KR101457010B1 - 박막형 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 위에 전면전극층, 광전변환부 및 후면전극층을 차례로 적층하는 공정; 상기 전면전극층, 광전변환부 및 후면전극층의 소정 영역을 제거하여 제1분리부를 형성하는 공정; 상기 광전변환부 및 후면전극층의 소정 영역을 제거하여 콘택부를 형성하는 공정; 상기 후면전극층의 소정 영역을 제거하여 제2분리부를 형성하는 공정; 및 상기 콘택부를 통해 상기 전면전극층과 후면전극층을 전기적으로 연결하는 금속층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지고, 상기 제1분리부에 의해 상기 전면전극층이 단위셀 별로 분리됨과 더불어 상기 후면전극층이 하나의 단위셀 내에서 서로 분리되고, 상기 하나의 단위셀 내에서 서로 분리된 상기 후면전극층은 상기 금속층에 의해서 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 박막형 태양전지에 관한 것이다.
Description
본 발명은 박막형 태양전지(Solar Cell)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결된 구조를 갖는 박막형 태양전지에 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 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 되는 원리이다.
이와 같은 태양전지는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다.
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 1g는 종래 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결된 구조를 갖는 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
우선, 도 1a에서 알 수 있듯이, 기판(10) 상에 ZnO와 같은 투명도전물을 이용하여 전면전극층(20a)을 형성한다.
다음, 도 1b에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극층(20a)의 소정 영역을 제거하여 제1분리부(25)를 형성한다. 그리하면, 상기 제1분리부(21)에 의해 이격되는 복수 개의 전면전극(20)이 형성된다.
다음, 도 1c에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극(20)을 포함한 기판(10) 전면에 반도체층(30a)을 형성한다.
다음, 도 1d에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(30a)의 소정 영역을 제거하여 콘택부(35)를 형성한다.
다음, 도 1e에서 알 수 있듯이, 상기 기판(10) 전면에 후면전극층(50a)을 형성한다.
다음, 도 1f에서 알 수 있듯이, 상기 후면전극층(50a) 및 반도체층(30)의 소정 영역을 제거하여 제2분리부(55)를 형성한다. 그리하면, 상기 제2분리부(55)에 의해 이격되며, 상기 콘택부(35)를 통해 전면전극(20)과 연결되는 복수 개의 후면전극(50)이 형성된다. 이와 같이 콘택부(35)를 통해 전면전극(20)과 후면전극(50)이 연결됨으로써 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결되는 구조를 갖게 된다.
그러나, 이와 같은 종래의 박막형 태양전지의 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
종래의 제조방법을 간략히 요약하면, 종래의 제조방법은 전면전극층(20a)을 형성하는 공정(도 1a 참조), 제1분리부(25)를 형성하는 공정(도 1b 참조), 반도체층(30a)을 형성하는 공정(도 1c 참조), 콘택부(35)를 형성하는 공정(도 1d 참조), 후면전극층(50a)을 형성하는 공정(도 1e 참조), 및 제2분리부(55)를 형성하는 공정(도 1f 참조)으로 이루어진다.
이때, 상기 전면전극층(20a)을 형성하는 공정(도 1a 참조), 반도체층(30a)을 형성하는 공정(도 1c 참조), 및 후면전극층(50a)을 형성하는 공정(도 1e 참조)은 일반적으로 진공 증착 장비를 이용하여 수행하는 반면에, 상기 제1분리부(25)를 형성하는 공정(도 1b 참조), 콘택부(35)를 형성하는 공정(도 1d 참조), 및 제2분리부(55)를 형성하는 공정(도 1f 참조)은 대기압하에서 레이저 스크라이빙(Laser Scribing) 장비를 이용하여 수행하게 된다.
따라서, 종래의 경우 박막형 태양전지를 완성하기 위해서는 기판(10)을 진공 증착 장비와 레이저 스크라이빙 장비에 교대로 반복 투입해야 하는데, 이로 인해서 제조 장비 구성이 복잡하게 되고 제조 공정 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점에 대해서 보다 구체적으로 설명하면, 기판을 대기압하에서 진공 증착 장비 내로 투입하는 공정 시에는 외부의 공기가 진공 증착 장비 내부로 유입되는 것을 차단하기 위한 방안이 요구되는데, 일반적으로는 기판을 진공 증착 장비 내부로 직접 투입하지 않고 로드락 챔버(Load Rock Chamber)를 경유하도록 함으로써 외부의 공기가 진공 증착 장비 내부로 유입되지 않도록 하면서 기판을 진공 증착 장비 내부로 유입하게 된다.
따라서, 종래와 같이 기판(10)을 진공 증착 장비와 레이저 스크라이빙 장비에 교대로 반복 투입하게 되면, 그만큼 로드락 챔버 등으로 인해 장비 구성이 복잡하게 되고, 또한 로드락 챔버를 경유하는 만큼 제조 공정 시간이 오래 걸리게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 종래의 박막형 태양전지의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서,
본 발명은 필요한 증착 공정을 모두 수행하고 그 후에 스크라이빙 공정을 수행함으로써 기판을 진공 증착 장비와 레이저 스크라이빙 장비에 교대로 반복 투입하지 않도록 하여 제조 장비 구성이 단순하게 되고, 제조 공정 시간도 단축될 수 있는 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 기판 위에 전면전극층, 광전변환부 및 후면전극층을 차례로 적층하는 공정; 상기 전면전극층, 광전변환부 및 후면전극층의 소정 영역을 제거하여 제1분리부를 형성하는 공정; 상기 광전변환부 및 후면전극층의 소정 영역을 제거하여 콘택부를 형성하는 공정; 상기 후면전극층의 소정 영역을 제거하여 제2분리부를 형성하는 공정; 및 상기 콘택부를 통해 상기 전면전극층과 후면전극층을 전기적으로 연결하는 금속층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지고, 상기 제1분리부에 의해 상기 전면전극층이 단위셀 별로 분리됨과 더불어 상기 후면전극층이 하나의 단위셀 내에서 서로 분리되고, 상기 하나의 단위셀 내에서 서로 분리된 상기 후면전극층은 상기 금속층에 의해서 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 기판 위에 제1분리부에 의해 이격 형성되는 전면전극; 상기 전면전극 위에서, 콘택부를 구비하여 형성되는 광전변환부; 상기 광전변환부 위에서, 제2분리부에 의해 이격 형성되며 상기 콘택부를 구비하여 형성되는 후면전극; 및 상기 콘택부를 통해 상기 전면전극과 후면전극을 전기적으로 연결시키는 금속층을 포함하고, 상기 후면전극은 상기 제1분리부에 의해서 하나의 단위셀 내에서 서로 분리되고, 상기 하나의 단위셀 내에서 서로 분리된 상기 후면전극은 상기 금속층에 의해 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지를 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 기판 위에 전면전극층, 광전변환부 및 후면전극층을 차례로 적층하고, 그 후에, 제1분리부, 콘택부 및 제2분리부를 형성하기 때문에, 종래와 같이 진공 증착 장비와 레이저 스크라이빙 장비를 교대로 반복 이용할 필요가 없어 제조 장비 구성이 단순하게 되고, 제조 공정 시간도 단축되어 생산성이 향상된다.
도 1a 내지 도 1f는 종래의 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
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도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 단면도이다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
<박막형 태양전지 제조방법>
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
우선, 도 2a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 위에 전면전극층(200a), 광전변환부(300a), 투명도전층(400a) 및 후면전극층(500a)을 차례로 적층한다.
상기 기판(100)으로는 유리 또는 투명한 플라스틱을 이용할 수 있다.
상기 전면전극층(200a)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide), 등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 적층할 수 있다.
상기 전면전극층(200a)은 태양광이 입사되는 면이기 때문에 입사되는 태양광이 태양전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 하는 것이 중요하며, 이를 위해서 상기 전면전극층(200a)에 텍스처(texturing) 가공공정을 추가로 수행할 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. 이와 같은 텍스처 가공공정을 상기 전면전극층(200a)에 수행할 경우 입사되는 태양광이 태양전지 외부로 반사되는 비율은 감소하게 되며, 그와 더불어 입사되는 태양광의 산란에 의해 태양전지 내부로 태양광이 흡수되는 비율은 증가하게 되어, 태양전지의 효율이 증진되는 효과가 있다.
상기 광전변환부(300a)는 실리콘계 반도체물질을 플라즈마 CVD법 등을 이용하여 적층할 수 있으며, P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성할 수 있다. 이와 같이 상기 광전변환부(300a)를 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 수집되게 된다. 한편, 상기 광전변환부(300a)를 PIN구조로 형성할 경우에는 P형 반도체층을 먼저 형성하고, 그 후에 I형 반도체층 및 N형 반도체층을 순서대로 형성하는 것이 바람직한데, 그 이유는 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(400a)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, Ag와 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 적층할 수 있다. 상기 투명도전층(400a)은 생략하는 것도 가능하지만, 태양전지의 효율증진을 위해서는 상기 투명도전층(400a)을 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 투명도전층(400a)을 형성하게 되면 상기 광전변환부(300a)를 투과한 태양광이 투명도전층(400a)을 통과하면서 산란을 통해 다양한 각으로 진행하게 되어 상기 후면전극층(500a)에서 반사되어 광전변환부(300a)로 재입사되는 광의 비율이 증가될 수 있기 때문이다.
상기 후면전극층(500a)은 Ag, Al, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu 등과 같은 금속을 스퍼터링(Sputtering)법 등을 이용하여 적층할 수 있으며, 경우에 따라서 스크린 인쇄법을 이용하여 적층할 수도 있다.
다음, 도 2b에서 알 수 있듯이, 제1분리부(250), 콘택부(350), 및 제2분리부(550)를 형성하여, 전면전극(200), 광전변환부(300), 투명도전층(400), 및 후면전극(500)을 완성한다.
상기 제1분리부(250)는 상기 전면전극(200)을 소정 간격으로 이격시켜 박막 태양전지를 단위셀로 분리하는 역할을 하는 것으로서, 상기 제1분리부(250)는 상기 전면전극층(200a), 광전변환부(300a), 투명도전층(400a) 및 후면전극층(500a)의 소정 영역을 제거하여 형성한다.
상기 콘택부(350)는 상기 전면전극(200)과 후면전극(500)을 전기적으로 연결하는 연결 통로로서 박막 태양전지의 단위셀 간을 직렬로 연결할 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로서, 상기 콘택부(350)는 상기 광전변환부(300a), 투명도전층(400a) 및 후면전극층(500a)의 소정 영역을 제거하여 형성한다. 또한, 상기 콘택부(350)는 상기 제1분리부(250)와 제2분리부(550) 사이의 영역에 형성한다.
상기 제2분리부(550)는 상기 후면전극(500)을 소정 간격으로 이격시켜 박막 태양전지를 단위셀로 분리하는 역할을 하는 것으로서, 상기 제2분리부(550)는 상기 투명도전층(400a) 및 후면전극층(500a)의 소정 영역을 제거하여 형성한다.
상기 제1분리부(250), 콘택부(350) 및 제2분리부(550)는 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 형성할 수 있으며, 서로 간에 특별한 공정 순서가 요하지 않는다. 즉, 상기 제1분리부(250), 콘택부(350) 및 제2분리부(550) 중 어느 하나를 먼저 형성하고, 그 이후에 나머지 두 개를 차례로 형성하면 되고, 레이저 스크라이빙 장비의 구조 변경을 통해서 상기 제1분리부(250), 콘택부(350) 및 제2분리부(550) 중 어느 두 개를 동시에 형성하거나 아니면 세 개를 동시에 형성할 수 있을 경우 공정시간 단축에 유리하게 된다.
다음, 도 2c에서 알 수 있듯이, 상기 제1분리부(250)에 제1절연층(600)을 형성한다.
상기 제1절연층(600)은 단위셀로 분리된 전면전극(200)들이 후술하는 공정에서 서로 전기적으로 연결되는 것을 방지하기 위해 형성하는 것이다. 구체적으로 설명하면, 후술하는 도 2d공정에서는 상기 콘택부(350)를 통해 상기 전면전극(200)과 후면전극(500)을 전기적으로 연결하기 위해서 금속층(700)을 형성하게 되는데, 이때 금속층(700)이 상기 제1분리부(250) 내로 침투하게 되면 단위셀로 분리된 전면전극(200)들이 상기 금속층(700)에 의해 전기적으로 연결되어 쇼트가 발생하게 된다.
따라서, 단위셀로 분리된 전면전극(200)들이 금속층(700)에 의해 전기적으로 연결되는 것을 방지하기 위해서 금속층(700) 형성 전에 제1분리부(250)에 제1절연층(600)을 형성하는 것이다. 한편, 상기 제1절연층(600)은 단위셀로 분리된 전면전극(200)들이 전기적으로 연결되는 것을 방지하기 위한 것이기 때문에, 반드시 상기 제1분리부(250)의 내부 전체에 제1절연층(600)을 형성할 필요는 없으며, 상기 제1분리부(250) 내부에서 상기 전면전극(200)과 동일한 높이 이상으로 제1절연층(600)을 형성하면 된다.
다음, 도 2d에서 알 수 있듯이, 상기 콘택부(350)를 통해 상기 전면전극(200)과 후면전극(500)을 전기적으로 연결하는 금속층(700)을 형성한다.
상기 금속층(700)은 상기 전면전극(200)과 후면전극(500)을 전기적으로 연결함으로써 박막 태양전지의 단위셀 간을 직렬로 연결하는 것이다.
한편, 상기 제1분리부(250)는 전면전극(200)을 단위셀로 분리하는 것이지만, 공정상 상기 제1분리부(250)에 의해 후면전극(500) 또한 분리되어 이격되며, 이와 같이 제1분리부(250)에 의해 이격된 후면전극(500)을 상기 금속층(700)을 통해 연결함으로써 하나의 단위셀 내에서 후면전극(500) 전체가 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도로서, 이는 탠덤(Tandem)구조의 박막형 태양전지의 제조공정에 관한 것이다. 전술한 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 3a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 위에 전면전극층(200a), 광전변환부(300a), 투명도전층(400a) 및 후면전극층(500a)을 차례로 적층한다.
상기 광전변환부(300a)를 적층하는 공정은 제1반도체층(310a)을 적층하고, 상기 제1반도체층(310a) 상에 버퍼층(320a)을 적층하고, 그리고 상기 버퍼층(320a) 상에 제2반도체층(330a)을 적층하는 공정으로 이루어진다.
상기 제1반도체층(310a)은 PIN구조의 비정질 반도체물질로 이루어지고, 상기 제2반도체층(330a)은 미세결정질 반도체물질로 이루어질 수 있다.
상기 비정질 반도체물질은 단파장의 광을 잘 흡수하고 상기 미세결정질 반도체물질은 장파장의 광을 잘 흡수하는 특성이 있기 때문에, 비정질 반도체물질과 미세결정질 반도체물질을 조합하여 광전변환부(300a)를 형성함으로써 광흡수효율이 증진될 수 있다. 또한, 비정질 반도체물질은 장시간 빛에 노출될 경우 열화현상이 가속되는 문제가 있는데, 비정질 반도체물질을 태양광이 입사되는 면에 형성하고 미세결정질 반도체물질을 그 반대면에 형성할 경우 태양전지의 열화를 줄일 수 있는 효과가 있다. 따라서, 태양광이 입사되는 면에서 가까운 제1반도체층(310a)을 비정질 반도체물질로 형성하고, 태양광이 입사되는 면에서 먼 제2반도체층(330a)을 미세결정질 반도체물질로 형성할 수 있다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 제2반도체층(330a)으로서 비정질 반도체물질, 비정질실리콘/게르마늄 물질 등 다양하게 변경 이용할 수도 있다.
상기 버퍼층(320a)은 상기 제1반도체층(310a)과 제2반도체층(330a) 사이에 형성되어, 상기 제1반도체층(310a)과 제2반도체층(330a) 사이에서 터널접합을 통해 정공 및 전자의 이동을 원활히 하는 역할을 한다. 즉, 상기 제1반도체층(310a)에서 생성된 전자가 상기 제2반도체층(330a)으로 이동하기 위해서는 상기 제1반도체층(310a) 및 제2반도체층(330a) 사이에서 터널링 과정을 거처야 하며, 이를 위해서 버퍼층(320a)을 형성하는 것이다. 상기 버퍼층(320a)은 ZnO와 같은 투명한 도전물질을 이용하여 형성한다.
다음, 도 3b에서 알 수 있듯이, 제1분리부(250), 콘택부(350), 및 제2분리부(550)를 형성하여, 전면전극(200), 광전변환부(300), 투명도전층(400), 및 후면전극(500)을 완성한다.
다음, 도 3c에서 알 수 있듯이, 상기 제1분리부(250)에 제1절연층(600)을 형성하고, 상기 콘택부(350)의 양 측면에 제2절연층(650)을 형성한다.
상기 제1절연층(600)은 단위셀로 분리된 전면전극(200)들이 후술하는 도 3d 공정에서 금속층(700)에 의해 서로 전기적으로 연결되는 것을 방지하기 위해 형성하는 것임은 전술한 바와 동일하다.
상기 제2절연층(650)은 후술하는 도 3d공정에서 금속층(700)과 버퍼층(320)이 전기적으로 연결되어 쇼트가 발생하는 것을 차단하는 역할을 하는 것이다. 즉, 도 4d공정에서 금속층(700)이 전면전극(200)과 이웃하는 후면전극(500)을 전기적으로 연결시킬 때, 상기 금속층(700)이 상기 광전변환부(300) 내의 투명한 도전물질로 이루어진 버퍼층(320)과 접촉하게 되면 쇼트가 발생하게 되므로, 금속층(700)과 버퍼층(320)이 접촉하는 것을 차단하기 위해서 제2절연층(650)을 형성하는 것이다.
따라서, 상기 제2절연층(650)은 상기 콘택부(350)의 양 측면, 즉 상기 콘택부(350) 내에서 상기 버퍼층(320)과 접촉하도록 형성함으로써, 결과적으로 도 3d공정 이후에 상기 금속층(700)과 버퍼층(320) 사이에 제2절연층(650)이 형성되도록 한다.
다음, 도 3d에서 알 수 있듯이, 상기 콘택부(350)를 통해 상기 전면전극(200)과 후면전극(500)을 전기적으로 연결하는 금속층(700)을 형성한다.
<박막형 태양전지>
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지는 기판(100), 전면전극(200), 광전변환부(300), 투명도전층(400), 후면전극(500), 제1절연층(600) 및 금속층(700)을 포함하여 이루어진다.
상기 전면전극(200)은 상기 기판(100) 위에 형성되며, 제1분리부(250)에 의해 이격 형성된다. 상기 전면전극(200)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있으며, 태양광의 흡수율을 증진시키기 위해서 그 표면이 요철구조로 형성될 수 있다.
상기 광전변환부(300)는 상기 전면전극(200) 위에 형성되며, 제1분리부(250) 및 콘택부(350)를 구비하여 형성된다. 상기 광전변환부(300)는 P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조의 실리콘계 반도체물질로 이루어질 수 있다.
상기 투명도전층(400)은 상기 광전변환부(300) 위에 형성되며, 상기 후면전극(500)과 동일한 패턴으로 형성된다. 상기 투명도전층(400)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, Ag와 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있으며, 경우에 따라서 생략할 수도 있다.
상기 후면전극(500)은 상기 투명도전층(400) 위에 형성되며, 제2분리부(550)에 의해 이격 형성된다. 하나의 단위셀을 구성하는 하나의 후면전극(500)은 제1분리부(250) 및 콘택부(350)에 의해서 이격된 모습을 보이지만, 상기 금속층(700)에 의해서 전기적으로 연결된 구조를 이룬다. 상기 후면전극(500)은 Ag, Al, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu 등과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 제1절연층(600)은 이격 형성된 전면전극(200)들이 전기적으로 연결되는 것을 방지하기 위해서, 상기 제1분리부(250)에 형성된다. 상기 제1절연층(600)은 반드시 상기 제1분리부(250)의 내부 전체에 형성될 필요는 없으며, 상기 제1분리부(250) 내부에서 상기 전면전극(200)과 동일한 높이 이상으로 형성되면 된다.
상기 금속층(700)은 상기 콘택부(350)를 통해 상기 전면전극(200)과 후면전극(500)을 전기적으로 연결시킨다. 또한, 상기 금속층(700)은 상기 제1분리부(250)에 의해 이격된 후면전극(500)을 연결함으로써 하나의 단위셀 내에서 후면전극(500) 전체가 전기적으로 연결될 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 단면도로서, 이는 탠덤(Tandem)구조의 박막형 태양전지에 관한 것이다. 전술한 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 5에서 알 수 있듯이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지는 기판(100), 전면전극(200), 광전변환부(300), 투명도전층(400), 후면전극(500), 제1절연층(600), 제2절연층(650) 및 금속층(700)을 포함하여 이루어진다.
상기 광전변환부(300)는 제1반도체층(310), 상기 제1반도체층(310) 상에 형성된 버퍼층(320), 및 상기 버퍼층(320) 상에 형성된 제2반도체층(330)으로 이루어진다. 상기 제1반도체층(310)은 PIN구조의 비정질 반도체물질로 이루어지고, 상기 버퍼층(320)은 ZnO와 같은 투명한 도전물질로 이루어지고, 상기 제2반도체층(330)은 미세결정질 반도체물질로 이루어질 수 있다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 제2반도체층(330)으로서 비정질 반도체물질, 비정질실리콘/게르마늄 물질 등 다양하게 변경 이용할 수도 있다.
상기 제2절연층(350)은 콘택부(350)의 양 측면에, 구체적으로는 상기 금속층(700)과 버퍼층(320) 사이에 형성되어, 상기 금속층(700)과 버퍼층(320) 사이에 쇼트가 발생하는 것을 방지한다.
이상 도 4 및 도 5에 따른 박막형 태양전지는 각각 전술한 도 2a 내지 도 2d 및 도 3a 내지 도 3d에 따른 방법에 의해 제조될 수 있지만, 반드시 그 방법에 한정되는 것은 아니다.
100: 기판 200: 전면전극
250: 제1분리부 300: 광전변환부
310: 제1반도체층 320: 버퍼층
330: 제2반도체층 350: 콘택부
400: 투명도전층 500: 후면전극
550: 제2분리부 600: 제1절연층
650: 제2절연층 700: 금속층
250: 제1분리부 300: 광전변환부
310: 제1반도체층 320: 버퍼층
330: 제2반도체층 350: 콘택부
400: 투명도전층 500: 후면전극
550: 제2분리부 600: 제1절연층
650: 제2절연층 700: 금속층
Claims (7)
- 기판 위에 전면전극층, 광전변환부 및 후면전극층을 차례로 적층하는 공정;
상기 전면전극층, 광전변환부 및 후면전극층의 소정 영역을 제거하여 제1분리부를 형성하는 공정;
상기 광전변환부 및 후면전극층의 소정 영역을 제거하여 콘택부를 형성하는 공정;
상기 후면전극층의 소정 영역을 제거하여 제2분리부를 형성하는 공정; 및
상기 콘택부를 통해 상기 전면전극층과 후면전극층을 전기적으로 연결하는 금속층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지고,
상기 제1분리부에 의해 상기 전면전극층이 단위셀 별로 분리됨과 더불어 상기 후면전극층이 하나의 단위셀 내에서 서로 분리되고,
상기 하나의 단위셀 내에서 서로 분리된 상기 후면전극층은 상기 금속층에 의해서 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 금속층을 형성하는 공정 이전에 상기 제1분리부에 제1절연층을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 금속층을 형성하는 공정 이전에 상기 콘택부의 양 측면에 제2절연층을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법. - 기판 위에 제1분리부에 의해 이격 형성되는 전면전극;
상기 전면전극 위에서, 콘택부를 구비하여 형성되는 광전변환부;
상기 광전변환부 위에서, 제2분리부에 의해 이격 형성되며 상기 콘택부를 구비하여 형성되는 후면전극; 및
상기 콘택부를 통해 상기 전면전극과 후면전극을 전기적으로 연결시키는 금속층을 포함하고,
상기 후면전극은 상기 제1분리부에 의해서 하나의 단위셀 내에서 서로 분리되고, 상기 하나의 단위셀 내에서 서로 분리된 상기 후면전극은 상기 금속층에 의해 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지. - 제4항에 있어서,
상기 광전변환부는 상기 제1분리부를 구비하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지. - 제4항에 있어서,
상기 제1분리부에는 제1절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지. - 제4항에 있어서,
상기 콘택부의 양 측면에 제2절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
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Citations (2)
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