KR101462498B1 - Fabrication Method of CIGS Absorber Layers and its application to Thin Film Solar Cells - Google Patents

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박재철
이영준
이전량
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Abstract

The present invention relates to a CIGS absorption layer manufacturing method capable of reducing processing costs and increasing the efficiency of a thin solar cell and to a thin solar cell manufacturing method using the same. The CIGS absorption layer manufacturing method of the present invention includes: a substrate settling step of settling a substrate in a sputtering device; a rear electrode forming step of forming a rear electrode by depositing a molybdenum on the substrate; a Cu-Se thin film depositing step of depositing a Cu-Se thin film on the rear electrode by the sputtering of a Cu-Se sputtering target; a liquefaction step of liquefying the Cu-Se thin film; and a CIGS thin film depositing step of depositing a CIGS thin film on Cu-Se liquid by the sputtering of a CIGS single target by using a single process sputtering.

Description

CIGS 흡수층 제조방법, 이를 이용한 박막 태양전지 제조방법 및 박막 태양전지{Fabrication Method of CIGS Absorber Layers and its application to Thin Film Solar Cells}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a CIGS absorber layer, a thin film solar cell manufacturing method using the CIGS absorber layer,

본 발명은 CIGS 흡수층 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CIGS 흡수층 박막의 결정성을 향상시켜 박막 내 결함을 줄이고, 기판과의 접착력을 향상시켜 박막 태양전지의 효율을 높일 수 있는 CIGS 흡수층 제조방법, 이를 이용한 박막 제조방법 및 박막 태양전지에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a method for manufacturing a CIGS absorption layer capable of improving the crystallinity of a CIGS absorption layer thin film to reduce defects in the thin film and improving the adhesion of the thin film solar cell to the substrate A thin film manufacturing method using the same, and a thin film solar cell.

최근에 이르러 청정 에너지에 대한 관심이 높아지면서, 태양광을 이용하여 전력을 생산하는데 대한 관심도 크게 증가되고 있다.As interest in clean energy has increased recently, there is a growing interest in generating electricity using solar light.

태양 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 소자를 통상 솔라셀 또는 태양전지로서 칭하고 있는데, 태양전지는 그 구조에에 따라 크게 실리콘 태양전지와 염료감응형 태양전지로 구분되며, 최근에는 제조단가가 낮고, 태양광의 흡수에 가장 이상적인 1.04eV 정도의 밴드갭(Bandgap)을 갖고 있어 변환효율이 높은 이점이 있는 CIGS(Copper, Indium, Gallium and Selenide)를 광흡수층으로서 채용하는 CIGS계 박막 태양전지가 주목을 받고 있다.A solar cell is generally referred to as a solar cell or a solar cell. Solar cells are classified into a silicon solar cell and a dye-sensitized solar cell according to their structures. In recent years, CIGS thin film solar cells that have a bandgap of about 1.04 eV, which is ideal for absorbing sunlight, and which employ CIGS (Copper, Indium, Gallium and Selenide) having a high conversion efficiency as a light absorption layer have.

일반적으로, CIGS계 박막 태양전지는 유리 또는 금속 재질로 구성된 기판 위에 이면전극(Back Contact), CIGS로 구성된 광흡수층, 버퍼층 및 투명전극으로 형성된 상부 전극층을 순차적으로 적층하여 구성하게 된다.Generally, a CIGS thin film solar cell is formed by sequentially laminating a back electrode, a light absorbing layer composed of CIGS, a buffer layer, and an upper electrode layer formed of a transparent electrode on a substrate made of glass or metal.

이때, 상기 버퍼층은 대개 황하 카드뮴(CdS)으로 구성되고, 상부 전극층은 산화아연(ZnO)으로 구성된다.At this time, the buffer layer is generally made of cadmium (CdS) and the upper electrode layer is made of zinc oxide (ZnO).

한편, 상기 광흡수층은 동시 증착법(Co-evaporation) 또는 금속 전구체의 셀렌화법(two-stage process) 등의 제조방법에 의해 형성된다.Meanwhile, the light absorption layer is formed by a manufacturing method such as a co-evaporation method or a two-stage process of a metal precursor.

이때, 동시 증착법은 단위 원소인 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)을 열증발원을 이용해 동시에 증발시켜 전극층이 형성된 고온의 기판에 광흡수층을 형성하기 때문에 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)의 재료소비가 많아 각 단위 원소들의 이용효율이 낮고, 대면적 기판에는 적용하기 어려운 문제가 있다.At the same time, the simultaneous vapor deposition method evaporates copper (Cu), indium (In), gallium (Ga), and selenium (Se), which are unit elements at the same time, Cu), indium (In), gallium (Ga), and selenium (Se) are consumed so that the utilization efficiency of each unit element is low and it is difficult to apply it to a large area substrate.

또한, 도 1과 같이 2단계 공정법으로도 불리는 금속 전구체의 셀렌화법은 전구체 증착공정과 열처리를 하는 셀렌화 공정을 포함하는 2단계 공정으로 이루어지는데, 상기의 방법은 전극층이 형성된 기판에 스퍼터링 처리를 통해 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)으로 이루어진 전구체를 순차적으로 진공 증착한 후 고온에서 셀렌화 공정을 실시해 광흡수층을 형성하기 때문에 셀렌화 공정에서 H2Se와 같은 유독성 가스를 사용해야 하는 점과, 셀렌의 농도가 불균일한 점 및 CIGS 박막의 조성비를 제어하기 어려운 문제점이 있다.Also, as shown in FIG. 1, a selenization method of a metal precursor, which is also referred to as a two-step process, is a two-step process including a precursor deposition process and a selenization process in which heat treatment is performed. since the forming of copper (Cu), indium (in), gallium (Ga) and selenium (Se) selenide perform processes the light absorption of the precursor at a high temperature and then vacuum-deposited in sequence consisting of from H 2 from the selenide process Se, the concentration of selenium is not uniform, and the composition ratio of the CIGS thin film is difficult to control.

또한, 금속 전구체의 셀렌화법은 전극층과 광흡수층 간의 계면에서 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)과 전극층을 이루는 단위원소 간의 상호확산(counter diffusion)이 발생하면서 전도띠의 배열이 달라지는 문제점이 있다.In the selenization method of the metal precursor, counter diffusion occurs between the unit elements constituting the electrode layer and copper (Cu), indium (In), gallium (Ga) and selenium (Se) at the interface between the electrode layer and the light absorption layer There is a problem that the arrangement of the conductive bands varies.

또한, 금속전구체의 셀렌화 과정 중의 부피팽창 등으로 인한 계면탈리 현상 등이 발생하기 때문에 제조된 CIGS 박막 특성을 열화시키는 문제점이 발생하고 있다.
Also, since the interface detachment phenomenon occurs due to volume expansion during the selenization process of the metal precursor, the CIGS thin film characteristics are deteriorated.

상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 현재 주를 이루고 있는 셀렌화 공정은 사용되는 유독가스(H2Se)를 처리하기 위한 설비를 설치해야 하기 때문에 설비비용이 증가할 뿐만 아니라 열처리에 의한 공정시간이 증가하여 박막의 조성제어에 한계가 있으므로 본 발명에서는 셀렌화 공정을 생략시킴으로써 유독가스 처리 설비가 필요 없어 CIGS 흡수층 제조공정의 단가 및 공정설비의 단가를 낮출 수 있고, 단일 공정 스퍼터링(one-step sputtering) 공법을 이용하여 CIGS 흡수층을 제작함으로써 스퍼터링 타겟이 가지고 있는 조성과 거의 일치하는 CIGS 박막을 제작할 수 있으며, 결정학적, 광학적, 전기적 특성이 기존 셀렌화 공법을 이용한 박막과 동일한 특성을 가지는 박막을 제작할 수 있을 뿐만 아니라 보다 향상된 결정학적 특성을 확보하기 위해 중간 삽입층인 Cu-Se 층을 이용하여 고품질의 CIGS 흡수층 박막을 제작하고자 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above problems of the prior art that the present selenification process requires installation of a facility for treating toxic gas (H 2 Se) to be used, Since the process time due to the heat treatment is increased and the composition control of the thin film is limited, omitting the selenization process in the present invention eliminates the need for a toxic gas treatment facility, thereby lowering the unit cost of the CIGS absorption layer manufacturing process and the process cost, A CIGS thin film can be fabricated by using a one-step sputtering method to produce a CIGS thin film with almost the same composition as that of a sputtering target. The crystallographic, optical and electrical properties of the CIGS thin- Not only is it possible to produce thin films with the same characteristics, but also to have better crystallographic properties A CIGS absorption layer of high quality is prepared by using a Cu-Se layer as an intermediate layer.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 CIGS 흡수층 제조방법은 스퍼터링 장치 내에 기판을 안착시키는 기판 안착단계; 상기 기판 위에 몰리브덴을 증착시켜 배면전극을 형성하는 배면전극 형성단계; Cu-Se 스퍼터링 타겟을 스퍼터링시켜 상기 배면전극 위에 Cu-Se 박막을 증착시키는 Cu-Se 박막 증착단계; 상기 Cu-Se 박막을 액상화시키는 액상화 단계; 및 단일 공정 스퍼터링을 이용하여 CIGS 단일 타겟을 스퍼터링시켜 Cu-Se 액상 위에 CIGS 박막을 증착시키는 CIGS 박막 증착단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a CIGS absorption layer, including: placing a substrate in a sputtering apparatus; Forming a back electrode by depositing molybdenum on the substrate; A Cu-Se thin film deposition step of sputtering a Cu-Se sputtering target to deposit a Cu-Se thin film on the rear electrode; A liquefaction step of liquefying the Cu-Se thin film; And a CIGS thin film deposition step of depositing a CIGS thin film on a Cu-Se liquid phase by sputtering a CIGS single target using single process sputtering.

본 발명에서 상기 Cu-Se 박막 증착단계는 {50W~500W(RF Power Density: 0.637~6.366W/㎠)}의 RF Power와 10~50sccm의 아르곤 가스가 주입된 상태에서 0.1Pa~1.0Pa의 압력이 가해지는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the step of depositing the Cu-Se thin film is performed at a pressure of 0.1Pa to 1.0Pa in a state of RF power of 50W to 500W (RF Power Density: 0.637 to 6.366W / cm2) and argon gas of 10 to 50sccm Is applied.

본 발명에서 상기 Cu-Se 박막 증착단계는 기판 온도가 상온으로 유지되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the Cu-Se thin film deposition step is characterized in that the substrate temperature is maintained at room temperature.

본 발명에서 상기 Cu-Se 박막 증착단계는 상기 기판과 상기 Cu-Se 스퍼터링 타겟 사이가 10㎜~200㎜ 이격된 상태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 한다.In the present invention, the step of depositing the Cu-Se thin film is performed such that a distance between the substrate and the Cu-Se sputtering target is 10 mm to 200 mm.

본 발명에서 상기 액상화 단계는 상기 Cu-Se 박막이 600℃~700℃의 온도에서 후열처리되어 액상화되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the liquefaction step is characterized in that the Cu-Se thin film is subjected to post-heat treatment at a temperature of 600 ° C to 700 ° C to be liquefied.

본 발명에서 상기 CIGS 박막 증착단계는 {50W~500W(RF Power Density: 0.637~6.366W/㎠)}의 RF Power와 10~50sccm의 아르곤 가스가 주입된 상태에서 0.1Pa~1.0Pa의 압력이 가해지는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the CIGS thin film deposition step is performed by applying a pressure of 0.1Pa to 1.0Pa in the state of RF power of 50W to 500W (RF Power Density: 0.637 to 6.366W / cm2) and argon gas of 10 to 50sccm .

본 발명에서 상기 CIGS 박막 증착단계는 상기 기판과 상기 CIGS 단일 타겟 사이가 10㎜~200㎜ 이격된 상태로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the CIGS thin film deposition step may be performed such that a distance between the substrate and the CIGS single target is 10 mm to 200 mm.

본 발명에서 상기 CIGS 단일 타겟은 CuyIn1-xGaxSe2(x=0~1, y=0.5~1)인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the CIGS single target is Cu y In 1-x Ga x Se 2 (x = 0 to 1, y = 0.5 to 1).

본 발명에서 상기 CIGS 박막 증착단계는 상온~700℃의 기판 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the CIGS thin film deposition step is performed at a substrate temperature ranging from room temperature to 700 ° C.

본 발명의 박막 태양전지 제조방법은 스퍼터링 장치 내에 기판을 안착시키는 기판 안착단계; 상기 기판 위에 몰리브덴을 증착시켜 배면전극을 형성하는 배면전극 형성단계; Cu-Se 스퍼터링 타겟을 스퍼터링시켜 상기 배면전극 위에 Cu-Se 박막을 증착시키는 Cu-Se 박막 증착단계; 상기 Cu-Se 박막을 액상화시키는 액상화 단계; 단일 공정 스퍼터링을 이용하여 CIGS 단일 타겟을 스퍼터링시켜 Cu-Se 액상 위에 CIGS 박막을 증착시키는 CIGS 박막 증착단계; 상기 CIGS 박막 위에 버퍼층이 형성되는 단계; 및 상기 버퍼층 위에 상부 전극층이 형성되는 단계를 포함한다.A thin film solar cell manufacturing method of the present invention includes: a substrate placing step of placing a substrate in a sputtering apparatus; Forming a back electrode by depositing molybdenum on the substrate; A Cu-Se thin film deposition step of sputtering a Cu-Se sputtering target to deposit a Cu-Se thin film on the rear electrode; A liquefaction step of liquefying the Cu-Se thin film; A CIGS thin film deposition step in which a CIGS thin film is deposited on a Cu-Se liquid by sputtering a CIGS single target using single process sputtering; Forming a buffer layer on the CIGS thin film; And forming an upper electrode layer on the buffer layer.

본 발명에서 상기 Cu-Se 박막 증착단계는 기판 온도가 상온으로 유지되고, 상기 기판과 상기 Cu-Se 스퍼터링 타겟 사이가 10㎜~200㎜ 이격된 상태로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the substrate temperature is maintained at a room temperature, and the Cu-Se sputtering target is spaced 10 mm to 200 mm apart from the substrate.

본 발명에서 상기 액상화 단계는 상기 Cu-Se 박막이 600℃~700℃의 온도에서 후열처리되어 액상화되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the liquefaction step is characterized in that the Cu-Se thin film is subjected to post-heat treatment at a temperature of 600 ° C to 700 ° C to be liquefied.

본 발명에서 상기 CIGS 박막 증착단계는 {50W~500W(RF Power Density: 0.637~6.366W/㎠)}의 RF Power와 10~50sccm의 아르곤 가스가 주입된 상태에서 0.1Pa~1.0Pa의 압력이 가해지고, 상기 기판과 상기 CIGS 단일 타겟 사이가 10㎜~200㎜ 이격된 상태로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the CIGS thin film deposition step is performed by applying a pressure of 0.1Pa to 1.0Pa in the state of RF power of 50W to 500W (RF Power Density: 0.637 to 6.366W / cm2) and argon gas of 10 to 50sccm And the distance between the substrate and the CIGS single target is 10 mm to 200 mm.

본 발명에서 상기 CIGS 단일 타겟은 CuyIn1-xGaxSe2(x=0~1, y=0.5~1)인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the CIGS single target is Cu y In 1-x Ga x Se 2 (x = 0 to 1, y = 0.5 to 1).

본 발명에서 상기 CIGS 박막 증착단계는 상온~700℃의 기판 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the CIGS thin film deposition step is performed at a substrate temperature ranging from room temperature to 700 ° C.

본 발명의 박막 태양전지는 상술한 박막 태양전지의 제조방법에 의해 제조된다.
The thin film solar cell of the present invention is manufactured by the above-described method of manufacturing a thin film solar cell.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 메탈 전구체의 순차적 증착공정이나 셀렌화 공정이 생략되므로 공정시간을 대폭 단축시킬 수 있고, 액상화된 Cu-Se층 내에서 CIGS 박막들이 서로 결합되어 입자 크기가 커지므로 CIGS 박막 태양전지의 효율을 높일 수 있다.
As described above, according to the present invention, since the sequential deposition process or the selenization process of the metal precursor is omitted, the process time can be drastically shortened, and since the CIGS thin films are combined with each other in the liquefied Cu-Se layer, The efficiency of the thin film solar cell can be increased.

도 1은 종래기술에 따른 전구체 스퍼터링 공정과 셀렌화 공정을 이용한 2공정 광흡수층 제작 단계를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 CIGS 흡수층 제조방법 및 이를 이용한 박막 태양전지 제조방법을 나타내는 개략도이다.
도 3은 450℃ 온도에서 기판 위에 성장된 CIGS 박막의 단면 및 표면 이미지를 나타내는 도면이다.
도 4는 550℃ 온도에서 기판 위에 성장된 CIGS 박막의 단면 및 표면 이미지를 나타내는 도면이다.
도 5는 기판 온도에 따른 CIGS/CLG 박막의 XRD 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 6은 Cu-Se 층이 기판 위에 성장된 상태에서 단일 공정 스퍼터링에 의해 Cu-Se층에 증착된 CIGS 박막을 나타내는 SEM 이미지이다.
도 7은 액상화된 Cu-Se층 내에서 형성된 CIGS 박막의 XRD 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 8은 액상화된 Cu-Se층 내에서 형성된 CIGS 박막의 Raman 특성을 나타내는 그래프이다.
도 9는 액상화된 Cu-Se층 내에서 형성된 CIGS 박막의 광학적 밴드갭 특성을 나타내는 그래프이다.
1 is a schematic view showing a step of fabricating a two-step light absorbing layer using a precursor sputtering process and a selenization process according to the prior art.
2 is a schematic view showing a CIGS absorption layer manufacturing method and a thin film solar cell manufacturing method using the same according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional and surface image of a CIGS thin film grown on a substrate at a temperature of 450 < 0 > C.
4 is a cross-sectional and surface image of a CIGS thin film grown on a substrate at a temperature of 550 ° C.
5 is a graph showing an XRD pattern of a CIGS / CLG thin film according to a substrate temperature.
6 is an SEM image showing a CIGS thin film deposited on a Cu-Se layer by single-process sputtering with a Cu-Se layer grown on a substrate.
7 is a graph showing an XRD pattern of a CIGS thin film formed in a liquefied Cu-Se layer.
8 is a graph showing Raman characteristics of a CIGS thin film formed in a liquefied Cu-Se layer.
9 is a graph showing the optical bandgap characteristics of a CIGS thin film formed in a liquefied Cu-Se layer.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.The same reference numerals are used for portions having similar functions and functions throughout the drawings.

덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
In addition, when a part is referred to as being "connected" with another part throughout the specification, it includes not only a direct connection but also indirectly connecting the other parts with each other in between. Also, to "include" an element does not exclude other elements unless specifically stated otherwise, but may also include other elements.

이하, 본 발명의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 CIGS 흡수층 제조방법 및 이를 이용한 박막 태양전지 제조방법을 나타내는 개략도이다.2 is a schematic view showing a CIGS absorption layer manufacturing method and a thin film solar cell manufacturing method using the same according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 CIGS 흡수층 제조방법은 스퍼터링 장치 내에 기판을 안착시키는 기판 안착단계; 상기 기판 위에 몰리브덴을 증착시켜 배면전극을 형성하는 배면전극 형성단계; Cu-Se 스퍼터링 타겟을 스퍼터링시켜 상기 배면전극 위에 Cu-Se 박막을 증착시키는 Cu-Se 박막 증착단계; 상기 Cu-Se 박막을 액상화시키는 액상화 단계; 및 단일 공정 스퍼터링을 이용하여 CIGS 단일 타겟을 스퍼터링시켜 Cu-Se 액상 위에 CIGS 박막을 증착시키는 CIGS 박막 증착단계를 포함한다.As shown in FIG. 2, a CIGS absorption layer manufacturing method according to an embodiment of the present invention includes: a substrate placing step of placing a substrate in a sputtering apparatus; Forming a back electrode by depositing molybdenum on the substrate; A Cu-Se thin film deposition step of sputtering a Cu-Se sputtering target to deposit a Cu-Se thin film on the rear electrode; A liquefaction step of liquefying the Cu-Se thin film; And a CIGS thin film deposition step of depositing a CIGS thin film on a Cu-Se liquid phase by sputtering a CIGS single target using single process sputtering.

이때, 상기 기판으로는 소다라임 유리기판(soda lime glass; SLG)가 사용되고, Cu-Se 박막은 몰리브덴 위에 20㎚~400㎚ 두께로 증착되며, Cu-Se 스퍼터링 타겟으로는 Cu:Se=1:1이 사용되고, CIGS 단일 타겟으로는 CuyIn1-xGaxSe2(x=0~1, y=0.5~1)이 사용된다.In this case, a soda lime glass (SLG) is used as the substrate, a Cu-Se thin film is deposited on molybdenum to a thickness of 20 nm to 400 nm, a Cu: Se sputtering target is Cu: 1 is used, and Cu y In 1-x Ga x Se 2 (x = 0 to 1, y = 0.5 to 1) is used as a CIGS single target.

또한, 상기 Cu-Se 액상 내에서 입계핵 크기로 성장된 CIGS 입자들은 표면에너지를 낮추른 방향으로 핵생성 과정이 진행되며, 섬(island) 형태로 성장된 핵들은 스퍼터링 되어 나온 CIGS 입자나 몇 개의 섬 핵들과 서로 결합하여 입자크기를 키워나가게 된다(ostwald ripening).The CIGS grains grown in the Cu-Se liquid phase undergo a nucleation process in a direction lowering the surface energy, and the nuclei grown in island form are sputtered CIGS grains or several It binds with the island nuclei to increase the particle size (ostwald ripening).

한편, 상기와 같은 CIGS 흡수층 제조방법은 10~50sccm, 바람직하게는 30sccm의 아르곤 가스(Ar gas)가 주입된 상태에서 0.1Pa~1.0Pa의 압력이 유지되고, {50W~500W(RF Power Density: 0.637~6.366W/㎠)}의 RF Power가 인가되며, 기판과 Cu-Se 스퍼터링 타겟(또는 CIGS 단일 타겟)이 10㎜~200㎜ 떨어지게 배치된 상태에서 Cu-Se 스퍼터링 타겟과 CIGS 단일 타겟이 스퍼터링 되는데 이러한 이유는 아래와 같다.Meanwhile, the CIGS absorption layer manufacturing method described above maintains a pressure of 0.1 Pa to 1.0 Pa in a state where argon gas (Ar gas) of 10 to 50 sccm, preferably 30 sccm is injected, and maintains a pressure of 50 W to 500 W (RF Power Density: The Cu-Se sputtering target and the CIGS single target are sputtered in a state in which the substrate and the Cu-Se sputtering target (or the CIGS single target) are arranged to be separated from each other by 10 mm to 200 mm by RF power of 0.637 to 6.366 W / The reason for this is as follows.

일반적으로 스퍼터링 장치는 진공 챔버 내에 비활성 가스(예를 들면, 아르곤 가스)가 주입된 후 캐소드(cathode)에 걸리는 RF 전압에 의해 캐소드로부터 방출된 전자들이 아르곤 원자와 충돌하여 아르곤 이온(Ar+)으로 이온화 되고, 이때 아르곤 원자가 이온화 되면서 잃은 전자들에 의해 에너지가 방출되면서 글로 방전(glow discharge)이 발생하게 되는데, 진공 챔버 내에 이온과 전자들이 공존하는 보라색 플라즈마(plasma)를 형성하게 된다.Generally, in a sputtering apparatus, after an inert gas (for example, argon gas) is injected into a vacuum chamber, electrons emitted from the cathode by an RF voltage applied to the cathode collide with argon atoms and are ionized with argon ions At this time, the argon atoms are ionized and energy is released by the electrons lost, and a glow discharge is generated. In the vacuum chamber, a purple plasma in which ions and electrons coexist is formed.

이때, 플라즈마 내에 있는 아르곤 이온들이 캐소드쪽으로 가속되면서 타겟 표면과 충돌하게 되면 중성의 타겟 원자들이 떨어져 나와 기판에 증착되는데, 이때 진공 챔버 내에 아르곤 가스의 양이 너무 적게 되면 글로 방전이 형성되지 않아 플라즈마를 발생할 수 없고, 스퍼터링 타겟으로부터 떨어져 나오는 중성원자들의 전체량(yield)이 적어 공정시간이 길어지는 문제가 발생된다.At this time, when the argon ions in the plasma accelerate toward the cathode and collide with the target surface, neutral target atoms are separated and deposited on the substrate. If the amount of argon gas in the vacuum chamber is too small, glow discharge is not formed, And the yield of the neutral atoms falling from the sputtering target is small, so that the process time becomes long.

또한, 아르곤 가스의 양이 너무 많으면 스퍼터링 타겟의 표면으로부터 떨어져 나온 중성이온 원자들이 기판에 증착될 때 플라즈마 내에 많은 아르곤 이온(Ar+, Ar) 및 원자들과 충돌하여 기판부로 전달되는 중성원자들의 개수가 줄어들게 되므로 아르곤 가스는 10~50sccm가 주입되는 게 바람직하다.Also, when the amount of argon gas is too large, the number of neutral atoms colliding with the argon ions (Ar +, Ar) and atoms in the plasma when the neutral ion atoms separated from the surface of the sputtering target are deposited on the substrate, It is preferable to inject 10 to 50 sccm of argon gas.

그리고, 진공 챔버 내의 압력과 비활성 기체의 압력의 합으로 계산되는 공정 압력은 부분 분압(아르곤 가스의 주입량)의 원리에 따라 최대 1.0Pa 이하가 바람직한데, 플라즈마를 형성하기 위한 최소한의 압력(즉, 0.1Pa)보다는 높아야 글로 방전을 통해 플라즈마가 형성되므로 단일 공정 스퍼터링을 이용한 CIGS 박막 제조 시 진공 챔버는 10~50sccm의 아르곤 가스(Ar gas)가 주입된 상태에서 0.1Pa~1.0Pa의 압력이 유지되어야 한다.The process pressure, which is calculated by the sum of the pressure in the vacuum chamber and the pressure of the inert gas, is preferably at most 1.0 Pa or less according to the principle of the partial partial pressure (the amount of argon gas) 0.1Pa), the plasma is formed through the glow discharge. Therefore, when the CIGS thin film is manufactured using the single process sputtering, the vacuum chamber is maintained at a pressure of 0.1Pa to 1.0Pa in a state where Ar gas of 10 ~ 50sccm is injected do.

한편, 단일 공정 스퍼터링을 이용한 CIGS 박막 제조 시 RF Power가 너무 작을 경우(즉, 50W 미만)에는 플라즈마가 형성되지 않을 뿐만 아니라 형성되더라도 이온화되는 아르곤 이온의 양이 너무 적어 기판에 박막을 증착하는데 너무 긴 공정시간이 요구되고, RF Power가 너무 클 경우(즉, 500W 이상)에는 타겟 표면으로부터 스퍼터링된 입자들의 에너지와 양을 늘릴 수 있는 이점은 있으나 너무 큰 전류밀도가 캐소드쪽으로 흐르게 되어 스퍼터링 타겟의 깨짐 현상이 발생할 수 있기 때문에 RF Power는 50W~500W로 인가되는 게 바람직하다.On the other hand, when the RF power is too small (less than 50 W) when the CIGS thin film is manufactured using the single process sputtering, plasma is not formed and the amount of argon ionized is too small to deposit a thin film on the substrate If process time is required and the RF power is too high (ie, greater than 500 W), there is an advantage in increasing the energy and amount of sputtered particles from the target surface, but too large a current density will flow toward the cathode, It is preferable that the RF power is applied in the range of 50W to 500W.

이에 따라, 인가된 RF Power/타겟 면적 값으로 계산되는 RF Power Density는 0.637~6.366W/㎠(본 발명에서는 4인치 타겟이 사용됨)을 갖게 된다.Accordingly, the RF Power Density calculated from the applied RF Power / target area value has 0.637 to 6.366 W / cm 2 (4 inch target is used in the present invention).

그리고, Cu-Se 박막은 Cu-Se의 조성비가 1:1일 경우 상평형도상에서 800K(약 530℃)의 액상화온도를 가지므로 상온에서 증착된 Cu-Se 삽입층을 500℃~700℃에서 후열처리하여 액상화시킨다.Since the Cu-Se thin film has a liquefaction temperature of 800 K (about 530 ° C.) on the phase equilibrium when the composition ratio of Cu-Se is 1: 1, the Cu-Se insertion layer deposited at room temperature is heated at 500 ° C. to 700 ° C. Followed by liquefaction by heat treatment.

한편, 단일 공정 스퍼터링을 이용한 CIGS 박막 제조 시 기판의 온도 증가는 스퍼터링된 입자들이 기판에 증착될 때 입자들의 이동도를 증가시켜(즉, 기반부의 열에너지로 인해 입자들의 운동에너지가 증가) 안전된 자리로 입자들이 배치될 수 있도록 하여 박막의 결정화와 치밀화에 영향을 주기 때문에 적정한 공정 온도가 중요한데, 통상 상온에서 박막화 공정을 시행하는데에는 문제가 발생하지 않으나, 공정 온도가 너무 높으면(즉, 700℃를 초과할 경우) 스퍼터링된 입자들에게 에너지를 공급하여 안정화에 기여하는 역할보다 스퍼터링 타겟의 물성(즉, 융점)에 제한이 생겨 본래의 물성을 잃어버리게 되므로 공정 온도(또는 기판 온도)는 상온~700℃가 바람직하다.On the other hand, the temperature increase of the substrate during CIGS thin film fabrication using single process sputtering increases the mobility of the particles when the sputtered particles are deposited on the substrate (that is, the kinetic energy of the particles increases due to the thermal energy of the base) The crystallization and densification of the thin film are affected by the presence of the particles, so that a proper process temperature is important. In general, there is no problem in performing the thinning process at a normal temperature, but when the process temperature is too high (i.e., (Or melting point) of the sputtering target is lower than the role of contributing to the stabilization by supplying energy to the sputtered particles, the original physical properties are lost, so that the process temperature (or the substrate temperature) is in the range of room temperature to 700 Lt; 0 > C.

마지막으로, 스퍼터링된 입자들이 기판부에 도달하는 거리를 말하는 기판과 타겟과의 거리는 "자유이동경로(mean ferr path)" 개념으로 설명될 수 있는데, 기판과 타겟의 거리가 짧으면(즉, 10㎜ 미만) 스퍼터링된 입자들이 기판으로 이동할 때 플라즈마 시즈(plasma sheath)에 있는 다양한 라디컬(radical), 중성원자, 이온, 전자들과의 충돌로 인해 증착 속도 및 박막의 질이 저하되고, 이격 거리가 너무 길면(즉, 200㎜ 초과) 스퍼터링된 입자들이 기판으로 갈 수 있는 자유이동경로가 길어져 박막의 품질(quality)이 향상되는 이점은 있으나, 스퍼터링된 입자들의 손실률이 증가하여 공정시간이 증가할 뿐만 아니라 타겟 원료 물질의 경제적인 손실이 발생하게 되므로 기판과 타겟은 10㎜~200㎜ 떨어지게 배치되는 게 바람직하다.
Finally, the distance between the substrate and the target, which refers to the distance the sputtered particles reach the substrate portion, can be described by the concept of a " mean ferr path ", where the distance between the substrate and the target is short ) As the sputtered particles migrate to the substrate, collisions with various radicals, neutral atoms, ions, electrons in the plasma sheath degrade the deposition rate and the film quality, If the length is too long (i.e., more than 200 mm), there is an advantage that the free movement path for sputtered particles to the substrate becomes longer and the quality of the thin film is improved. However, since the loss rate of the sputtered particles increases, It is preferable that the substrate and the target are arranged so as to be separated from each other by 10 mm to 200 mm.

실시 예 1Example 1

실시 예 1은 본 발명의 바람직한 실시 예와의 비교를 위한 것으로, 실시 예 1에서는 몰리브덴 위에 Cu-Se 액상이 형성되지 않은 상태에서 기판 위에 Cu:In:Ga:Se=0.7:0.7:0.3:2의 조성비를 가지는 CIGS 박막을 단일 공정 스퍼터링 공정을 이용하여 기판 위에 CIGS 박막을 증착하였다.In Example 1, Cu: In: Ga: Se = 0.7: 0.7: 0.3: 2: 2 was formed on a substrate in a state where no Cu-Se liquid phase was formed on molybdenum in the first embodiment. CIGS thin films were deposited on a substrate using a single process sputtering process.

이를 위해, 스퍼터링 장치에는 300W(3.820W/㎠)의 RF Power가 인가되고, 기판 온도는 450℃와 550℃로 유지되며, 30sccm의 아르곤 가스가 주입된 상태에서 0.43Pa의 압력이 유지된다.To this end, a RF power of 300 W (3.820 W / cm 2) is applied to the sputtering apparatus, the substrate temperature is maintained at 450 ° C. and 550 ° C., and the pressure of 0.43 Pa is maintained in the state where 30 sccm of argon gas is injected.

이때, 기판 온도는 1~15℃/min, 바람직하게는 9℃/min의 속도로 상승(예를 들면, R.T->450℃, 450℃->550℃로 온도가 상승될 때)되었고, 각각의 온도에서는 30분~3시간, 바람직하게는 1시간 동안 온도가 유지(예를 들면, 기판 온도를 550℃에서 1시간 동안 유지)된 후 단일 공정 스퍼터링을 통해 기판 위에 CIGS 박막이 성장된다.At this time, the substrate temperature rises at a rate of 1 to 15 占 폚 / min, preferably 9 占 폚 / min (for example, when the temperature rises from 450 to 450 占 폚 to 550 占 폚) The temperature is maintained for 30 minutes to 3 hours, preferably 1 hour (for example, the substrate temperature is maintained at 550 占 폚 for 1 hour), and then the CIGS thin film is grown on the substrate through single process sputtering.

그리고, 기판은 스퍼터링 장치의 크기에 따라 다양한 크기가 사용될 수 있으나, 본 실시 예에서는 100×100㎟ 크기를 갖는 소다라임 유리 기판이 사용되고, 상기 기판과 CIGS 단일 타겟 사이는 150㎜ 이격 되게 배치되며, CIGS 단일 타겟으로는 Cu0.7In0.7Ga0.3Se2가 사용된다.In this embodiment, a soda lime glass substrate having a size of 100 x 100 mm < 2 > is used, and the substrate and the CIGS single target are spaced apart from each other by 150 mm, Cu 0.7 In 0.7 Ga 0.3 Se 2 is used as a CIGS single target.

이러한 조건에서 단일 공정 스퍼터링을 이용하여 CIGS 단일 타겟을 스퍼터링 시켜 기판 위에 CIGS 박막을 증착시키면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 CIGS 박막 표면의 거칠기가 매우 크고, 입자(grain) 크기가 상대적으로 작게 형성됨을 알 수 있고, 이는 흡수층 박막을 이용하여 제작된 CIGS 박막 태양전지 소자의 효율 떨어뜨린 다는 것을 알 수 있다.When a CIGS thin film is deposited on a substrate by sputtering a CIGS single target using single process sputtering under these conditions, the roughness of the CIGS thin film surface is very large as shown in FIGS. 3 and 4, and the grain size is relatively large It can be seen that the efficiency of the CIGS thin film solar cell device manufactured using the absorption layer thin film is reduced.

즉, 박막의 거칠기가 크면 흡수층 박막 위에 증착될 버퍼층 및 TCO 층에 영향을 미쳐 박막의 균일도(uniformity)가 저하되는 현상을 초래하며, 작은 입자 크기를 갖는 CIGS 흡수층 박막이 형성될 경우 입자 바운더리(grain boundary)에서의 결함으로 인해 발생된 캐리어(carrier)들의 이동을 방해하여 효율 저하를 초래한다.That is, when the roughness of the thin film is large, the buffer layer and the TCO layer to be deposited on the absorber layer are affected and the uniformity of the thin film is degraded. When the CIGS absorber layer having a small particle size is formed, boundary of the carrier caused by the defect in the carrier is disturbed to cause the efficiency drop.

또한, CIGS 박막의 XRD 패턴을 살펴보면, 도 5에 도시된 바와 같이 chalcopyrite phase를 나타내는 CIGS 회절피크 {(112), (220), (312)}와 secondary phase(Cu2Se)를 나타내는 피크가 동시에 확인되기 때문에 결정학적으로 완전한 chalcopyrite 구조를 가지는 CIGS 박막이 형성되지 않음을 알 수 있다.
Also, a peak showing a look at the XRD pattern of the CIGS thin film, the CIGS diffraction peaks {112, 220, 312}, and the secondary phase (Cu 2 Se) representing the chalcopyrite phase as shown in Figure 5 at the same time It can be seen that no CIGS thin film with crystallographically complete chalcopyrite structure is formed.

실시 예 2Example 2

실시 예 2는 본 발명의 실시 예에 따른 CIGS 흡수층 제조방법에 관한 것으로, 기판 위에 Cu-Se(Cu:Se=50:50, at.%) 박막을 300㎚ 두께를 가지도록 선 증착한 후 히터 온도를 600℃, 650℃, 700℃로 설정하여 Cu-Se 박막을 액상화 시키고, 연속 공정으로 단일 공정 스퍼터링 공법을 이용하여 CIGS 박막을 Cu-Se 액상 위에 증착하였다.A Cu-Se (Cu: Se = 50: 50, at.%) Thin film is first deposited on a substrate to have a thickness of 300 nm, and then a heater The Cu-Se thin films were liquefied by setting the temperature at 600 ° C, 650 ° C, and 700 ° C, and CIGS thin films were deposited on the Cu-Se liquid phase by a single process sputtering process in a continuous process.

이때, 상기 Cu-Se 박막은 Cu:Se=1:1인 Cu-Se 타겟이 스퍼터링되어 상기 기판 위에 형성되고, 상기 CIGS 박막은 1~1.1㎛의 두께로 제작된다.At this time, the Cu-Se thin film is formed on the substrate by sputtering a Cu-Se target of Cu: Se = 1: 1, and the CIGS thin film is formed to a thickness of 1 to 1.1 μm.

한편, 상기와 같이 Cu-Se 박막과 CIGS 박막을 증착시킬 때의 공정 조건은 아래와 같다.The process conditions for depositing the Cu-Se thin film and the CIGS thin film as described above are as follows.

Cu-Se 스퍼터링 타겟과 CIGS 단일 타겟의 스퍼터링을 위해 스퍼터링 장치에는 300W(3.820W/㎠)의 RF Power가 인가되고, 기판 온도는 R.T(상온)로 유지되며, 30sccm의 아르곤 가스가 주입된 상태에서 0.43Pa의 압력이 유지된다.RF power of 300 W (3.820 W / cm 2) was applied to the sputtering apparatus for sputtering of Cu-Se sputtering target and CIGS single target, substrate temperature was maintained at RT (room temperature), and 30 sccm of argon gas was injected A pressure of 0.43 Pa is maintained.

그리고, Cu-Se 삽입층은 상온에서 Cu-Se 타겟이 스퍼터링되어 기판 위에 증착된 후 600℃, 650℃ 및 700℃에서 각각 액상화 단계를 거치며, 공정온도가 안정화되면 각 온도별로 CIGS 흡수층 박막을 액상화된 Cu-Se 삽입층 위에 성장시킨다.The Cu-Se insertion layer is deposited on the substrate by sputtering a Cu-Se target at room temperature and then liquefied at 600 ° C, 650 ° C and 700 ° C respectively. When the process temperature is stabilized, the CIGS absorption layer is liquefied Lt; RTI ID = 0.0 > Cu-Se < / RTI >

다시 말해, Cu-Se 삽입층은 Cu-Se의 조성비가 1:1일 경우 상평형도상에서 800K(약 530℃)의 액상화온도를 가지므로 상온에서 Cu-Se 삽입층을 증착시킨 후 600℃, 650℃ 및 700℃에서 각각 후열처리하여 액상화시키고, 액상화된 Cu-Se 삽입층 위에 CIGS 흡수층 박막을 제작한다.In other words, since the Cu-Se insertion layer has a liquefaction temperature of 800K (about 530 ° C) on the phase equilibrium when the composition ratio of Cu-Se is 1: 1, the Cu-Se insertion layer is deposited at room temperature, 650 ° C and 700 ° C, respectively, to prepare a CIGS absorption layer thin film on the liquefied Cu-Se insertion layer.

이때, 히터 온도는 1~15℃/min, 바람직하게는 9℃/min의 속도로 상승(예를 들면, R.T->600℃, 650℃->700℃로 온도가 상승될 때)되고, 각각의 온도에서는 30분~3시간, 바람직하게는 1시간 동안 온도가 유지(예를 들면, 기판 온도를 650℃에서 1시간 동안 유지)된 후 단일 공정 스퍼터링을 통해 Cu-Se 액상화 삽입층 위에 CIGS 박막이 성장된다.At this time, the heater temperature rises at a rate of 1 to 15 ° C / min, preferably 9 ° C / min (for example, when the temperature rises from RT to> 600 ° C, 650 ° C to> 700 ° C) (For example, the substrate temperature is maintained at 650 占 폚 for 1 hour) at a temperature of 30 占 폚 to 3 hours, preferably 1 hour, followed by single-step sputtering to form a CIGS thin film .

그리고, 기판은 스퍼터링 장치의 크기에 따라 다양한 크기가 사용될 수 있으나, 본 실시 예에서는 100×100㎟ 크기를 갖는 소다라임 유리 기판이 사용되고, 상기 기판과 CIGS 단일 타겟 사이는 110㎜ 이격 되게 배치되며, CIGS 단일 타겟으로는 Cu0.7In0.7Ga0.3Se2가 사용된다.In this embodiment, a soda lime glass substrate having a size of 100 x 100 mm < 2 > is used. The substrate is spaced apart from the CIGS single target by 110 mm, Cu 0.7 In 0.7 Ga 0.3 Se 2 is used as a CIGS single target.

이러한 조건을 이용하여 액상 Cu-Se 박막 위에 CIGS 박막을 증착하면, 도 6에 도시된 바와 같이 Cu-Se 층과 CIGS 박막의 경계가 없는 단일 CIGS 박막이 형성되며, 이는 Cu-Se 층이 secondary phase로 작용하지 않음을 알 수 있다.When a CIGS thin film is deposited on a liquid Cu-Se thin film using such a condition, a single CIGS thin film having no boundary between the Cu-Se layer and the CIGS thin film is formed as shown in FIG. 6, As shown in Fig.

즉, 액상화된 Cu-Se 층 내에서 CIGS 입자들이 작인 입자 크기를 가지는 형태로 각각 형성되지 않고 서로 결합하여 CIGS 입자 크기를 키우게 된다.That is, in the liquefied Cu-Se layer, the CIGS particles are not formed in a form having a small particle size but are combined with each other to increase the CIGS particle size.

이를 Cu-Se 층이 없는 도 3 및 도 4와 비교해보면, 단면 및 표면의 입자 크기가 Cu-Se 층이 없는 기판 위에 제작된 CIGS 박막과 큰 차이를 보이는 것을 알 수 있으며, 이는 액상 Cu-Se 층을 형성함으로써 CIGS 박막 태양전지의 효율을 높일 수 있음을 알 수 있다.Comparing FIG. 3 and FIG. 4 without the Cu-Se layer, it can be seen that the particle size of the cross section and the surface are significantly different from the CIGS thin film formed on the substrate without the Cu-Se layer, Layer can improve the efficiency of the CIGS thin film solar cell.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이 액상화된 Cu-Se 층 내에서 형성된 CIGS 박막의 XRD 패턴을 살펴보면, chalcopyrite 구조를 나타내는 회절 피크{(112), (220), (312)} 만 확인됨을 알 수 있다.The XRD pattern of the CIGS thin film formed in the liquefied Cu-Se layer as shown in FIG. 7 reveals that only diffraction peaks {(112), (220), (312)} representing the chalcopyrite structure are confirmed have.

만일, 액상화된 Cu-Se 층이 존재한다면 관련된 회절피크가 관찰되어야 하나 도 7을 통해 알 수 있듯이 secondary phase가 존재하지 않는 단일 CIGS phase만 존재하는 것을 확인할 수 있었다.If a liquefied Cu-Se layer is present, the associated diffraction peak should be observed, but as can be seen from FIG. 7, only a single CIGS phase without secondary phase is present.

이는 앞서 설명한 바와 같이 액상화된 Cu-Se 층은 CIGS 박막이 단일 상의 형태를 가지면서 입자 크기를 키우는 역할을 한다는 것을 알 수 있다.As described above, it can be seen that the liquefied Cu-Se layer plays a role of increasing the particle size while the CIGS thin film has a single-phase shape.

한편, 액상화된 Cu-Se층 내에서 형성된 CIGS 박막의 라만 특성을 살펴보면, 도 8에 도시된 바와 같이 Cu-Se phase의 피크 위치가 대략 260㎝-1 영역에서 확인됨을 알 수 있으며, Cu-Se phase를 나타내는 피크는 나타나지 않고 chalcopyrite 구조만을 보여주는 CIGS A1 피크만 관찰되므로 이는 XRD 결과와 함께 결정학적으로 안정된 CIGS 박막이 형성되었음을 알 수 있다.As shown in FIG. 8, the peak position of the Cu-Se phase was confirmed in the region of about 260 cm -1 , and the Cu-Se phase is not observed but only CIGS A1 peak showing only the chalcopyrite structure is observed, which shows that a crystallographically stable CIGS thin film is formed together with the XRD result.

도 9는 액상화된 Cu-Se층 내에서 형성된 CIGS 박막의 광학적 특성을 나타내는 그래프이다.9 is a graph showing optical characteristics of a CIGS thin film formed in a liquefied Cu-Se layer.

도 9는 투과도 데이터가 (αhv)2으로 플로팅(plotting)되어 나타낸 광학적 밴드갭 그래프로, CIGS 박막의 경우 Ga/(In+Ga)의 비율(0~1)에 따라 밴드갭이 0.98~1.6eV로 변화하는 광학적 특성을 갖는데, Cu-Se층을 이용하여 단일 공정 스퍼터링으로 제작된 CIGS 박막의 Ga/(In+Ga) 비는 0.3이고, 이에 따른 밴드갭 에너지는 공정온도 600℃, 650℃ 및 700℃에 대해 각각 1.16, 1.13, 1.15eV를 나타내었다.9 is an optical bandgap graph obtained by plotting the transmittance data with (? Hv) 2 , and shows a bandgap of 0.98-1.6 eV according to the ratio (0-1) of Ga / (In + Ga) The Ga / (In + Ga) ratio of the CIGS thin film fabricated by the single process sputtering using the Cu-Se layer is 0.3, and the band gap energy of the CIGS thin film is 600 ° C., 650 ° C., 1.16, 1.13, and 1.15 eV, respectively, for 700 ° C.

이를 통해 알 수 있듯이, 공정온도에 따라 약간의 밴드갭 차이는 존재하지만, Ga/(In+Ga) 비는 0.3일 때의 밴드갭 특성에 근사한 값을 갖는 다는 것을 알 수 있고, 광학적 특성을 통해 Cu-Se층을 이용하여 제작된 CIGS 박막이 단일 공정 스퍼터링 타겟의 Ga/(In+Ga) 조성비와 동일하게 CIGS 박막이 형성됨을 알 수 있다.
As can be seen from this, although there is a slight band gap difference according to the process temperature, it can be seen that the ratio of Ga / (In + Ga) has a value close to the band gap characteristic at 0.3, It can be seen that the CIGS thin film formed using the Cu-Se layer has the same Ga / (In + Ga) composition ratio of the single-process sputtering target.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 태양전지 제조방법은 스퍼터링 장치 내에 기판을 안착시키는 기판 안착단계; 상기 기판 위에 몰리브덴을 증착시켜 배면전극을 형성하는 배면전극 형성단계; Cu-Se 스퍼터링 타겟을 스퍼터링시켜 상기 배면전극 위에 Cu-Se 박막을 증착시키는 Cu-Se 박막 증착단계; 상기 Cu-Se 박막을 액상화시키는 액상화 단계; 단일 공정 스퍼터링을 이용하여 CIGS 단일 타겟을 스퍼터링시켜 Cu-Se 액상 위에 CIGS 박막을 증착시키는 CIGS 박막 증착단계; 상기 CIGS 박막 위에 버퍼층이 형성되는 단계; 및 상기 버퍼층 위에 상부 전극층이 형성되는 단계를 포함한다.Meanwhile, a method of fabricating a thin film solar cell according to an embodiment of the present invention includes: a substrate placing step of placing a substrate in a sputtering apparatus; Forming a back electrode by depositing molybdenum on the substrate; A Cu-Se thin film deposition step of sputtering a Cu-Se sputtering target to deposit a Cu-Se thin film on the rear electrode; A liquefaction step of liquefying the Cu-Se thin film; A CIGS thin film deposition step in which a CIGS thin film is deposited on a Cu-Se liquid by sputtering a CIGS single target using single process sputtering; Forming a buffer layer on the CIGS thin film; And forming an upper electrode layer on the buffer layer.

이때, 상기 Cu-Se 박막 증착단계, 액상화 단계 및 CIGS 박막 증착단계에 대한 상세한 설명은 상술한 CIGS 흡수층 제조방법에서 상세히 설명되었으므로, 상세한 설명은 상술한 내용으로 대치하기로 한다.At this time, detailed description of the Cu-Se thin film deposition step, liquefaction step and CIGS thin film deposition step has been described in detail in the above-described CIGS absorption layer production method, and therefore, the detailed description will be replaced with the above description.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 태양전지는 상술한 박막 태양전지 제조방법에 의해 제조된다.
Also, a thin film solar cell according to an embodiment of the present invention is manufactured by the thin film solar cell manufacturing method described above.

이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 CIGS 흡수층 제조방법 및 이를 이용한 박막 태양전지 제조방법은 메탈 전구체의 순차적 증착공정이나 황화 공정이 생략되므로 공정시간을 대폭 단축시킬 수 있고, 액상화된 Cu-Se층 내에서 CIGS 박막들이 서로 결합되어 입자 크기가 커지므로 CIGS 박막 태양전지의 효율을 높일 수 있게 된다.
As described above, the CIGS absorption layer fabrication method and the thin film solar cell fabrication method using the same according to the embodiment of the present invention can obviate the sequential deposition process or the sulfuration process of the metal precursor, The CIGS thin film is bonded to each other to increase the particle size, thereby increasing the efficiency of the CIGS thin film solar cell.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관해서 설명하였으나, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위 뿐만 아니라 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the embodiments described, but should be defined by the following claims as well as equivalents thereof.

Claims (16)

스퍼터링 장치 내에 기판을 안착시키는 기판 안착단계;
상기 기판 위에 몰리브덴을 증착시켜 배면전극을 형성하는 배면전극 형성단계;
Cu-Se 스퍼터링 타겟을 스퍼터링시켜 상기 배면전극 위에 Cu-Se 박막을 증착시키는 Cu-Se 박막 증착단계;
상기 Cu-Se 박막을 액상화시키는 액상화 단계; 및
단일 공정 스퍼터링을 이용하여 CIGS 단일 타겟을 스퍼터링시켜 Cu-Se 액상 위에 CIGS 박막을 증착시키는 CIGS 박막 증착단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CIGS 흡수층 제조방법.
Placing a substrate in a sputtering apparatus;
Forming a back electrode by depositing molybdenum on the substrate;
A Cu-Se thin film deposition step of sputtering a Cu-Se sputtering target to deposit a Cu-Se thin film on the rear electrode;
A liquefaction step of liquefying the Cu-Se thin film; And
A CIGS thin film deposition step of depositing a CIGS thin film on a Cu-Se liquid by sputtering a CIGS single target using single process sputtering.
청구항 1에 있어서,
상기 Cu-Se 박막 증착단계는 {50W~500W(RF Power Density: 0.637~6.366W/㎠)}의 RF Power와 10~50sccm의 아르곤 가스가 주입된 상태에서 0.1Pa~1.0Pa의 압력이 가해지는 것을 특징으로 하는 CIGS 흡수층 제조방법.
The method according to claim 1,
The step of depositing the Cu-Se thin film is performed by applying RF power of 50 W to 500 W (RF Power Density: 0.637 to 6.366 W / cm 2) and argon gas of 10 to 50 sccm in a pressure of 0.1 Pa to 1.0 Pa ≪ / RTI >
청구항 1에 있어서,
상기 Cu-Se 박막 증착단계는 기판 온도가 상온으로 유지되는 것을 특징으로 하는 CIGS 흡수층 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the Cu-Se thin film deposition step maintains the substrate temperature at room temperature.
청구항 1에 있어서,
상기 Cu-Se 박막 증착단계는 상기 기판과 상기 Cu-Se 스퍼터링 타겟 사이가 10㎜~200㎜ 이격된 상태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 CIGS 흡수층 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the Cu-Se thin film deposition step is performed in a state where a distance between the substrate and the Cu-Se sputtering target is 10 mm to 200 mm.
청구항 1에 있어서,
상기 액상화 단계는 상기 Cu-Se 박막이 600℃~700℃의 온도에서 후열처리되어 액상화되는 것을 특징으로 하는 CIGS 흡수층 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the Cu-Se thin film is subjected to post-heat treatment at a temperature of 600 ° C to 700 ° C to liquefy the Cu-Se thin film.
청구항 1에 있어서,
상기 CIGS 박막 증착단계는 {50W~500W(RF Power Density: 0.637~6.366W/㎠)}의 RF Power와 10~50sccm의 아르곤 가스가 주입된 상태에서 0.1Pa~1.0Pa의 압력이 가해지는 것을 특징으로 하는 CIGS 흡수층 제조방법.
The method according to claim 1,
The CIGS thin film deposition step is characterized in that a pressure of 0.1Pa to 1.0Pa is applied in a state where RF power of {50 W to 500 W (RF Power Density: 0.637 to 6.366 W / cm 2)} and argon gas of 10 to 50 sccm are injected Gt; CIGS < / RTI >
청구항 1에 있어서,
상기 CIGS 박막 증착단계는 상기 기판과 상기 CIGS 단일 타겟 사이가 10㎜~200㎜ 이격된 상태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 CIGS 흡수층 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the CIGS thin film deposition step is performed in a state where a distance between the substrate and the CIGS single target is 10 mm to 200 mm.
청구항 1에 있어서,
상기 CIGS 단일 타겟은 CuyIn1-xGaxSe2(x=0~1, y=0.5~1)인 것을 특징으로 하는 CIGS 흡수층 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the CIGS single target is Cu y In 1-x Ga x Se 2 (x = 0 to 1, y = 0.5 to 1).
청구항 1에 있어서,
상기 CIGS 박막 증착단계는 상온℃~700℃의 기판 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 CIGS 흡수층 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the CIGS thin film deposition step is performed at a substrate temperature between room temperature and 700 ° C.
스퍼터링 장치 내에 기판을 안착시키는 기판 안착단계;
상기 기판 위에 몰리브덴을 증착시켜 배면전극을 형성하는 배면전극 형성단계;
Cu-Se 스퍼터링 타겟을 스퍼터링시켜 상기 배면전극 위에 Cu-Se 박막을 증착시키는 Cu-Se 박막 증착단계;
상기 Cu-Se 박막을 액상화시키는 액상화 단계;
단일 공정 스퍼터링을 이용하여 CIGS 단일 타겟을 스퍼터링시켜 Cu-Se 액상 위에 CIGS 박막을 증착시키는 CIGS 박막 증착단계;
상기 CIGS 박막 위에 버퍼층이 형성되는 단계; 및
상기 버퍼층 위에 상부 전극층이 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조방법.
Placing a substrate in a sputtering apparatus;
Forming a back electrode by depositing molybdenum on the substrate;
A Cu-Se thin film deposition step of sputtering a Cu-Se sputtering target to deposit a Cu-Se thin film on the rear electrode;
A liquefaction step of liquefying the Cu-Se thin film;
A CIGS thin film deposition step in which a CIGS thin film is deposited on a Cu-Se liquid by sputtering a CIGS single target using single process sputtering;
Forming a buffer layer on the CIGS thin film; And
And forming an upper electrode layer on the buffer layer.
청구항 10에 있어서,
상기 Cu-Se 박막 증착단계는 기판 온도가 상온으로 유지되고, 상기 기판과 상기 Cu-Se 스퍼터링 타겟 사이가 10㎜~200㎜ 이격된 상태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조방법.
The method of claim 10,
Wherein the step of depositing the Cu-Se thin film is performed at a substrate temperature maintained at a room temperature, and a distance between the substrate and the Cu-Se sputtering target is 10 mm to 200 mm.
청구항 10에 있어서,
상기 액상화 단계는 상기 Cu-Se 박막이 600℃~700℃의 온도에서 후열처리되어 액상화되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조방법.
The method of claim 10,
Wherein the Cu-Se thin film is subjected to post-heat treatment at a temperature of 600 ° C to 700 ° C to liquefy the Cu-Se thin film.
청구항 10에 있어서,
상기 CIGS 박막 증착단계는 {50W~500W(RF Power Density: 0.637~6.366W/㎠)}의 RF Power와 10~50sccm의 아르곤 가스가 주입된 상태에서 0.1Pa~1.0Pa의 압력이 가해지고, 상기 기판과 상기 CIGS 단일 타겟 사이가 10㎜~200㎜ 이격된 상태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조방법.
The method of claim 10,
In the CIGS thin film deposition step, a pressure of 0.1Pa to 1.0Pa is applied in a state of RF power of 50W to 500W (RF Power Density: 0.637 to 6.366W / cm2) and argon gas of 10 to 50sccm being injected, Wherein the CIGS single target is spaced 10 mm to 200 mm apart from the substrate and the CIGS single target.
청구항 10에 있어서,
상기 CIGS 단일 타겟은 CuyIn1-xGaxSe2(x=0~1, y=0.5~1)인 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조방법.
The method of claim 10,
Wherein the CIGS single target is Cu y In 1-x Ga x Se 2 (x = 0 to 1, y = 0.5 to 1).
청구항 10에 있어서,
상기 CIGS 박막 증착단계는 상온℃~700℃의 기판 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조방법.
The method of claim 10,
Wherein the CIGS thin film deposition step is performed at a substrate temperature between room temperature and 700 ° C.
청구항 10 내지 청구항 15 중 어느 하나의 청구항에 의해 제조된 박막 태양전지.A thin film solar cell produced by any one of claims 10 to 15.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101831700B1 (en) * 2016-12-22 2018-02-23 한국생산기술연구원 Fabrication method of cigs absorber layer and thin film solar cell using double intrelayers and thin film solar cell

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