KR101432903B1 - 이원계 분말을 이용한 ｃιｓ 박막 태양전지 제조 방법 - Google Patents
이원계 분말을 이용한 ｃιｓ 박막 태양전지 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 2원계 분말을 이용한 CIS 박막 태양전지 제조 방법은 기판을 준비하는 단계와 배면 전극을 증착하는 단계와 흡수 전구체를 형성하는 단계와 흡수층을 형성하는 단계와 버퍼층을 형성하는 단계 윈도우층을 형성하는 단계 및 전면전극을 형성하는 단계로 이루어진다.
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 상세하게는 CIS 분말을 이용한 CIS 박막 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.
태양 전지는 실리콘 반도체를 재료로 사용하는 것과 화합물 반도체를 재료로 하는 것으로 크게 나눌 수 있고, 실리콘 반도체에 의한 것은 결정계와 비결정계로 분류된다.
현재, 태양광 발전 시스템으로 일반적으로 사용하고 있는 것은 실리콘 반도체로 이 중 결정계 실리콘 반도체의 단결정 및 다결정 태양전지는 변환 효율이 좋고 신뢰성이 높아서 널리 사용하고 있다.
태양전지의 기술 개발에 관해서는 변환 효율의 향상이나 가격 조정 등이 계획되고 있으며 변환 효율 20%를 초월하는 태양전지나 가격을 낮출 수 있는 박막 태양전지 등도 개발되고 있다.
이와 같은 태양전지의 광흡수층 재료로서 CIS계, CIGS계 또는 CdTe계의 화합물 반도체를 소재로 한 박막 태양전지의 연구 및 개발이 이루어지고 있는데 비정질 실리콘에 비해 효율이 높고 초기 열화현상이 없는 등 비교적 안정성이 높으며 경제성이 높고 고효율의 장점을 가지고 있다.
특히 CIS계 화합물 반도체 박막 태양전지는 저가, 고효율화를 목표로 다양한 공정이 시도되고 있다.
본 발명의 제조 방법은 제조 효율성이 우수한 CIS계 박막 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명의 제조 방법은 2원계 분말을 이용함으로써, 제조 공정을 간단히 할 수 있어 제조 시간과 비용을 절감하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 기판을 준비하는 제 1단계와 배면 전극을 증착하는 제 2단계와 흡수 전구체를 형성하는 제 3단계와 흡수층을 형성하는 제 4단계와 버퍼층을 형성하는 제 5단계와 윈도우층을 형성하는 제 6단계 및 전면전극을 형성하는 제 7단계로 이루어진다.
본 발명의 제조 방법은 이원계 분말을 이용함으로써, 이원계 분말을 이용함으로써 제조 효율성이 우수하고, 제조 공정을 간단히 할 수 있어 제조 시간과 비용을 절감하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이원계 분말을 이용한 CIS계 박막 태양전지 제조 방법의 순서도,
도 2는 본 발명에 따른 이원계 분말을 이용한 CIS계 박막 태양전지의 구조를 도시한 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 이원계 분말을 이용한 CIS계 박막 태양전지의 버퍼층이 형성되는 과정을 도시한 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 이원계 분말을 이용한 CIS계 박막 태양전지의 구조를 도시한 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 이원계 분말을 이용한 CIS계 박막 태양전지의 버퍼층이 형성되는 과정을 도시한 개념도,
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 이원계 분말을 이용한 CIS계 박막 태양전지 제조 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이원계 분말을 이용한 CIS계 박막 태양전지의 구조를 도시한 개념도이다.
도 1 및 도 2를 병행 참조하면, 먼저 소다라임유리(Sodalime Glass) 기판(110)을 준비하고 기판(110)을 아세톤 용액 내에서 9분 내지 11분 동안 초음파로 세정을 한다.
아세톤 용액 내에서 세정 된 기판(110)을 다시 메탄올 용액 내에서 9분 내지 11분 동안 초음파로 세정을 하고 소다라임유리(Sodalime Glass) 기판(110)을 증류수(D.I.water)로 세척한다.(S10)
소다라임유리(Sodalime Glass) 기판(110)은 소다석회 유리 기판, 소다석회 실리카겔 유리 기판, 비정질 유리 기판 등이 사용 될 수 있다.
기판(110)이 세척되면 세척 된 기판(110) 위에 배면 전극(120)을 증착 한다.(S20)
배면 전극(120)을 증착 할 때는 스퍼터(sputter) 장비를 이용하여 몰리브덴(Mo)를 증착하는데 이 때 배면 전극(120)의 상부에 나트륨(Na)이 포함되도록 증착하는 것을 특징으로 하며 두께는 0.5㎛ 내지 1㎛ 정도로 한다.
배면 전극(120)이 증착 되면 배면 전극(120)이 증착 된 기판 위에 흡수 전구체를 형성한다.
흡수전구체는 삼셀레늄화이인듐(In2Se3)층을 형성한 후(S30), 삼셀레늄화이인듐(In2Se3)층 위에 셀레늄화구리(CuSe)층을 형성 하는 것으로 이루어진다(S40).
배면 전극(120)이 증착 된 기판 위에 삼셀레늄화이인듐(In2Se3) 분말을 페이스트 타입으로 도포하고 반도체 열처리 장비(DIFFUSION FURNACE)를 이용하여 100℃ 내지 200℃ 정도로 열처리한다.
그리고 삼셀레늄화이인듐(In2Se3)층이 형성 된 기판 상부에 셀레늄화구리(CuSe) 분말을 페이스트 타입으로 도포하여 반도체 열처리 장비(DIFFUSION FURNACE)를 이용하여 100℃ 내지 200℃ 정도로 열처리를 진행한다.
흡수 전구체는 삼셀레늄제이인듐(In2Se3)와 셀레늄화구리(CuSe) 분말을 섞어서 페이스트 타입으로 도포하고 반도체 열처리 장비(DIFFUSION FURNACE)를 이용하여 100℃~200℃ 정도로 열처리시켜 형성 될 수도 있다.
흡수 전구체 이 외에도 진공 증착법(Vacuum evaporation), 스퍼터링(sputtering)증착과 셀렌화(selenization), 전착법(electrodeposition)으로 형성될 수 있다.
흡수층(130)은 흡수 전구체가 형성된 기판 위에 반도체 열처리 장비(DIFFUSION FURNACE)를 이용하여 400℃ 내지 500℃ 열처리를 하여 형성된다(S50).
흡수층(130)이 형성된 기판 위에 pn 접합을 형성시키기 위해 n형 반도체 층인 황화카드뮴(CdS)를 화학적용액증착법(Chemical Bath Deposition)으로 50㎛ 내지 70㎛ 코팅하여 버퍼층(140)을 형성한다(S60).
이때 황화카드뮴(CdS)의 카드뮴(Cd)과 황(S)의 공급원은 염화카드뮴(CdCl2) 2.4 mM과 티오요소(thiourea) 2.4 mM이며 수소이온농도(pH)는 9 내지 11이고 온도는 70℃ 내지 80℃에서 15분 내지 25분간 반응시켜 균일한 박막을 얻을 수 있다.
윈도우층은 버퍼층(140) 위에 산화아연(ZnO)층(150)을 형성하고(S70), 형성 된 산화아연(ZnO)층(150) 위에 알루미늄산화아연(Al:ZnO)층(160)을 형성하여(S80) 만들어진다.
버퍼층(140)이 형성 된 기판 위에 스퍼터(sputter) 공정으로 산화아연(ZnO)를 증착시킨다.
스퍼터(sputter) 공정은 알에프 마그네트론 스퍼터(RF magnetron sputter) 공법으로 이루어지며 증착되는 산화아연(ZnO)층(150)의 박막은 20 내지 80nm 두께이다.
그리고 S70 단계에서 산화아연(ZnO) 윈도우층(150)이 형성된 기판 위에 알에프 마그네트론 스퍼터(RF magnetron sputter) 공법을 이용하여 타겟으로는 알루미늄(Al) 2중량% 도핑 된 산화아연(ZnO)을 사용하고 아르곤(Ar) 분위기에서 두께 250nm 내지 300nm로 증착한다.
윈도우층을 형성할 때 마그네트론 스퍼터(RF magnetron sputter) 공법 외에 MOCVD(Metal Organic Vapor Deposition) 공법과 Zn 금속을 이용한 반응성 스퍼터법이 이용될 수 있다.
전면전극(170)은 S80 단계에서 알루미늄:산화아연(Al:ZnO)층(160)이 형성 된 기판 위에 마스크 패턴을 이용하여 상부에 그리드(grid) 전극용 금속을 스크린 인쇄기(screen printer) 또는 전자빔(E-beam) 장치를 이용하여 형성된다(S90).
도 3은 본 발명에 따른 이원계 분말을 이용한 CIS계 박막 태양전지의 버퍼층이 형성되는 과정을 도시한 개념도이다.
도 3을 참조하면 본 발명을 통한 태양전지는 태양전지에 태양빛(180)이 입사되면 흡수된 태양빛(180)이 가지고 있는 에너지에 의해 반도체 내부를 자유로이 이동하는 상태가 된다.
자유로이 이동하다가 PN 접합에 의해 생긴 전계에 들어오게 되면 전자(-)(190)는 N형 반도체에, 정공(+)(195)은 P형 반도체에 이르게 되어 전위차가 발생하게 된다.
양단의 전극에 외부도선으로 연결하게 되면 N형 쪽의 전자(190)가 외부도선(220)을 통해 P형 쪽으로 이동하게 되면서 전류가 흐르게 된다.
태양빛(180)이 계속 입사되는 한 이 상태가 계속 유지되므로 전류가 지속적으로 흐르게 된다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
110 : sodaline Glass 120 : 배면전극
130 : 흡수층 140 : 버퍼층
150 : 윈도우층 (ZnO층) 160 : 윈도우층 (Al:ZnO층)
170 : 전면전극 180 : 태양빛
190 : 전자 195 : 전공
210,230 : 전극 220 : 외부도선
130 : 흡수층 140 : 버퍼층
150 : 윈도우층 (ZnO층) 160 : 윈도우층 (Al:ZnO층)
170 : 전면전극 180 : 태양빛
190 : 전자 195 : 전공
210,230 : 전극 220 : 외부도선
Claims (9)
- 기판을 준비하는 제 1단계와;
상기 기판 위에 배면 전극을 증착하는 제 2단계와;
상기 배면 전극 위에 흡수 전구체를 형성하는 제 3단계와;
상기 흡수 전구체 위에 흡수층을 형성하는 제 4단계와;
상기 흡수층 위에 버퍼층을 형성하는 제 5단계와;
상기 버퍼층 위에 윈도우층을 형성하는 제 6단계: 및
상기 윈도우층 위에 전면전극을 형성하는 제 7단계
를 포함하되, 상기 3단계에서 상기 흡수 전구체는 상기 배면 전극이 적층 된 기판에 삼셀레늄화이인듐(In2Se3) 분말을 도포하고 반도체 열처리 장비(DIFFUSION FURNACE)를 이용하여 100℃ 내지 200℃ 정도로 열처리를 진행 한 후 셀레늄화구리(CuSe) 분말을 도포하고 반도체 열처리 장비(DIFFUSION FURNACE)를 이용하여 100℃ 내지 200℃ 정도로 열처리를 진행 하는 것을 특징으로 하는 이원계 분말을 이용한 CIS 박막 태양전지 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 1단계에서 상기 기판을 준비하는 것은 상기 기판을 아세톤으로 9분 내지 11분 동안 초음파 세척을 하고 메탄올으로 9분 내지 11분 동안 초음파 세척을 한 후 증류수로 세척하는 것을 특징으로 하는 이원계 분말을 이용한 CIS 박막 태양전지 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 2단계에서 상기 배면전극은 상기 기판의 상부에 스퍼터 장비를 이용하여 몰디브덴(Mo)를 증착하는 것을 특징으로 하는 이원계 분말을 이용한 CIS 박막 태양전지 제조 방법.
- 제 3항에 있어서,
상기 배면 전극의 상부에 증착되는 상기 몰리브덴(Mo)은 나트륨(Na)을 포함하며 0.5㎛~1㎛의 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 이원계 분말을 이용한 CIS 박막 태양전지 제조 방법.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 4단계는 상기 흡수 전구체가 형성 된 기판에 반도체 열처리 장비(DIFFUSION FURNACE)를 이용하여 400℃ 내지 500℃ 정도로 열처리를 진행하는 것을 특징으로 하는 이원계 분말을 이용한 CIS 박막 태양전지 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 5단계는 상기 흡수층이 형성 된 기판에 황화카드뮴(CdS)를 화학적용액증착법(Chemical bath deposition)으로 50nm 내지 70nm 두께로 코팅하는 것을 특징으로 하는 이원계 분말을 이용한 CIS 박막 태양전지 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 6단계는 상기 버퍼층이 형성 된 기판에 스퍼터 장비를 이용하여 20nm 내지 80nm로 산화아연(ZnO)을 증착한 후 알루미늄(Al)이 2 중량% 도핑 된 산화아연(ZnO)을 250nm 내지 300nm 증착하는 것을 특징으로 하는 이원계 분말을 이용한 CIS 박막 태양전지 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 전면전극을 형성하는 제 7단계는 마스크 패턴을 이용하여 그리드(GRID) 전극 용 금속을 스크린 인쇄기(Screen Printer) 또는 전자빔(E-beam) 장치를 이용하여 형성하는 것을 특징르로 하는 이원계 분말을 이용한 CIS 박막 태양전지 제조 방법.
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| KR20120019235A (ko) * | 2010-08-25 | 2012-03-06 | 한국세라믹기술원 | 단일상 ｃｉｇｓ 나노분말의 제조방법 |
-
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