KR101436538B1 - 박막형 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 개시한다. 본 발명에 따른 박막형 태양전지는, 기판 상에 형성된 후면 전극층 및 상기 후면 전극층 상에 형성된 광 흡수층을 포함하는 박막형 태양전지에 있어서, 상기 후면 전극층은 몰리브덴(Mo)을 포함하되, 상기 기판으로부터 상기 광 흡수층으로 향하는 방향으로 적어도 일부 영역에서 산소(O2)가 함유된 산화 몰리브덴(MoOx)(0≤x≤3)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

박막형 태양전지 및 그 제조방법{Thin film solar cell and Method of fabricating the same}
본 발명은 박막형 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 박막형 태양전지에 적용되는 기판과 후면 전극층의 박리 강도 및 배리어 특성이 향상된 박막형 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목되고 있다. 태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 발전과, 반도체의 성질을 이용하여 태양빛(Photons)을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지가 있으며, 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하, '태양전지'라 한다)를 일컫는다.
이러한 태양전지는 원료 물질에 따라 크게 다결정(poly crystal) 및 단결정(single crystal) 실리콘 태양전지 또는 비정질 실리콘 태양전지와 같은 실리콘계 태양전지와 화합물 반도체 태양전지 등으로 분류된다.
이 중 화합물 반도체 태양전지의 하나로서 CIGS계 태양전지는 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se) 등의 원소로 이루어지는 광흡수 계수가 높은 광흡수층을 유리(glass) 등의 기판상에 증착하여 전기에너지를 생산하게 되는 태양전지로서, 두께가 얇은 박막으로도 고효율의 태양전지 제조가 가능하며, 또한 전기, 광학적 안정성이 우수하여 매우 이상적인 광흡수층을 형성할 수 있어 저가, 고효율의 태양전지 재료로 많은 연구가 이루어지고 있다.
이러한 박막형 태양전지의 후면 전극층에는 높은 융점과 낮은 오옴접촉(ohmic contact) 및 셀레늄(Se) 분위기에서의 고온에 대한 안정성이 우수한 몰리브덴(Mo)이 주로 사용되고 있다.
그런데, 몰리브덴으로 이루어진 후면 전극층과 기판은 상호간에 열팽창계수가 다르기 때문에 격자 부정합(mismatch)이 발생하게 된다. 이는 후면 전극층과 기판의 접촉 계면에서의 결합력 감소로 이어지고, 결국에는 후면 전극층이 기판의 표면에서 벗겨지는(peeling) 현상이 발생하여 이들이 박리될 수 있으며, 이로 인해 효율 및 안정성이 저하될 수 있는 문제점이 있었다. 또한, 기판으로부터 유입되는 불순물에 의해 후면 전극층을 이루는 몰리브덴이 열화되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 박막형 태양전지에 적용되는 후면 전극층을 개선하여 기판과 후면 전극층의 박리 강도 및 배리어 특성을 향상시킬 수 있는 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막형 태양전지는, 기판 상에 형성된 후면 전극층 및 상기 후면 전극층 상에 형성된 광 흡수층을 포함하는 박막형 태양전지에 있어서, 상기 후면 전극층은 몰리브덴(Mo)을 포함하되, 상기 기판으로부터 상기 광 흡수층으로 향하는 방향으로 적어도 일부 영역에서 산소(O2)가 함유된 산화 몰리브덴(MoOx)(0≤x≤3)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 후면 전극층은 반응성 스퍼터링법(Reactive Sputtering)을 이용하여 형성된다.
바람직하게, 상기 후면 전극층의 두께는 200 ~ 1000㎚이다.
바람직하게, 상기 후면 전극층에서 산화 몰리브덴(MoOx)이 포함된 영역의 두께는 상기 후면 전극층의 전체 두께의 10 ~ 50%이다.
바람직하게, 상기 후면 전극층에서 산화 몰리브덴(MoOx)이 포함된 영역의 두께는 20 ~ 500㎚이다.
바람직하게, 상기 산화 몰리브덴(MoOx)에서 산소(O2)의 함유량은 5 ~ 20At%이다.
바람직하게, 상기 산화 몰리브덴(MoOx)은 기판으로부터 광 흡수층으로 향하는 방향으로 산소(O2)의 함유량이 적어지는 분율 구배(gradient)를 가진다.
바람직하게, 상기 후면 전극층은, 상기 기판 상에 형성되며 산소(O2)가 함유된 산화 몰리브덴(MoOx)으로 이루어진 제1 영역층과, 상기 제1 영역층 상에 형성되며 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 제2 영역층으로 이루어진다.
바람직하게, 상기 제1 영역층의 두께는 상기 후면 전극층의 전체 두께의 10 ~ 50%이다.
바람직하게, 상기 제1 영역층의 두께는 20 ~ 500㎚이다.
바람직하게, 상기 제1 영역층에서 산소(O2)의 함유량은 5 ~ 20At%이다.
바람직하게, 상기 제1 영역층은 기판으로부터 광 흡수층으로 향하는 방향으로 산소(O2)의 함유량이 적어지는 분율 구배(gradient)를 가진다.
바람직하게, 상기 광 흡수층 상에 형성된 버퍼층, 윈도우층 및 전면 전극층을 더 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막형 태양전지의 제조방법은, 기판 상에 형성된 후면 전극층 및 상기 후면 전극층 상에 형성된 광 흡수층을 포함하는 박막형 태양전지의 제조방법에 있어서, (a) 상기 기판 상에 몰리브덴(Mo)을 포함하는 후면 전극층을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계;를 포함하되, 상기 (a) 단계는, 상기 기판으로부터 상기 광 흡수층으로 향하는 방향으로 적어도 일부 영역에서 산소(O2) 가스를 투입시켜 산소가 함유된 산화 몰리브덴(MoOx)(0≤x≤3)을 더 포함하는 후면 전극층으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 (a) 단계는, 반응성 스퍼터링법(Reactive Sputtering)을 이용하여 상기 후면 전극층을 형성한다.
바람직하게, 상기 후면 전극층의 두께는 200 ~ 1000㎚이다.
바람직하게, 상기 후면 전극층에서 산화 몰리브덴(MoOx)이 포함된 영역의 두께는 상기 후면 전극층의 전체 두께의 10 ~ 50%이다.
바람직하게, 상기 후면 전극층에서 산화 몰리브덴(MoOx)이 포함된 영역의 두께는 20 ~ 500㎚이다.
바람직하게, 상기 산화 몰리브덴(MoOx)에서 산소(O2)의 함유량은 5 ~ 20At%이다.
바람직하게, 상기 (a) 단계는, 상기 산화 몰리브덴(MoOx)이 기판으로부터 광 흡수층으로 향하는 방향으로 산소(O2)의 함유량이 적어지는 분율 구배(gradient)를 가지도록 산소 투입량을 초기 산소 투입량을 기준으로 줄어들게 투입한다.
바람직하게, 상기 (a) 단계는, (a1) 상기 기판 상에 산소(O2)가 함유된 산화 몰리브덴(MoOx)으로 이루어진 제1 영역층을 형성하는 단계; 및 (a2) 상기 제1 영역층 상에 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 제2 영역층을 형성하는 단계;를 포함한다.
바람직하게, 상기 제1 영역층의 두께는 상기 후면 전극층의 전체 두께의 10 ~ 50%이다.
바람직하게, 상기 제1 영역층의 두께는 20 ~ 500㎚이다.
바람직하게, 상기 제1 영역층에서 산소(O2)의 함유량은 5 ~ 20At%이다.
바람직하게, 상기 (a1) 단계는, 상기 산화 몰리브덴(MoOx)이 기판으로부터 광 흡수층으로 향하는 방향으로 산소(O2)의 함유량이 적어지는 분율 구배(gradient)를 가지도록 산소 투입량을 초기 산소 투입량을 기준으로 줄어들게 투입한다.
바람직하게, 상기 광 흡수층 상에 버퍼층, 윈도우층 및 전면 전극층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 박막형 태양전지의 후면 전극층을 종래의 몰리브덴(Mo) 단일층에서 몰리브덴(Mo)과 산화 몰리브덴(MoOx)으로 이루어진 2중층으로 형성함으로써, 기판과 후면 전극층 간의 박리 특성과 배리어 특성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 후술되는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 박막형 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2 내지 4는 본 발명에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도들이다.
도 5는 본 발명에 따른 후면 전극층의 형성과정에서 산소의 투입량 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예에서 제작된 후면 전극층의 두께에 따른 몰리브덴 및 산소의 함유량을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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.
도 1은 본 발명에 따른 박막형 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 박막형 태양전지는, 기판(100), 후면 전극층(200) 및 광 흡수층(300)을 포함한다. 또한, 상기 박막형 태양전지는 광 흡수층(300) 상에 버퍼층(400), 윈도우층(500) 및 전면 전극층(600)을 더 포함할 수 있다.
상기 기판(100)은 절연성이 있는 유리 기판이 사용된다. 이때, 유리 기판으로는 소라다임(sodalime) 유리를 이용한 기판이 이용될 수 있다. 하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 유리 기판 이외에도 태양전지의 적층 구조의 기초가 될 수 있는 다양한 재질이 사용될 수 있음은 자명하다. 예컨대, 플랙시블한 특성을 갖는 태양전지로 구성될 때에는 폴리이미드(polyimide)를 이용한 폴리머 기판이 이용될 수 있다.
상기 후면 전극층(200)은 도전성을 갖는 금속층으로서 높은 전기전도성과 광 흡수층(300)과의 오믹 접촉(ohmic contact) 및 셀레늄(Se) 분위기 하에서의 고온 안정성을 갖는 몰리브덴(Mo)이 사용될 수 있다. 상기 후면 전극층(200)은 반응성 스퍼터링법(Reactive Sputtering)을 이용하여 형성될 수 있다. 이때, 후면 전극층(200)은 200 ~ 1000㎚인 두께로 형성될 수 있다.
본 발명에서는 상기 후면 전극층(200)이 단일의 순수 몰리브덴(Mo)만으로 이루어지는 것이 아니라, 상기 기판(100)으로부터 상기 광 흡수층(300)으로 향하는 방향으로 적어도 일부 영역에서 산소(O2)가 함유된 산화 몰리브덴(MoOx)(0≤x≤3)을 더 포함한다.
상기 후면 전극층(200)에서 산화 몰리브덴(MoOx)이 포함된 영역의 두께는 상기 후면 전극층(200)의 전체 두께의 10 ~ 50%로 예컨대, 그 두께가 20 ~ 500㎚일 수 있다. 또한, 산화 몰리브덴(MoOx)에서 산소(O2)의 함유량은 5 ~ 20At%인 것이 바람직하다. 특히, 후면 전극층(200)에 포함된 산화 몰리브덴(MoOx)은 후면 전극층(200) 전체에 걸쳐 함유되는 것이 아니라 기판(100)으로부터 광 흡수층(300)으로 향하는 방향으로 일정 영역에만 포함되고, 이때 산화 몰리브덴(MoOx)의 산소(O2)의 함유량이 기판(100)으로부터 광 흡수층(300)으로 향하는 방향으로 적어지는 분율 구배(gradient)를 가지는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 후면 전극층(200)은 도 1의 부분 확대 부분에 도시된 바와 같이, 상기 기판(100) 상에 형성되며 산소(O2)가 함유된 산화 몰리브덴(MoOx)으로 이루어진 제1 영역층(200a)과, 상기 제1 영역층(200a) 상에 형성되며 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 제2 영역층(200b)으로 이루어진다.
상기 후면 전극층(200)의 제1 및 제2 영역층(200a, 200b)은 반응성 스퍼터링법에 의해 몰리브덴(Mo) 타겟(target) 에 산소(O2) 가스의 투입량을 조절함으로써, 산소(O2)가 함유된 산화 몰리브덴(MoOx)으로 이루어진 제1 영역층(200a)과 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 제2 영역층(200b)으로 구분하여 형성할 수 있다.
상기 제1 영역층(200a)은 상기 후면 전극층(200)의 전체 두께의 10 ~ 50%로 예컨대, 그 두께가 20 ~ 500㎚일 수 있다. 또한, 산소(O2)의 함유량이 5 ~ 20At%인 것이 바람직하다. 특히, 제1 영역층(200a)은 기판(100)으로부터 광 흡수층(300)으로 향하는 방향으로 산소(O2)의 함유량이 적어지는 분율 구배(gradient)를 가지는 것이 바람직하다.
상기 제2 영역층(200b)은 상기 제1 영역층(200a) 상에 형성되며 상기 후면 전극층(200)의 전체 두께의 50 ~ 90%로 예컨대, 그 두께가 100 ~ 900㎚일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 후면 전극층(200)이 제1 영역층(200a)과 제2 영역층(200b)으로 구분되어 형성됨으로써, 기판(100)과 인접하여 위치한 제1 영역층(200a)에 의해 기판(100)과의 박리 강도와 배리어 특성을 향상시킴과 동시에 광 흡수층(300)과 인접하여 위치한 제2 영역층(200b)에 의해 광 흡수층(300)과의 오믹 접촉(ohmic contact) 및 셀레늄(Se) 분위기 하에서의 고온 안정성을 유지할 수 있게 되는 장점을 갖게 된다. 이는, 상기 제1 영역층(200a)이 몰리브덴(Mo)에 산소(O2)가 추가적으로 함유된 산화 몰리브덴(MoOx)으로 이루어짐에 따라 표면의 거칠기(roughness)가 증가되어 기판(100)과의 접착력이 향상되게 되고, 또한, 기판(100)의 전처리 공정에서 기판(100) 상에 남아있던 산소(O2)와 산화 몰리브덴(MoOx)이 융화되어 기판(100)과의 접착력 향상에 기여하게 된다. 또한, 상기 제1 영역층(200a)은 산화 몰리브덴(MoOx)의 결정 구조가 나노결정 또는 비정질결정 구조를 갖게 됨에 따라 기판(100)으로부터 침투될 수 있는 불순물을 차단할 수 있게 되어 배리어 특성을 향상시키게 된다.
상기 광 흡수층(300)은 태양광을 흡수하여 기전력을 발생시키기 위한 것으로서, CIGS계의 재질로 형성된다. CIGS는 CuInSe2(CIS)의 3원소 반도체에 갈륨(Ga) 원소를 도핑하여 효율을 증가시킨 것이다.
상기 버퍼층(400)은 p형 반도체 층인 상기 광 흡수층(300)과 pn접합되는 n형의 반도체 층으로서, 황화 카드뮴(Cds)로 형성된다.
상기 윈도우층(500)은 투명한 전극층으로서, ITO, ZnO 또는 i-ZnO 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 이때, 상기 윈도우층(500)의 상면에는 전하를 효과적으로 포집하기 위해서 알루미늄(Al)이나 니켈(Ni)과 같은 금속 재질로 이루어진 금속층인 전면 전극층(600)이 형성된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 박막형 태양전지는 후면 전극층(200)이 몰리브덴(Mo)과 산화 몰리브덴(MoOx)으로 이루어진 제1 및 제2 영역층(200a, 200b)으로 형성됨으로써, 기판(100)과의 박리 특성과 배리어 특성을 향상시킴과 동시에 광 흡수층(300)과의 오믹 접촉(ohmic contact) 및 셀레늄(Se) 분위기 하에서의 고온 안정성을 유지할 수 있는 장점을 갖게 된다.
도 2 내지 4는 본 발명에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도들이고, 도 5는 본 발명에 따른 후면 전극층의 형성과정에서 산소의 투입량 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 박막형 태양전지의 제조방법은, 기판(100) 상에 후면 전극층(200)을 형성하는 단계와, 상기 후면 전극층(200) 상에 광 흡수층(300)을 형성하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 박막형 태양전지의 제조방법은 광 흡수층(300) 상에 버퍼층(400), 윈도우층(500) 및 전면 전극층(600)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(100)을 준비하고, 상기 기판(100) 상에 후면 전극층(200)의 제1 영역층(200a)을 형성한다. 이는 반응성 스퍼터링법(Reactive Sputtering)을 이용하여 형성된다.
구체적으로, DC 파워가 인가되는 스퍼터링 챔버(미도시)의 일단에 상기 기판(100)을 준비하고, 타단에 몰리브덴(Mo) 타겟을 배치시킨다. 기판(100)의 준비가 완료되면, 스퍼터링 챔버의 내부에는 불활성 가스를 주입하고, 공정 압력은 3 ~ 10mTorr로, 공정 온도는 25 ~ 70℃로 하고, 불활성 가스의 분위기에 반응성 가스로서 산소(O2) 가스를 투입하는데 초기 산소(O2) 가스의 투입량을 5 ~ 40sccm으로 하고, 3 ~ 10kW의 DC 파워를 인가하여 후면 전극층(200)의 제1 영역층(200a)을 형성한다. 이때, 제1 영역층(200a)이 형성되는 과정에서는 제1 영역층(200a)의 산화 몰리브덴(MoOx)이 기판(100)으로부터 광 흡수층(300)으로 향하는 방향으로 산소(O2)의 함유량이 적어지는 분율 구배(gradient)를 가지도록 상기 산소(O2) 가스의 투입량이 초기 산소(O2) 투입량을 기준으로 점차적으로 줄어들도록 제어한다. 이 공정은 상기 제1 영역층(200a)의 두께가 후면 전극층(200)의 전체 두께의 10 ~ 50%로 예컨대, 20 ~ 500㎚가 될 때까지 지속한다.
그런 다음, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 영역층(200a) 상에 제2 영역층(200b)을 형성한다. 이는 상기 제1 영역층(200a)의 형성과 연속적으로 이루어지되, 스퍼터링 챔버에 투입되었던 산소(O2) 가스의 투입을 차단한 상태에서 공정이 이루어진다. 그러면, 상기 제1 영역층(200a)의 상면에는 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 제2 영역층(200b)을 형성할 수 있게 된다.
그리고 나서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 후면 전극층(200) 상에 광 흡수층(300)을 형성한다. 또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 광 흡수층(300) 상에 버퍼층(400), 윈도우층(500) 및 전면 전극층(600)을 순차적으로 적층시켜 박막형 태양전지를 완성하게 된다.
본 발명에서, 상기 후면 전극층(200)의 제1 및 제2 영역층(200a, 200b)을 형성하는 과정은 도 5에 나타난 그래프와 같이, 제1 영역층(200a)이 형성되는 A 구간에서는 산소(O2) 가스를 투입하고, 투입되는 산소(O2) 가스의 투입량을 제1 영역층(200a)이 기판(100)으로부터 성막됨에 따라 점차적으로 줄여나가다가 제2 영역층(200b)이 형성되는 B 구간에서는 산소(O2) 가스의 투입을 차단함으로써, 후면 전극층(200)이 산화 몰리브덴(MoOx)으로 이루어진 제1 영역층(200a)과 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 제2 영역층(200b)으로 구분되어 형성할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 박막형 태양전지의 제조방법에 의해 형성된 후면 전극층(200)은 몰리브덴(Mo)과 산화 몰리브덴(MoOx)으로 이루어진 제1 및 제2 영역층(200a, 200b)으로 형성됨으로써, 기판(100)과의 박리 특성과 배리어 특성을 향상시킴과 동시에 광 흡수층(300)과의 오믹 접촉(ohmic contact) 및 셀레늄(Se) 분위기 하에서의 고온 안정성을 유지할 수 있는 장점을 갖게 된다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예 및 비교예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예
먼저, 전처리 공정을 거친 폴리이미드 기판을 준비하였다. 이어서, 준비된 폴리이미드 기판을 DC 스퍼터링 챔버에 위치시키고, 타겟 물질로 몰리브덴(Mo)을 배치하였다. DC 스퍼터링 공정 조건으로는 Ar 가스를 90sccm로 주입하여 공정 압력을 7mTorr로, 공정 온도를 25℃로 하고, Ar 가스의 분위기에 초기 산소 투입량을 20sccm으로 하고, DC 파워를 8kW로 인가하여 후면 전극층의 형성시켰다. 후면 전극층의 두께가 400nm가 되도록 후면 전극층의 성막 횟수는 총 10회로 설정하였으며, 1회 성막 과정에서는 산소의 투입량을 20sccm으로, 2회 성막 과정에서는 산소의 투입량을 10sccm으로, 3회 성막 과정에서는 산소의 투입량을 5sccm으로, 4회부터 10회까지의 성막 과정에서는 산소의 투입을 차단한 상태에서 진행하여 기판 상에 후면 전극층의 형성을 완료하였다.
비교예
DC 스퍼터링 챔버에 Ar 가스 이외에 별도의 반응성 가스 즉, 산소 가스를 투입하지 않는다는 점을 제외하고, 상기 실시예와 동일하게 기판 상에 후면 전극층을 형성하였다.
실시예에 따른 후면 전극층의 성분 분석
도 6은 실시예에서 제작된 후면 전극층의 두께에 따른 몰리브덴 및 산소의 함유량을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
XPS(X-ray Photoelectron spectroscopy)를 활용하여 실시예에 따라 제작된 후면 전극층을 에칭해가며 두께에 따른 산소의 함유량과 몰리브덴의 함유량을 측정하였으며, 그 결과를 도 6의 그래프에 도시하였다. 도 6에 나타낸 그래프는 후면 전극층을 에칭하여 두께를 줄여나가면서 X선을 시료(후면 전극층)에 조사하여 시료로부터 방출되는 광전자들의 운동 에너지를 측정하여 시료의 성분을 정성 분석한 것으로서, 도 6에 나타난 바와 같이, 에칭 타입의 변화 즉, 후면 전극층의 두께별로 산소의 함유량이 변화되는 것을 알 수 있다.
실시예와 비교예의 박리 강도 측정
상기 실시예 및 비교예에 따라 제작된 후면 전극층에 대하여, 400℃에서 30분 동안 가열한 후, UTM(Universal Testing Machine)을 활용하여 폭 1㎚를 기준으로 박리 강도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
후면 전그층의 구조 박리 강도(kgf/cm)
실시예 Mo과 MoOx의 2중층 1.3
비교예 Mo 단일층 1.0
상기 표 1을 참조하면, 실시예에 따라 제작된 후면 전극층의 박리 강도가 1.3이고, 비교예에 따라 제작된 후면 전극층의 박리 강도가 1.0으로 실시예가 비교예보다 30% 가량 박리 강도가 향상된다는 것을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 기판 200 : 후면 전극층
200a : 제1 영역층 200b : 제2 영역층
300 : 광 흡수층 400 : 버퍼층
500 : 윈도우층 600 : 전면 전극층

Claims (26)

  1. 기판 상에 형성된 후면 전극층 및 상기 후면 전극층 상에 형성된 광 흡수층을 포함하는 박막형 태양전지에 있어서,
    상기 후면 전극층은 몰리브덴(Mo)을 포함하되,
    상기 기판으로부터 상기 광 흡수층으로 향하는 방향으로 적어도 일부 영역에서 산소(O2)가 함유된 산화 몰리브덴(MoOx)(0≤x≤3)을 더 포함하고,
    상기 후면 전극층은 동일의 스퍼터링 챔버에서 연속적으로 이루어지는 반응성 스퍼터링법(Reactive Sputtering)을 이용하여 200 ~ 1000㎚의 두께로 형성되며, 기판에서 광 흡수층으로 향하는 방향으로 전체 두께의 10 ~ 50%에서 산소(O2)의 함유량이 적어지는 분율 구배(gradient)를 가지도록 산소 투입량을 초기 산소 투입량을 기준으로 줄어들게 투입하여 산소(O2)의 함유량이 5 ~ 20At%인 산화 몰리브덴(MoOx)이 포함된 영역이 20 ~ 500㎚의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
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  8. 제1항에 있어서,
    상기 후면 전극층은,
    상기 기판 상에 형성되며 산소(O2)가 함유된 산화 몰리브덴(MoOx)으로 이루어진 제1 영역층과,
    상기 제1 영역층 상에 형성되며 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 제2 영역층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 영역층의 두께는 상기 후면 전극층의 전체 두께의 10 ~ 50%인 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 영역층의 두께는 20 ~ 500㎚인 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 영역층에서 산소(O2)의 함유량은 5 ~ 20At%인 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 영역층은 기판으로부터 광 흡수층으로 향하는 방향으로 산소(O2)의 함유량이 적어지는 분율 구배(gradient)를 가지는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 광 흡수층 상에 형성된 버퍼층, 윈도우층 및 전면 전극층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  14. 기판 상에 형성된 후면 전극층 및 상기 후면 전극층 상에 형성된 광 흡수층을 포함하는 박막형 태양전지의 제조방법에 있어서,
    (a) 상기 기판 상에 몰리브덴(Mo)을 포함하는 후면 전극층을 형성하는 단계; 및
    (b) 상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계;를 포함하되,
    상기 (a) 단계는, 상기 기판으로부터 상기 광 흡수층으로 향하는 방향으로 적어도 일부 영역에서 산소(O2) 가스를 투입시켜 산소가 함유된 산화 몰리브덴(MoOx)(0≤x≤3)을 더 포함하고,
    상기 (a) 단계에서, 상기 후면 전극층은 동일의 스퍼터링 챔버에서 연속적으로 이루어지는 반응성 스퍼터링법(Reactive Sputtering)을 이용하여 200 ~ 1000㎚의 두께로 형성하며, 기판에서 광 흡수층으로 향하는 방향으로 전체 두께의 10 ~ 50%에서 산소(O2)의 함유량이 적어지는 분율 구배(gradient)를 가지도록 산소 투입량을 초기 산소 투입량을 기준으로 줄어들게 투입하여 산소(O2)의 함유량이 5 ~ 20At%인 산화 몰리브덴(MoOx)이 포함된 영역이 20 ~ 500㎚의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
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  21. 제14항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    (a1) 상기 기판 상에 산소(O2)가 함유된 산화 몰리브덴(MoOx)으로 이루어진 제1 영역층을 형성하는 단계; 및
    (a2) 상기 제1 영역층 상에 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 제2 영역층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 영역층의 두께는 상기 후면 전극층의 전체 두께의 10 ~ 50%인 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1 영역층의 두께는 20 ~ 500㎚인 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제1 영역층에서 산소(O2)의 함유량은 5 ~ 20At%인 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 (a1) 단계는,
    상기 산화 몰리브덴(MoOx)이 기판으로부터 광 흡수층으로 향하는 방향으로 산소(O2)의 함유량이 적어지는 분율 구배(gradient)를 가지도록 산소 투입량을 초기 산소 투입량을 기준으로 줄어들게 투입하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  26. 제14항에 있어서,
    상기 광 흡수층 상에 버퍼층, 윈도우층 및 전면 전극층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
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