KR101458427B1 - Performance improved ci(g)s thin-film solar cells using manufacturing methods and. - Google Patents
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Abstract
태양전지의 광흡수층으로서의 CI(G)S박막 제조 방법으로 Substrate를 준비하는 단계, 전구체인 CI(G)S계 화합물을 제조하는 단계, 상기 Substrate 상에 상기 전구체인 CI(G)S계 화합물을 코팅하여 CI(G)S계 전구체 박막을 형성하는 단계, 상기 Substrate 상에 형성된 CI(G)S계 전구체 박막을 건조하는 단계, 상기 건조된 CI(G)S계 전구체 박막을 열처리를 통해 셀렌화하여 CI(G)S 박막을 형성하는 단계,상기 형성된 CI(G)S 박막을 나트륨(Na)을 포함한 버퍼층용액에 침지(Dipping)하여 버퍼(Buffer)층을 형성하는 단계, 상기 버퍼(Buffer)층이 증착된 상기 CI(G)S 박막을 열처리하여 상기 버퍼층 상의 나트륨(Na)이 나트륨 이온(Na+) 상태로 상기 버퍼층으로부터 상기 CI(G)S 박막으로 이동하도록 한다.
이를 통해 상기 나트륨 이온(Na+)이 상기 CI(G)S 박막의 결정립의 결함을 줄여주는 것이 가능하며 성능이 항상된 CI(G)S 박막을 제조하여 태양전지의 광흡수층으로 사용 가능하다. (G) S thin film as a light absorbing layer of a solar cell, a step of preparing a substrate, a step of preparing a precursor CI (G) S compound, a step of preparing a precursor CI (G) (G) S precursor thin film on the substrate, drying the precursor thin film of CI (G) S precursor formed on the substrate, and subjecting the dried CI (G) S precursor thin film to selenization Forming a CI (G) thin film by dipping the formed CI (G) S thin film in a buffer layer solution containing sodium (Na) to form a buffer layer; (G) S thin film on which the layer is deposited is subjected to heat treatment so that sodium (Na) on the buffer layer is moved from the buffer layer to the CI (G) S thin film in a sodium ion (Na +) state.
Thus, the sodium ion (Na +) can reduce the crystal defects of the CI (G) S thin film and the CI (G) S thin film having the constant performance can be manufactured and used as a light absorbing layer of the solar cell.
Description
태양전지에 사용되는 CI(G)S 박막의 성능을 향상시키기 위한 방법으로 더욱 구체적으로는 광흡수층으로 사용되는 CI(G)S 상에 버퍼층 증착시 상기 버퍼층에 나트륨의 함량을 높여 증착한 후, 상기 나트륨이 이온의 형태로 상기 광흡수층으로 이동하도록 열처리하는 방법을 포함한다. More specifically, when a buffer layer is deposited on CI (G) S used as a light absorption layer, the content of sodium in the buffer layer is increased to deposit the CI (G) S thin film, And heat treating the sodium to move to the light absorbing layer in the form of ions.
태양전지 및 발전시스템은 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술로 반도체, 염료, 고분자 등의 물질로 이루어진 태양전지를 이용하여 태양 빛을 받아 바로 전기를 생성한다. 이와 비교되는 기술로는 태양의 복사에너지를 흡수하여 열에너지로 변환하여 이용하는 태양열발전이 있다. Solar cells and power generation systems convert solar energy directly into electrical energy. Solar cells are made of materials such as semiconductors, dyes, and polymers to generate electricity. The technology that is comparable to this is the solar power generation which absorbs the sun's radiant energy and converts it into thermal energy.
태양광발전(PV, Photovoltaic)은 무한정, 무공해의 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 발전방식으로 태양전지(모듈), PCS, 축전장치 등의 요소로 구성된다. 가장 일반적인 실리콘 태양전지의 기본 구조 및 발전원리를 태양전지는 p형 반도체와 n형 반도체를 접합시키고 (p-n 접합) 양단에 금속전극을 코팅하여 제작한다. 태양 빛이 입사되면 반도체 내부에서 흡수되면 전자와 정공이 발생하여 p-n 접합부 전기장에 끌려 전자는 n측으로 정공은 p측으로 새로운 흐름이 생기면 접합부 양단의 전위차가 작아진다. 즉 반도체가 태양 빛을 흡수하면 전기가 발생하는 원리인 광기전력 효과(Photovoltaic Effect)를 이용한 것으로 반도체 접합부에 태양 빛이 입사되면 접합부에서 전자가 발생하여 외부회로에 전류가 흐르게 된다. Photovoltaic (PV) is a power generation method that converts infinite, pollution-free solar energy directly into electrical energy. It consists of elements such as solar cell (module), PCS, and power storage device. The basic structure of the most common silicon solar cell and the principle of power generation are made by bonding a p-type semiconductor and an n-type semiconductor (p-n junction) and coating metal electrodes on both ends. When sunlight is incident, electrons and holes are generated when electrons are absorbed inside the semiconductor and are attracted to the electric field of the p-n junction. If a new flow of electrons to the n side and holes to the p side occurs, the potential difference between both ends of the junction becomes small. In other words, when a semiconductor absorbs sunlight, the photovoltaic effect, which is the principle of generating electricity, is used. When sunlight enters the semiconductor junction, electrons are generated at the junction and current flows to the external circuit.
태양광 시스템은 빛을 받아서 전기로 전환시켜 주는 부분 (모듈)과 생산된 전기를 수요에 맞도록 교류로 변환시키고 계통에 연결시켜 주는 부분 (PCS)으로 구성된다. The photovoltaic system consists of a part (module) that converts light into electricity and a part (PCS) that converts the generated electricity into AC to meet demand and connects it to the grid.
태양광발전 시스템의 구성 요소 기기 중 핵심부품은 태양전지이다. 태양전지는 기본적으로 반도체 소자 기술로서 태양 빛을 전기에너지로 변환하는 기능을 수행하는데, 이는 전기를 빛으로 변환시키는 레이저나 발광다이오드(Light Emitting Diode) 등 정보 표시 소자와 작동 방향이 반대일 뿐 기본 구조나 재료특성이 동일하다. The core component of the components of the photovoltaic power generation system is solar cells. The solar cell is basically a semiconductor device technology that converts solar light into electrical energy, which is opposite in direction to the information display device, such as a laser or a light emitting diode that converts electricity into light. The structure and material characteristics are the same.
태양전지의 최소단위를 셀이라고 하며 보통 셀 1개로부터 나오는 전압이 약 0.5V로 매우 작으므로 다수의 태양전지를 직병렬로 연결하여 사용범위에 따라 실용적인 범위의 전압과 출력을 얻을 수 있도록 1매로 패키징하여 제작된 발전장치를 태양전지 모듈(PV Module)이라고 한다. The minimum unit of a solar cell is called a cell. Since the voltage from a single cell is very small, about 0.5V, it is possible to connect a large number of solar cells in series and in parallel to achieve a practical range of voltage and output. The power generation device manufactured by packaging is called a solar cell module (PV module).
태양전지 모듈은 외부 환경으로부터 태양전지를 보호하기 위해서 유리, 완충재 및 표면제 등을 사용하여 패널 형태로 제작하며 내구성 및 내후성을 가진 출력을 인출하기 위한 외부단자를 포함한다. 복수 개의 태양전지 모듈에 태양빛이 많이 입사할 수 있도록 경사각, 방위각 등의 설치조건을 고려, 가대 및 지지대를 이용하여 전기적인 직병렬로 연결하여 사용범위에 맞게 구성한 발전장치를 태양전지 어레이(PV Array)라고 한다. The solar cell module is manufactured in a panel form using glass, buffer material and surface agent to protect the solar cell from the external environment and includes an external terminal for taking out the output having durability and weatherability. Considering installation conditions such as inclination angle and azimuth angle so that a large amount of sunlight can be incident on a plurality of solar cell modules, a power generation device that is electrically connected in series and parallel by using a mount and a support, Array).
태양광발전용 PCS(Power Conditioning System)는 태양전지 어레이에서 발전된 직류전력을 교류전력으로 변환하기 위한 인버터 장치를 말한다. PCS는 태양전지 어레이에서 발전한 직류전원을 상용계통과 같은 전압과 주파수의 교류전력으로 변환하는 장치가 인버터이기 때문에 PCS를 인버터라고도 한다. PCS는 인버터, 전력제어장치 및 보호 장치로 구성되어 있다. 태양전지 본체를 제외한 주변장치 중에서 가장 큰 비중을 차지하는 요소이다. The PCS (Power Conditioning System) for the photovoltaic power generation refers to an inverter device for converting DC power generated in the solar cell array into AC power. PCS is also referred to as inverter because PCS is an inverter that converts DC power generated from a solar cell array to AC power of the same voltage and frequency as the commercial system. The PCS consists of an inverter, a power control device and a protection device. It is the largest factor among the peripheral devices excluding the solar cell main body.
태양광발전 시스템 태양에너지로부터 전기에너지로 변환하는 발전시스템으로 일사강도, 온도 등의 설치조건에 따른 환경변화, 구성요소기기 및 태양광발전 시스템의 설계시공에 따라서 발전성능이 결정된다. 태양광발전 시스템은 설치장소, 방식, 정격, 구성 등이 같다고 하더라도 설치장소의 환경변화에 따라서 성능특성은 변화된다. 친환경에너지원인 태양광발전 시스템의 이용보급이 확대됨에 따라 광범위하고 다양화되는 사용자 요구에 만족할 수 있는 고품질, 신뢰성과 안정성을 가진 시스템들이 기술개발이 점점 중요하게 된다. 태양광발전 시스템이 수명을 다할 때까지 최대성능을 달성하기 위해서는 고성능화와 설치조건 및 설계시공에 따른 성능추정, 발생손실 등의 종합적인 성능특성을 정량화가 필요하다. 성능평가 및 진단은 태양전지 모듈, PCS, 가대 및 지지대, 커넥터 등의 구성요소 기기의 저가화, 성능향상, 수명예측, 맞춤형 설계시공 및 유지점검 기술개발에 중요하다. 또한 대규모 시스템의 적용을 위한 연계제어기술, 전력품질 및 공급안정화와 전력저장기술에 대해서도 검토되어야 한다. Photovoltaic power generation system The power generation system converts solar energy to electric energy, and the power generation performance is determined according to the environment change according to the installation conditions such as solar radiation intensity and temperature, and the designing of the component device and the photovoltaic power generation system. Even if the installation site, method, rating, configuration, etc. are the same, the performance characteristics of the solar power generation system change according to the environment change of the installation site. As the spread of the use of solar power generation system, which is an environmentally friendly energy, is widening, the development of high quality, reliable and stable systems that satisfy a wide variety of user needs becomes more and more important. In order to achieve the maximum performance until the PV system reaches its end of life, it is necessary to quantify the overall performance characteristics such as high performance, installation conditions, performance estimation based on design construction, and generation loss. Performance evaluation and diagnosis are important for cost reduction, performance improvement, life prediction, customized design construction and maintenance inspection technology of components such as solar cell module, PCS, mount, support, and connector. In addition, the connection control technology, power quality and supply stabilization and power storage technology for the application of large-scale systems should be examined.
태양광 시장은 대체에너지 개발 및 온실가스 저감을 위한 청정에너지 개발, 그리고 지속가능한 미래 에너지원 확보를 위한 각국 정부의 신재생에너지 보급 정책에 따라 급속히 성장하고 있음에도 불구하고, 태양광발전의 높은 시스템 가격으로 인하여 발전단가는 화석연료를 이용한 타 발전방식에 비하여 여전히 높은 수준이며, 태양광발전 시스템 가격의 50~60%를 차지하는 태양전지(모듈)의 저가화가 반드시 요구된다. 결정질 실리콘 태양전지(모듈)은 전 세계적인 생산라인 증설에 따라 결정질 실리콘 태양전지 가격은 급속히 하락하고 있으나 아직까지 높은 원소재 가격, 웨이퍼 제조시 kerf loss 발생 및 단속적인 공급에 따른 공정 문제 등으로 추가적인 가격경쟁력 확보에는 한계가 따를 것으로 예측됨에 따라, 결정질 실리콘 태양전지보다 값싸고 높은 효율을 나타낼 수 있는 박막 태양전지를 비롯한 차세대 태양전지 기술개발이 활발히 이루어지고 있으며 시장점유율도 점차로 확대되어 나갈 것으로 예측된다.Although the solar PV market is growing rapidly in accordance with the development of clean energy for alternative energy development and greenhouse gas reduction and the policy of renewable energy supply by governments to secure a sustainable future energy source, , The power generation cost is still higher than other fossil fuel-based power generation methods, and it is absolutely necessary to reduce the cost of solar cells (modules), which accounts for 50% to 60% of the price of the photovoltaic power generation system. Crystalline silicon solar cells (modules) have been rapidly growing due to the expansion of production lines around the world, but the price of crystalline silicon solar cells is rapidly declining. However, due to high raw material prices, kerf loss in wafer manufacturing and process problems due to intermittent supply, It is anticipated that the next generation solar cell technology including thin film solar cell which can exhibit lower cost and higher efficiency than crystalline silicon solar cell is being actively developed and the market share is expected to increase gradually as competition is secured.
박막 태양전지는 결정질 실리콘 태양전지에 비하여 원료사용량이 매우 적고 대면적화 및 대량생산이 가능하여 태양전지 제조단가를 낮출 수 있으며, 광흡수층 소재의 두께가 수 ㎛로 원소재 소비가 매우 적으며 5세대급의 대면적 모듈 제조가 가능하고 태양전지 및 모듈제조가 함께 이루어져 Value chain이 단순하다. 또한, 실리콘 박막과 CI(G)S 및 CdTe 등의 화합물 박막을 이용한 박막 태양전지(모듈)이 상용화되고 있다. Thin film solar cell can reduce the manufacturing cost of solar cell by making it possible to reduce the amount of raw material and enable large size and mass production compared with crystalline silicon solar cell. The thickness of the light absorbing layer material is several ㎛ and the consumption of raw material is very small. The value chain is simple because large scale module production is possible and solar cells and modules are manufactured together. In addition, thin film solar cells (modules) using silicon thin films and thin films of compounds such as CI (G) S and CdTe are being commercialized.
현재 생산되고 있는 대부분의 박막 태양전지는 유리기판 위에 제조되고 있으며 5세대급 모듈제조시 무게는 약 20㎏이상이 되고 있다. Most of the thin film solar cells currently produced are manufactured on glass substrates, and the weight of the 5th generation module is over 20 kg.
플렉서블(flexible) 박막 태양전지는 기존의 결정질 실리콘 태양전지나 유리기판을 사용하는 박막 태양전지에 비하여 저가, 경량소재 사용 및 우수한 생산성을 바탕으로 태양전지의 제조비용을 획기적으로 저감할 수 있는 기술로, 현재 개발이 가장 활발히 진행되고 있는 플렉서블 박막 태양전지용 광흡수층으로는 실리콘 박막 및 CI(G)S 화합물 박막이다. 후면전극층으로는 일반적으로 반사율과 전기전도성이 우수한 금속박막(M, Ag, Al 등)을 사용하고, 투명전도층은 Window층으로 투과율이 우수한 동시에 전기전도성이 우수한 ZnO, ITO 등의 투명전도막을 사용한다. Flexible thin film solar cells are a technology that can significantly reduce the manufacturing cost of solar cells based on the use of low-priced, lightweight materials and superior productivity compared to thin crystalline solar cells using crystalline silicon solar cells or glass substrates. Currently, the most active thin film for flexible thin film solar cells is silicon thin film and CI (G) S compound thin film. As the backside electrode layer, a metal thin film (M, Ag, Al, etc.) having excellent reflectance and electric conductivity is generally used. The transparent conductive layer is a window layer and a transparent conductive film such as ZnO or ITO do.
일반적으로 CIGS계 박막 태양전지는 기판/후면전극/광흡수층/버퍼층/전면전극/그리드전극의 구조를 가지고 있다. 태양전지의 구성 중에서, 버퍼층은 전면전극층과 광흡수층의 밴드갭 에너지와 격자상수의 차이를 완화하는 기능을 수행한다. 특히 광흡수층으로 사용되는 CIGS 박막과 전면전극으로 사용되는 ZnO 사이의 밴드갭 차이와 격자 상수차이가 크므로 종래기술은 황화카드뮴(CdS)을 약 50 nm정도로 증착하여 버퍼층으로 사용하고 있다. In general, CIGS thin film solar cells have a structure of substrate / back electrode / light absorption layer / buffer layer / front electrode / grid electrode. In the configuration of the solar cell, the buffer layer functions to mitigate the difference between the band gap energy and the lattice constant of the front electrode layer and the light absorption layer. Particularly, since the bandgap difference and the lattice constant difference between the CIGS thin film used as the light absorption layer and the ZnO used as the front electrode are large, the prior art uses CdS as a buffer layer by depositing CdS about 50 nm.
또한, 플렉서블 박막 태양전지는 저가화 특성과 더불어 경량이며 잘 깨지지 않고, 심미성과 적용성이 우수하여 대용량 발전의 기존 시장 대체뿐만 아니라 BAPV(Building Applied PV) 및 휴대용, 군사용 전원을 포함하는 신규 거대시장 창출이 가능한 미래산업 분야이다. In addition, flexible thin film solar cells are not only cost-effective but also lightweight and unbreakable. They have excellent aesthetics and applicability. They are not only replacing existing markets for large-capacity power generation, but also creating new large markets including BAPV (Building Applied PV) and portable and military power sources. This is a possible future industry.
태양전지 분야의 기술상의 문제점과 향후 개선 방안은 소면적 태양전지의 효율이 다결정 실리콘 태양전지의 최고 효율에 근접할 정도로 높은데 반해, 대면적 모듈의 효율이 이유는 공정이 복잡하고 엄밀한 제어를 필요로 하기 때문에 장치의 대형화가 어렵기 때문이다. 따라서, 저가, 고효율화, 대면적화를 통한 상업화 기술의 확보를 위해, 단위 박막의 성능 및 구조 개선을 통한 실험실 제조 태양전지의 효율 향상, 대면적 모듈의 제조, CdS 대체 공정 개발 등의 문제를 해결해야 할 것이다. 또한, 현재의 저가 고효율화를 위한 기술개발 노력과 함께 나노기술 및 다층구조 기술의 접목이 장기적인 차원에서 추진되어야 할 것이다. The problems of the technology in the field of solar cell and the future improvement plan are due to the fact that the efficiency of the small area solar cell is close to the maximum efficiency of the polycrystalline silicon solar cell, whereas the efficiency of the large area module is complicated and requires strict control This is because it is difficult to increase the size of the apparatus. Therefore, in order to secure commercialization technology through low cost, high efficiency, and large size, it is necessary to solve problems such as improvement of the efficiency of laboratory-manufactured solar cells through the improvement of the performance and structure of the unit thin film, manufacture of large- something to do. In addition, along with efforts to develop technology for the current low price and high efficiency, the integration of nanotechnology and multilayer structure technology should be pursued in the long term.
태양전지에 사용되는 CI(G)S 박막의 성능을 향상시키기 위한 방법으로 더욱 구체적으로는 광흡수층으로 사용되는 CI(G)S 상에 버퍼층 증착시 상기 버퍼층에 나트륨의 함량을 높여 증착한 후, 상기 나트륨이 이온의 형태로 상기 광흡수층으로 이동하도록 열처리하는 방법을 포함하여 CI(G)S 박막을 광흡수층으로 증착한 후 상기 광흡수층인 CI(G)S 박막의 성능을 향상시키고자 한다.More specifically, when a buffer layer is deposited on CI (G) S used as a light absorption layer, the content of sodium in the buffer layer is increased to deposit the CI (G) S thin film, (G) S thin film as a light absorbing layer and then to improve the performance of the CI (G) S thin film as a light absorbing layer, including a method of heat treating sodium to move to the light absorbing layer in the form of ions.
태양전지의 광흡수층으로서의 CI(G)S박막 제조 방법으로 Substrate를 준비하는 단계, 전구체인 CI(G)S계 화합물을 제조하는 단계, 상기 Substrate 상에 상기 전구체인 CI(G)S계 화합물을 코팅하여 CI(G)S계 전구체 박막을 형성하는 단계, 상기 Substrate 상에 형성된 CI(G)S계 전구체 박막을 건조하는 단계, 상기 건조된 CI(G)S계 전구체 박막을 열처리를 통해 셀렌화하여 CI(G)S 박막을 형성하는 단계,상기 형성된 CI(G)S 박막을 나트륨(Na)을 포함한 버퍼층용액에 침지(Dipping)하여 버퍼(Buffer)층을 형성시키는 단계, 상기 버퍼(Buffer)층이 증착된 상기 CI(G)S 박막을 열처리하여 상기 버퍼층 상의 나트륨(Na)이 나트륨 이온(Na+) 상태로 상기 버퍼층으로부터 상기 CI(G)S 박막으로 이동하도록 하는 단계를 포함하여 실시한다. (G) S thin film as a light absorbing layer of a solar cell, a step of preparing a substrate, a step of preparing a precursor CI (G) S compound, a step of preparing a precursor CI (G) (G) S precursor thin film on the substrate, drying the precursor thin film of CI (G) S precursor formed on the substrate, and subjecting the dried CI (G) S precursor thin film to selenization Forming a CI (G) S thin film by dipping the formed CI (G) S thin film in a buffer layer solution containing sodium (Na) to form a buffer layer; Annealing the CI (G) S thin film on which the layer is deposited to allow sodium (Na) on the buffer layer to move from the buffer layer to the CI (G) S thin film in a sodium ion (Na +) state.
CI(G)S 박막을 나트륨(Na)을 포함한 용액에 침지하여 버퍼층을 증착하고 상기 버퍼층이 증착된 상기 CI(G)S 박막을 열처리하여 상기 버퍼층 상의 나트륨(Na)이 나트륨 이온(Na+) 상태로 상기 버퍼층으로부터 상기 CI(G)S 박막으로 이동하도록 한다. 이를 통하여 상기 나트륨 이온(Na+)이 상기 CI(G)S 박막의 결정립의 결함을 줄여주는 것이 가능하다. 이를 통해 성능이 항상된 CI(G)S 박막을 제조하여 태양전지의 광흡수층으로 사용 가능하다. The buffer layer is deposited by immersing the CI (G) S thin film in a solution containing sodium (Na), and the CI (G) S thin film on which the buffer layer is deposited is heat treated so that sodium (Na) To the CI (G) S thin film from the buffer layer. Through this, it is possible to reduce defects of crystal grains of the CI (G) S thin film by the sodium ion (Na +). As a result, CI (G) S thin film with constant performance can be manufactured and used as a light absorbing layer of a solar cell.
도 1은 본원 발명의 실시 예에 의한 CI(G)S박막 제조 방법을 나타낸다.
도 2는 본원 발명의 실시 예에 의한 CI(G)S박막을 포함하는 태양전지의 제조 방법을 나타낸다.
도 3은 본원 발명의 실시 예에 의한 태양전지의 단면도를 나타낸다. 1 shows a method for producing a CI (G) S thin film according to an embodiment of the present invention.
2 shows a method of manufacturing a solar cell including a CI (G) S thin film according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 1은 본원 발명의 실시 예에 의한 CI(G)S박막 제조 방법을 나타낸다. 1 shows a method for producing a CI (G) S thin film according to an embodiment of the present invention.
태양전지의 광흡수층으로서의 CI(G)S박막 제조 방법은 Substrate를 준비하는 단계, 전구체인 CI(G)S계 화합물을 제조하는 단계, 상기 Substrate 상에 상기 전구체인 CI(G)S계 화합물을 코팅하여 CI(G)S계 전구체 박막을 형성하는 단계, 상기 Substrate 상에 형성된 CI(G)S계 전구체 박막을 건조하는 단계, 상기 건조된 CI(G)S계 전구체 박막을 열처리를 통해 셀렌화하여 CI(G)S 박막을 형성하는 단계, 상기 형성된 CI(G)S 박막을 나트륨(Na) 0.01 wt % 내지 10 wt % 포함한 버퍼층용액에 침지(Dipping)하여 버퍼(Buffer)층을 형성시키는 단계, 상기 버퍼(Buffer)층이 증착된 상기 CI(G)S 박막을 열처리하여 상기 버퍼층 상의 나트륨(Na)이 나트륨 이온(Na+) 상태로 상기 버퍼층으로부터 상기 CI(G)S 박막으로 이동하도록 하는 단계를 포함하는 것이 가능할 것이다. A method for manufacturing a CI (G) S thin film as a light absorbing layer of a solar cell comprises the steps of preparing a substrate, preparing a precursor CI (G) S compound, and forming a precursor CI (G) (G) S precursor thin film on the substrate, drying the precursor thin film of CI (G) S precursor formed on the substrate, and subjecting the dried CI (G) S precursor thin film to selenization Forming a CI (G) S thin film by dipping the formed CI (G) S thin film in a buffer layer solution containing 0.01 wt% to 10 wt% of sodium (Na) to form a buffer layer And annealing the CI (G) S thin film on which the buffer layer is deposited to move sodium (Na) on the buffer layer from the buffer layer to the CI (G) S thin film in a sodium ion (Na +) state As shown in FIG.
상기 Substrate 상에 상기 전구체인 CI(G)S계 화합물을 코팅하여 CI(G)S계 전구체 박막을 형성하는 단계는 스핀코팅(Spin coating), 딥코팅(Dip coating), 스프레이코팅(Spray coating), 닥터블레이드코팅(Dr. blade coating), 롤코팅(Roll coating), 바코팅(Bar coating), 그래비에 코팅(Gravier coating), 슬롯다이코팅 (Slot-die coating) 중 적어도 어느 하나의 방법으로 코팅하는 것이 가능할 것이나 상기 방법에 한정되는 것은 아니다. The step of coating a precursor CI (G) S compound on the substrate to form a CI (G) S precursor thin film may be performed by spin coating, dip coating, spray coating, A doctor blade coating, a roll coating, a bar coating, a gravier coating, and a slot-die coating may be used. But it is not limited thereto.
또한, E-beam 증착법(Electron beam evaporation), 전자빔 이온 플레이팅 (Electron Beam Ion plating), 스퍼터링(Suppertering), 스퍼터링 이온 플레이팅 시스템(Suppertering Ion plating System), 레이저 분자빔 증착법(Laser Molecular Beam Epitaxy), 펄스 레이저 증착법 (Pulsed Laser Deposition), 저항 가열식 증착법(Thermal evaporation), 이온 어시스트 증착법(Ion-Assist Deposition) 중 적어도 어느 하나의 방법으로 증착하여 코팅하는 것도 가능할 것이나 상기 방법에 한정되는 것은 아니다. In addition, an electron beam evaporation method, an electron beam ion plating method, a sputtering method, a suppertering ion plating system, a laser molecular beam epitaxy method, , Pulsed laser deposition (CVD), thermal evaporation, and ion assist deposition (CVD). However, the present invention is not limited thereto.
상기 형성된 CI(G)S 박막을 나트륨(Na) 포함한 용액에 침지(Dipping)하여 버퍼(Buffer)층을 증착하는 단계는 상기 버퍼층을 딥코팅(Dip coating), CBD(Chemical Bath Deposition), 닥터블레이드코팅(Dr. blade coating), 바코팅(Bar coating), 스프레이코팅(Spray coating) 중 적어도 어느 하나의 방법으로 코팅하는 것이 가능할 것이나 상기 방법에 한정되는 것은 아니다. The step of dipping the formed CI (G) S thin film in a solution containing sodium (Na) to deposit a buffer layer may be performed by Dip coating, CBD (Chemical Bath Deposition) It may be coated by at least one of coating, doctor blade coating, bar coating, and spray coating, but the present invention is not limited thereto.
상기 형성된 CI(G)S 박막을 나트륨(Na)을 포함한 용액에 침지(Dipping)하여 버퍼(Buffer)층을 증착하는 단계에서, 나트륨(Na)을 포함하는 염(Salts), 예를 들어 NaCl 등을 추가하여 나트륨(Na)의 농도를 조절하여 나트륨(Na)을 포함한 용액을 제조하는 것이 바람직할 것이다. In the step of dipping the formed CI (G) S thin film in a solution containing sodium (Na) to deposit a buffer layer, a salt containing sodium (Na), for example, NaCl To prepare a solution containing sodium (Na) by adjusting the concentration of sodium (Na).
또한, 상기 형성된 CI(G)S 박막을 나트륨(Na) 0.01 wt % 내지 10 wt % 포함한 버퍼층용액에 침지하여 버퍼층을 형성시키는 것이 바람직할 것이나, 나트륨(Na) 0.1 wt % 내지 5 wt % 포함하는 버퍼층용액에 침지하여 버퍼층을 형성시키는 것이 가장 바람직할 것이다. In addition, it is preferable to form the buffer layer containing the CI (G) S thin film formed in the buffer layer solution containing 0.01 wt% to 10 wt% of sodium (Na), but it is preferable that the buffer layer includes 0.1 wt% to 5 wt% It is most preferable to immerse the buffer layer in the buffer layer solution to form the buffer layer.
상기 버퍼층은 CdS, InxSey, Zn(O,S,OH)x, In(OH)xSy, ZnInxSey, ZnSe 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 가능할 것이다. The buffer layer may include at least one of CdS, In x Se y , Zn (O, S, OH) x , In (OH) x S y , ZnIn x Se y and ZnSe.
상기 버퍼(Buffer)층이 형성된 상기 CI(G)S 박막을 열처리하여 상기 버퍼층 상의 나트륨(Na)이 나트륨 이온(Na+) 상태로 상기 CI(G)S 박막으로 이동하도록 하여 상기 CI(G)S 박막의 결정립의 결합을 줄여주는 것이 가능할 것이다. (G) S thin film on which the buffer layer is formed is annealed to move sodium (Na) on the buffer layer to the CI (G) S thin film in a sodium ion (Na +) state, It will be possible to reduce the bonding of the crystal grains of the thin film.
본원 발명에 의해 제조된 CI(G)S박막은 나트륨(Na)의 함량이 0.001 atomic % 내지 2 atomic % 인 것이 가능할 것이다. The CI (G) S thin film produced by the present invention may have a content of sodium (Na) of 0.001 atomic% to 2 atomic%.
더욱 바람직한 것은 CI(G)S박막의 나트륨(Na) 함량이 0.01 atomic % 내지 1 atomic % 인 것이다. More preferably, the sodium (Na) content of the CI (G) S thin film is 0.01 atomic% to 1 atomic%.
도 2는 본원 발명의 실시 예에 의한 CI(G)S박막을 포함하는 태양전지의 제조 방법을 나타낸다. 2 shows a method of manufacturing a solar cell including a CI (G) S thin film according to an embodiment of the present invention.
태양전지 제조 방법은 기판(10)을 준비하는 단계, 후면전극층(20)을 증착하는 단계, 본원 발명에 의해 제조된 CI(G)S박막을 광흡수층(30)으로 증착하고, 상기 광흡수층(30) 상에 버퍼층(40)을 형성시키는 단계, 상기 버퍼층(40) 상에 투명전도층(50)을 증착하는 단계, 반사방지막(60)을 전면전극층(70)이 형성되는 영역을 제외한 부분에 증착하는 단계, 상기 반사방지막(60)이 형성되지 않은 부분에 전면전극층(70)을 증착하는 단계를 포함하는 것이 가능할 것이다. The solar cell manufacturing method includes the steps of preparing the
상기 기판(10)은 유리 기판, 세라믹 기판, 스테인레스 스틸(stainless steel) 기판, 폴리머(polymer) 기판, 금속 기판 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 가능하나 이에 한정된 것은 아니다. The
상기 후면전극층(20)은 Mo, Ni, Cu 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 가능할 것이다. The
또한, 상기 투명전도층(50)은 ZnO 인 것이 바람직할 것이며, 상기 투명전도층(50)은 하부막인 ZnO 위에 상부막인 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진 2중 구조로 증착하는 것이 바람직할 것이나 이에 한정된 것은 아니다. It is preferable that the transparent
상기 반사방지막(60)은 MgF2 인 것이 바람직할 것이다. The
또항, 상기 전면전극층(70)은 Al, Ag, Ni, M 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직할 것이나 이에 한정된 것은 아니다. Alternatively, the
도 3은 본원 발명의 실시 예에 의한 태양전지의 단면도를 나타낸다. 3 is a cross-sectional view of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
본원 발명에 의한 태양전지는 기판(10), 상기 기판(10) 상의 후면전극층(20), 상기 후면전극층(20) 상에 광흡수층(30)으로 사용된 본원 발명의 CI(G)S박막, 상기 광흡수층(30) 상의 버퍼층(40), 상기 버퍼층(40) 상의 투명전도층(50), 상기 투명전도층(50) 상의 반사 방지막(60)과 상기 반사방지막(60)이 형성되지 않은 부분의 전면전극층(70)을 포함하는 것이 바람직할 것이다. A solar cell according to the present invention includes a
본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시 예에 불과하며, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시 예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it should be understood that various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. It is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments. Accordingly, the scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas which fall within the scope of equivalence by alteration, substitution, substitution, Range. In addition, it should be clarified that some configurations of the drawings are intended to explain the configuration more clearly and are provided in an exaggerated or reduced size than the actual configuration.
10 : 기판 20 : 후면전극층
30 : 광흡수층 40 : 버퍼층
50 : 투명전도층 60 : 반사방지막
70 : 전면전극층10: substrate 20: rear electrode layer
30: light absorbing layer 40: buffer layer
50: transparent conductive layer 60: antireflection film
70: front electrode layer
Claims (15)
(i) Substrate를 준비하는 단계;
(ii) 전구체인 CI(G)S계 화합물을 제조하는 단계;
(iii) 상기 Substrate 상에 상기 전구체인 CI(G)S계 화합물을 코팅하여 CI(G)S계 전구체 박막을 형성하는 단계;
(iv) 상기 Substrate 상에 형성된 CI(G)S계 전구체 박막을 건조하는 단계;
(v) 상기 건조된 CI(G)S계 전구체 박막을 열처리를 통해 셀렌화하여 CI(G)S 박막을 형성하는 단계;
(vi) 상기 형성된 CI(G)S 박막을 나트륨(Na) 0.01 wt % 내지 10 wt % 포함한 버퍼층용액에 침지(Dipping)하여 버퍼(Buffer)층을 형성시키는 단계; 및
(vii) 상기 버퍼(Buffer)층이 형성된 상기 CI(G)S 박막을 열처리하여 상기 버퍼층 상의 나트륨(Na)이 나트륨 이온(Na+) 상태로 상기 버퍼층으로부터 상기 CI(G)S 박막으로 이동하도록 하는 단계를 포함하고,
상기 (vi) 단계에서,
상기 버퍼층은 딥코팅(Dip coating), CBD(Chemical Bath Deposition), 닥터블레이드코팅(Dr. blade coating), 바코팅(Bar coating), 스프레이코팅(Spray coating) 중 적어도 어느 하나의 방법으로 코팅하며,
상기 (vi) 단계에서,
나트륨(Na)을 포함하는 염(Salts)을 추가하여
나트륨(Na)을 포함한 용액을 제조하는 것을 포함하고,
상기 (vi) 단계에서,
상기 버퍼층은 CdS, InxSey, Zn(O,S,OH)x, In(OH)xSy, ZnInxSey, ZnSe 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 CI(G)S박막 제조 방법.
In a method for producing a CI (G) S thin film as a light absorbing layer of a solar cell,
(i) preparing a substrate;
(ii) preparing a precursor CI (G) S-based compound;
(iii) coating the precursor CI (G) S compound on the substrate to form a CI (G) S precursor thin film;
(iv) drying the CI (G) S precursor thin film formed on the substrate;
(v) selenizing the dried CI (G) S precursor thin film through heat treatment to form a CI (G) S thin film;
(vi) dipping the formed CI (G) S thin film in a buffer layer solution containing 0.01 wt% to 10 wt% of sodium (Na) to form a buffer layer; And
(vii) heat treatment of the CI (G) S thin film on which the buffer layer is formed to cause sodium (Na) on the buffer layer to move from the buffer layer to the CI (G) thin film in a sodium ion ≪ / RTI >
In the step (vi)
The buffer layer is coated by at least one of dip coating, chemical bath deposition, doctor blade coating, bar coating, and spray coating,
In the step (vi)
Salts containing sodium (Na) are added
Comprising preparing a solution comprising sodium (Na)
In the step (vi)
The buffer layer is CdS, In x Se y, Zn (O, S, OH) x, In (OH) x S y, ZnIn x Se y, at least CI (G) comprises either a ZnSe S Thin film manufacturing method.
상기 (iii) 단계에서,
스핀코팅(Spin coating), 딥코팅(Dip coating), 스프레이코팅(Spray coating), 닥터블레이드코팅(Dr. blade coating), 롤코팅(Roll coating), 바코팅(Bar coating), 그래비에 코팅(Gravier coating), 슬롯다이코팅(Slot-die coating) 중 적어도 어느 하나의 방법으로 코팅하는 것
을 포함하는 것을 특징으로 하는 CI(G)S박막 제조 방법.The method according to claim 1,
In the step (iii)
Spray coating, Dip coating, Spray coating, Dr. blade coating, Roll coating, Bar coating, Gravie coating (Coating) Gravure coating, and slot-die coating.
(G) < / RTI > S thin film.
상기 (iii) 단계에서,
E-beam 증착법(Electron beam evaporation), 전자빔 이온 플레이팅(Electron Beam Ion plating), 스퍼터링(Suppertering), 스퍼터링 이온 플레이팅 시스템(Suppertering Ion plating System), 레이저 분자빔 증착법(Laser Molecular Beam Epitaxy), 펄스 레이저 증착법 (Pulsed Laser Deposition), 저항 가열식 증착법(Thermal evaporation), 이온 어시스트 증착법(Ion-Assist Deposition) 중 적어도 어느 하나의 방법으로 증착하여 코팅하는 것
을 포함하는 것을 특징으로 하는 CI(G)S박막 제조 방법.The method according to claim 1,
In the step (iii)
The electron beam evaporation method, the electron beam evaporation method, the electron beam ion plating method, the sputtering method, the suppertering ion plating system, the laser molecular beam epitaxy method, Deposition may be performed by at least one of a laser deposition method, a thermal evaporation method, and an ion assist deposition method
(G) < / RTI > S thin film.
나트륨(Na)의 함량이 0.001 atomic % 내지 2 atomic % 인 것
을 특징으로 하는 CI(G)S박막.A process for producing a polyurethane foam, which is produced by a process according to any one of claims 1 to 3,
And the content of sodium (Na) is 0.001 atomic% to 2 atomic%
(G) < / RTI > S thin film.
(1) 기판을 준비하는 단계;
(2) 후면전극층을 증착하는 단계;
(3) 상기 청구항 1 내지 3 중 어느 하나의 방법으로 제조된 CI(G)S박막을 광흡수층으로 증착하고, 상기 광흡수층 상에 버퍼층을 형성시키는 단계;
(4) 투명전도층을 증착하는 단계;
(5) 반사방지막을 전면전극층이 형성되는 영역을 제외한 부분에 증착하는 단계; 및
(6) 상기 반사방지막이 형성되지 않은 부분에 전면전극층을 증착하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.A method of manufacturing a solar cell,
(1) preparing a substrate;
(2) depositing a rear electrode layer;
(3) depositing a CI (G) S thin film produced by the method of any one of claims 1 to 3 as a light absorption layer and forming a buffer layer on the light absorption layer;
(4) depositing a transparent conductive layer;
(5) depositing an antireflection film on a portion except for a region where the front electrode layer is formed; And
(6) depositing a front electrode layer on the portion where the anti-reflection film is not formed
≪ / RTI >
상기 기판은 유리 기판, 세라믹 기판, 스테인레스 스틸(stainless steel) 기판, 폴리머(polymer) 기판, 금속 기판 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것
을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.The method of claim 8,
Wherein the substrate includes at least one of a glass substrate, a ceramic substrate, a stainless steel substrate, a polymer substrate, and a metal substrate
Wherein the solar cell is a solar cell.
상기 후면전극층은 Mo, Ni, Cu 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것
을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.The method of claim 9,
Wherein the rear electrode layer includes at least one of Mo, Ni, and Cu
Wherein the solar cell is a solar cell.
상기 투명전도층은 ZnO 인 것
을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.The method of claim 10,
The transparent conductive layer is ZnO
Wherein the solar cell is a solar cell.
상기 투명전도층은 하부막인 ZnO 위에 상부막인 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진 2중 구조로 증착하는 것
을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.The method of claim 11,
The transparent conductive layer is formed by depositing a double layer structure of ITO (Indium Tin Oxide), which is an upper layer, on ZnO which is a lower layer
Wherein the solar cell is a solar cell.
상기 반사방지막은 MgF2 인 것
을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.The method of claim 12,
The anti-reflection film may be MgF 2
Wherein the solar cell is a solar cell.
상기 전면전극층은 Al, Ag, Ni, M 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것
을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.14. The method of claim 13,
Wherein the front electrode layer includes at least one of Al, Ag, Ni, and M
Wherein the solar cell is a solar cell.
기판,
상기 기판 상의 후면전극층,
상기 후면전극층 상에 광흡수층으로 사용된 청구항 7의 CI(G)S박막,
상기 광흡수층 상의 버퍼층,
상기 버퍼층 상의 투명전도층,
상기 투명전도층 상의 반사 방지막과
상기 반사방지막이 형성되지 않은 부분의 전면전극층
을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
In solar cells,
Board,
A back electrode layer on the substrate,
A CI (G) thin film of claim 7 used as a light absorbing layer on the rear electrode layer,
A buffer layer on the light absorbing layer,
A transparent conductive layer on the buffer layer,
The anti-reflection film on the transparent conductive layer
In the portion where the anti-reflection film is not formed,
And a second electrode.
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