KR101449576B1 - 비진공 방식에 의한 ｃｚｔｓ계 광흡수층 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CZTS계 태양전지의 광흡수층을 형성하는 방법에 관한 것으로서, 글리콜에테르류 용매에 구리, 아연, 주석의 원은 모두 용해되고, 황과 셀레늄의 원 중에 하나 이상이 용해된 전구체 용액을 도포하는 단계; 상기 도포된 용액을 건조하는 단계; 및 건조된 박막을 황화 또는 셀렌화 열처리하는 단계를 포함한다.
본 발명은, CZTS계 화합물을 구성하는 4원소 혹은 5원소의 원으로써 금속염과 티오우레아 및/또는 셀레노우레아를 글리콜에테르류에 용해시켜 기판 위에 도포한 뒤에 황화 또는 셀렌화 열처리 공정을 수행함으로써, 폭발성 용매를 사용하지 않고 비진공 방식을 기반으로 CZTS계 광흡수층을 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 용매에 CZTS계 화합물을 구성하는 원소의 원을 고농도로 용해시켜 사용함으로써, 단 1회의 도포 공정만으로 원하는 두께의 CZTS계 광흡수층을 형성하여 공정을 단순화할 수 있는 효과가 있다.
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또한, 본 발명은 용매에 CZTS계 화합물을 구성하는 원소의 원을 고농도로 용해시켜 사용함으로써, 단 1회의 도포 공정만으로 원하는 두께의 CZTS계 광흡수층을 형성하여 공정을 단순화할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 CZTS계 태양전지의 광흡수층을 형성하는 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 비진공 방식으로 CZTS계 광흡수층을 형성하는 방법에 관한 것이다.
최근 심각한 환경오염 문제와 화석 에너지 고갈로 차세대 청정에너지 개발에 대한 중요성이 증대되고 있다. 그 중에서도 태양전지는 태양 에너지를 직접 전기 에너지로 전환시키는 장치로서, 공해가 적고, 자원이 무한적이며 반영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 기대되고 있다.
태양전지는 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라서 다양한 종류로 구분되며, 현재 가장 많이 사용되는 것은 실리콘을 이용한 결정질 실리콘 태양전지이다. 그러나 최근 소재 및 공정 면에서 원가 절감이 가능한 화합물 반도체 태양전지에 대한 관심이 높아지고 있다. 화합물 반도체는 두께가 얇은 박막형 태양전지로 제조할 수 있어서, 재료의 소모량이 적고 무게가 가벼울 뿐만 아니라 활용범위가 넓다.
이러한 화합물 반도체 태양전지로는 대표적으로 1-3-6족 원소로 구성된 CIS계 특히 CIGS계 태양전지에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 이에 비하여 원료비나 환경문제 측면에서 유리한 1-2-4-6족 원소로 구성된 CZTS계(Cu2ZnSn(Se1-xSx)4) 태양전지에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있다.
다만, 화합물 반도체 태양전지는 화합물 반도체로 이루어진 광흡수층을 형성하는 과정에서 반도체의 균일성을 확보하기 위하여 진공공정을 적용하는 것이 일반적이나, 진공공정은 공정 설비 구성과 운전 과정에 많은 비용이 소요되기 때문에 태양전지의 가격을 높이는 주요 원인이 되고 있다.
이를 해결하기 위하여 CZTS계 태양전지를 제조하는 과정에서 전구체 물질이 포함된 용액을 도포하고 열처리하거나 CZTS 나노입자를 합성한 뒤에 도포하여 광흡수층을 형성하는 비진공적인 방법이 보고되고 있지만, 용액을 제조하는 과정에서 폭발성 및 유독성이 있는 하이드라진을 용매로 사용하거나 반복적인 도포 공정이 요구되거나 혹은 CZTS 나노입자를 제조하는 공정이 복잡하다는 단점이 있다.
T.K. Todorov et al., advanced materials 22 (2010) E156??E159
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 용매로 하이드라진을 사용하지 않고 비진공적인 방법으로 CZTS계 광흡수층을 형성하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 CZTS계 광흡수층의 비진공 제조방법은, CZTS계 태양전지의 광흡수층을 형성하는 방법으로서, 글리콜에테르류 용매에 구리, 아연, 주석의 원(source)은 모두 용해되고, 황과 셀레늄의 원 중에 하나 이상이 용해된 전구체 용액을 도포하는 단계; 상기 도포된 용액을 건조하는 단계; 및 건조된 박막을 황화 또는 셀렌화 열처리하는 단계를 포함한다.
본 발명의 발명자들은 폭발성의 하이드라진이 아닌 글리콜에테르류를 용매로 하여 구리와 아연 및 주석의 원인 금속염은 모두 용해하고, 황의 원과 셀렌의 원은 모두 용해하거나 선택적으로 용해한 용액을 사용하고, 열처리 공정에서 황화 또는 셀렌화 열처리를 수행하여 CZTS계 광흡수층을 형성하는 방법을 발명하였다. 글리콜에테르 용매는 2-메톡시에탄올과 2-에톡시에탄올 등이 사용될 수 있다.
이때, 구리, 아연, 주석의 원은 적어도 하나 이상이 염화금속이고, 나머지는 아세트산금속 염인 것이 바람직하다. 하나 이상의 염화금속을 사용하지 않으면 금속염이 용매에 충분히 용해되지 못하여 침전물이 생성된다.
그리고 용액에 포함된 구리, 아연, 주석의 원의 농도가 2.5 M 이상인 것이 좋으며, 구체적으로 구리 원의 농도가 1.0~2.0 M 범위이고 아연 원의 농도는 1.0~1.3 M 범위이며 아연 원의 농도는 0.7~1.0 M 범위인 것이 좋다. 금속염의 농도가 범위를 벗어나면 원하는 조성의 CZTS계 광흡수층을 형성하지 못하고, 농도가 낮으면 원하는 두께의 CZTS계 광흡수층을 형성하기 위하여 여러 번의 코팅을 수행해야 한다. 금속염이 상기한 범위의 고농도로 포함되면, 1회의 도포 공정만으로 충분한 두께의 CZTS계 광흡수층을 형성할 수 있다.
또한, 용액에 포함된 황과 셀레늄의 원이 티오우레아와 셀레노우레아이고, 용액에 포함된 티오우레아 및/또는 셀레노우레아의 농도가 4.0 M 이상인 것이 바람직하다. 티오우레아 및/또는 셀레노우레아의 농도가 낮으면, 완전히 용해된 전구체 용액을 얻지 못하거나 용액의 점도가 낮아져서 원하는 두께의 코팅이 어렵다.
본 발명의 열처리하는 단계는 불활성 기체에 1% 이상 10% 이하의 황화수소 기체를 혼합한 혼합 기체 분위기에서 수행하거나, 불활성 기체에 0.05 g/L 이상 3 g/L 이하의 황 또는 셀레늄 분말을 기화하여 분산시킨 혼합 기체 분위기에서 수행되는 것이 바람직하다.
열처리하는 단계는 500 torr 이상의 압력으로 400℃ 이상 600℃ 이하의 온도에서 10분 이상 100분 이하의 시간동안 전기로 내에서 수행되거나, 40 torr 이상의 압력으로 400℃ 이상 600℃ 이하의 온도에서 1분 이상 20분 이하의 시간동안 급속열처리 공정으로 수행되는 것이 바람직하다.
상기한 조건보다 기체에 포함된 황 혹은 셀레늄의 양이 적거나 온도가 낮고 시간이 짧으면 CZTS계 광흡수층 생성을 위한 반응이 충분히 일어나지 못하며, 황 혹은 셀레늄의 양이 지나치게 많으면 태양전지 성능 저하의 원인이 되는 황화몰리브덴이나 셀렌화몰리브덴 등의 불순물이 계면에 생성되기 쉽다. 온도가 높거나 시간이 길거나 압력이 낮으면, 황화주석이나 셀렌화주석 등의 재 증발을 통해 원하는 조성의 CZTS계 광흡수층을 형성하지 못하여 광흡수층으로서 역할을 하지 못한다.
본 발명의 건조하는 단계는 80℃ 이상 300℃ 이하에서 수행되는 것이 좋다. 상기한 조건보다 건조 단계의 온도가 낮으면 코팅 후 전구체 용액이 충분히 건조되지 못하여 열처리 단계에서 불균일한 박막이 생성되기 쉽고, 온도가 높으면 제거하기 어려운 불순물이 생성되기 쉽다.
또한, 도포하는 단계는 스핀코팅법, 스프레이법, 초음파스프레이법, 닥터블레이드법, 스크린인쇄법 및 잉크젯프린팅법으로 이루어진 군에서 선택된 공정으로 수행되고, 도포와 건조하는 단계가 1회씩만 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 형태에 의한 CZTS계 태양전지 제조방법은 상기한 방법들 중에 하나의 방법으로 CZTS계 광흡수층을 제조하는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 또 다른 형태에 의한 태양전지는 상기한 방법들 중에 하나의 방법으로 제조된 CZTS계 광흡수층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, CZTS계 화합물을 구성하는 4원소 혹은 5원소의 원으로써 금속염과 티오우레아 및/또는 셀레노우레아를 글리콜에테르류에 용해시킨 전구체 용액을 기판 위에 도포한 뒤에 황화 또는 셀렌화 열처리 공정을 수행함으로써, 폭발성 용매를 사용하지 않고 비진공 방식을 기반으로 CZTS계 광흡수층을 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 용매에 CZTS계 화합물을 구성하는 원소의 원을 고농도로 용해시켜 사용함으로써, 단 1회의 도포 공정만으로 원하는 두께의 CZTS계 광흡수층을 형성하여 공정을 단순화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예 1에서 전구체 용액을 도포하고 건조한 단면을 촬영한 사진이다.
도 2는 본 실시예 1에서 열처리를 수행한 온도 조건을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 실시예 1의 공정으로 제조된 CZTS계 광흡수층의 단면 사진이다.
도 4는 본 실시예 1에 따라 형성된 광흡수층을 포함하는 태양전지의 I-V 곡선이다.
도 5는 본 실시예 2에 따라 형성된 광흡수층을 포함하는 태양전지의 I-V 곡선이다.
도 6은 비교예 1에서 10회에 걸쳐 전구체 용액을 도포하고 건조한 단면을 촬영한 사진이다.
도 7은 비교예 1에 의해서 형성된 CZTS계 광흡수층의 단면 사진이다.
도 8은 비교예 2의 공정으로 제조된 박막의 단면 사진이다.
도 9는 비교예 3의 공정으로 제조된 박막의 단면 사진이다.
도 2는 본 실시예 1에서 열처리를 수행한 온도 조건을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 실시예 1의 공정으로 제조된 CZTS계 광흡수층의 단면 사진이다.
도 4는 본 실시예 1에 따라 형성된 광흡수층을 포함하는 태양전지의 I-V 곡선이다.
도 5는 본 실시예 2에 따라 형성된 광흡수층을 포함하는 태양전지의 I-V 곡선이다.
도 6은 비교예 1에서 10회에 걸쳐 전구체 용액을 도포하고 건조한 단면을 촬영한 사진이다.
도 7은 비교예 1에 의해서 형성된 CZTS계 광흡수층의 단면 사진이다.
도 8은 비교예 2의 공정으로 제조된 박막의 단면 사진이다.
도 9는 비교예 3의 공정으로 제조된 박막의 단면 사진이다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
실시예 1
본 발명의 실시예 1에서는 먼저 소다라임 유리 기판에 DC 스퍼터링 방법으로 몰리브덴을 약 1㎛두께로 증착하여 후면전극을 형성하였다.
그리고 용매인 2-메톡시에탄올(2-Methoxyethanol: 에틸렌글리콜모노에티르, EGME)에 염화구리(CuCl2) 1.6 M, 아세트산아연(Zn(OAc)2) 1.15 M, 염화주석(SnCl2) 0.85 M 및 티오우레아(thiourea) 6.4 M을 상온에서 교반하여 용해시킴으로써 전구체 용액을 제조하였다.
상기한 조성으로 제조된 전구체 용액을 20초 동안 2000rpm의 회전속도로 스핀 코팅하여 기판에 형성된 후면전극 위에 도포한 뒤에, 120℃에서 4시간동안 건조하였다.
도 1은 본 실시예 1에서 전구체 용액을 도포하고 건조한 단면을 촬영한 사진이다. 도시된 것과 같이, 단 1회의 스핀 코팅 공정과 건조 공정에 의해서 전구체 용액이 몰리브덴 후면전극의 위에 약 4 ㎛의 두께로 도포되었으며, 단순히 건조만을 수행하여 결정화는 이루어지지 않은 모습을 확인할 수 있다.
다음으로 건조된 박막을 황화장비에 넣고 2.5%의 황화수소를 포함하는 질소가스 분위기에서 황화 열처리하였다. 열처리 공정은 400℃까지 30분, 520℃까지 60분에 걸쳐 승온하여 520℃에서 40분 동안 수행되었다.
도 2는 본 실시예 1에서 열처리를 수행한 온도 조건을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 실시예 1의 공정으로 제조된 CZTS계 광흡수층의 단면 사진이다.
도시된 것과 같이, ~1 ㎛ 두께의 몰리브덴 후면전극 위에 ~1 ㎛ 두께의 CZTS 광흡수층이 형성되었으며, 열처리 공정을 통해 CZTS 박막의 결정화가 진행된 것을 확인할 수 있다.
본 실시예 1에서 형성된 광흡수층의 광전변환 효율을 확인하기 위하여, 60 nm 두께의 CdS 완충층과 450 nm 두께의 ZnO 창층 및 1 ㎛ 두께의 Al 그리드 전극을 순차적으로 형성하여 태양전지를 제조하였다.
도 4는 본 실시예 1에 따라 형성된 광흡수층을 포함하는 태양전지의 I-V 곡선이다.
도시된 것과 같이, 본 실시예 1에 따라서 제조된 태양전지는 개방전압(Voc)이 0.38 V이고, 단락전류(Jsc)는 7.26 mA/cm2이며, 충진율(FF, fill factor)은 48.73을 나타내어 최종적인 변환효율(Eff.)은 1.27%로 확인되었다.
실시예 2
본 발명의 실시예 2에서는 상기한 실시예 1과 동일하게 후면전극이 형성된 기판을 준비하고, 용매인 2-메톡시에탄올에 염화구리(CuCl2) 1.6 M, 아세트산아연(Zn(OAc)2) 1.10 M, 염화주석(SnCl2) 0.90 M 및 티오우레아(thiourea) 6.4 M을 상온에서 교반하여 용해시킴으로써 전구체 용액을 제조하였다.
상기한 조성으로 제조된 전구체 용액을 20초 동안 2000rpm의 회전속도로 스핀 코팅하여 후면전극 위에 도포한 뒤에, 120℃에서 4시간동안 건조하였다.
다음으로 건조된 박막을 2L의 황화장비에 넣고 0.5g의 황 분말을 기화하여 질소기체에 분산시킨 혼합 기체 분위기에서 황화 열처리하였다. 열처리 공정은 400℃까지 30분, 500℃까지 30분에 걸쳐 승온하여 500℃에서 30분 동안 수행되었다.
본 실시예 2에서 형성된 광흡수층의 광전변환 효율을 확인하기 위하여, 60 nm 두께의 CdS 완충층과 450 nm 두께의 ZnO 창층 및 1 ㎛ 두께의 Al 그리드 전극을 순차적으로 형성하여 태양전지를 제조하였다.
도 5는 본 실시예 2에 따라 형성된 광흡수층을 포함하는 태양전지의 I-V 곡선이다.
도시된 것과 같이, 본 실시예 2에 따라서 제조된 태양전지는 개방전압이 0.53 V이고, 단락전류는 16.25 mA/cm2이며, 충진율은 36.94를 나타내어 최종적인 변환효율은 3.24%로 확인되었다.
이로부터, 본 실시예에 의하여 비진공 기반으로 생성된 CZTS계 화합물 박막이 태양전지의 광흡수층으로써 효율적으로 작동할 수 있음을 확인할 수 있다.
이하에서, 비교예를 통해서 본 실시예의 효과를 확인한다.
비교예 1
본 실시예의 전구체 용액의 효과를 확인하기 위하여, 모노에탄올아민(MEA, monoethanolamine)을 용매로 사용하고 열처리 공정을 동일하게 구성한 아래의 방법으로 CZTS계 광흡수층을 형성하였다.
먼저 용매로서 에탄올 26㎖와 분산제로써 MEA 8㎖를 혼합하고, 전구체 물질로서 아세트산구리(Cu(OAc)2) 0.194 M, 아세트산아연(Zn(OAc)2) 0.097 M 및 염화주석(SnCl2) 0.097 M을 각각 용해하여 전구체 용액을 제조하였다.
상기한 조성으로 제조된 전구체 용액을 20초 동안 2000rpm의 회전속도로 스핀 코팅하여 기판에 형성된 후면전극 위에 도포한 뒤에, 200℃에서 5분간 1차 건조하고 300℃에서 10분 동안 2차 건조하였다. 비교예 1의 전구체 용액은 금속염의 농도가 낮기 때문에 1회의 스핀 코팅과 건조 공정으로는 충분한 두께를 형성할 수 없으므로, 상기한 코팅 및 건조공정을 10회 반복하였다.
도 6은 비교예 1에서 10회에 걸쳐 전구체 용액을 도포하고 건조한 단면을 촬영한 사진이다.
도시된 것과 같이, 전구체 용액을 도포하고 건조하는 공정을 10회 반복하였음에도 도포된 두께가 2.38㎛에 불과한 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이 전구체 용액을 도포하고 건조한 기판을 상기한 실시예 1과 같은 조건으로 황화 열처리하여 CZTS계 광흡수층을 형성하였다.
도 7은 비교예 1에 의해서 형성된 CZTS계 광흡수층의 단면 사진이다.
도시된 것과 같이, 몰리브덴 후면 전극의 위에 총합 1 ㎛ 이하 두께의 CZTS계 광흡수층이 형성되었으나, ~400 nm 두께의 하부 층과 ~500 nm 두께의 상부 층으로 구분되는 것을 확인할 수 있다. 하부 층의 주성분은 유기용매 및 분산제가 열처리 이후에도 충분히 제거되지 못하고 잔존하여 형성된 탄소 불순물로 태양전지 특성에 방해가 된다.
이와 같이, 금속염의 용매로서 메탄올 및 MEA를 포함한 용액을 사용한 경우에 전구체의 농도를 높일 수 없어 용액을 도포하고 건조하는 공정을 여러 번 수행해야 충분한 두께의 CZTS계 광흡수층을 형성할 수 있고, 황화 열처리 이후에도 원하는 박막을 얻을 수 없음을 확인할 수 있다.
비교예 2
본 실시예의 열처리 공정조건의 효과를 확인하기 위하여, 동일한 방법으로 전구체 용액을 이용하고 열처리 조건을 달리한 비교예의 방법으로 CZTS계 광흡수층을 형성하였다.
먼저, 상기한 실시예와 동일한 조성으로 전구체 용액을 제조하고, 동일한 조건에서 스핀 코팅 뒤에 건조하였다.
다음으로 황화수소를 포함하지 않는 질소 분위기에서 열처리를 수행하는 것을 제외한 나머지 공정 조건은 동일하게 열처리를 수행하였다.
도 8은 비교예 2의 공정으로 제조된 박막의 단면 사진이다.
도시된 것과 같이, ~1 ㎛ 두께의 몰리브덴 후면전극 위에 ~900 nm 두께의 박막이 형성되어, 1회의 코팅 공정으로 충분한 두께의 박막을 형성할 수 있었다.
다만, 형성된 박막에 60 nm 두께의 CdS 완충층과 450 nm 두께의 ZnO 창층 및 1 ㎛ 두께의 Al 그리드 전극을 순차적으로 형성하고, 광전변환 효율을 측정한 결과 질소 분위기의 열처리를 통해서는 광흡수층으로서의 역할을 수행하지 못함을 확인할 수 있었다.
비교예 3
본 실시예의 열처리 공정조건의 효과를 확인하기 위하여, 동일한 방법으로 전구체 용액을 이용하고 열처리 조건을 달리한 비교예의 방법으로 CZTS계 광흡수층을 형성하였다.
먼저, 상기한 실시예와 동일한 조성으로 전구체 용액을 제조하고, 동일한 조건에서 스핀 코팅 뒤에 건조하였다.
다음으로, 일반적으로 CIGS계 광흡수층을 형성하는 셀렌화 진공증발 장비를 이용하여 Se의 증발과 함께 520℃에서 30분 동안 열처리를 진행하였다.
도 9는 비교예 3의 공정으로 제조된 박막의 단면 사진이다.
도시된 것과 같이, 몰리브덴 후면전극 위에 300 nm 이하의 박막이 생성되었는데, 조성분석 결과 Sn-Se 재증발에 따른 Sn의 손실이 심하여 원하는 조성의 CZTS계 박막을 형성하지 못하였으며, 광흡수층으로서의 역할을 수행하지 못하였다.
이상의 비교예들을 통해서, 본 발명의 실시예가 적절한 전구체 용액 및 열처리의 조합을 통해 비진공 방식을 기반으로 CZTS계 태양전지의 광흡수층을 형성하였음을 확인할 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (15)
- CZTS계 태양전지의 광흡수층을 형성하는 방법으로서,
글리콜에테르류 용매에 구리, 아연, 주석의 원은 모두 용해되고, 황과 셀레늄의 원 중에 하나 이상이 용해된 전구체 용액을 도포하는 단계;
상기 도포된 용액을 건조하는 단계; 및
건조된 박막을 황화 또는 셀렌화 열처리하는 단계를 포함하며,
상기 구리, 아연, 주석의 원은 적어도 하나 이상이 염화금속이고, 나머지는 아세트산금속인 것을 특징으로 하는 CZTS계 광흡수층의 제조방법. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 구리, 아연, 주석의 원의 농도가 2.5 M 이상인 것을 특징으로 하는 CZTS계 광흡수층의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 구리 원의 농도가 1.0~2.0 M 범위이고, 상기 아연 원의 농도는 1.0~1.3 M 범위이며, 상기 주석 원의 농도는 0.7~1.0 M 범위인 것을 특징으로 하는 CZTS계 광흡수층의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 황과 셀레늄의 원이 티오우레아와 셀레노우레아인 것을 특징으로 하는 CZTS계 광흡수층의 제조방법. - 청구항 5에 있어서,
상기 티오우레아와 셀레노우레아의 농도가 4.0 M 이상인 것을 특징으로 하는 CZTS계 광흡수층의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 열처리하는 단계가, 불활성 기체에 1% 이상 10% 이하의 황화수소 기체를 혼합한 혼합 기체 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 CZTS계 광흡수층의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 열처리하는 단계가, 불활성 기체에 기화시킨 황 또는 셀레늄 분말을 0.05 g/L 이상 3 g/L 이하로 분산시킨 혼합 기체 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 CZTS계 광흡수층의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 열처리하는 단계가, 400℃ 이상 600℃ 이하의 온도에서 500 torr 이상의 압력으로 10분 이상 100분 이하의 시간동안 수행되는 것을 특징으로 하는 CZTS계 광흡수층의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 열처리하는 단계가, 400℃ 이상 600℃ 이하의 온도에서 40 torr 이상의 압력으로 1분 이상 20분 이하의 시간동안 급속열처리 장비 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 CZTS계 광흡수층의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 건조하는 단계가, 80℃ 이상 300℃ 이하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 CZTS계 광흡수층의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 도포하는 단계가, 스핀코팅법, 스프레이법, 초음파스프레이법, 닥터블레이드법, 스크린인쇄법 및 잉크젯프린팅법으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 공정으로 수행되는 것을 특징으로 하는 CZTS계 광흡수층의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 도포하는 단계와 상기 건조하는 단계가, 1회씩만 수행되는 것을 특징으로 하는 CZTS계 광흡수층의 제조방법. - 청구항 1 및 청구항 3 내지 청구항 13 중에 하나의 방법으로 제조된 CZTS계 광흡수층 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- CZTS계 태양전지를 제조하는 방법으로서,
기판에 후면전극을 형성하는 단계;
상기 후면전극 위에 비진공 공정으로 CZTS계 광흡수층을 형성하는 단계;
상기 광흡수층 위에 완충층을 형성하는 단계;
상기 완충층 위에 창층을 형성하는 단계; 및
상기 창층 표면에 전면전극을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 광흡수층을 형성하는 단계가,
글리콜에테르류 용매에 구리, 아연, 주석의 원은 모두 용해되고, 황과 셀레늄의 원 중에 하나 이상이 용해된 전구체 용액을 도포하는 단계;
상기 도포된 용액을 건조하는 단계; 및
건조된 박막을 황화 또는 셀렌화 열처리하는 단계로 구성되며,
상기 구리, 아연, 주석의 원은 적어도 하나 이상이 염화금속이고, 나머지는 아세트산금속인 것을 특징으로 하는 CZTS계 태양전지의 제조방법.
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