KR101501742B1 - Method for fabricating a thin film solar cell with diffusion barrier and Thin film solar cell produced by the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 확산 방지 막을 구비하는 박막 태양전지의 제조방법 및 이에 의해 제조된 박막 태양전지에 관한 것으로서, 구체적으로는 스테인리스 스틸(STS) 기판의 열처리에 따른 산화로 인해 형성된 확산 방지막을 구비하는 박막 태양전지의 제조방법 및 이에 의해 제조된 박막 태양전지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
전 세계 각 국에서는 화석연료에 대한 의존도를 줄이기 위해, 환경에 악영향을 끼치지 않으면서도 고갈될 염려도 없는 새로운 에너지원인 대체에너지 및 청정에너지에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행 중이다.In order to reduce dependence on fossil fuels, research and development on alternative energy and clean energy, which are new energy sources, are being actively carried out in countries around the world, which do not cause exhaustion without adversely affecting the environment.
한때, 원자력발전이 현실성 있는 대체에너지로 개발되어 높은 기여도를 보이기도 하였지만, 불안정성과 사고로 인한 심각한 피해 등의 문제가 제기됨으로써, 점차 이에 대한 의존도를 줄이는 추세이며, 그 대신 청정의 무한한 에너지원이라는 측면에서 태양에너지를 현실적으로 활용할 수 있는 방안이 더욱 각광받고 있다.At one time, nuclear power was developed as a viable alternative energy and showed a high contribution, but it is gradually decreasing its reliance on it due to instability and serious damage caused by accidents, And the possibility of utilizing solar energy realistically is getting more and more popular.
종래에는 이러한 태양에너지를 활용할 수 있는 방법 중 하나로서, 태양전지(Solar Cell)와 같은 반도체 소자를 이용하여, 태양광을 수광하고, 이를 다시 전기에너지로 변환하는 방법이 주를 이루었으나, 최근에는 이보다 태양광 흡수율이 높고, 태양광 또는 방사선에 대한 열화 현상이 적으며, 박막화가 가능하고, 제작상 재료비도 절감할 수 있는 CIGS계 박막 태양전지가 등장하였다.Conventionally, as one of the ways to utilize such solar energy, a method of receiving sunlight by using a semiconductor device such as a solar cell and converting it into electric energy has been mainly performed, but recently, CIGS thin film solar cells, which have higher solar absorption rate, lower deterioration of sunlight or radiation, can be thinned, and can reduce material cost in production, have appeared.
CIGS계 박막 태양전지란, Cu(In1 - xGax)Se2로 조성된 4원계 화합물로 형성된 직접천이형 반도체로서, 광흡수 계수가 높으며, 안정성이 뛰어나 박막 태양전지로서 커다란 응용 잠재력을 갖고 있다.The CIGS thin film solar cell is a direct transition semiconductor formed of a quaternary compound composed of Cu (In 1 - x Ga x ) Se 2. It has high light absorption coefficient and excellent stability, and has a great application potential as a thin film solar cell have.
이러한 CIGS계 박막 태양전지에 있어서, 보고된 최고 효율은 20.3%로 박막형 태양전지임에도 불구하고 Si계 태양전지와 비슷한 효율을 나타내고 있다. In this CIGS thin film solar cell, the highest efficiency reported is 20.3%, which is similar to that of a Si solar cell despite being a thin film solar cell.
고효율을 갖는 CIGS계 박막 태양전지를 다양하게 응용하고 생산비용을 절감하기 위해 금속 호일(metal foil) 또는 폴리이미드 기판을 사용하여 플렉서블 CIGS 태양전지를 만들기 위한 많은 시도가 이루어지고 있다.Many attempts have been made to fabricate flexible CIGS solar cells using metal foil or polyimide substrates in order to apply various CIGS thin film solar cells with high efficiency and to reduce production costs.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 스테인리스 스틸(stainless steel, STS)을 기판(1)으로 사용하는 경우, 고온 공정 진행 중에 기판에서 Fe, Cr, Ni 등의 불순물들이 CIGS 광 흡수 층(3) 내로 확산되는 현상이 발생되며, 이는 CIGS 태양전지의 효율을 감소시키는 요인이 된다.1, when stainless steel (STS) is used as the
이러한 불순물 확산을 방지하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, STS 기판(1)과 후면 전극 층(2) 사이에 확산 방지 층(4)을 형성하는 기술이 적용되고 있으며, 이러한 확산 방지 층(4)은 일반적으로 Al2O3, SiO2, TiN, Si3N4 등으로 이루어질 수 있다.2, a technique of forming a
이러한 방지막들은 통상적으로 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering), 플라스마 강화 화학적 기상 증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition), 원자 층 증착(ALD: atomic layer deposition) 등의 방법들에 의해 성장되는데, 이 경우 태양전지의 생산비용이 크게 증가할 뿐만 아니라, 공정 시간의 증가로 인해 생산성이 크게 떨어지는 문제점이 있다.These barrier layers are typically grown by methods such as magnetron sputtering, plasma-enhanced chemical vapor deposition, and atomic layer deposition (ALD). In this case, Not only the production cost is greatly increased but also the productivity is greatly lowered due to the increase of the process time.
따라서, 불순물이 확산되는 것을 효과적으로 방지하면서도, 저렴한 비용과 간소한 공정을 통해 불순물 확산 방지막을 생성할 수 있는 방법에 대한 개발이 절실히 요구되는 실정이다.Accordingly, there is a desperate need to develop a method capable of effectively preventing impurities from diffusing and producing an impurity diffusion barrier film through a simple process at low cost.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 박막형 태양전지를 제조함에 있어서, 고온 공정 중에 기판에 함유된 불순물들이 광 흡수 층 내로 확산되는 현상을 방지하기 위해 구비되는 확산 방지막을 간략한 공정을 통해 저비용으로 생산할 수 있는 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems and it is an object of the present invention to provide a thin film solar cell in which a diffusion preventing film provided to prevent impurities contained in a substrate from diffusing into a light absorbing layer during a high- The present invention has been made in view of the above problems.
다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 위에서 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood, however, that the technical scope of the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other technical subjects not mentioned above can be understood by those skilled in the art from the description of the invention described below.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 태양전지의 제조방법은, (a) 기판을 마련하는 단계; (b) 상기 기판을 열처리 하여 상기 기판의 표면 상에 산화물을 함유하는 확산 방지 층을 형성하는 단계; (c) 상기 확산 방지 층 상에 후면 전극을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 후면 전극 상에 광 흡수 층을 형성하는 단계; 를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film solar cell including: (a) providing a substrate; (b) heat treating the substrate to form a diffusion barrier layer containing an oxide on the surface of the substrate; (c) forming a rear electrode on the diffusion barrier layer; And (d) forming a light absorbing layer on the rear electrode; .
상기 (a)단계는, 스테인리스 스틸 재질의 기판을 마련하는 단계에 해당할 수 있다.The step (a) may correspond to a step of providing a substrate made of stainless steel.
상기 박막 태양전지의 제조방법은, 상기 기판의 하면 상에 형성된 확산 방지 층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.The manufacturing method of the thin film solar cell may further include removing the diffusion preventing layer formed on the lower surface of the substrate.
상기 (b)단계는, 상기 기판을 600℃ 내지 900℃의 온도를 나타내는 가열로 내에서 열처리 하는 단계를 포함할 수 있다.The step (b) may include a step of heat-treating the substrate in a furnace at a temperature of 600 ° C to 900 ° C.
상기 (b)단계는, FexOy로 이루어지는 확산 방지 층을 형성하는 단계에 해당할 수 있다.The step (b) may correspond to a step of forming a diffusion prevention layer made of Fe x O y .
상기 (c)단계는, (c1) 상기 확산 방지 층 상에 흡착 층을 형성하는 단계; 및The step (c) includes the steps of: (c1) forming an adsorption layer on the diffusion barrier layer; And
(c2) 상기 흡착 층 상에 전극 층을 형성하는 단계; 를 포함할 수 있다.(c2) forming an electrode layer on the adsorption layer; . ≪ / RTI >
상기 (c)단계는, Ar 분위기 하에서 증착을 수행함으로써 Mo으로 이루어지는 후면 전극 층을 형성하는 단계에 해당할 수 있다.The step (c) may correspond to a step of forming a rear electrode layer made of Mo by performing deposition in an Ar atmosphere.
상기 (c1)단계는, 상기 (c2)단계보다 더 높은 Ar 분압 하에서 수행될 수 있다.The step (c1) may be performed under a higher Ar partial pressure than the step (c2).
상기 (d)단계는, (d1) 상기 후면 전극 층 상에 CIG 전구체 층을 증착하는 단계; 및 (d2) 셀렌화 공정을 통해 상기 CIG 전구체 층에 셀렌을 확산시켜 CIGS계 광 흡수 층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.The step (d) includes the steps of: (d1) depositing a CIG precursor layer on the rear electrode layer; And (d2) diffusing selenium in the CIG precursor layer through a selenization process to form a CIGS-based light absorbing layer.
한편, 상기 박막 태양전지의 제조방법에 의해 제조된 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 태양전지는, 기판; FexOy 성분으로 이루어지는 것으로서, 상기 기판 표면에 형성되는 확산 방지 층; 상기 확산 방지 층 상에 형성되는 후면 전극 층; 및 상기 후면 전극 층 상에 형성되는 광 흡수 층; 을 포함한다.Meanwhile, a thin film solar cell according to an embodiment of the present invention, which is manufactured by the method of manufacturing the thin film solar cell, includes a substrate; A diffusion prevention layer formed on the surface of the substrate, the diffusion prevention layer comprising Fe x O y component; A rear electrode layer formed on the diffusion preventing layer; And a light absorbing layer formed on the rear electrode layer; .
상기 기판은, 스테인리스 스틸 재질로 이루어질 수 있다.The substrate may be made of stainless steel.
상기 확산 방지 층은, 상기 기판의 열처리에 의해 기판 표면에 형성된 산화 막으로 이루어질 수 있다.The diffusion preventing layer may be formed of an oxide film formed on the surface of the substrate by heat treatment of the substrate.
상기 후면 전극 층은, 상기 확산 방지 층 상에 형성되는 흡착 층; 및 상기 흡착 층 상에 형성되는 전극 층을 포함할 수 있다.Wherein the rear electrode layer comprises: an adsorption layer formed on the diffusion preventing layer; And an electrode layer formed on the adsorption layer.
상기 전극 층은, 상기 흡착 층보다 더 높은 전기 전도도를 가질 수 있다.The electrode layer may have a higher electrical conductivity than the adsorption layer.
상기 전극 층은, 상기 흡착 층보다 더 두껍게 형성될 수 있다.The electrode layer may be formed thicker than the adsorption layer.
상기 후면 전극 층은, Mo 재질로 이루어질 수 있다.The rear electrode layer may be made of Mo.
상기 광 흡수 층은, CIGS계 화합물로 이루어질 수 있다.The light absorption layer may be made of a CIGS-based compound.
본 발명에 따르면, 고온 공정 중에 기판에 함유된 불순물들이 광 흡수 층 내로 확산되는 현상을 방지하기 위해 구비되는 확산 방지막을 간략한 공정을 통해 저비용으로 생산할 수 있게 된다.According to the present invention, it is possible to produce a diffusion barrier film, which is provided to prevent impurities contained in a substrate from being diffused into a light absorption layer during a high-temperature process, through a simple process at a low cost.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1 및 도 2는 종래의 종래의 박막 태양전지를 나타내는 단면도이다.
도 3은 기판 상에 확산 방지 층을 형성하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 확산 방지 층 상에 후면 전극 층을 형성하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 6은 후면 전극 층을 나타내는 현미경 사진이다.
도 7은 기판의 하면에 형성된 산화 막을 제거하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 8은 후면 전극 층 상에 CIG 전구체 층을 형성하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 9은 셀레니제이션에 의해 CIGS 층을 형성하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 10은 확산 방지 층의 성능을 보여주는 이차이온 질량분석 장비(SIMS) 측정 결과를 나타내는 그래프이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and form a part of the specification, illustrate exemplary embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention. And shall not be construed as limited to such matters.
1 and 2 are cross-sectional views showing a conventional thin film solar cell of the related art.
3 is a view showing a step of forming a diffusion preventing layer on a substrate.
4 and 5 are views showing a process of forming a rear electrode layer on the diffusion preventing layer.
6 is a photomicrograph showing the rear electrode layer.
7 is a view showing a process of removing an oxide film formed on a lower surface of a substrate.
8 is a view showing a step of forming a CIG precursor layer on the rear electrode layer.
9 is a view showing a step of forming a CIGS layer by selenization.
10 is a graph showing the results of secondary ion mass spectrometry (SIMS) measurements showing the performance of the diffusion barrier.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only some of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
도 3 내지 도 5, 그리고 도 6 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 태양전지의 제조방법은, 기판을 마련하는 단계; 마련된 기판을 열처리 하여 기판의 표면 상에 확산 방지 층을 형성하는 단계; 확산 방지 층 상에 후면 전극을 형성하는 단계; 기판의 하면에 형성된 확산 방지 층을 제거하는 단계; 및 후면 전극 상에 광 흡수 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.3 to 5, and 6 to 9, a method of fabricating a thin film solar cell according to an embodiment of the present invention includes: providing a substrate; Heat-treating the prepared substrate to form a diffusion preventing layer on the surface of the substrate; Forming a rear electrode on the diffusion barrier layer; Removing a diffusion barrier layer formed on a bottom surface of the substrate; And forming a light absorbing layer on the back electrode.
이하, 각 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 태양전지의 제조방법을 이루는 각 단계에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, each step of the method of manufacturing a thin film solar cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
먼저, 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 태양전지를 이루는 기판(10) 표면에 확산 방지 층(20)을 형성하는 공정에 대해 설명하기로 한다.First, referring to FIG. 3, the process of forming the
도 3을 참조하면, 상기 확산 방지 층(20)의 형성 공정은, 준비된 기판(10)을 열처리 함으로써 그 표면에 산화 막을 형성하는 방식으로 이루어진다.Referring to FIG. 3, the
상기 기판(10)으로는, 철(Fe), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 등의 금속을 함유하는 스테인리스 스틸(stainless steel) 재질로 이루어진 것이 이용될 수 있다.The
이러한 기판(10)에 불순물 산화 방지막인 FexOy 층을 형성하기 위해 가열로를 일정한 온도(대략 600℃ 내지 900℃)로 유지하고, 가열로 내는 공기 중 또는 산소 분위기로 유지한다.In order to form an Fe x O y layer, which is an impurity oxidation prevention film, on the
가열로 내의 온도가 안정이 되면, 준비된 기판(10)을 가열로에 넣고 대략 1분 내지 10분 동안 열처리 함으로써 기판(10)의 표면에 산화물을 함유하는 확산 방지 층(20)을 형성시킬 수 있다.When the temperature in the heating furnace becomes stable, the prepared
여기서 사용되는 스테인리스 스틸 재질의 기판(10)은 크롬, 니켈, 탄소(C), 몰리브덴(Mo) 등의 첨가물 원소의 종류 및 함유량에 무관하게 모든 종류의 스테인리스 스틸 기판이 적용될 수 있으며, 실제 이번 실험에서는 STS 430 기판이 사용되었다.All kinds of stainless steel substrates can be applied to the
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조방법에서는 증착 공정 등을 거치지 않고 기판(10)을 열처리 함으로써 그 표면에 산화막을 형성하는 방식으로 확산 방지 층(20)을 형성하므로, 공정에 소요되는 시간, 비용 등이 절감될 수 있다.As described above, in the method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention, the
이러한 간소한 공정을 통해 형성된 확산 방지 층(20)은, 후술할 광 흡수 층(50, 도 9 참조)의 형성을 위한 열처리 과정에서 기판(10)에 함유된 성분들, 즉 불순물들이 광 흡수 층(50) 내로 확산되어 박막 태양전지의 성능을 저하시키는 현상을 방지하는 기능을 할 수 있다.The diffusion
다음은, 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 태양전지를 이루는 후면 전극 층(30)을 형성하는 공정에 대해 설명하기로 한다.4 and 5, a process of forming the
우선, 도 4를 참조하면, 상기 후면 전극 층(30, back contact layer)은 확산 방지 층(20) 상에 형성되는 것으로서, 소스 물질이 스퍼터링(sputtering)에 의해 확산 방지 층(20) 상에 증착됨으로써 형성될 수 있다.Referring to FIG. 4, the
이 때, 상기 후면 전극 층(30) 형성을 위한 소스로는 통상적으로 몰리브덴(Mo)이 사용된다. 다만, 이로써 상기 후면 전극 층(30)의 재질을 한정하는 것은 아니며, 전도성이 높은 금속 재질이라면 제한 없이 사용 가능함은 물론이다.At this time, molybdenum (Mo) is typically used as a source for forming the
한편, 이러한 후면 전극 층(30)의 형성 공정은, 후면 전극 층(30)과 확산 방지 층(20)의 계면에서 격자 부정합에 의한 박리현상이 발생되는 것을 방지하기 위해 두 단계로 이루어질 수 있다.The formation of the
도 5를 참조하면, 상기 후면 전극 층(30)의 형성 단계는, 확산 방지 층(20) 상에 흡착 층(31)을 형성하는 단계 및 흡착 층(31) 상에 전극 층(32)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 상기 후면 전극 층(30)은, 서로 다른 조건 하에서 형성되고, 서로 다른 두께를 갖는 흡착 층(31) 및 전극 층(32)을 포함할 수 있는 것이다.5, forming the
상기 후면 전극 층(30)은 DC magnetron sputtering 장비를 이용하여 아르곤(Ar) 분위기에서 증착되는데, Mass Flow Controller(MFC)를 이용하여 Ar 분압을 변화시킴으로써 각기 다른 성질을 갖는 흡착 층(31) 및 전극 층(32)이 순차적으로 형성되는 것이다.The
즉, 증착 공정에 있어서, Ar 분압이 높으면 접착력이 우수하지만 후면 전극 층(30)을 이루는 Mo의 저항이 커지고, Ar 분압이 낮으면 접착력이 좋지 않은 대신 전기비저항이 낮은 특성을 이용함으로써 바이-레이어(bi-layer)로 이루어진 후면 전극 층(30)을 형성할 수 있다.That is, in the deposition process, when the Ar partial pressure is high, the adhesion is excellent but when the Ar partial pressure is low, the resistance of Mo constituting the
이러한 후면 전극 층(30)은, 확산 방지 층(20) 상에 상대적으로 높은 분압(대략 12mtorr)에서 상대적으로 얇은 두께(대략 200nm)로 흡착 층(31)을 증착한 후, 그 위에 상대적으로 낮은 분압(대략 3mtorr)에서 상대적으로 두꺼운 두께(대략 700nm)로 전극 층(32)을 증착 함으로써 형성될 수 있다.This
이러한 바이-레이어 구조의 후면 전극 층(30)에 대한 현미경 사진이 도 6에 나타나 있다.A photomicrograph of the
다음은, 도 7을 참조하여, 기판(10)의 양 표면에 형성된 확산 방지 층(20) 중 기판의 하면(도 7을 기준으로 볼 때, 기판(10)의 아랫쪽 면을 의미하는 것으로서 이하 동일함)에 형성된 확산 방지 층(20)을 제거하는 공정에 대해 설명하기로 한다.Next, referring to Fig. 7, the lower surface of the substrate (the lower surface of the
도 7을 참조하면, 앞서 설명한 확산 방지 층(20) 형성 공정은, 기판(10)을 열처리 하는 방식으로 이루어지는 것이므로, 확산 방지 층(20)이 기판(10)의 양 면에 모두 형성될 수 있다.Referring to FIG. 7, the
이 중 기판(10)의 하면에 형성되는 확산 방지 층(20)은, 전착법을 이용하여 후면 전극 층(30) 상에 광 흡수 층(50)을 형성하는 과정에서 용액을 오염시킬 수 있으므로 반드시 제거되어야 한다.The
이러한 기판(10) 하면에 형성된 확산 방지 층(20)은, 예를 들어 에칭(etching)에 의해 제거될 수 있으며, 실제 이번 실험에서는 HF 2% 수용액을 이용한 에칭 공정(대략 30초 동안 수행)을 통해 제거되었다.The
이처럼, 기판(10)의 하면에 형성된 확산 방지 층(20)을 제거하는 작업을 수행함으로써 추 후 후면 전극 층(30) 상에 광 흡수 층(50)을 형성시키는 공정이 원활하게 수행될 수 있으며, 이로써 박막 태양전지의 품질을 향상시킬 수 있다.The process of forming the
한편, 이러한 기판(10) 하면에 형성된 확산 방지 층(20)을 제거하는 공정은, 후면 전극 층(30)의 형성 이후에 수행될 수 있을 뿐만 아니라, 기판(10)의 열처리 공정을 마치고 후면 전극 층(30)을 형성하기 이전에 수행되는 것도 가능하다.The process of removing the
즉, 상기 기판(10)의 하면에 형성된 확산 방지 층(20)의 제거 공정은, 후술할 광 흡수 층(50)의 형성을 위한 공정 이전에 수행되면 충분한 것이다.That is, the removal process of the
다음은, 도 8 및 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 태양전지를 이루는 광 흡수 층(50)을 형성하는 공정에 대해 설명하기로 한다.Next, with reference to FIGS. 8 and 9, a process of forming the
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 광 흡수 층(50)은, 예를 들어 CIGS계 화합물로 이루어지는 것으로서, 후면 전극 층(30) 상에 형성되어 태양광을 흡수하는 역할을 한다.8 and 9, the
상기 CIGS계 화합물은, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)을 포함하는 4월계 화합물인 Cu(In1 - xGax)Se2으로 이루어지는 태양광 흡수 층이다.The CIGS compound is a solar absorbing layer made of Cu (In 1 - x Ga x ) Se 2 which is a April system compound containing copper (Cu), indium (In), gallium (Ga) and selenium .
이러한 CIGS계 화합물로 이루어지는 광 흡수 층(50)은, 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)을 포함하는 CIG계 화합물로 이루어지는 CIG 전구체 층(40)을 후면 전극 층(30) 상에 증착시킨 후, 셀렌화 공정을 통해 셀레늄을 확산시킴으로써 형성될 수 있다.The
여기서, CIG 전구체 층(40)의 증착 공정은, Cu-Ga, In 싱글 타겟을 이용하여 이루어지며, 상온 및 Ar 분위기의 챔버 내에서 이루어진다. 증착된 CIG 전구체 층(40)은 대략 500℃의 온도에서 대략 1시간 동안 셀렌화 공정을 거치며, 이로써 셀레늄이 확산되어 CIGS계 화합물로 이루어진 광 흡수 층(50)이 형성된다.Here, the deposition process of the
이러한 공정에 따라 형성된 광 흡수 층(50)의 조성은, 예를 들어, Cu/(In+Ga)=1.0, Ga/(In+Ga)=0.3 과 같이 이상적인 조성을 갖도록 고정될 수 있다.The composition of the
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 태양전지의 제조방법에 따라 제조된 박막 태양전지에 있어서, 확산 방지 층(20)으로 인해 기판(10)으로부터 광 흡수 층(50)으로 확산된 Fe, Cr 불순물 양이 감소한 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 10, in a thin film solar cell fabricated according to the method of manufacturing a thin film solar cell according to an embodiment of the present invention, a
즉, 간단한 열처리 공정을 통해 형성된 스테인리스 스틸 기판 자체에 형성된 산화 막이 불순물 확산을 억제하는 확산 방지 막으로서 훌륭히 기능 할 수 있음이 확인된 것이며, 이러한 불순물 방지막 형성 기술은 스테인리스 스틸 기판을 사용한 저가의 플렉서블 CIGS 태양전지 제작에 유용하게 이용될 수 있을 것이다.That is, it has been confirmed that an oxide film formed on a stainless steel substrate itself formed through a simple heat treatment process can function well as a diffusion preventing film for suppressing diffusion of impurities. Such a technique for forming an impurity prevention film is a low-cost flexible CIGS It may be useful for making solar cells.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not to be limited to the details thereof and that various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. And various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims.
10: 기판 20: 확산 방지 층
30: 후면 전극 층 31: 접착 층
32: 전극 층 40: 전구체 층
50: 광 흡수 층10: substrate 20: diffusion prevention layer
30: rear electrode layer 31: adhesive layer
32: electrode layer 40: precursor layer
50: light absorbing layer
Claims (17)
(b) 상기 기판을 열처리 하여 상기 기판의 표면 상에 산화물을 함유하는 확산 방지 층을 형성하는 단계;
(c) 상기 확산 방지 층 상에 후면 전극을 형성하는 단계; 및
(d) 상기 후면 전극 상에 광 흡수 층을 형성하는 단계;
를 포함하는 박막 태양전지의 제조방법.(a) providing a substrate;
(b) heat treating the substrate to form a diffusion barrier layer containing an oxide on the surface of the substrate;
(c) forming a rear electrode on the diffusion barrier layer; And
(d) forming a light absorbing layer on the rear electrode;
Wherein the thin film solar cell comprises a plurality of thin film solar cells.
상기 (a)단계는,
스테인리스 스틸 재질의 기판을 마련하는 단계인 것을 특징으로 하는 박막 태양전지의 제조방법.The method according to claim 1,
The step (a)
And a step of providing a substrate made of stainless steel.
상기 기판의 하면 상에 형성된 확산 방지 층을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지의 제조방법.The method according to claim 1,
And removing the diffusion preventing layer formed on the bottom surface of the substrate.
상기 (b)단계는,
상기 기판을 600℃ 내지 900℃의 온도를 나타내는 가열로 내에서 열처리 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지의 제조방법.The method according to claim 1,
The step (b)
And heat treating the substrate in a furnace at a temperature ranging from 600 ° C to 900 ° C.
상기 (b)단계는,
FexOy로 이루어지는 확산 방지 층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 박막 태양전지의 제조방법.The method according to claim 1,
The step (b)
Fe x O y is formed on the surface of the thin film solar cell.
상기 (c)단계는,
(c1) 상기 확산 방지 층 상에 흡착 층을 형성하는 단계; 및
(c2) 상기 흡착 층 상에 전극 층을 형성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지의 제조방법.The method according to claim 1,
The step (c)
(c1) forming an adsorption layer on the diffusion barrier layer; And
(c2) forming an electrode layer on the adsorption layer;
Wherein the thin film solar cell comprises a plurality of thin film solar cells.
상기 (c)단계는,
Ar 분위기 하에서 증착을 수행함으로써 Mo으로 이루어지는 후면 전극 층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 박막 태양전지의 제조방법.The method according to claim 6,
The step (c)
And forming a rear electrode layer made of Mo by performing deposition in an Ar atmosphere.
상기 (c1)단계는 상기 (c2)단계보다 더 높은 Ar 분압 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지의 제조방법.8. The method of claim 7,
Wherein the step (c1) is performed under a higher Ar partial pressure than the step (c2).
상기 (d)단계는,
(d1) 상기 후면 전극 층 상에 CIG 전구체 층을 증착하는 단계; 및
(d2) 셀렌화 공정을 통해 상기 CIG 전구체 층에 셀렌을 확산시켜 CIGS계 광 흡수 층을 형성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지의 제조방법.The method according to claim 1,
The step (d)
(d1) depositing a CIG precursor layer on the rear electrode layer; And
(d2) forming a CIGS-based light absorbing layer by diffusing selenium into the CIG precursor layer through a selenization process;
Wherein the thin film solar cell comprises a plurality of thin film solar cells.
FexOy 성분으로 이루어지는 것으로서, 상기 기판 표면에 형성되는 확산 방지 층;
상기 확산 방지 층 상에 형성되는 후면 전극 층; 및
상기 후면 전극 층 상에 형성되는 광 흡수 층;
을 포함하는 박막 태양전지.Board;
A diffusion prevention layer formed on the surface of the substrate, the diffusion prevention layer comprising Fe x O y component;
A rear electrode layer formed on the diffusion preventing layer; And
A light absorbing layer formed on the rear electrode layer;
And a thin film solar cell.
상기 기판은,
스테인리스 스틸 재질인 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.11. The method of claim 10,
Wherein:
Wherein the thin film solar cell is made of stainless steel.
상기 확산 방지 층은,
상기 기판의 열처리에 의해 기판 표면에 형성된 산화 막인 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.11. The method of claim 10,
The diffusion preventing layer
Wherein the thin film solar cell is an oxide film formed on the surface of the substrate by heat treatment of the substrate.
상기 후면 전극 층은,
상기 확산 방지 층 상에 형성되는 흡착 층; 및
상기 흡착 층 상에 형성되는 전극 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.11. The method of claim 10,
Wherein the rear electrode layer comprises:
An adsorption layer formed on the diffusion preventing layer; And
And an electrode layer formed on the adsorption layer.
상기 전극 층은,
상기 흡착 층보다 더 높은 전기 전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.14. The method of claim 13,
Wherein:
Wherein the thin film solar cell has a higher electrical conductivity than the adsorption layer.
상기 전극 층은,
상기 흡착 층보다 더 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.14. The method of claim 13,
Wherein:
Wherein the thin film solar cell is formed thicker than the adsorption layer.
상기 후면 전극 층은,
Mo 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.The method of claim 10, wherein
Wherein the rear electrode layer comprises:
Mo thin film solar cell.
상기 광 흡수 층은,
CIGS계 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.11. The method of claim 10,
The light absorbing layer
CIGS-based compound.
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|---|---|---|---|
| KR20130132198A KR101501742B1 (en) | 2013-11-01 | 2013-11-01 | Method for fabricating a thin film solar cell with diffusion barrier and Thin film solar cell produced by the same |
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- 2013-11-01 KR KR20130132198A patent/KR101501742B1/en active IP Right Grant
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