯이, 상기 기판(10) 전영역에 반도체층(30a) 및 투명도전층(40a)을 차례로 형성한다.
다음, 도 1d에서 알 수 있듯이, 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 상기 반도체층(30a) 및 투명도전층(40a)의 소정영역을 제거하여 콘택부(35)를 사이에 두고 이격되는 반도체층(30) 및 투명도전층(40)을 형성한다.
다음, 도 1e에서 알 수 있듯이, 스퍼터링 공정을 이용하여 상기 기판(10) 전영역에 후면전극층(50a)을 형성한다.
다음, 도 1f에서 알 수 있듯이, 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 상기 반도체층(30), 투명도전층(40), 및 후면전극층(50a)의 소정영역을 제거하여 제 2 분리부(45)를 형성한다. 따라서, 후면전극(50)은 콘택부(35)를 통해 상기 전면전극(20)과 연결되면서 제 2 분리부(45)를 사이에 두고 이격 형성된다.
한편, 박막형 태양전지는 다양한 용도로 개발되고 있는데, 특히 건물의 외장 재를 박막형 태양전지로 대체하고자 하는 시도가 있다. 즉, 기존의 태양전지를 이용한 건물은 가시권 확보를 위해서 건물 외장재에는 투명한 유리가 사용되었고, 건물의 지붕 등에 별도의 태양광 집광시설을 설치하여 사용하였다. 그러나 이와 같은 경우, 태양광 집광시설을 별도로 설치함으로써 그만큼 비용이 증가되는 등의 단점이 있고, 따라서 건물의 외장재 자체를 박막형 태양전지를 이용하여 형성할 경우 이와 같은 단점이 해소되게 된다. 그러나, 건물의 외장재 자체를 박막형 태양전지를 이용하여 형성할 경우에는 가시권 확보를 위해 박막형 태양전지에서 광투과부분이 필수적으로 필요하게 된다.
이와 같은 종래의 박막형 태양전지의 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 제 1 및 제 2 분리부(25, 45) 및 콘택부(35)를 형성하기 위해 3번의 레이저 스크라이빙 공정을 수행함으로써 레이저 스크라이빙 공정 중에 발생되는 잔유물에 의해 기판(10)이 오염되며, 기판(10)의 오염을 방지하기 위해 별도의 세정공정을 추가해야 하므로 제조 공정이 복잡해지고 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
둘째, 스퍼터링 공정 및 패터닝(Patterning)을 통해 후면전극(50)을 형성함으로써 후면전극(50)을 형성하기 위한 제조 공정이 복잡해지고 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
셋째, 기판의 대부분에 불투명 금속으로 이루어진 후면전극(50)이 형성되어 있기 때문에 소정의 가시권 확보가 이루어지지 않아, 건물의 외장재 전체에 사용될 수 없는 문제점이 있다.
전술한 종래의 박막형 태양전지의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 태양전지의 제조 공정을 단순화하여 생산성을 향상시킬 수 있는 박막형 태양전지 및 그 제조방법에 제공하는 것을 기술적 과제를 한다.
또한, 본 발명은 소정의 가시권 확보가 가능하여 건물의 외장재 전체에 사용할 수 있는 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 기판; 상기 기판 위에 제 1 분리부를 사이에 두고 이격 형성된 전면전극; 상기 전면전극 위에 형성된 반도체층; 상기 반도체층을 관통하도록 형성된 콘택부; 상기 반도체층을 관통하도록 형성되어 상기 반도체층을 분리하는 제 2 분리부; 및 상기 제 2 분리부에 의해 분리된 상기 반도체층 위에 형성됨과 아울러 상기 콘택부를 통해 상기 전면전극에 전기적으로 접속되는 후면전극을 포함하여 구성되며, 상기 후면전극은 광이 투과될 수 있는 도전성 페이스트에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지를 제공한다.
상기 도전성 페이스트는 금속입자, 금속산화물, 카본블랙, 그라파이트 또는 탄소나노튜브를 포함하는 탄소 소재이거나 전도성 고분자 소재일 수 있다.
상기 콘택부 및 상기 제 2 분리부는 상기 전면전극 위에 서로 이격되거나, 서로 접하도록 형성될 수 있다.
상기 박막형 태양전지는 상기 반도체층과 동일한 패턴을 가지도록 상기 반도체층과 상기 후면전극 사이에 형성된 투명도전층을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 박막형 태양전지는 상기 후면전극 위의 일부 영역 또는 전영역에 형성된 반사층을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 반사층은 Ag, Al, Cu, Mo, 또는 Ni 재질, 또는 이들을 혼합 재질인 반사성 페이스트에 의해 형성될 수 있다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 기판 위에 제 1 분리부를 사이에 두고 이격되는 전면전극을 형성하는 공정; 상기 전면전극을 포함한 기판 전면에 반도체층을 형성하는 공정; 상기 반도체층의 소정영역을 제거하여 콘택부 및 제 2 분리부를 형성하는 공정; 및 상기 콘택부를 통해 상기 전면전극에 전기적으로 접속되도록 상기 반도체층 위에 후면전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지며, 상기 후면전극은 광이 투과될 수 있는 도전성 페이스트에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 도전성 페이스트는 금속입자, 금속산화물, 카본블랙, 그라파이트 또는 탄소나노튜브를 포함하는 탄소 소재이거나 전도성 고분자 소재일 수 있다.
상기 후면전극은 스크린 프린팅(Screen Printing), 오프셋 프린팅(Offset Printing), 잉크 젯 프린팅(Ink Jet Printing), 그라비어 프린팅(Gravure Printing), 마이크로 콘택 프린팅(Micro Contact Printing), 또는 플렉소그래피 프린팅(Flexography Printing)에 의해 형성될 수 있다.
상기 콘택부 및 상기 제 2 분리부는 서로 이격되거나 서로 접하도록 상기 전면전극 위에 형성될 수 있다.
상기 박막형 태양전지의 제조방법은 상기 반도체층과 동일한 패턴을 가지도록 상기 반도체층 위에 투명도전층을 형성하는 공정을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 박막형 태양전지의 제조방법은 상기 후면전극 위의 일부 영역 또는 전영역에 반사층을 형성하는 공정을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 반사층은 Ag, Al, Cu, Mo, 또는 Ni 재질, 또는 이들을 혼합 재질인 반사성 페이스트에 의해 형성될 수 있다.
상기 반사층은 스크린 프린팅(Screen Printing), 오프셋 프린팅(Offset Printing), 잉크 젯 프린팅(Ink Jet Printing), 그라비어 프린팅(Gravure Printing), 마이크로 콘택 프린팅(Micro Contact Printing), 또는 플렉소그래피 프린팅(Flexography Printing)에 의해 형성될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 인쇄 방식을 이용하여 광이 투과될 수 있는 도전성 페이스트를 인쇄하여 후면전극을 형성함으로써 제조 공정을 단순화할 수 있으며, 소정의 가시권을 확보하여 건물의 외장재 전체에 사용할 수 있고, 도전성 페이스트의 광투과율을 조절할 수 있으므로 태양광의 투과율을 조절할 수 있다.
둘째, 인쇄 방식을 이용하여 후면전극에 반사영역과 투과영역을 가지도록 반 사층을 형성함으로써 반사영역을 통해 태양전지의 효율을 증가시킬 수 있으며, 투과영역을 통해 소정의 가시권을 확보하여 건물의 외장재 전체에 사용할 수 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
<박막형 태양전지>
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 박막형 태양전지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막형 태양전지는, 기판(100), 전면전극(200), 반도체층(300), 투명도전층(400), 및 후면전극(500)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판(100)은 유리 또는 투명한 플라스틱으로 이루어진다.
상기 전면전극(200)은 상기 기판(100) 위에 제 1 분리부(250)를 사이에 두고 이격되도록 형성된다. 이러한, 상기 전면전극(200)은 ZnO:B, ZnO:Al, ZnO:H, SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질(TCO, Transparent Conductive Oxide)을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 전면전극(200)은 태양광이 입사되는 면이기 때문에 입사되는 태양광이 태양전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 하는 것이 중요하며, 이를 위해서 상기 전면전극(200)은 요철구조로 형성될 수 있다. 상기 전면전극(200)이 요철구조로 형성될 경우 입사되는 태양광이 태양전 지 외부로 반사되는 비율은 감소하게 되며, 그와 더불어 입사되는 태양광의 산란에 의해 태양전지 내부로 태양광이 흡수되는 비율은 증가하게 되어, 태양전지의 효율이 증진되는 효과가 있다.
상기 제 1 분리부(250)는 레이저 스크라이빙(Laser Scribing) 공정에 의해 형성된다.
상기 반도체층(300)은 콘택부(350)를 사이에 두고 이격되도록 형성된다. 이때, 상기 콘택부(350)는 상기 제 1 분리부(250)와 일정 간격 이격되도록 상기 전면전극(200) 상의 상기 반도체층(300) 및 투명도전층(400)의 소정영역이 제거되어 형성된다. 이러한, 상기 반도체층(300)은 실리콘계 반도체물질을 이용하여 형성할 수 있다. 여기서, 상기 반도체층(300)은 P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성하는데, 이와 같이 상기 반도체층(300)을 PIN구조로 형성하게 되면, I형 반도체층이 P형 반도체층과 N형 반도체층에 의해 공핍(Depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(Drift)되어 각각 P형 반도체층 및 N형 반도체층에서 수집된다. 한편, 상기 반도체층(300)을 PIN구조로 형성할 경우에는 상기 전면전극(200) 상부에 P형 반도체층을 형성하고 이어서 I형 반도체층 및 N형 반도체층을 형성하는 것이 바람직하다. 그 이유로는 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(Drift Mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 의해 낮기 때문에 입사광에 의한 수집효율을 극대화하기 위해서 P형 반도체층을 수광면에 가깝게 형성하기 위함이다.
상기 투명도전층(400)은 상기 반도체층(300) 상에 콘택부(350)를 사이에 두고 이격되도록 상기 반도체층(300)과 동일한 패턴으로 형성된다. 이러한, 상기 투명도전층(400)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, ZnO:H, Ag와 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다. 상기 투명도전층(400)은 생략될 수 있다.
상기 후면전극(500)은 제 2 분리부(450)를 사이에 두고 이격되도록 상기 투명전도층(400) 상에 형성되어 콘택부(350)를 통해 상기 전면전극(200)에 전기적으로 접속됨으로써 인접한 셀과 셀을 직렬로 연결시킨다. 이러한, 상기 후면전극(500)은 도전성 페이스트(Conductive Paste)를 이용한 인쇄 방식을 통해 형성될 수 있다. 여기서, 도전성 페이스트의 전도성 입자로는 금속입자, 금속산화물, 카본블랙, 그라파이트, 탄소나노튜브 등의 탄소소재, 전도성 고분자 등이 사용될 수 있다. 그리고, 상기 후면전극(500)을 형성하기 위한 인쇄 방식으로는 스크린 프린팅(Screen Printing), 오프셋 프린팅(Offset Printing), 잉크 젯 프린팅(Ink Jet Printing), 그라비어 프린팅(Gravure Printing), 마이크로 콘택 프린팅(Micro Contact Printing), 또는 플렉소그래피 프린팅(Flexography Printing) 방식이 될 수 있다. 여기서, 상기 스크린 인쇄 방식은 스크린과 스퀴즈(Squeeze)를 이용하여 대상물질을 작업물에 전이시켜 소정의 패턴을 형성하는 방식이고, 상기 오프셋 인쇄방식은 평판 상에 유성 잉크와 물의 반발력을 이용하여 소정의 패턴을 형성하는 방식이고, 상기 잉크젯 인쇄 방식은 잉크젯을 이용하여 대상물질을 작업물에 분사하여 소정의 패턴을 형성하는 방식이고, 상기 그라비아 인쇄 방식은 오목판의 홈에 대상물질을 도포하고 그 대상물질을 다시 작업물에 전이시켜 소정의 패턴을 형성하 는 방식이고, 상기 마이크로 콘택 인쇄 방식은 소정의 금형을 이용하여 작업물에 대상물질 패턴을 형성하는 방식이고, 상기 플렉소그래피 인쇄 방식은 양각되어 있는 부분에 잉크를 묻혀서 이를 인쇄하여 소정의 패턴을 형성하는 인쇄 방식이다.
상기 도전성 페이스트로 형성된 상기 후면전극(500)은 투명한 상태이기 때문에 상기 반도체층(300) 또는 상기 투명도전층(400)을 통과한 태양광을 외부로 투과시킬 수 있으며, 상기 도전성 페이스트의 광투과율에 따라 태양광의 투과율을 조절할 수 있다.
상기 제 2 분리부(450)는 상기 투명전도층(400); 및 상기 반도체층(300)의 소정 영역이 제거되어 형성된다.
이와 같은, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 박막형 태양전지는 인쇄 방식을 이용하여 광이 투과될 수 있는 도전성 페이스트를 인쇄하여 상기 후면전극(500)을 형성함으로써 제조 공정을 단순화할 수 있으며, 소정의 가시권을 확보하여 건물의 외장재 전체에 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막형 태양전지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막형 태양전지는, 기판(100), 전면전극(200), 반도체층(300), 투명도전층(400), 후면전극(500), 및 반사층(600)을 포함하여 이루어진다. 이러한, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막형 태양전지는 반사층(600)을 제외하고는 상술한 제 1 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 구성과 동일하다. 이에 따라, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호 를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 반사층(600)은 도전성 페이스트로 형성된 상기 후면전극(500)의 일부 영역에 형성된다. 이때, 상기 반사층(600)은 반사성 페이스트를 이용한 인쇄 방식을 통해 형성될 수 있다. 여기서, 반사성 페이스트는 Ag, Al, Cu, Mo, 또는 Ni 재질의 페이스트, 또는 이들을 혼합한 재질의 페이스트(Ag+Al, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Al+Mo, Al+Ni, Al+Cu, Cu+Mo, Cu+Ni, Mo+Ni 등)가 될 수 있다. 그리고, 상기 반사층(600)을 형성하기 위한 인쇄 방식으로는 스크린 프린팅, 오프셋 프린팅, 잉크 젯 프린팅, 그라비어 프린팅, 마이크로 콘택 프린팅, 또는 플렉소그래피 프린팅 방식이 될 수 있다.
이러한, 상기 반사층(600)은 상기 후면전극(500)을 투과한 태양광을 상기 반도체층(300) 쪽으로 반사시켜 상기 반도체층(300)으로 재입사되는 광의 비율을 증가시킴으로써 태양전지의 효율을 증가시킨다.
한편, 태양전지의 각 셀은 상기 반사층(600)에 의해 반사영역(RR)과 투과영역(TR)으로 구분됨으로써 반사층(600)의 형성 영역에 따라 반사율 및 투과율을 가지게 된다. 이에 따라, 상기 반사층(600)은 태양전지의 효율 및 가시권 확보를 위해 상기 후면전극(500)의 절반 영역에 형성됨이 바람직하지만, 이에 한정되지 않고, 태양전지의 효율 측면에서는 반사영역(RR)이 투과영역(TR)보다 상대적으로 크게 설정됨이 바람직하고, 가시권 확보 측면에서는 반사영역(RR)보다 투과영역(TR)이 상대적으로 크게 설정됨이 바람직하다.
한편, 본 발명의 제 2 실시 예에서는 상기 반도체층(300)과 상기 후면전 극(500) 사이에 투명도전층(400)이 형성되는 것이 바람직하다. 이렇게, 상기 투명도전층(400)을 형성하게 되면, 상기 반도체층(300)을 투과한 태양광이 상기 투명도전층(400)을 통과하면서 산란을 통해 다양한 각으로 진행하게 되어, 상기 반사층(500)에 의해 반사됨으로써 상기 반도체층(300)으로 재입사되는 광의 비율이 증가되기 때문이다.
이와 같은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막형 태양전지는 상기 반사층(600)에 의해 후면전극(500)을 투과한 태양광을 반사시키는 반사영역(RR)과 태양광을 투과시키는 투과영역(TR)을 포함함으로써 태양전지의 효율을 증가시킬 수 있으며, 소정의 가시권을 확보하여 건물의 외장재 전체에 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 박막형 태양전지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 박막형 태양전지는, 기판(100), 전면전극(200), 반도체층(300), 투명도전층(400), 후면전극(500), 및 반사층(700)을 포함하여 이루어진다. 이러한, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 박막형 태양전지는 반사층(700)의 형성 영역을 제외하고는 상술한 제 2 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 구성과 동일하다. 이에 따라, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 반사층(700)은 본 발명의 제 2 실시 예의 상기 반사층(600)과 동일한 방법을 통해 상기 후면전극(500)의 전영역에 형성된다. 이에 따라, 상기 반사층(700)은 상기 후면전극(500)을 투과한 태양광을 모두 상기 반도체층(300) 쪽으로 반사시킴으로써 상기 반도체층(300)으로 재입사되는 광의 비율을 더욱 증가시킨다.
이와 같은, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 박막형 태양전지는 상기 후면전극(500)의 전영역에 상기 반사층(700)을 형성함으로써 태양전지의 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 박막형 태양전지는 상기 반사층(700)이 상기 후면전극(500)의 전영역에 형성되기 때문에 태양전지의 효율을 크게 개선할 수 있지만, 소정의 가시권을 확보할 수 없어 건물의 외장재 보다는 태양광 집광시설 등에 사용됨이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 박막형 태양전지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 박막형 태양전지는 기판(100), 전면전극(200), 반도체층(300), 투명도전층(400), 및 후면전극(800)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판(100)은 유리 또는 투명한 플라스틱으로 이루어진다.
상기 전면전극(200)은 상기 기판(100) 위에 제 1 분리부(250)를 사이에 두고 이격되도록 형성된다. 이러한, 상기 전면전극(200) 및 상기 제 1 분리부(250)는 상술한 본 발명의 제 1 실시 예와 동일한 재질과 방법으로 형성된다.
상기 반도체층(300)은 오픈부(380)를 사이에 두고 이격되도록 형성된다. 이러한, 상기 반도체층(300)은 상술한 본 발명의 제 1 실시 예와 동일한 재질과 방법으로 형성된다.
상기 오픈부(380)는 상기 제 1 분리부(250)에 접하도록 상기 전면전극(200)의 일측에 형성된다. 그리고, 오픈부(380)는 후술하는 바와 같이 콘택부(350) 및 제 2 분리부(450)를 포함하여 구성되고, 레이저 스크라이빙 공정에 의해 상기 투명전도층(400) 및 상기 반도체층(300)의 소정 영역이 제거되어 형성된다.
이와 같이, 제 1 분리부(250)와 오픈부(380)를 서로 접하도록 형성함으로써 태양전지로서 작동할 수 없는 데드존(Dead Zone)을 최소화하여 태양전지의 효율을 증가시킬 수 있다.
상기 투명도전층(400)은 상기 반도체층(300) 상에 형성된다. 이러한, 상기 투명도전층(400)은 상술한 본 발명의 제 1 실시 예와 동일한 재질을 가지며 동일한 방법으로 형성된다. 그리고, 상기 투명도전층(400)은 상술한 본 발명의 제 1 실시 예에서와 같이 생략될 수 있다.
상기 후면전극(500)은 오픈부(380)의 제 2 분리부(450)를 사이에 두고 이격되도록 상기 투명전도층(400) 상에 형성되어 콘택부(350)를 통해 상기 전면전극(200)에 전기적으로 접속됨으로써 인접한 셀과 셀을 직렬로 연결시킨다. 여기서, 상기 콘택부(350)는 제 1 분리부(250)에 접하는 상기 오픈부(380)의 일부 영역에 해당하고, 상기 제 2 분리부(450)는 상기 오픈부(380)의 나머지 영역에 해당한다. 이에 따라, 상기 오픈부(380)를 통해 상기 콘택부(350)와 제 2 분리부(450)를 동시에 형성함으로써 태양전지로서 작동할 수 없는 데드존을 제거하여 태양전지의 효율을 증가시킬 수 있다. 이러한, 상기 후면전극(500)은 상술한 본 발명의 제 1 실시 예와 동일한 재질과 방법으로 형성된다.
이와 같은, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 박막형 태양전지는 상기 오픈부(380)의 형성 공정을 통해 상기 콘택부(350) 및 상기 제 2 분리부(450)를 동시에 형성함으로써 레이저 스크라이빙 공정을 최소화하여 공정의 단순화할 수 있으며, 레이저 스크라이빙 공정으로 인한 기판 오염 문제 및 세정공정 증가로 인한 생산성 저하 문제가 최소화된다. 또한, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 박막형 태양전지는 인쇄 방식을 이용하여 광이 투과될 수 있는 도전성 페이스트를 인쇄하여 상기 후면전극(800)을 형성함으로써 소정의 가시권을 확보하여 건물의 외장재 전체에 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 박막형 태양전지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 박막형 태양전지는, 기판(100), 전면전극(200), 반도체층(300), 투명도전층(400), 후면전극(500), 및 반사층(600)을 포함하여 이루어진다. 이러한, 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 박막형 태양전지는 반사층(600)을 제외하고는 상술한 제 4 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 구성과 동일하다. 이에 따라, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 반사층(600)은 도전성 페이스트로 형성된 상기 후면전극(500)의 일부 영역에 형성된다. 이때, 상기 반사층(600)은 반사성 페이스트를 이용한 인쇄 방식을 통해 형성될 수 있다. 이러한, 상기 반사층(600)은 상술한 본 발명의 제 2 실시 예와 동일한 재질과 방법으로 형성된다.
이와 같은 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 박막형 태양전지는 상기 반사층(600)에 의해 후면전극(500)을 투과한 태양광을 반사시키는 반사영역(RR)과 태양광을 투과시키는 투과영역(TR)을 포함함으로써 태양전지의 효율을 증가시킬 수 있으며, 소정의 가시권을 확보하여 건물의 외장재 전체에 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 박막형 태양전지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 박막형 태양전지는, 기판(100), 전면전극(200), 반도체층(300), 투명도전층(400), 후면전극(500), 및 반사층(700)을 포함하여 이루어진다. 이러한, 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 박막형 태양전지는 반사층(700)의 형성 영역을 제외하고는 상술한 제 5 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 구성과 동일하다. 이에 따라, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 반사층(700)은 본 발명의 제 5 실시 예의 상기 반사층(600)과 동일한 방법을 통해 상기 후면전극(500)의 전영역에 형성된다. 이에 따라, 상기 반사층(700)은 상기 후면전극(500)을 투과한 태양광을 모두 상기 반도체층(300) 쪽으로 반사시킴으로써 상기 반도체층(300)으로 재입사되는 광의 비율을 더욱 증가시킨다.
이와 같은, 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 박막형 태양전지는 상기 후면전극(500)의 전영역에 상기 반사층(700)을 형성함으로써 태양전지의 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 박막형 태양전지는 상기 반사층(700) 이 상기 후면전극(500)의 전영역에 형성되기 때문에 태양전지의 효율을 크게 개선할 수 있지만, 소정의 가시권을 확보할 수 없어 건물의 외장재 보다는 태양광 집광시설 등에 사용됨이 바람직하다.
<박막형 태양전지의 제조방법>
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 단계적으로 설명하기 위한 단면도이다.
우선, 도 8a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 위에 제 1 분리부(250)를 사이에 두고 이격되는 전면전극(200)을 형성한다.
상기 전면전극(200)을 형성하는 공정은 스퍼터링(Sputtering) 공정 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공정 등을 이용하여 기판(100) 전영역에 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어진 전면전극층을 형성한 후, 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 상기 전면전극층의 소정영역을 제거하여 제 1 분리부(250)를 형성하는 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.
한편, 상기 전면전극(200)을 형성하는 공정은 스크린 프린팅, 오프셋 프린팅, 잉크 젯 프린팅, 그라비어 프린팅, 마이크로 콘택 프린팅, 또는 플렉소그래피 프린팅과 같은 인쇄 방식을 이용하여 한 번의 공정으로 기판(100) 위에 제 1 분리부(250)를 사이에 두고 이격되는 전면전극(200)을 형성하는 공정을 포함하여 이루 어질 수도 있다. 이와 같이, 스크린 프린팅, 오프셋 프린팅, 잉크 젯 프린팅, 그라비어 프린팅, 마이크로 콘택 프린팅, 또는 플렉소그래피 프린팅과 같은 인쇄 방식을 이용하여 상기 전면전극(200)을 형성할 경우 레이저 스크라이빙 공정을 이용하는 경우에 비하여 기판이 오염될 우려가 줄어들고 기판의 오염 방지를 위한 세정공정 또한 줄어들게 된다.
상기 전면전극(200)은 태양광이 입사되는 면이기 때문에 입사되는 태양광이 태양전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 하기 위해서 텍스처(Texturing) 가공공정을 통해 요철구조로 형성할 수 있다. 상기 텍스처 가공공정이란 물질 표면을 울퉁불퉁한 요철구조로 형성하여 마치 직물의 표면과 같은 형상으로 가공하는 공정으로서, 포토리소그라피법(Photolithography)을 이용한 식각공정, 화학용액을 이용한 이방성 식각공정(Anisotropic Etching), 또는 기계적 스크라이빙(Mechanical Scribing)을 이용한 홈 형성 공정 등을 통해 수행할 수 있다.
다음, 도 8b에서 알 수 있듯이, 상기 기판(100) 전영역에 반도체층(300a) 및 투명도전층(400a)을 차례로 형성한다.
상기 반도체층(300a)은 실리콘계 반도체물질을 플라즈마 CVD법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 투명도전층(400a)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, Ag와 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링 공정 또는 MOCVD 공정 등을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 투명도전층(400a)은 생략할 수 있다.
다음, 도 8c에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극(200) 상에 형성된 상기 반도 체층(300a) 및 상기 투명도전층(400a)의 소정영역을 제거하여 서로 이격되는 콘택부(350) 및 제 2 분리부(450)를 형성한다. 상기 콘택부(350) 및 상기 제 2 분리부(450)를 형성하는 공정은 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 수행할 수 있다.
다음, 도 8d에서 알 수 있듯이, 제 2 분리부(450)를 제외한 상기 기판(100) 전영역에 도전성 페이스트를 인쇄하여 후면전극(500)을 형성한다. 상기 후면전극층(500)은 스크린 프린팅, 오프셋 프린팅, 잉크 젯 프린팅, 그라비어 프린팅, 마이크로 콘택 프린팅, 또는 플렉소그래피 프린팅과 같은 인쇄 방식을 통해 형성된다. 이에 따라, 상기 후면전극(500)은 상기 반도체층(300) 또는 상기 투명도전층(400) 상에 형성됨과 아울러 콘택부(350)를 통해 상기 전면전극(200)에 전기적으로 접속된다.
상술한 도 8a 내지 도 8d의 제조방법에 의해 제조된 박막형 태양전지는 도 2에 도시된 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 박막형 태양전지와 동일한 구조 및 효과를 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법은 상술한 도 8a 내지 도 8d 각각의 공정을 통해 박막형 태양전지를 제조한 후, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 후면전극(500)의 일부 영역에 상기 반사층(600)을 형성한다. 이에 따라, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법에 의해 제조된 박막형 태양전지는 도 3에 도시된 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막형 태양전지와 동일한 구조 및 효과를 가질 수 있다.
다른 한편, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법은 상술한 도 8a 내지 도 8d 각각의 공정을 통해 박막형 태양전지를 제조한 후, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 후면전극(500)의 전영역에 상기 반사층(700)을 형성한다. 이에 따라, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법에 의해 제조된 박막형 태양전지는 도 4에 도시된 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 박막형 태양전지와 동일한 구조 및 효과를 가질 수 있다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 단계적으로 설명하기 위한 단면도이다.
우선, 도 9a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 위에 제 1 분리부(250)를 사이에 두고 이격되는 전면전극(200)을 형성한다. 이러한, 상기 전면전극(200)은 상술한 본 발명의 제 1 실시 예의 제조방법과 동일한 재질 및 방법으로 형성된다.
다음, 도 9b에서 알 수 있듯이, 상기 기판(100) 전영역에 반도체층(300a) 및 투명도전층(400a)을 차례로 형성한다. 이러한, 상기 반도체층(300a) 및 투명도전층(400a)은 상술한 본 발명의 제 1 실시 예의 제조방법과 동일한 재질 및 방법으로 형성된다.
다음, 도 9c에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극(200) 상에 형성된 상기 반도체층(300a) 및 상기 투명도전층(400a)의 소정영역을 제거하여 콘택부 및 제 2 분리부를 포함하는 오픈부(380)를 형성한다. 상기 오픈부(380)는 한번의 레이저 스크라이빙 공정을 통해 상기 제 1 분리부(250)에 접하도록 상기 전면전극(200)의 일측에 형성된다.
다음, 도 9d에서 알 수 있듯이, 제 2 분리부(450)를 제외한 상기 기판(100) 전영역에 도전성 페이스트를 인쇄하여 후면전극(800)을 형성한다. 상기 후면전극층(800)은 스크린 프린팅, 오프셋 프린팅, 잉크 젯 프린팅, 그라비어 프린팅, 마이크로 콘택 프린팅, 또는 플렉소그래피 프린팅과 같은 인쇄 방식을 통해 형성된다. 이에 따라, 상기 후면전극(800)은 상기 반도체층(300) 또는 상기 투명도전층(400) 상에 형성됨과 아울러 상기 오픈부(380)의 상기 콘택부(350)를 통해 상기 전면전극(200)에 전기적으로 접속된다.
상술한 도 9a 내지 도 9d의 제조방법에 의해 제조된 박막형 태양전지는 도 5에 도시된 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 박막형 태양전지와 동일한 구조 및 효과를 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법은 상술한 도 9a 내지 도 9d 각각의 공정을 통해 박막형 태양전지를 제조한 후, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 후면전극(800)의 일부 영역에 상기 반사층(600)을 형성한다. 이에 따라, 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법에 의해 제조된 박막형 태양전지는 도 6에 도시된 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 박막형 태양전지와 동일한 구조 및 효과를 가질 수 있다.
다른 한편, 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법은 상술한 도 9a 내지 도 9d 각각의 공정을 통해 박막형 태양전지를 제조한 후, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 후면전극(800)의 전영역에 상기 반사층(700)을 형성한다. 이에 따라, 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법에 의해 제조된 박막형 태양전지는 도 7에 도시된 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 박막 형 태양전지와 동일한 구조 및 효과를 가질 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1a 내지 도 1f는 종래의 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이고;
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 박막형 태양전지를 설명하기 위한 단면도이고;
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막형 태양전지를 설명하기 위한 단면도이고;
도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 박막형 태양전지를 설명하기 위한 단면도이고;
도 5는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 박막형 태양전지를 설명하기 위한 단면도이고;
도 6은 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 박막형 태양전지를 설명하기 위한 단면도이고;
도 7은 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 박막형 태양전지를 설명하기 위한 단면도이고;
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 단계적으로 설명하기 위한 단면도이고; 및
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 단계적으로 설명하기 위한 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 >
100: 기판 200: 전면전극
250: 제 1 분리부 300: 반도체층
350: 콘택부 380: 오픈부
400: 투명도전층 450: 제 2 분리부
500, 800: 후면전극 600, 700: 반사층

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  8. 기판 위에 형성된 전면전극과 반도체층 및 후면전극으로 이루어지는 단위 셀들이 전기적으로 직렬 접속되는 박막형 태양전지의 제조 방법에 있어서,
    상기 기판 위에 제 1 분리부를 사이에 두고 이격되는 상기 전면전극을 형성하는 공정;
    상기 전면전극을 포함한 기판 전면에 상기 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 반도체층의 소정영역을 제거하여 상기 전면전극의 소정영역을 노출시키는 콘택부 및 제 2 분리부를 형성하는 공정; 및
    상기 콘택부를 통해 인접한 단위 셀의 전면전극에 전기적으로 접속되도록 상기 반도체층 위에 상기 후면전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지며,
    상기 후면전극은 광이 투과될 수 있는 도전성 페이스트에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 도전성 페이스트는 금속입자, 금속산화물, 카본블랙, 그라파이트 또는 탄소나노튜브를 포함하는 탄소 소재이거나 전도성 고분자 소재인 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 후면전극은 스크린 프린팅(Screen Printing), 오프셋 프린팅(Offset Printing), 잉크 젯 프린팅(Ink Jet Printing), 그라비어 프린팅(Gravure Printing), 마이크로 콘택 프린팅(Micro Contact Printing), 또는 플렉소그래피 프린팅(Flexography Printing)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 콘택부 및 상기 제 2 분리부는 서로 이격되도록 상기 전면전극 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 콘택부 및 상기 제 2 분리부는 서로 접하도록 상기 전면전극 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 반도체층과 동일한 패턴을 가지도록 상기 반도체층 위에 투명도전층을 형성하는 공정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  14. 제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 후면전극 위의 일부 영역 또는 전영역에 반사층을 형성하는 공정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 반사층은 Ag, Al, Cu, Mo, 또는 Ni 재질, 또는 이들을 혼합 재질인 반 사성 페이스트에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 반사층은 스크린 프린팅(Screen Printing), 오프셋 프린팅(Offset Printing), 잉크 젯 프린팅(Ink Jet Printing), 그라비어 프린팅(Gravure Printing), 마이크로 콘택 프린팅(Micro Contact Printing), 또는 플렉소그래피 프린팅(Flexography Printing)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
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