KR101450799B1 - 박막형 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

박막형 태양전지 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101450799B1
KR101450799B1 KR1020130022922A KR20130022922A KR101450799B1 KR 101450799 B1 KR101450799 B1 KR 101450799B1 KR 1020130022922 A KR1020130022922 A KR 1020130022922A KR 20130022922 A KR20130022922 A KR 20130022922A KR 101450799 B1 KR101450799 B1 KR 101450799B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode layer
layer
rear electrode
solar cell
thin film
Prior art date
Application number
KR1020130022922A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140110151A (ko
Inventor
신충환
우경녕
김경각
조원제
김원식
김남균
Original Assignee
엘에스엠트론 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘에스엠트론 주식회사 filed Critical 엘에스엠트론 주식회사
Priority to KR1020130022922A priority Critical patent/KR101450799B1/ko
Publication of KR20140110151A publication Critical patent/KR20140110151A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101450799B1 publication Critical patent/KR101450799B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0224Electrodes
    • H01L31/022408Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264Inorganic materials
    • H01L31/032Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
    • H01L31/0322Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312 comprising only AIBIIICVI chalcopyrite compounds, e.g. Cu In Se2, Cu Ga Se2, Cu In Ga Se2
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0392Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
    • H01L31/03923Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate including AIBIIICVI compound materials, e.g. CIS, CIGS
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/072Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0749Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type including a AIBIIICVI compound, e.g. CdS/CulnSe2 [CIS] heterojunction solar cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/541CuInSe2 material PV cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

본 발명은 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 개시한다. 본 발명에 따른 박막형 태양전지는, 기판 및 상기 기판 상에 형성된 후면 전극층; 및 상기 후면 전극층 상에 형성된 광 흡수층;을 포함하되, 상기 후면 전극층은 6 ~ 15㎬ 범위의 경도(hardness)를 가지는 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 후면 전극층을 개선하여 박리 강도 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.
한편, 기판 상에 형성된 후면 전극층은 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 발생될 수 있으며, 이는 후면 전극층과 기판의 접촉 계면에서의 결합력 감소로 이어지고, 결국에는 후면 전극층이 기판의 표면에서 벗겨지는(peeling) 현상이 발생하여 이들이 박리되는 문제점이 있었다. 더욱이, 후면 전극층은 몰리브덴을 타겟 물질로 하는 스퍼터링법에 의해 주로 형성되는데, 몰리브덴의 경우 스퍼터율(Sputter Yield)이 낮은 물질로 후면 전극층을 형성하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다. 이 같은 문제를 개선하기 위해 스퍼터링 공정의 파워를 높이는 방법이 고려되고는 있으나, 이 역시 높은 파워로 몰리브덴을 성막하게 되었을 때 몰리브덴의 성막 조직이 치밀하게 되어 기판과의 밀착성이 저하될 수 있었고, 경도가 낮아지게 되어 충격에 의해 크랙이 발생될 수 있으며, 이로 인해 효율 및 안정성이 저하될 수 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 박막형 태양전지에 적용되는 후면 전극층을 개선하여 기판과 후면 전극층의 박리 강도 특성을 향상시킬 수 있는 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막형 태양전지는, 기판 및 상기 기판 상에 형성된 후면 전극층; 및 상기 후면 전극층 상에 형성된 광 흡수층;을 포함하되, 상기 후면 전극층은 6 ~ 15㎬ 범위의 경도(hardness)를 가지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 후면 전극층은 스퍼터링(Sputtering)법을 이용하여 형성된다.
바람직하게, 상기 후면 전극층은 8 ~ 10kW의 파워 및 5 ~ 25sccm의 산소 가스를 인가하는 조건으로 스퍼터링되어 형성된다.
바람직하게, 상기 후면 전극층은 몰리브덴(Mo)으로 이루어진다.
바람직하게, 상기 후면 전극층은 두께가 0.4 ~ 1.0㎛이다.
바람직하게, 상기 광 흡수층은, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)을 함유하는 CIGS계 화합물층을 포함한다.
바람직하게, 상기 광 흡수층 상에 형성된 버퍼층, 윈도우층 및 전면 전극층을 더 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막형 태양전지의 제조방법은, (a) 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계;를 포함하되, 상기 후면 전극층은 6 ~ 15㎬ 범위의 경도(hardness)를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 (a) 단계는, 스퍼터링(Sputtering)법을 이용하여 상기 후면 전극층을 형성한다.
바람직하게, 상기 (a) 단계는, 8 ~ 10kW의 파워 및 5 ~ 25sccm의 산소 가스를 인가하는 조건으로 스퍼터링되어 상기 후면 전극층을 형성한다.
바람직하게, 상기 (a) 단계에서, 상기 후면 전극층은 몰리브덴(Mo)으로 이루어진다.
바람직하게, 상기 (a) 단계에서, 상기 후면 전극층은 두께가 0.4 ~ 1.0㎛이다.
바람직하게, 상기 (b) 단계에서, 상기 광 흡수층은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)을 함유하는 CIGS계 화합물층을 포함한다.
바람직하게, 상기 (b) 단계 이후, 상기 광 흡수층 상에 버퍼층, 윈도우층 및 전면 전극층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 박막형 태양전지에 적용되는 후면 전극층의 경도를 향상시켜 최적화함으로써, 기판과 후면 전극층의 박리 강도 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 후면 전극층의 경도 향상으로 충격에 의한 크랙의 발생을 줄일 수 있어 수분이나 산소의 침투로 인해 박리 강도가 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 후면 전극층의 스퍼터링 파워를 증가시켜 후면 전극층의 성막 속도 향상으로 박막형 태양전지의 생산성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
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 및 3은 본 발명에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도들이다.
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 플랙시블한 특성을 갖도록 폴리이미드(polyimide)를 이용한 폴리머 기판이 이용될 수 있다. 하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 폴리머 기판 이외에도 태양전지의 적층 구조의 기초가 될 수 있는 다양한 재질이 사용될 수 있음은 자명하다. 예컨대, 절연성을 갖는 유리 기판으로 소다라임(sodalime) 유리를 이용한 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 스퍼터링(Sputtering)법을 이용하여 형성될 수 있다. 이때, 후면 전극층(200)은 0.4 ~ 1.0㎛인 두께로 형성될 수 있다.
본 발명에서, 상기 후면 전극층(200)은 6 ~ 15㎬ 범위의 경도(hardness)를 가지도록 형성된다. 이는 후면 전극층(200)의 경도가 6㎬ 미만일 경우, 박막형 태양전지의 제조시 충격에 의해 크랙이 발생할 수 있기 때문에 바람직하지 못하고, 또한, 15㎬를 초과하게 될 경우 태양전지의 유연성이 저하되어 구부림에 의해 크랙이 발생할 수 있기 때문에 바람직하지 못하다. 이와 같이, 후면 전극층(200)의 경도를 6 ~ 15㎬ 범위를 가질 수 있도록 형성함에 따라 후면 전극층(200)이 충격이나 구부림에 의한 크랙의 발생을 줄일 수 있어 수분이나 산소의 침투로 인해 박리 강도가 저하되는 것을 막을 수 있음으로 박막형 태양전지의 효율 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 후면 전극층(200)을 형성하기 위한 스퍼터링 공정에서 몰리브덴의 성막 횟수를 줄여 생산성을 향상시킬 수 있으면서 후면 전극층(200)의 경도가 6 ~ 15㎬ 범위를 가질 수 있도록 스퍼터링 공정 조건을 제어하여 형성하게 된다.
즉, 상기 후면 전극층(200)의 형성에 있어서 스퍼터링 공정에서의 몰리브덴의 성막 횟수를 줄이기 위해서 스퍼터링 파워를 높이게 될 경우, 몰리브덴의 성막 두께가 두꺼워져 성막 횟수를 줄일 수 있지만, 이와 함께 몰리브덴의 성막 조직이 치밀하게 되어 기판과의 밀착성 저하 및 경도가 낮아지는 문제를 수반하게 된다.
이에 본 발명에서는 후면 전극층(200)을 형성하기 위한 스퍼터링 공정에서 높은 스퍼터링 파워를 인가하고, 미량의 산소 가스를 투입하는 조건으로 스퍼터링하여 후면 전극층(200)의 성막 횟수를 줄이면서도 경도를 향상시킬 수 있도록 한다는데 발명의 특징이 있다. 이는 스퍼터링 공정에서 높은 스퍼터링 파워에 기인하여 몰리브덴의 성막 조직이 치밀화되는 것을 미량의 산소 가스에 의해 몰리브덴의 성막 조직을 불규칙화시킬 수 있도록 함으로써, 기판과의 밀착성 개선 및 경도를 향상시킬 수 있게 한다.
구체적으로, 상기 후면 전극층(200)은 몰리브덴의 성막 횟수를 줄일 수 있으면서 6 ~ 15㎬ 범위의 경도를 가질 수 있도록 8 ~ 10kW의 파워 및 5 ~ 25sccm의 산소 가스를 인가하는 조건으로 스퍼터링되어 형성되게 된다. 이는 스퍼터링에 인가되는 파워를 8 ~ 10kW의 높은 파워로 하여 몰리브덴의 성막 횟수를 줄일 수 있도록 하고, 5 ~ 25sccm의 산소 가스의 투입으로 몰리브덴의 성막 조직을 불규칙화시킬 수 있도록 함으로써, 성막 시간의 단축과 함께 6 ~ 15㎬ 범위의 경도를 갖는 후면 전극층(200)을 형성할 수 있게 된다.
상기 광 흡수층(300)은 태양광을 흡수하여 기전력을 발생시키기 위한 것으로서, CIGS계의 재질로 형성된다. CIGS는 구리(Cu), 인듐(In), 셀레늄(Se)으로 이루어진 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 6 ~ 15㎬ 범위의 경도를 가질 수 있으면서 성막 시간을 단축할 수 있게 됨으로써, 기판과의 밀착성 개선 및 경도의 향상으로 충격이나 구부림에 의한 크랙의 발생을 줄일 수 있어 수분이나 산소의 침투로 인해 박리 강도가 저하되는 것을 막을 수 있음으로 박막형 태양전지의 생산성 및 안정성을 향상시킬 수 있는 장점을 갖게 된다.
도 2 및 3은 본 발명에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도들이다.
도 2 및 도 3을 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)을 형성한다. 이는 스퍼터링(Sputtering)법을 이용하여 형성된다.
구체적으로, 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 2 ~ 7mTorr로, 공정 온도는 25 ~ 70℃로 하고, 8 ~ 10kW의 파워 및 5 ~ 25sccm의 산소 가스를 인가하는 조건으로 스퍼터링하여 후면 전극층(200)을 형성한다. 이때, 후면 전극층(200)은 몰리브덴(Mo)으로 이루어지게 되고, 0.4 ~ 1.0㎛인 두께로 형성될 수 있다.
본 발명에서, 상기 후면 전극층(200)은 6 ~ 15㎬ 범위의 경도(hardness)를 가지도록 형성된다. 이는 후면 전극층(200)의 경도가 6㎬ 미만일 경우, 박막형 태양전지의 제조시 충격에 의해 크랙이 발생할 수 있기 때문에 바람직하지 못하고, 또한, 15㎬를 초과하게 될 경우 태양전지의 유연성이 저하되어 구부림에 의해 크랙이 발생할 수 있기 때문에 바람직하지 못하다. 이와 같이, 후면 전극층(200)의 경도를 6 ~ 15㎬ 범위를 가질 수 있도록 형성함에 따라 후면 전극층(200)이 충격이나 구부림에 의한 크랙의 발생을 줄일 수 있어 수분이나 산소의 침투로 인해 박리 강도가 저하되는 것을 막을 수 있음으로 박막형 태양전지의 효율 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 후면 전극층(200)은 8 ~ 10kW의 파워 및 5 ~ 25sccm의 산소 가스를 인가하는 조건으로 스퍼터링 공정을 진행하고, 스퍼터링에 인가되는 파워를 8 ~ 10kW의 높은 파워로 하여 몰리브덴의 성막 횟수를 줄일 수 있도록 하고, 5 ~ 25sccm의 산소 가스의 투입으로 몰리브덴의 성막 조직을 불규칙화시킬 수 있도록 함으로써, 성막 시간의 단축과 함께 6 ~ 15㎬ 범위의 경도를 갖는 후면 전극층(200)을 형성할 수 있게 한다.
그런 다음, 도 3에 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.
이와 같이, 본 발명에 따른 박막형 태양전지의 제조방법에 의해 형성된 후면 전극층(200)은 6 ~ 15㎬ 범위의 경도를 가질 수 있으면서 성막 시간을 단축할 수 있게 됨으로써, 기판과의 밀착성 개선 및 경도의 향상으로 충격이나 구부림에 의한 크랙의 발생을 줄일 수 있어 수분이나 산소의 침투로 인해 박리 강도가 저하되는 것을 막을 수 있음으로 박막형 태양전지의 생산성 및 안정성을 향상시킬 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 스퍼터링 챔버에 위치시키고, 타겟 물질로 몰리브덴(Mo)을 준비하였다. 스퍼터링 공정 조건으로는 Ar 가스를 90sccm 주입하여 공정 압력을 7mTorr로, 공정 온도를 25℃로 하고, Ar 가스 분위기에 25sccm의 산소 가스를 주입하고, 스퍼터링 파워를 10kW로 인가하여 후면 전극층을 형성하였다.
비교예1
스퍼터링 챔버에 Ar 가스 이외에 산소 가스를 주입하지 않는다는 점을 제외하고, 상기 실시예와 동일하게 후면 전극층을 형성하였다.
비교예2
스퍼터링 챔버에 Ar 가스 이외에 산소 가스를 주입하지 않고, 스퍼터링 파워를 5kW로 인가한다는 점을 제외하고, 상기 실시예와 동일하게 후면 전극층을 형성하였다.
실시예와 비교예의 경도 측정
상기 실시예 및 비교예1, 2에 따라 제작된 후면 전극층에 대하여, 나노 인덴터(Nano Indenter; MTS XP, MTS System Corporation)를 이용하여 경도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
후면 전극층 조건(구조/파워) 경도(㎬)
실시예 산소 포함 Mo층/10kW 10.714
비교예1 Mo층/10kW 5.895
비교예2 Mo층/5kW 6.33
상기 표 1을 참조하면, 실시예에 따라 제작된 후면 전극층은 스퍼터링 파워가 10kW인 조건에서 경도가 10.714㎬이었다. 반면, 비교예1에 따라 제작된 후면 전극층은 경도가 5.895㎬로 양호하지 못하고, 비교예2에 따라 제작된 후면 전극층은 경도가 6.33㎬로 비교적 양호하였으나 스퍼터링 파워가 5kW로 낮은 파워에서 스퍼터링 공정이 진행되었다. 즉, 실시예의 경우, 비교예1 및 2에 비해 높은 스퍼터링 파워로 스퍼터링 공정이 진행되면서도 양호한 경도값을 갖게 된다는 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
300 : 광 흡수층 400 : 버퍼층
500 : 윈도우층 600 : 전면 전극층

Claims (14)

  1. 기판 및 상기 기판 상에 형성된 후면 전극층; 및
    상기 후면 전극층 상에 형성된 광 흡수층;을 포함하되,
    상기 후면 전극층은 6 ~ 15㎬ 범위의 경도(hardness)를 가지는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 후면 전극층은 스퍼터링(Sputtering)법을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 후면 전극층은 8 ~ 10kW의 파워 및 5 ~ 25sccm의 산소 가스를 인가하는 조건으로 스퍼터링되어 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 후면 전극층은 몰리브덴(Mo)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 후면 전극층은 두께가 0.4 ~ 1.0㎛인 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광 흡수층은, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)을 함유하는 CIGS계 화합물층을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광 흡수층 상에 형성된 버퍼층, 윈도우층 및 전면 전극층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  8. (a) 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계; 및
    (b) 상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계;를 포함하되,
    상기 후면 전극층은 6 ~ 15㎬ 범위의 경도(hardness)를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (a) 단계는, 스퍼터링(Sputtering)법을 이용하여 상기 후면 전극층을 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (a) 단계는, 8 ~ 10kW의 파워 및 5 ~ 25sccm의 산소 가스를 인가하는 조건으로 스퍼터링되어 상기 후면 전극층을 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서, 상기 후면 전극층은 몰리브덴(Mo)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서, 상기 후면 전극층은 두께가 0.4 ~ 1.0㎛인 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서, 상기 광 흡수층은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)을 함유하는 CIGS계 화합물층을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 (b) 단계 이후, 상기 광 흡수층 상에 버퍼층, 윈도우층 및 전면 전극층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
KR1020130022922A 2013-03-04 2013-03-04 박막형 태양전지 및 그 제조방법 KR101450799B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130022922A KR101450799B1 (ko) 2013-03-04 2013-03-04 박막형 태양전지 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130022922A KR101450799B1 (ko) 2013-03-04 2013-03-04 박막형 태양전지 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140110151A KR20140110151A (ko) 2014-09-17
KR101450799B1 true KR101450799B1 (ko) 2014-10-15

Family

ID=51756260

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130022922A KR101450799B1 (ko) 2013-03-04 2013-03-04 박막형 태양전지 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101450799B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100030188A (ko) * 2008-09-09 2010-03-18 엘지이노텍 주식회사 태양전지 및 이의 제조방법
KR100981900B1 (ko) * 2008-03-28 2010-09-13 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 광전 변환 장치 및 그 제조 방법
KR101047941B1 (ko) * 2007-10-31 2011-07-11 주식회사 엘지화학 Ci(g)s 태양전지 후면 전극의 제조방법
KR20120113130A (ko) * 2011-04-04 2012-10-12 엘지이노텍 주식회사 태양전지 및 이의 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101047941B1 (ko) * 2007-10-31 2011-07-11 주식회사 엘지화학 Ci(g)s 태양전지 후면 전극의 제조방법
KR100981900B1 (ko) * 2008-03-28 2010-09-13 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 광전 변환 장치 및 그 제조 방법
KR20100030188A (ko) * 2008-09-09 2010-03-18 엘지이노텍 주식회사 태양전지 및 이의 제조방법
KR20120113130A (ko) * 2011-04-04 2012-10-12 엘지이노텍 주식회사 태양전지 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140110151A (ko) 2014-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101091495B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101014039B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101474487B1 (ko) 박막형 태양전지 및 그 제조방법
CN103098233B (zh) 太阳能电池及其制造方法
KR101039993B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
US9966485B2 (en) Solar cell and method of fabricating the same
KR101450799B1 (ko) 박막형 태양전지 및 그 제조방법
KR101283240B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101091319B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101072101B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101450798B1 (ko) 박막형 태양전지 및 그 제조방법
KR101436538B1 (ko) 박막형 태양전지 및 그 제조방법
KR101459039B1 (ko) 박막형 태양전지 및 그 제조방법
KR101436539B1 (ko) 박막형 태양전지 및 그 제조방법
KR101459041B1 (ko) 박막형 태양전지 및 그 제조방법
KR101519094B1 (ko) 화합물 박막 태양전지
KR101436541B1 (ko) 박막형 태양전지 및 그 제조방법
KR101493926B1 (ko) 박막형 태양전지
KR101459040B1 (ko) 박막형 태양전지 및 그 제조방법
KR101474489B1 (ko) 박막형 태양전지 및 그 제조방법
KR101517122B1 (ko) 화합물 박막 태양전지
KR101517123B1 (ko) 화합물 박막 태양전지
KR101549077B1 (ko) 화합물 박막 태양전지용 후면 전극 및 이를 포함하는 화합물 박막 태양전지
KR101273093B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
US20140366940A1 (en) Solar cell apparatus and method of fabricating the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170913

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190903

Year of fee payment: 6