KR101461831B1 - Substrate for ci(g)s solar cell and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 CI(G)S 태양전지용 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a substrate for a CI (G) S solar cell and a method of manufacturing the same.
지구의 온난화, 연료 자원의 고갈, 환경오염 등의 영향으로 화석연료를 사용하여 에너지를 채취하는 전통적인 에너지 채취 방법은 서서히 한계에 달하고 있다. 특히, 석유 연료의 경우에는 예측자마다 약간씩 상이하기는 하지만, 그리 멀지 않은 시간내에 바닥을 드러낼 것이라는 전망이 우세하다.
Traditional methods of collecting energy using fossil fuels are slowly reaching their limits due to global warming, depletion of fuel resources, and environmental pollution. Particularly in the case of petroleum fuels, the prognosis is that the forecast will reveal the floor within a very short period of time, albeit slightly different.
뿐만 아니라, 교토 의정서로 대표되는 에너지 기후 협약에 따르면, 화석 연료의 연소에 따라 생성되는 이산화탄소의 배출을 감소시킬 것을 강제적으로 요구하고 있다. 따라서, 현재의 체약국은 물론이며 향후에는 전세계 각국에 그 효력이 미쳐서 화석연료의 연간 사용량에 제약을 받을 것은 불을 보듯이 명확하다.
In addition, the energy-climate treaty, represented by the Kyoto Protocol, forcibly requires the reduction of carbon dioxide emissions resulting from the burning of fossil fuels. Therefore, it is clear that it will be restricted by the current use of fossil fuels, as well as the current contracting countries, and in the future to all countries around the world.
화석연료에 대체하기 위하여 사용되는 가장 대표적인 에너지 원으로서는, 원자력 발전을 들 수 있다. 원자력 발전은 원료가 되는 우라늄이나 플루토늄 단위 중량당 채취 가능한 에너지의 양이 크고, 이산화탄소 등의 온실가스를 발생시키지 않으므로, 상기 석유 등의 화석연료를 대체할 수 있는 유력한 무한에 가까운 대체 에너지원으로 각광 받아왔다.
The most representative energy source used to replace fossil fuels is nuclear power. Nuclear power generation is an energetic alternative energy source that can substitute for fossil fuels such as petroleum, because it generates a large amount of energy that can be collected per unit weight of uranium or plutonium as a raw material and does not generate greenhouse gases such as carbon dioxide. I have received.
그러나, 구소련 체르노빌 원자력 발전소나, 동일본 대지진에 의한 일본 후쿠시마 원자력 발전소 등의 폭발 사고는 무한의 청정 에너지원으로 간주되어 왔던 원자력의 안전성을 다시 검토하게 하는 계기가 되었으며, 그 결과 원자력이 아닌 또다른 대체 에너지의 도입이 어느 때보다도 절실히 요망되고 있다.
However, the explosion of the Chernobyl nuclear power plant in Sri Lanka and the Fukushima Nuclear Power Plant in Japan caused by the Great East Japan Earthquake has led to a reexamination of the safety of nuclear power, which has been regarded as an infinite clean energy source. As a result, The introduction of energy is desperately needed more than ever.
그 밖의 대체 에너지로서 많이 사용되고 있는 에너지 원으로서는 수력 발전을 들 수 있으나, 상기 수력 발전은 지형적인 인자와 기후적인 인자에 의해 많이 영향받기 때문에 그 사용이 제한적일 수 밖에 없다. 또한, 기타의 대체 에너지원들 역시 발전양이 적거나 또는 사용 지역이 크게 제한되는 등의 이유로 화석연료의 대체수단으로까지는 사용되기 어렵다.
Hydropower can be used as an alternative energy source, but its use is limited because it is affected by geographical factors and climatic factors. In addition, other alternative energy sources are also difficult to use as alternative means of fossil fuels because of the limited amount of power generation or the limited use area.
그러나, 태양 전지는 적당한 일조량만 보장된다면 어디서나 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 발전용량과 설비규모가 거의 직선적으로 비례하기 때문에, 가정용과 같은 소용량 수요로 사용할 경우에는 건물 옥상 등에 작은 면적으로 전지판을 설치함으로써 전력생산이 가능하다는 이점이 있어, 세계적으로 그 이용이 증가되고 있을 뿐만 아니라, 그와 관련된 연구 역시 증가하고 있다.
However, since the solar cell can be used anywhere as long as only a proper amount of sunshine is ensured, the power generation capacity and the facility scale are almost linearly proportional to each other. Therefore, when the solar cell is used in a small- Production is possible, and the use thereof is increasing not only in the world but also in related research.
태양전지는 반도체의 원리를 이용한 것으로서, p-n 접합된 반도체에 일정 수준 이상의 에너지를 갖춘 빛을 조사하면 상기 반도체의 가전자가 자유롭게 이동될 수 있는 가전자로 여기되어 전자와 정공의 쌍(EHP : electron hole pair)이 생성된다. 생성된 전자와 정공은 서로 반대쪽에 위치하는 전극으로 이동하여 기전력을 발생시키게 된다.
Solar cells are based on the principle of semiconductors. When a light having a certain energy level or more is irradiated to a pn-junction semiconductor, the electrons of the semiconductor are excited as freely movable electrons to form a pair of electrons and holes (EHP ) Is generated. The generated electrons and holes move to the electrode located on the opposite side to generate an electromotive force.
상기 태양전지의 가장 최초 형태는 실리콘 기판에 불순물(B)을 도핑하여 p형 반도체를 형성시킨 다음 그 위에 또다른 불순물(P)을 도핑시켜 층의 일부를 n형 반도체화 함으로써 p-n 접합이 이루어지도록 한 실리콘계 태양전지로서 1세대 태양전지로 많이 불린다.
In the first type of the solar cell, a p-type semiconductor is formed by doping an impurity (B) into a silicon substrate, and then another impurity (P) is doped thereon to convert a part of the layer into an n-type semiconductor. It is a silicon-based solar cell, often referred to as a first-generation solar cell.
상기 실리콘계 태양전지는 비교적 높은 에너지 전환효율과 셀 전환효율(실험실 최고의 에너지 전환효율에 대한 양산시 전환효율의 비율)이 높기 때문에, 가장 상용화 정도가 높다. 그러나, 상기 실리콘계 태양전지 모듈을 제조하기 위해서는 우선 소재로부터 잉곳을 제조하고 상기 잉곳을 웨이퍼화한 후 셀을 제조하고 모듈화한다고 하는 다소 복잡한 공정단계를 거쳐야 할 뿐만 아니라, 벌크 재질의 재료를 사용하기 때문에, 재료소비가 증가하여 제조비용이 높다는 문제가 있다.
The silicon-based solar cell has the highest degree of commercialization because it has a relatively high energy conversion efficiency and a high cell conversion efficiency (ratio of conversion efficiency at the time of mass production to the highest energy conversion efficiency of the laboratory). However, in order to manufacture the silicon-based solar cell module, a complicated process step such as manufacturing an ingot from a raw material and making the ingot into a wafer and then manufacturing and modifying the cell must be performed, and a bulk material is used , There is a problem that the material consumption is increased and the manufacturing cost is high.
이러한 실리콘계 태양전지의 단점을 해결하기 위하여, 2세대 태양전지로 불리우는 소위 박막형 태양전지가 제안되게 되었다. 박막형 태양전지는 상술한 과정으로 태양전지를 제조하는 것이 아니라, 기판 위에 순차적으로 필요한 박막층을 적층하는 형태로 제조하기 때문에, 그 과정이 단순하며, 두께가 얇아 재료비용이 저렴하다는 장점을 가진다.
In order to solve the disadvantages of such a silicon solar cell, a so-called thin film solar cell called a second generation solar cell has been proposed. Since the thin film solar cell is manufactured by stacking the thin film layers sequentially required on the substrate, instead of manufacturing the solar cell by the above-described process, the process is simple, and the thin film solar cell has an advantage that the material cost is low.
그러나, 많은 경우 아직까지는 상기 실리콘계 태양전지와 비교할 때 에너지 전환효율이 높지 않아 상용화에 많은 걸림돌이 되고 있으나, 일부 높은 에너지 전환효율을 가진 태양전지가 개발되어 상용화 추진 중에 있다.
However, in many cases, compared with the silicon-based solar cell, the energy conversion efficiency is not high enough to cause commercialization. However, some high-energy conversion solar cells have been developed and commercialized.
그 중 하나로서 CI(G)S계 태양전지를 들 수 있는데, 상기 태양전지는 구리(Cu), 인듐(In), 게르마늄(Ge)(게르마늄은 포함되지 않을 수 있음. 게르마늄이 포함되지 않을 경우에는 CIS로 불림), 셀레늄(Se)을 포함하는 CI(G)S 화합물 반도체를 기본으로 한 것이다.
One of them is a CI (G) S solar cell. The solar cell may contain copper (Cu), indium (In), germanium (Ge) (germanium may not be included. (Hereinafter referred to as CIS), and CI (G) S compound semiconductors including selenium (Se).
상기 반도체는 3 또는 4가지 원소를 포함하고 있기 때문에 원소의 함량을 조절함으로써 밴드갭의 폭을 제어할 수 있어 에너지 변환효율을 상승시킬 수 있다는 장점을 가진다. 간혹 셀레늄(Se)을 황(S)으로 대체하거나 셀레늄(Se)을 황(S)과 함께 사용하는 경우도 있다. 본 발명에서는 이러한 경우 모두 CI(G)S 태양전지로 간주한다.
Since the semiconductor contains three or four elements, the width of the bandgap can be controlled by controlling the content of the element, thereby increasing the energy conversion efficiency. Occasionally, selenium (Se) is replaced with sulfur (S) or selenium (Se) with sulfur (S). In the present invention, all of these cases are regarded as CI (G) S solar cells.
도 1에 CIGS(게르마늄이 포함된 경우) 태양전지의 적층구조의 일례를 나타내었다. 도면에서 볼 수 있듯이, 최하층에 기판(10)이 존재하며, 상기 기판(10) 위에 전극으로 사용되는 배면금속층(20)이 형성된다. 상기 배면금속층(20) 위에는 p형 반도체로서 광흡수층(CIGS)(30)과 n형 반도체로서 버퍼층(예를 들면 CdS)(40), 투명창(50), 전면금속층(전극)(70)이 순차적으로 형성된다. 경우에 따라서는 반사 방지막(60)이 추가로 형성될 수도 있다.
Fig. 1 shows an example of a stacked structure of CIGS (when germanium is contained) solar cell. As shown in the drawing, a
이때, 상기 기판(10)으로 사용되는 재료로서는 통상 나트륨(Na)이 도핑된 유리가 많이 사용되었다. 상기 기판(10)에 포함되는 나트륨은 CIGS 층의 결정성을 개선하는 역할을 한다. 즉, CIGS 층(30)은 일반적으로 스퍼터링 및 셀렌화 등의 과정을 거쳐서 전극(20)이 형성된 기판(10) 위에 형성되는데, 다결정으로 형성되기 때문에 표면이 평탄하지 못하다는 문제를 가진다. 상기 평탄하지 못한 표면 위에 CdS(반드시 이에 한정하지 않음. Zn(O, OH)S, In2S3 등과 같은 재료도 사용가능함)(40)를 형성시킬 경우에는 상기 CIGS 표면을 안정적으로 덮기 곤란하게 된다. 따라서, CI(G)S의 결정성을 제어하여 표면을 평탄화하는 기술이 필요한데, 이를 위해서 나트륨을 유리에 도핑되는 것이다.
At this time, as a material used for the
그런데, 유리 기판은 상대적으로 고가일 뿐만 아니라, 대량 생산에 적합하지 않으며, 정형화된 형태로만 사용될 수 있다는 단점을 가진다. 따라서, 이러한 유리기판의 단점에 대응하기 위해서 유연성 기판을 사용하고자 하는 시도가 다수 이루어졌다. 유연성 기판은 유리에 비해서는 저렴하며, 롤 투 롤 방식으로 태양전지를 제조할 수 있으며, 여러가지 형태로 가공할 수 있기 때문에 건물 일체형 모듈(BIPV) 뿐만 아니라 항공 우주용 등의 다양한 용도로 사용될 수 있다. 이러한 유연성 기판으로는 스테인리스와 같은 금속판이나 플라스틱 계열의 기판이 많이 사용된다.
However, the glass substrate is not only relatively expensive, but also unsuitable for mass production, and has a drawback that it can be used only in the form of a regular shape. Therefore, a number of attempts have been made to use a flexible substrate to cope with the drawbacks of such a glass substrate. Flexible substrates are less expensive than glass, and can be used in various applications, such as aerospace, as well as building integrated modules (BIPV) because they can be manufactured in roll-to-roll fashion and can be processed in many forms . As such a flexible substrate, a metal plate such as stainless steel or a plastic substrate is often used.
다만, 유연성 기판이 가지는 하나의 문제는 유리 기판과 같이 기판 내에 나트륨(Na)을 도핑하는 것이 거의 불가능하다는 것이다. 따라서, 유연성 기판을 사용하는 경우에는 기판이 아닌 다른 층에 나트륨을 첨가하여 CI(G)S의 결정성을 개선할 필요가 있으며, 그와 관련된 연구가 일부 이루어졌다.
However, one problem with the flexible substrate is that it is almost impossible to dope the substrate with sodium (Na) like a glass substrate. Therefore, in the case of using a flexible substrate, it is necessary to improve the crystallinity of CI (G) S by adding sodium to a layer other than the substrate, and some studies related thereto have been made.
유연성 기판 태양전지에서 나트륨을 도핑하는 장소로서 많이 이용되는 부분은 배면 전극부이다. 즉, 상기 배면전극으로는 주로 몰리브덴(Mo)이 많이 사용되는데, 상기 Mo에 나트륨을 첨가하고 상기 첨가된 나트륨이 CI(G)S 층으로 확산하여 결정성을 개선하는 것으로 생각되어지고 있다.
Flexible Substrate A common area for doping sodium in solar cells is the backside electrode. In other words, molybdenum (Mo) is mainly used as the back electrode. It is thought that sodium is added to the Mo and the added sodium diffuses into the CI (G) S layer to improve the crystallinity.
그런데, Mo 전극에 나트륨을 첨가할 경우에는 나트륨의 확산량 제어가 어려워서 과다하게 많은 나트륨이 확산되어버리는 경우가 발생하는 등의 문제가 있을 수 있다. 이러한 경우에는 전극층 위에 존재하는 CI(G)S 화합물 반도체 층의 반도체 특성이 상실되어 전지로서의 기능이 전혀 발휘되지 못하는 경우까지 발생할 수 있다. 이러한 문제는 제품의 품질 편차를 크게 하는 요인이 되며 제품의 신뢰도를 떨어뜨리게 된다.
However, when sodium is added to the Mo electrode, it is difficult to control the diffusion amount of sodium, so that there may be a problem that an excessively large amount of sodium is diffused. In such a case, the semiconductor characteristics of the CI (G) S compound semiconductor layer existing on the electrode layer may be lost and the function as a battery may not be exhibited at all. Such a problem is a factor of increasing the quality deviation of the product and lowering the reliability of the product.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 기판과 CI(G)S의 절연을 위하여 상기 기판 상에 구비되는 절연층에 Na을 포함시키는 기술이 제안되었으나, Na가 적정 수준의 함량을 갖도록 조절하는 것이 용이하지 않고 구현 자체가 어렵다는 단점이 있다.
In order to solve such a problem, there has been proposed a technique of inserting Na in the insulating layer provided on the substrate for insulating the substrate and CI (G) S, but it is not easy to control Na to have an appropriate level It has the disadvantage that the implementation itself is difficult.
한편, 상기 절연층으로서, 종래에는 주로 폴리이미드 등과 같은 내열성이 낮은 고분자계열의 코팅물질을 사용하였으나, 고온공정이 요구되는 CI(G)S 태양전지에서는 코팅막이 변형되거나 연소되는 문제점이 존재하였다. 이를 해결하기 위하여, 실리카 계열의 무기계 코팅물질을 이용하는 기술이 개발되었으나, 샹기 실리카 계열의 무기계 코팅물질을 코팅하기 위해서는 유기 용매를 이용하여야 하기 때문에 인체나 환경에 매우 유해하다는 단점이 있다. 따라서, 상기 절연층 형성시 유기 용매를 사용하지 않는 것이 바람직하나, 기판으로서 주로 이용되는 스테인리스 기판은 표면이 크롬옥사이드 부동태피막으로 이루어져 있어 친수성이 낮고 젖음성이 열악하기 때문에 수용성 코팅을 하기 곤란하다는 문제점이 있다. 또한, 기존에 사용되던 절연층은 표면이 매우 거칠어 전지의 효율이 저하된다는 단점이 있다.
On the other hand, a coating material having a low heat resistance such as polyimide has been conventionally used as the insulating layer. However, there is a problem that a coating film is deformed or burnt in a CI (G) S solar cell requiring a high temperature process. In order to solve this problem, a technique using a silica-based inorganic coating material has been developed, but it is disadvantageous in that it is very harmful to humans and the environment because an organic solvent must be used to coat inorganic coating materials of the silica-based silica system. Therefore, it is preferable that an organic solvent is not used in forming the insulating layer. However, the stainless steel substrate, which is mainly used as a substrate, is poor in hydrophilicity and poor wettability because the surface thereof is made of a chromium oxide passivation film. have. In addition, the insulating layer used in the prior art has a disadvantage that the surface is very rough and the efficiency of the battery is lowered.
본 발명은 CI(G)S의 효율 향상을 위해 표면거칠기가 낮고 내열성이 우수한 CI(G)S 태양전지용 기판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
The present invention provides a substrate for a CI (G) S solar cell having a low surface roughness and excellent heat resistance and an improved manufacturing method thereof for improving the efficiency of CI (G) S.
본 발명의 일 실시형태는 하부 기판; 상기 하부 기판 상에 형성된 인산염계 절연층; 및 상기 인산염계 절연층 상에 형성된 Na함유층을 포함하고, 상기 인산염계 절연층은 중량%로, 인산알루미늄(AlPO4): 10~40%, 수산화알루미늄(Al(OH)3): 10%이하(0은 제외), 유리인산칼륨(K4P2O7): 10%이하(0은 제외), 인산리튬(Li3PO4): 1~5%, 실리카 콜로이드: 2%이하(0은 제외), 잔부 인산(H2PO4)으로 이루어지며, 상기 Na함유층은 0.5~2.0중량%의 Na를 포함하는 CI(G)S 태양전지용 기판을 제공한다.
One embodiment of the present invention relates to a semiconductor device comprising: a lower substrate; A phosphate-based insulating layer formed on the lower substrate; And an Na-containing layer formed on the phosphate-based insulating layer, wherein the phosphate-based insulating layer contains 10 to 40% of aluminum phosphate (AlPO 4 ) and 10% or less of aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) (Excluding 0), not more than 10% of potassium phosphate (K 4 P 2 O 7 ) (excluding 0), 1 to 5% of lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), less than 2% of silica colloid (H 2 PO 4 ), and the Na-containing layer contains 0.5 to 2.0% by weight of Na.
본 발명의 다른 실시형태는 하부 기판을 준비하는 단계; 상기 하부 기판에 인산염 코팅액을 도포하는 단계; 상기 인산염 코팅액이 도포된 기판을 250~550℃로 가열하는 단계; 상기 가열된 기판에 0.5~2.0중량%의 Na를 함유하는 규산나트륨 수용액을 도포하는 단계; 및 상기 규산나트륨 수용액이 도포된 기판을 250~350℃로 가열하는 단계를 포함하고, 상기 인산염 코팅액은 중량%로, 인산알루미늄(AlPO4): 10~40%, 수산화알루미늄(Al(OH)3): 10%이하(0은 제외), 유리인산칼륨(K4P2O7): 10%이하(0은 제외), 인산리튬(Li3PO4): 1~5%, 실리카 콜로이드: 2%이하(0은 제외), 잔부 인산(H2PO4) 수용액으로 이루어지는 CI(G)S 태양전지용 기판의 제조방법을 제공한다.
Another embodiment of the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: preparing a lower substrate; Applying a phosphate coating solution to the lower substrate; Heating the substrate coated with the phosphate coating solution to 250 to 550 캜; Applying a sodium silicate aqueous solution containing 0.5 to 2.0% by weight of Na on the heated substrate; And heating the substrate coated with the aqueous solution of sodium silicate to a temperature of 250 to 350 ° C, wherein the phosphate coating solution contains 10 to 40% of aluminum phosphate (AlPO 4 ), aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ): Not more than 10% (excluding 0), potassium free phosphate (K 4 P 2 O 7 ): not more than 10% (excluding 0), lithium phosphate (Li 3 PO 4 ): 1 to 5%, silica colloid: % Or less (excluding 0) and a residual phosphoric acid (H 2 PO 4 ) aqueous solution.
본 발명에 따르면, 인산염계 절연층의 코팅을 통해 표면거칠기가 낮고 내열성이 우수한 CI(G)S 태양전지용 기판의 제조방법을 제공할 수 있다.
According to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a substrate for a CI (G) S solar cell having a low surface roughness and excellent heat resistance through coating with a phosphate-based insulating layer.
도 1은 CIGS 태양전지의 적층구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 기판을 제조하기 위한 제조방법을 나타낸 공정흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 기판의 표면거칠기를 나타낸 그래프이다. 1 is a cross-sectional view schematically showing a laminated structure of a CIGS solar cell.
2 is a process flow chart showing a manufacturing method for manufacturing the substrate of the present invention.
3 is a graph showing the surface roughness of a substrate manufactured according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명을 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described.
본 발명이 제공하는 일 실시형태의 CI(G)S 태양전지용 기판은 하부 기판; 상기 하부 기판 상에 형성된 인산염계 절연층; 및 상기 인산염계 절연층 상에 형성된 Na함유층을 포함하고, 상기 인산염계 절연층은 중량%로, 인산알루미늄(AlPO4): 10~40%, 수산화알루미늄(Al(OH)3): 10%이하(0은 제외), 유리인산칼륨(K4P2O7): 10%이하(0은 제외), 인산리튬(Li3PO4): 1~5%, 실리카 콜로이드: 2%이하(0은 제외), 잔부 인산(H2PO4)으로 이루어지며, 상기 Na함유층은 0.5~2.0중량%의 Na를 포함하는 것을 특징으로 한다.
A CI (G) S solar cell substrate according to an embodiment of the present invention includes a lower substrate; A phosphate-based insulating layer formed on the lower substrate; And an Na-containing layer formed on the phosphate-based insulating layer, wherein the phosphate-based insulating layer contains 10 to 40% of aluminum phosphate (AlPO 4 ) and 10% or less of aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) (Excluding 0), not more than 10% of potassium phosphate (K 4 P 2 O 7 ) (excluding 0), 1 to 5% of lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), less than 2% of silica colloid (H 2 PO 4 ), and the Na-containing layer contains 0.5 to 2.0% by weight of Na.
본 발명에서는 태양전지용 기판에 적용되는 하부기판의 종류에 대해서 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면 300계 스테인리스강판, 400계 스테인리스강판, 아연 도금강판, 크롬 도금강판 및 니켈 도금강판으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종을 이용할 수 있다.
In the present invention, the type of the lower substrate to be used for the solar cell substrate is not particularly limited. For example, the lower substrate may be selected from the group consisting of a 300-series stainless steel plate, a 400-series stainless steel plate, a galvanized steel plate, a chromium- Species can be used.
본 발명의 태양전지용 기판에 형성되는 인산염계 절연층은 중량%로, 인산알루미늄(AlPO4): 10~40%, 수산화알루미늄(Al(OH)3): 10%이하(0은 제외), 유리인산칼륨(K4P2O7): 10%이하(0은 제외), 인산리튬(Li3PO4): 1~5%, 실리카 콜로이드: 2%이하(0은 제외), 잔부 인산(H2PO4)으로 이루어지는 것이 바람직하다.
The phosphate-based insulating layer formed on the solar cell substrate of the present invention may contain 10 to 40% of aluminum phosphate (AlPO 4 ), 10% or less of aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) Potassium phosphate (K 4 P 2 O 7 ): not more than 10% (excluding 0), lithium phosphate (Li 3 PO 4 ): 1 to 5%, silica colloid: not more than 2% 2 PO 4 ).
인산알루미늄(AlPO4): 10~40중량%Aluminum phosphate (AlPO 4 ): 10 to 40 wt%
상기 인산알루미늄은 유리화온도(약 300℃)이상의 고온에서 견고한 그물구조의 결합을 형성하게 됨으로써 절연층의 기본 뼈대를 형성한다. 상기 인산알루미늄의 함량이 10중량%미만일 경우에는 고형분 농도가 낮아져 충분한 두께의 절연층을 형성하는 것이 곤란해질 수 있으며, 40중량%를 초과하는 경우에는 상대적으로 다른 첨가성분의 함량이 낮아져 우수한 내열성과 표면거칠기를 확보하기 곤란할 수 있으며, 절연층과 하부 기판간의 밀착력이 저하될 수 있다. 또한, 제조과정 중 코팅액 내 침전이 발생하여 절연층의 형성이 곤란해지거나, 제품 불량이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 인산알루미늄은 10~40중량%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
The aluminum phosphate forms a strong network structure at a high temperature above the vitrification temperature (about 300 ° C), thereby forming a basic skeleton of the insulating layer. If the content of aluminum phosphate is less than 10% by weight, the solid content concentration is low and it may become difficult to form an insulating layer having a sufficient thickness. If it exceeds 40% by weight, the content of other additives is relatively low, It may be difficult to ensure surface roughness, and adhesion between the insulating layer and the lower substrate may be reduced. In addition, precipitation in the coating liquid may occur during the manufacturing process, which may make it difficult to form an insulating layer, or product defects may occur. Therefore, it is preferable that the aluminum phosphate has a range of 10 to 40 wt%.
수산화알루미늄(Al(OH)3): 10중량%이하(0은 제외)Aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ): 10 wt% or less (excluding 0)
상기 수산화알루미늄은 절연층 내에 알루미늄 원소를 보충해주는 역할을 하면서 동시에 내열성을 향상시키는 역할을 한다. 다만, 상기 수산화나트륨의 함량이 10중량%를 초과하는 경우에는 상대적으로 인산알루미늄 등의 다른 첨가성분의 함량이 낮아져 절연층의 두께 조절이 어려워지고 보다 심할 경우에는 절연층 형성 자체가 곤란해질 수 있으며, 우수한 표면거칠기나 절연층과 하부 기판간의 밀착력이 저하될 수 있다. 또한, 코팅액의 pH가 높아져 다른 첨가성분들의 용해도가 저하되는 단점이 있다. 따라서, 상기 수산화알루미늄은 10중량%이하(0은 제외)의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
The aluminum hydroxide plays a role of supplementing the aluminum element in the insulating layer and at the same time improving the heat resistance. However, when the content of sodium hydroxide exceeds 10% by weight, the content of other additives such as aluminum phosphate is relatively low, which makes it difficult to control the thickness of the insulating layer, and in a severe case, the formation of the insulating layer itself may become difficult , Excellent surface roughness or adhesion between the insulating layer and the lower substrate may be deteriorated. In addition, the pH of the coating solution is increased and the solubility of other additives is lowered. Therefore, it is preferable that the aluminum hydroxide has a range of 10 wt% or less (excluding 0).
유리인산칼륨(K4P2O7): 10중량%이하(0은 제외)Free potassium phosphate (K 4 P 2 O 7 ): 10% by weight or less (excluding 0)
상기 유리인산칼륨은 절연층의 표면거칠기를 낮게 제어하기 위해 첨가된다. 다만, 10중량%를 초과하는 경우에는 표면이 끈적거리는 등 절연층의 견고함이 저하되는 결함이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 유리인산칼륨은 10중량%이하(0은 제외)의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
The glassy potassium phosphate is added to control the surface roughness of the insulating layer to a low level. However, if it is more than 10% by weight, defects such as stickiness on the surface of the insulating layer may occur. Therefore, it is preferable that the free potassium phosphate has a range of 10 wt% or less (excluding 0).
인산리튬(Li3PO4): 1~5중량%Lithium phosphate (Li 3 PO 4 ): 1 to 5 wt%
상기 인산리튬은 경화온도를 낮취주는 역할을 한다. 다만, 5중량%를 초과하는 경우에는 제조과정 중 코팅액 내 침전이 발생하여 절연층의 형성이 곤란해지거나, 제품 불량이 발생할 수 있으므로, 상기 인산리튬은 1~5%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
The lithium phosphate serves to lower the curing temperature. However, if it exceeds 5% by weight, precipitation in the coating liquid may occur during the manufacturing process, which may result in difficulty in forming an insulating layer or product failure, so that the lithium phosphate preferably has a range of 1 to 5% .
실리카 콜로이드: 2%이하(0은 제외)Silica colloid: 2% or less (excluding 0)
상기 실리카 콜로이드는 하부 기판과 절연층간의 밀착력을 확보하기 위한 원소이다. 다만, 2%를 초과하는 경우에는 경화과정에서 입자 뭉침현상이 발생하는 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 실리카 콜로이드는 2%이하(0은 제외)의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
The silica colloid is an element for ensuring adhesion between the lower substrate and the insulating layer. However, if it exceeds 2%, the problem of particle aggregation may occur during the curing process, and therefore it is preferable that the silica colloid has a range of 2% or less (excluding 0).
본 발명의 인산염계 절연층은 상기 구성성분들 외 나머지가 인산(H2PO4)인 것이 바람직하다. 상기 인산(H2PO4)은 인산알루미늄이 용해될 수 있도록 pH를 낮추면서 코팅액 내에 인산이온의 농도를 보충해주는 역할을 한다.
It is preferable that the phosphate-based insulating layer of the present invention has phosphoric acid (H 2 PO 4 ) other than the above-mentioned components. The phosphoric acid (H 2 PO 4 ) serves to supplement the concentration of phosphoric acid ions in the coating solution while lowering the pH so that aluminum phosphate can be dissolved.
한편, 상기 인산염계 절연층에 포함되는 상기 인산알루미늄(AlPO4), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 유리인산칼륨(K4P2O7), 인산리튬(Li3PO4) 및 실리카 콜로이드는 총 합량이 15~40중량%인 것이 보다 바람직하다. 만일, 15중량%미만일 경우에는 고형분 함량이 과도하게 낮아 절연층의 형성 혹은 두께 제어가 용이하지 않을 수 있을 수 있으며, 40중량%를 초과하는 경우에는 제조과정 중 코팅액의 높은 점도로 인하여 절연층의 두께 제어가 곤란해지는 문제가 발생할 수 있다.
On the other hand, the aluminum phosphate (AlPO 4 ), aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), potassium phosphate (K 4 P 2 O 7 ), lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) It is more preferable that the total amount of the colloid is 15 to 40% by weight. If it is less than 15% by weight, the solid content may be too low to control the formation of the insulating layer or the thickness of the insulating layer. When the content of the insulating layer exceeds 40% by weight, There is a possibility that the thickness control becomes difficult.
상기 인산염계 절연층은 50~120nm의 표면조도(Rz)를 가지는 것이 바람직하다. 통상적으로 본 발명의 하부기판으로 바람직하게 적용되는 스테인리스 기판은 표면조도(Rz)가 200~250nm정도로서, 매우 높은 표면거칠기를 갖는다. 그러나, 본 발명에서는 상기와 같이 표면조도(Rz)가 50~120nm 수준으로서 매우 낮은 표면거칠기를 갖는 절연층을 형성시킴으로써, CI(G)S 태양전지 셀의 단락저항이 높아지게 되면서 셀 효율이 상승하는 효과를 얻을 수 있다. 다만, 상기 인산염계 절연층의 표면조도가 50nm미만일 경우에는 상부층과의 밀착력이 낮아지는 단점이 있을 수 있고, 120nm를 초과하는 경우에는 태양전지 셀의 단락저항이 낮아지거나 심한 경우 셀 상부전극과 하부전극이 단락되어 셀이 파괴되는 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 인산염계 절연층의 표면조도는 50~120nm의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
The phosphate-based insulating layer preferably has a surface roughness (Rz) of 50 to 120 nm. Generally, the stainless steel substrate preferably used as the lower substrate of the present invention has a surface roughness (Rz) of about 200 to 250 nm, and has a very high surface roughness. However, in the present invention, by forming an insulating layer having a surface roughness Rz of 50 to 120 nm and having a very low surface roughness as described above, the short circuit resistance of the CI (G) S solar cell is increased, Effect can be obtained. However, if the surface roughness of the phosphate-based insulating layer is less than 50 nm, adhesion to the upper layer may be lowered. If the surface roughness exceeds 120 nm, the short circuit resistance of the solar cell may be lowered, The electrode may be short-circuited and the cell may be broken. Therefore, it is preferable that the surface roughness of the phosphate-based insulating layer is in the range of 50 to 120 nm.
또한, 상기 인산염계 절연층은 600~2000nm의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 상기 인산염계 절연층의 두께가 600nm미만일 경우에는 하부 기판의 표면 조도를 개선하는데 한계가 있을 수 있고, 2000nm를 초과하는 경우에는 경화과정에서 끓음 현상이 발생하여 표면결함이 발생할 수 있으므로, 상기 인산염계 절연층의 두께는 600~2000nm의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
In addition, the phosphate-based insulating layer preferably has a thickness of 600 to 2000 nm. If the thickness of the phosphate-based insulating layer is less than 600 nm, there may be a limit to improve the surface roughness of the lower substrate. If the thickness exceeds 2000 nm, a boiling phenomenon may occur during the curing process to cause surface defects. The thickness of the insulating layer is preferably in the range of 600 to 2000 nm.
본 발명의 태양전지용 기판에 형성되는 Na함유층은 0.5~2.0중량%의 Na를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 Na가 0.5중량%미만일 경우에는 CIGS 층의 결정성을 개선하기 효과를 충분히 미약하며, 2.0중량%를 초과할 경우에는 상부에 구비되는 금속전극의 부식을 유발하는 단점이 있다.
The Na-containing layer formed on the solar cell substrate of the present invention preferably contains 0.5 to 2.0% by weight of Na. If the Na content is less than 0.5% by weight, the effect of improving the crystallinity of the CIGS layer is insufficient. If the Na content exceeds 2.0% by weight, corrosion of the metal electrode on the upper portion is caused.
상기 Na함유층은 50~200nm의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 상기 Na함유층의 두께가 50nm미만일 경우에는 Na를 충분히 함유할 수 없어 CIGS 층의 결정성을 개선하는 효과를 확보하기 곤란할 수 있고, 200nm를 초과하는 경우에는 하부 알루미늄인산 피막과의 밀착력이 저하되는 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 인산염계 절연층의 두께는 50~200nm의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
The Na-containing layer preferably has a thickness of 50 to 200 nm. When the thickness of the Na-containing layer is less than 50 nm, Na can not be sufficiently contained and it may be difficult to secure the effect of improving the crystallinity of the CIGS layer. When the thickness is more than 200 nm, the adhesion with the lower aluminum phosphate coating It is preferable that the thickness of the phosphate-based insulating layer is in the range of 50 to 200 nm.
도 2는 본 발명의 기판을 제조하기 위한 제조방법을 나타낸 공정흐름도이다. 이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 제조방법에 대하여 설명한다.
2 is a process flow chart showing a manufacturing method for manufacturing the substrate of the present invention. Hereinafter, the manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIG.
우선, 하부 기판을 준비한다(S1). 본 발명의 하부기판으로 바람직하게 적용될 수 있는 스테인리스 기판은 표면이 크롬옥사이드 부동태피막으로 이루어져 있어 친수성이 낮고 젖음성이 열악하기 때문에 수용성 코팅을 하기 곤란하다는 단점이 있다. 따라서, 이러한 스테인리스 기판의 젖음성 문제를 해결하기 위하여, 전처리 과정으로서, 표면개질 처리를 행하는 것이 바람직하다.
First, a lower substrate is prepared (S1). The stainless steel substrate, which can be preferably used as the lower substrate of the present invention, has a disadvantage in that it is difficult to provide a water-soluble coating because the surface thereof is made of a chromium oxide passivation film and has low hydrophilicity and poor wettability. Therefore, in order to solve the problem of wettability of such a stainless steel substrate, it is preferable to carry out a surface modification treatment as a pretreatment process.
예를 들면, NaOH 탈지액과 증류수를 각각 1:5 무게비율로 수조에 담아 혼합한 후 60~75℃에서 스테인리스 기판을 약 5~10분간 침지한 뒤 꺼내는 방법을 이용할 수 있다. 이와 같이 처리된 처리된 스테인리스 기판의 표면은 알카리 탈지액의 OH 작용기에 의해 친수성이 높아지게 되고 70도 이상인 접촉각이 25도 이하로 떨어지는 효과를 얻을 수 있다.
For example, a method of mixing a NaOH degreasing solution and distilled water in a water tank at a weight ratio of 1: 5 and mixing them, then immersing the stainless steel substrate at 60 to 75 ° C for about 5 to 10 minutes, and then taking out. The surface of the thus-treated stainless steel substrate becomes hydrophilic due to the OH functional group of the alkali degreasing solution, and the contact angle of 70 degrees or more drops to 25 degrees or less.
또 다른 방법으로는, 일반적으로 반도체 세정공정으로 알려져있는 RCA 세정법을 활용할 수도 있다. 물, 암모니아, 과산화수소를 각각 5:1:1 비율로 수조에 담아 혼합한 후 70~80℃에서 스테인리스 기판을 10~20분간 침지한 뒤 꺼내는 방법을 이용할 수 있다. 이를 통해 스테인리스 기판에 존재하는 크롬옥사이드 등와 같은 각종 산화물층을 제거하여 표면의 젖음성을 향상시킬 수 있다.
Alternatively, an RCA cleaning process, commonly known as a semiconductor cleaning process, may be utilized. Water, ammonia, and hydrogen peroxide in a water tank at a ratio of 5: 1: 1, mixing and then dipping the stainless steel substrate at 70 to 80 ° C for 10 to 20 minutes. Through this, various oxide layers such as chromium oxide and the like existing on the stainless steel substrate can be removed and the wettability of the surface can be improved.
이후, 상기와 같이 준비된 하부 기판에 인산염 코팅액을 도포한다(S2). 이 때, 상기 인산염 코팅액을 도포 공정은 롤코팅, 슬롯다이코팅 및 스프레이코팅으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 방법을 이용할 수 있다. 상기 도포방법을 통해 진공증착방식으로는 개선이 어려운 표면거칠기를 낮출 수 있다. 일반적으로 진공증착을 통해 표면거칠기를 개선할 수 있는 수준은 수 nm에 불과하지만 위와 같은 용액공정을 활용하게 되면 액체상태의 코팅물질이 거친 스테인레스 표면에 존재하는 골을 메움으로써 표면거칠기를 우수한 수준으로 개선하는 효과를 얻을 수 있다.
Thereafter, a phosphate coating solution is applied to the lower substrate prepared as described above (S2). At this time, the phosphate coating solution may be applied by one or more methods selected from the group consisting of roll coating, slot die coating and spray coating. The surface roughness, which is difficult to improve by the vacuum deposition method, can be lowered through the application method. In general, the level of surface roughness can be improved by only a few nanometers through vacuum deposition. However, if the solution process is used, the coating material in the liquid state will fill the ridged surface of the rough stainless steel surface, It is possible to obtain an improvement effect.
상기 인산염 코팅액은 중량%로, 인산알루미늄(AlPO4): 10~40%, 수산화알루미늄(Al(OH)3): 10%이하(0은 제외), 유리인산칼륨(K4P2O7): 10%이하(0은 제외), 인산리튬(Li3PO4): 1~5%, 실리카 콜로이드: 2%이하(0은 제외), 잔부 인산(H2PO4) 수용액으로 이루어지는 것이 바람직하다.
10% or less (excluding 0) of aluminum phosphate (AlPO 4 ), 10 to 40% of aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), potassium free phosphate (K 4 P 2 O 7 ) : Not more than 10% (excluding 0), lithium phosphate (Li 3 PO 4 ): 1 to 5%, silica colloid: not more than 2% (excluding 0), and residual phosphoric acid (H 2 PO 4 ) .
이 때, 상기 인산염 코팅액의 pH는 1~3인 것이 바람직한데, pH가 3을 초과하는 경우에는 수용액 내 용질이 용해되지 않고 겔(gel)화되거나 침전이 발생할 가능성이 있다. 따라서, 상기 pH는 낮을수록 바람직하나, pH를 1미만으로 낮추는 것은 제조공정상 매우 곤란하므로, 본 발명의 인산염 코팅액은 1~3의 pH를 갖는 것이 바람직하다.
At this time, the pH of the phosphate coating solution is preferably 1 to 3, and if the pH is more than 3, the solute in the aqueous solution may not dissolve and gelation or precipitation may occur. Therefore, it is preferable that the pH is lower, but it is difficult to lower the pH to less than 1, so that the phosphate coating solution of the present invention preferably has a pH of 1 to 3.
한편, 본 발명의 인산염 코팅액에 포함되는 상기 인산 수용액은 0.001~2mol/L의 농도를 갖는 것이 바람직하다. 상기 인산 수용액의 농도가 0.001mol/L미만일 경우에는 용액 내 pH가 높아 인산알루미늄의 용해도가 떨어지는 단점이 있을 수 있으며, 2mol/L를 초과하는 경우에는 코팅층의 경화가 약해지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 인산 수용액은 0.001~2mol/L의 농도를 갖는 것이 바람직하다.
On the other hand, the phosphoric acid aqueous solution contained in the phosphate coating solution of the present invention preferably has a concentration of 0.001 to 2 mol / L. If the concentration of the aqueous phosphoric acid solution is less than 0.001 mol / L, the pH of the solution may be high and the solubility of the aluminum phosphate may be low. If the concentration exceeds 2 mol / L, the coating layer may be hardened. Therefore, the aqueous phosphoric acid solution preferably has a concentration of 0.001 to 2 mol / L.
이후, 상기 인산염 코팅액이 도포된 기판을 250~550℃로 가열한다(S3). 상기 코팅액이 도포된 기판을 가열처리함으로써, 도포된 코팅액이 건조 및 소결되어 인산염계 절연층이 형성되게 된다. 다만, 상기 가열온도가 250℃미만일 경우에는 코팅층의 경화가 이루어지지 않아 고습 환경에서 코팅층이 끈적거리는 결함이 발생하게 되고, 550℃를 초과하는 경우에는 대량생산에 불리하게 되거나 하부 기판의 산화로 인해 변색되는 결함이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 가열온도는 250~550℃의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
Thereafter, the substrate coated with the phosphate coating solution is heated to 250 to 550 ° C (S3). The substrate coated with the coating solution is heat-treated, and the applied coating solution is dried and sintered to form a phosphate-based insulating layer. However, if the heating temperature is lower than 250 ° C, the coating layer is not cured and thus the coating layer becomes sticky in a high humidity environment. If the heating temperature is higher than 550 ° C, it may be disadvantageous for mass production, Defects that cause discoloration may occur. Therefore, the heating temperature is preferably in the range of 250 to 550 ° C.
이어서, 상기 가열된 기판에 0.5~2.0중량%의 Na를 함유하는 규산나트륨 수용액을 도포한다(S4). 상기 0.5~2.0중량%의 Na를 함유하는 규산나트륨 수용액은 물유리(water glass)라고도 알려진 상용화된 규산나트륨 수용액 예를 들면, Sigma-Aldrich sodium silciate solution, 제품번호 338443과 물을 1:4 내지 1:10의 부피비로 희석하는 것에 의해 얻어질 수 있다. 상기 규산나트륨 수용액에 포함되는 규산나트륨은 소듐 오르토실리케이트, 소듐 트라이실리케이트, 소듐 파이로 실리케이트 및 트라이소듐실리케이트로 이루어지는 그룹으로터 선택된 1종을 이용할 수 있다. 한편, 상기 규산나트륨 수용액의 도포 공정은 인산염 코팅액 도포와 마찬가지로 롤코팅, 슬롯다이코팅 및 스프레이코팅으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 방법을 이용할 수 있다.
Subsequently, an aqueous solution of sodium silicate containing 0.5 to 2.0 wt% of Na is applied to the heated substrate (S4). The sodium silicate aqueous solution containing 0.5 to 2.0% by weight of Na is mixed with a commercially available sodium silicate aqueous solution, for example, Sigma-Aldrich sodium silicate solution, product number 338443 and water in a ratio of 1: 4 to 1: 10 < / RTI > by volume. The sodium silicate contained in the sodium silicate aqueous solution may be one selected from the group consisting of sodium orthosilicate, sodium tri-silicate, sodium pyrosilicate and trisodium silicate. Meanwhile, the application of the sodium silicate aqueous solution may use one or more methods selected from the group consisting of roll coating, slot die coating and spray coating, as in the case of applying the phosphate coating solution.
이후, 상기 규산나트륨 수용액이 도포된 기판을 250~350℃로 가열한다(S5). 상기 규산나트륨 수용액이 도포된 기판을 가열처리함으로써, 도포된 코팅액이 건조 및 소결되어 Na함유층이 형성되게 된다. 다만, 상기 가열온도가 250℃미만일 경우에는 Na함유층이 미경화되는 문제가 발생할 수 있으며, 350℃를 초과하는 경우에는 규산나트륨이 과다 산화되어 변색현상이 발생하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 가열온도는 250~350℃의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
Thereafter, the substrate coated with the sodium silicate aqueous solution is heated to 250 to 350 ° C (S5). The substrate coated with the sodium silicate aqueous solution is subjected to heat treatment to dry and sinter the applied coating liquid to form an Na-containing layer. However, if the heating temperature is lower than 250 ° C, the Na-containing layer may be uncured. If the heating temperature is higher than 350 ° C, sodium silicate may be excessively oxidized to cause a discoloration phenomenon. Therefore, the heating temperature is preferably in the range of 250 to 350 ° C.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 예시로서, 본 발명의 권리범위를 한정하지 않는다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples serve to illustrate the present invention in detail and do not limit the scope of the present invention.
(실시예)(Example)
0.1mm 두께의 스테인리스 430 기판을 100mm×100mm의 크기로 절단하여 시편을 준비한 뒤, 이 준비된 시편을 하기와 같이 RCE 크리닝 방식으로 세척하였다. 상기 RCE 크리닝은 증류수, 암모니아, 과산화수소를 5:1:1로 혼합한 세척액을 75℃로 가열한 후 상기 시편을 15분 가량 침지시켜 표면 산화물 및 오염물질을 제거하는 방식으로 이루어졌다. 상기 RCE 크리닝 후, 상기 시편을 다시 증류수로 린싱하여 표면 잔류물을 제거하였다. 이후, 인산알루미늄(AlPO4): 200g, 수산화알루미늄(Al(OH)3): 50g, 유리인산칼륨(K4P2O7): 50g, 인산리튬(Li3PO4): 5g을 인산(H2PO4) 수용액 1L에 넣고 혼합한 뒤, 실리카 콜로이드 분산액을 20g 첨가하여 인산염 코팅액을 준비한 후, 상기 시편에 스포이드를 이용하여 적당량 뿌린 후, 바코터를 통해 여러 두께를 갖도록 균일하게 도포하였다. 상기 인산 수용액은 pH가 1.5였다. 이후, 450℃로 1분간 가열하여 인산염계 절연층을 형성시켰다. 이를 통해, 중량%로, 인산알루미늄(AlPO4): 14.3%, 수산화알루미늄(Al(OH)3): 3.5%, 유리인산칼륨(K4P2O7): 3.5%, 인산리튬(Li3PO4): 3.5%, 실리카 콜로이드: 1.4%인 인산염계 절연층을 형성시켰다. 이와 같이 제조된 기판에 대하여 표면거칠기를 분석한 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에 나타난 바와 같이, 상기 인산염계 절연층의 코팅을 통해 표면거칠기가 2배 이상 개선됨을 확인할 수 있으며, 이를 통해 전지의 효율 향상을 기대할 수 있다. 이후, Sigma-Aldrich sodium silciate solution, 제품번호 338443과 물을 1:7로 희석하여 1.0중량%의 Na을 함유하는 규산나트륨 수용액을 얻은 뒤 상기 인산염계 절연층 상에 바코팅을 통해 도포시키고, 300℃로 가열하여 Na함유층을 형성시켰다. 상기 제조된 기판에 대하여 10mTorr이하 진공상태의 가열로에서 550℃의 온도로 1시간 후열처리한 뒤, 스퍼터링 방식으로 1㎛ 두께의 Mo 전극을 코팅한 뒤, 순차적으로 CIGS, CDS층, ZnO 상부전극층을 증착한 다음 실버 그리드(silver grid)를 코팅시켜 태양전지를 제조하였다. 이렇게 제조된 태양전지에 대하여 태양광 모사장치를 통해 전지 효율을 측정한 결과, 절연층이 미형성된 태양전지에 비하여 효율이 약 5% 향상되었다.
A stainless steel 430 substrate 0.1 mm in thickness was cut into a size of 100 mm x 100 mm to prepare specimens. The prepared specimens were cleaned by the RCE cleaning method as described below. The RCE cleaning was performed by heating the cleaning solution prepared by mixing distilled water, ammonia, and hydrogen peroxide in a ratio of 5: 1: 1 to 75 ° C, and immersing the specimen for about 15 minutes to remove surface oxides and contaminants. After the RCE cleaning, the specimen was rinsed with distilled water to remove surface residues. Thereafter, 50 g of aluminum phosphate (AlPO 4 ), 50 g of aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), 50 g of free potassium phosphate (K 4 P 2 O 7 ) and 5 g of lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) H 2 PO 4 ) aqueous solution, 20 g of a silica colloidal dispersion was added to prepare a phosphate coating solution. The specimen was sprayed with an appropriate amount using an eyedropper, and then uniformly coated with various thicknesses through a bar coater. The pH of the aqueous solution of phosphoric acid was 1.5. Thereafter, the substrate was heated at 450 DEG C for 1 minute to form a phosphate-based insulating layer. This, in weight percent, aluminum phosphate (AlPO 4): 14.3%, aluminum hydroxide (Al (OH) 3): 3.5%, free potassium phosphate (K 4 P 2 O 7) : 3.5%, lithium phosphate (Li 3 PO 4 ): 3.5%, and silica colloid: 1.4%. FIG. 3 shows the result of analyzing the surface roughness of the thus prepared substrate. As shown in FIG. 3, it can be confirmed that the surface roughness is improved more than two times by the coating of the phosphate-based insulating layer, thereby improving the efficiency of the battery. Thereafter, Sigma-Aldrich sodium silicate solution, product number 338443 and water were diluted 1: 7 to obtain an aqueous solution of sodium silicate containing 1.0% by weight of Na, followed by coating with a bar coating on the phosphate-based insulating layer, Lt; 0 > C to form an Na-containing layer. The thus-prepared substrate was subjected to a heat treatment at a temperature of 550 DEG C for 1 hour in a vacuum furnace of 10 mTorr or less, and then a Mo electrode having a thickness of 1 mu m was coated thereon by a sputtering method. Subsequently, CIGS, CDS layer, And a silver grid was coated thereon to fabricate a solar cell. As a result of measuring the cell efficiency through the photomultiplier of the solar cell, the efficiency was improved by about 5% as compared with the solar cell having no insulating layer.
또한, 상기와 같이 본 발명이 제안하는 기판을 적용한 태양전지와 절연층이 미형성된 기판을 적용한 기존의 태양전지를 각각 25개씩 제조한 결과, 절연층이 미형성된 태양전지의 경우에는 불량률이 20%였으나, 본 발명이 제안하는 인산염계 절연층을 형성시킨 경우에는 5%에 불과하였다.
In addition, as a result of manufacturing 25 conventional solar cells to which the substrate proposed by the present invention is applied and the substrate on which the insulating layer is not formed, the defective rate is 20% , But only 5% when the phosphate-based insulating layer proposed by the present invention was formed.
한편, 내열성을 평가하기 위해, 상기와 같이 준비된 스테인리스 430 기판 상에 상기 인산염계 절연층과 비교 데이터로서 유기계 절연층을 형성시킨 뒤, Na함유층과 하부전극인 Mo을 1㎛ 코팅하고, 10mtorr 진공환경에서 가열하였다. 그 결과, 유기계 절연층을 형성시킨 경우에는 300℃이상의 온도에서는 변색 및 크랙이 발생하였으나, 본 발명이 제안하는 인산염계 절연층을 형성시킨 경우에는 550℃이상에서도 크랙 및 변색이 발생하지 않아, 우수한 내열성을 확보하고 있음을 확인할 수 있다.On the other hand, in order to evaluate the heat resistance, an organic insulating layer was formed on the stainless steel 430 substrate prepared as described above and the phosphate-based insulating layer as comparative data. Then, an Na-containing layer and Mo as a lower electrode were coated to 1 μm, Lt; / RTI > As a result, when the organic insulating layer was formed, discoloration and cracking occurred at a temperature of 300 ° C or higher. However, when the phosphate-based insulating layer proposed by the present invention was formed, cracking and discoloration did not occur even at 550 ° C or higher It can be confirmed that heat resistance is secured.
Claims (12)
상기 하부 기판 상에 형성된 인산염계 절연층; 및
상기 인산염계 절연층 상에 형성된 Na함유층을 포함하고,
상기 인산염계 절연층은 중량%로, 인산알루미늄(AlPO4): 10~40%, 수산화알루미늄(Al(OH)3): 10%이하(0은 제외), 유리인산칼륨(K4P2O7): 10%이하(0은 제외), 인산리튬(Li3PO4): 1~5%, 실리카 콜로이드: 2%이하(0은 제외), 잔부 인산(H2PO4)으로 이루어지며,
상기 Na함유층은 0.5~2.0중량%의 Na를 포함하는 CI(G)S 태양전지용 기판.A lower substrate;
A phosphate-based insulating layer formed on the lower substrate; And
And an Na-containing layer formed on the phosphate-based insulating layer,
The phosphate-based insulating layer contains 10 to 40% by weight of aluminum phosphate (AlPO 4 ), 10% or less (excluding 0) of aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), potassium free phosphate (K 4 P 2 O 7 ) is composed of not more than 10% (excluding 0), lithium phosphate (Li 3 PO 4 ): 1 to 5%, silica colloid: not more than 2% (excluding 0) and residual phosphoric acid (H 2 PO 4 )
Wherein the Na-containing layer contains 0.5 to 2.0% by weight of Na.
상기 하부 기판은 300계 스테인리스강판, 400계 스테인리스강판, 아연 도금강판, 크롬 도금강판 및 니켈 도금강판으로 이루어지는 그룹으로터 선택된 1종인 CI(G)S 태양전지용 기판.The method according to claim 1,
Wherein the lower substrate is one selected from the group consisting of a 300-series stainless steel plate, a 400-series stainless steel plate, a galvanized steel plate, a chrome-plated steel plate, and a nickel-plated steel plate.
상기 인산염계 절연층은 50~120nm의 표면조도(Rz)를 가지는 CI(G)S 태양전지용 기판.The method according to claim 1,
Wherein the phosphate-based insulating layer has a surface roughness (Rz) of 50 to 120 nm.
상기 인산염계 절연층은 600~2000nm의 두께를 가지는 CI(G)S 태양전지용 기판.The method according to claim 1,
Wherein the phosphate-based insulating layer has a thickness of 600 to 2000 nm.
상기 인산알루미늄(AlPO4), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 유리인산칼륨(K4P2O7), 인산리튬(Li3PO4) 및 실리카 콜로이드는 총 합량이 15~40%인 CI(G)S 태양전지용 기판. The method according to claim 1,
The total amount of aluminum phosphate (AlPO 4 ), aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), potassium phosphate (K 4 P 2 O 7 ), lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) and silica colloid is 15 to 40% CI (G) S Substrate for solar cell.
상기 Na함유층은 50~200nm의 두께를 가지는 CI(G)S 태양전지용 기판. The method according to claim 1,
Wherein the Na-containing layer has a thickness of 50 to 200 nm.
상기 하부 기판에 인산염 코팅액을 도포하는 단계;
상기 인산염 코팅액이 도포된 기판을 250~550℃로 가열하는 단계;
상기 가열된 기판에 0.5~2.0중량%의 Na를 함유하는 규산나트륨 수용액을 도포하는 단계; 및
상기 규산나트륨 수용액이 도포된 기판을 250~350℃로 가열하는 단계를 포함하고,
상기 인산염 코팅액은 중량%로, 인산알루미늄(AlPO4): 10~40%, 수산화알루미늄(Al(OH)3): 10%이하(0은 제외), 유리인산칼륨(K4P2O7): 10%이하(0은 제외), 인산리튬(Li3PO4): 1~5%, 실리카 콜로이드: 2%이하(0은 제외), 잔부 인산(H2PO4) 수용액으로 이루어지는 CI(G)S 태양전지용 기판의 제조방법.Preparing a lower substrate;
Applying a phosphate coating solution to the lower substrate;
Heating the substrate coated with the phosphate coating solution to 250 to 550 캜;
Applying a sodium silicate aqueous solution containing 0.5 to 2.0% by weight of Na on the heated substrate; And
Heating the substrate coated with the sodium silicate aqueous solution to 250 to 350 DEG C,
10% or less (excluding 0) of aluminum phosphate (AlPO 4 ), 10 to 40% of aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), potassium free phosphate (K 4 P 2 O 7 ) : CI consisting of 10% or less (excluding 0), lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) 1 to 5%, silica colloid 2% or less (excluding 0) and residual phosphoric acid (H 2 PO 4 ) Method for manufacturing a solar cell substrate.
상기 하부 기판을 준비하는 단계는 상기 하부 기판의 표면을 개질하는 것을 포함하는 CI(G)S 태양전지용 기판의 제조방법.The method of claim 7,
Wherein the step of preparing the lower substrate comprises modifying the surface of the lower substrate.
상기 인산염 코팅액을 도포하는 단계는 롤코팅, 슬롯다이코팅 및 스프레이코팅으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 방법을 이용하여 이루어지는 (G)S 태양전지용 기판의 제조방법.The method of claim 7,
Wherein the step of applying the phosphate coating solution is carried out using at least one method selected from the group consisting of roll coating, slot die coating and spray coating.
상기 인산염 코팅액은 pH가 1~3인 CI(G)S 태양전지용 기판의 제조방법.The method of claim 7,
Wherein the phosphate coating solution is a CI (G) S solar cell having a pH of 1 to 3.
상기 인산 수용액은 0.001~2mol/L의 농도를 갖는 CI(G)S 태양전지용 기판의 제조방법.The method of claim 7,
Wherein the aqueous phosphoric acid solution has a concentration of 0.001 to 2 mol / L.
상기 규산나트륨은 소듐 오르토실리케이트, 소듐 트라이실리케이트, 소듐 파이로 실리케이트 및 트라이소듐실리케이트로 이루어지는 그룹으로터 선택된 1종인 CI(G)S 태양전지용 기판의 제조방법.The method of claim 7,
Wherein the sodium silicate is one selected from the group consisting of sodium orthosilicate, sodium tri-silicate, sodium pyrosilicate, and trisodium silicate.
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|---|---|---|---|---|
| KR101967275B1 (en) * | 2018-01-08 | 2019-04-09 | 영남대학교 산학협력단 | Method for Supplying Sodium for Flexible Solar Cell and Solar Cell Manufactured Using same |
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- 2013-11-27 KR KR1020130145189A patent/KR101461831B1/en active IP Right Grant
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