KR101510542B1 - 평탄화 특성 및 절연특성이 우수한 태양전지용 기판 및 그 제조방법 - Google Patents
평탄화 특성 및 절연특성이 우수한 태양전지용 기판 및 그 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101510542B1 KR101510542B1 KR20130124915A KR20130124915A KR101510542B1 KR 101510542 B1 KR101510542 B1 KR 101510542B1 KR 20130124915 A KR20130124915 A KR 20130124915A KR 20130124915 A KR20130124915 A KR 20130124915A KR 101510542 B1 KR101510542 B1 KR 101510542B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- solar cell
- base material
- glass layer
- oxide layer
- layer
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 35
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 23
- 238000009413 insulation Methods 0.000 title abstract description 14
- 238000005498 polishing Methods 0.000 title 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 50
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 50
- 239000006060 molten glass Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 22
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 11
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 7
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 5
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910017060 Fe Cr Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910002544 Fe-Cr Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910002549 Fe–Cu Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 3
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 claims description 3
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 3
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 3
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 3
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 3
- 238000005422 blasting Methods 0.000 claims description 2
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000007764 slot die coating Methods 0.000 claims 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 6
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 3
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- 230000007261 regionalization Effects 0.000 description 3
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical group [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 2
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000134253 Lanka Species 0.000 description 1
- 229910052778 Plutonium Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005354 aluminosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000007496 glass forming Methods 0.000 description 1
- 238000007646 gravure printing Methods 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000012702 metal oxide precursor Substances 0.000 description 1
- 238000007645 offset printing Methods 0.000 description 1
- 239000005365 phosphate glass Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N plutonium atom Chemical compound [Pu] OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004393 prognosis Methods 0.000 description 1
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 1
- HUAUNKAZQWMVFY-UHFFFAOYSA-M sodium;oxocalcium;hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+].[Ca]=O HUAUNKAZQWMVFY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- DNYWZCXLKNTFFI-UHFFFAOYSA-N uranium Chemical compound [U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U] DNYWZCXLKNTFFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
본 발명의 일측면은 모재의 일면에 요철구조를 갖는 산화물층을 형성시킴으로써, 도포되는 용융유리가 요철 구조 내로 흡수됨에 따라 절연특성을 보다 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 유리층의 표면이 평탄하여 보다 우수한 품질의 태양전지용 기판을 제공할 수 있다. 또한, 연속생산이 가능하여 대량생산에 적합하고, 불량이 적으며, 품질이 우수한 태양전지용 기판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 평탄화 특성 및 절연특성이 우수한 태양전지용 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
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.
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.
화석연료에 대체하기 위하여 사용되는 가장 대표적인 에너지원으로서는, 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.
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.
그 밖의 대체 에너지로서 많이 사용되고 있는 에너지원으로서는 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.
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.
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.
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.
이러한 실리콘계 태양전지의 단점을 해결하기 위하여, 2세대 태양전지로 불리우는 소위 박막형 태양전지가 제안되게 되었다. 박막형 태양저지는 상술한 과정으로 태양전지를 제조하는 것이 아니라, 기판 위에 순차적으로 필요한 박막층을 적층하는 형태로 제조하기 때문에, 그 과정이 단순하며, 두께가 얇아 재료비용이 저렴하다는 장점을 가진다.
그러나, 많은 경우 아직까지는 상기 실리콘계 태양전지와 비교할 때 에너지 전환효율이 높지 않아 상용화에 많은 걸림돌이 되고 있으나, 일부 높은 에너지 전화효율을 가진 태양전지가 개발되어 상용화 추진 중에 있다.
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.
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.
CIGS(게르마늄이 포함된 경우) 태양전지는 최하층에 하부기판이 존재하며, 상기 하부기판 위에 전극으로 사용되는 하부전극이 형성된다. 상기 하부기판과 하부전극을 포함하여 통상 태양전지 기판으로 칭한다. 상기 하부전극 위에는 p형 반도체로서 광흡수층(CIGS)과 n형 반도체로서 버퍼층(예를 들면 CdS), 투명창, 상부 전극이 순차적으로 형성된다.
한편, 상기 하부기판으로는 유리가 많이 사용되었다. 상기 유리내에는 Na이 포함되어 있고, 이러한 Na은 CIGS 층으로 확산되어 태양전지의 개방전압과 충실도를 높이는 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 상기 적절한 양의 Na은 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있으나, 과도한 확산의 경우에는 오히려 태양전지의 효율을 저하시키는 문제가 있다.
최근에, 고가이고 대량 생산이 적지 않으며, 정형화된 형태로만 사용될 수 있는 유리 기판 대신에 금속재질의 기판을 사용하고자 하는 시도가 다수 이루어졌다. 금속재질의 모재를 이용한 태양전지용 기판은 유리에 비해서는 저렴하며, 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 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. 상기 금속재질의 모재로는 스테인레스강, 알루미늄 호일, 폴리이미드 필름와 같은 금속판이나 플라스틱 계열의 기판이 많이 사용된다. 이러한, 금속재질의 모재의 경우에는 표면 조도가 높고, 금속재질의 모재 제조시 발생되는 스파이크(spike), 덴트(dent) 등과 같은 결함으로 인하여 태양전지의 효율을 떨어뜨리는 문제를 일으키고 있다.
따라서, 금속재질의 모재의 결함을 보완하기 위해서, 종래에는 졸겔(sol-gel)용액을 금속재질의 모재에 코팅 후 건조 및 경화하는 기술을 채용하였으나, 용액 중에 포함된 용제가 증발되면서 발생되는 핀홀(pin-hole) 및 크랙(crack) 등과 같은 2차 결함이 발생하는 새로운 문제가 발생하게 되었다.
본 발명의 일측면은 모재의 일면에 요철구조를 갖는 산화물층을 형성시킴으로써, 도포되는 용융유리가 요철 구조 내로 흡수됨에 따라 절연특성을 보다 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 유리층의 표면이 평탄하여 보다 우수한 품질의 태양전지용 기판을 제공할 수 있다. 또한, 연속생산이 가능하여 대량생산에 적합하고, 불량이 적으며, 품질이 우수한 태양전지용 기판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일측면인 평탄화 특성 및 절연특성이 우수한 태양전지용 기판은 태양전지의 하부기판으로 금속재질의 모재, 상기 모재의 일면에 형성된 산화물층 및 상기 패터닝 층의 일면에 형성된 유리층을 포함하고, 상기 산화물층은 요철구조를 가지며, 상기 유리층은 패턴을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일측면인 평탄화 특성 및 절연특성이 우수한 태양전지용 기판의 제조방법은 태양전지의 하부기판으로 금속재질의 모재를 준비하는 단계, 상기 모재에 산화물층을 형성하는 단계, 상기 산화물층에 용융상태의 유리를 도포하여 유리층을 형성하는 단계 및 상기 유리층에 패턴을 전사하는 단계를 포함하며, 상기 산화물층은 요철구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측면은 절연특성이 우수하여 제품 득률이 높고, 우수한 품질의 기판을 확보하는 것이 가능하고, 더불어, 연속생산이 가능하여 생산성이 우수한 태양전지용 기판을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명을 실시하기 위한 일 실시형태를 나타낸 공정 흐름도이다.
본 발명의 발명자들은 종래의 유리기판과 같이 Na에 의해 발생되는 효과도 유지할 수 있으며, 금속재질의 모재를 이용할 때 발생하는 2차 결함도 발생하지 않고, 연속생산이 가능한 하부기판을 생산하기 위하여 깊이 연구하던 중, 금속재질의 모재에 유리층을 형성시킴으로써, 종래의 문제점을 해결함과 동시에 연속생산으로 인하여 생산성을 향상시킬 수 있음을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.
먼저, 금속재질의 모재는 태양전지의 가공성 및 작업성을 부여하기 위한 것으로 금속재질이라면 그 종류는 특별히 한정하지는 않으나, 그 중에서도 가공이 용이한 강 재질인 것이 바람직하다. 상기 강 재질이 스테인리스강, 탄소강, Fe-Ni계 합금, Fe-Cr계 합금, Fe-Cu계 합금, 알루미늄계 금속, 티타늄계 금속, 폴리이미드 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종인 것이 보다 바람직하다.
상기 모재의 일면에 산화물층을 형성하는 것이 바람직한데, 상기 산화물층은 요철구조인 것이 바람직하다. 상기 산화물층을 가짐으로써, 후속으로 도포되는 용융유리를 흡수하여 태양전지용 기판의 절연특성을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 상기와 같은 요철구조를 가짐으로써, 태양전지용 기판에 버퍼링 기능이 부가되어, 후속으로 도포되는 용융유리의 평탄화를 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 산화물층은 절연특성을 가지는 소재이면 그 종류는 특별히 한정하지 않는다. 보다 바람직하게는 금속 산화물인 것이 바람직하다. 상기 금속 산화물의 비 제한적인 일례로는 무기 아연산화물(ZnO), 지르코니아(ZrO2), 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 티타니아(TiO2) 등이 있다.
또한, 상기 산화물층은 5~10㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 산화물층의 두께가 5㎛ 미만인 경우에는 모재의 불규칙한 돌출 부분(peak)을 덮지 못하여 절연층 형성이 완전하지 못한 문제가 있다. 반면에, 7㎛를 초과하는 경우에는 과다한 절연층 형성에 따른 제조원가 상승 및 기판의 유연성 저하 등의 문제가 있다.
상기 요철구조는 홀, 노치, 사각, 삼각형 등의 다양한 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 요철구조는 2~10㎛의 깊이를 갖는 것이 바람직하다. 상기 요철구조의 깊이가 2㎛ 미만인 경우에는 본 발명에서 확보하고자 하는 수준의 평탄화를 확보하지 못하며, 10㎛를 초과하는 경우에는 과도한 표면 평탄화 기능 부여로 인해 제조원가가 상승되는 문제가 있다.
상기 산화물층의 일면에 유리층이 형성될 수 있다. 상기 유리층은 모재의 제조과정에서 발생되는 스파이크(spike), 덴트(dent) 등과 같은 결함을 보완해 준다. 또한, 유리내의 Na을 이용할 수 있게 됨으로써, 태양전지의 개방전압과 충실도를 높이는 역할을 한다.
상기 유리층은 모재의 결함을 커버할 수 있을 만한 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 유리층의 두께는 0.5~5㎛인 것이 바람직하다. 상기 유리층의 두께가 0.5㎛미만인 경우에는 모재의 결함을 충분히 커버할 수 없는 문제가 있으며, 5㎛를 초과하는 경우에는 과도한 두께로 인한 제조원가가 상승하는 문제가 있다.
또한, 상기 유리층의 표면 조도(Rz)는 10~100㎚인 것이 바람직하다. 상기 유리층의 표면조도가 10㎚미만인 경우에는 과도한 표면 평탄화 기능 부여로 인해 제조원가가 상승된다. 반면에, 100㎚을 초과하는 경우에는 태양전지의 단락이 발생되는 문제가 있다.
또한, 상기 유리층에는 나노임프린트롤에 의하여 패턴이 전사되는 것이 바람직하다. 상기 유리층에 패턴을 전사시켜 일정한 홈을 형성시킴으로써, 태양광을 태양전지 안에 오래 머물게 하여 태양전지의 효율을 향상시키는 효과가 있다.
따라서, 본 발명의 일측면인 평탄화 특성 및 절연특성이 우수한 태양전지용 기판은 태양전지의 하부기판으로 금속재질의 모재, 상기 모재의 일면에 형성된 산화물층 및 상기 패터닝 층의 일면에 형성된 유리층을 포함하고, 상기 산화물층은 요철구조를 가지며, 상기 유리층은 패턴을 가짐으로써, 평탄화 특성 및 절연특성이 우수하고, 연속생산이 가능한 태양전지용 기판을 제공하는 것이 가능하다.
본 발명의 다른 일측면인 절연특성이 우수한 태양전지용 기판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
일단, 하부기판으로 사용할 수 있는 금속재질의 모재를 준비한다. 모재는 태양전지의 가공성 및 작업성을 부여하기 위한 것으로 금속재질이라면 그 종류는 특별히 한정하지는 않으나, 그 중에서도 가공이 용이한 강 재질인 것이 바람직하다. 상기 강 재질이 스테인리스강, 탄소강, Fe-Ni계 합금, Fe-Cr계 합금, Fe-Cu계 합금, 알루미늄계 금속, 티타늄계 금속, 폴리이미드 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종인 것이 보다 바람직하다.
상기 모재의 일면에 산화물층을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 산화물층은 스퍼터링(sputtering), 펄스 레이저 증착(PLD) 등의 진공 공정 및 금속 산화물의 전구체를 활용한 스핀 코팅, 잉크젯 프린팅, 오프셋 프린팅, 그라비아 프린팅 등의 비진공 공정 방법으로 형성시키는 것이 바람직하다. 상기 산화물층의 표면에 숏-블라스팅(shot-blasting), 압연롤 전사, 포토-레지스터, 스퍼터링 등의 방법 중 1종 이상의 방법을 이용하여 요철구조를 형성한다.
상기 요철구조는 홀, 노치, 사각, 삼각형 등 다양한 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 산화물층이 요철구조를 가짐으로써, 후속으로 도포되는 용융유리를 흡수하여 태양전지용 기판의 절연특성을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 상기와 같은 요철구조를 가짐으로써, 태양전지용 기판에 버퍼링 기능이 부가되어, 후속으로 도포되는 용융유리의 평탄화를 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
다음으로, 상기 산화물층과 상기 유리층의 접착성을 향상시키기 위하여 상기 모재에 열을 공급한 후, 유리층을 형성하는 단계를 후속할 수 있다. 본 발명의 유리층을 형성하는 유리의 종류는 특별히 한정하지는 않으나, 소다석회 규산염 유리, 붕규산염유리, 인산염우리, 알루미노실리케이트 유리 등을 들 수 있다.
상기 유리층 형성시 유리는 롤에 의한 패턴 형성이 용이하게 이루어질 수 있도록 용융상태로 도포되는 것이 바람직하며, 용융된 유리를 코팅하는 방법에 있어서는 특별히 한정하지 않는다. 다만, 본 발명에서는 용융 상태의 유리를 슬롯다이(slot die) 등과 같은 방법에 의하여 코팅하는 것이 보다 바람직하다. 상기와 같은 방법에 의해 코팅을 행할 경우 코팅영역의 종단 부분에서의 슬릿 노즐의 감속 없이 1회의 코팅 작업을 완료가 가능하여 생산성이 향상될 뿐만 아니라, 코팅 두께의 관리가 용이하다.
또한, 용융된 유리가 모재에 접촉하면서 일부 냉각이 되므로, 후속하는 공정의 효과를 상승시키기 위하여 열 공급부에 의하여 열을 다시 공급해 주는 것이 바람직하다. 예를 들면, 인덕션 히터(induction heater) 등과 같은 열 공급기에 의하여 열을 공급해 주는 것이 바람직하다.
상기와 같은 공정을 통해 형성된 용융 상태의 유리층에 전폭으로 홈이 하나 이상 형성되도록 미리 준비된 나노임프린트롤을 가압한다. 상기 가압 공정에서는 패턴 형성이 완료된 용융상태의 유리층은 자연적으로 경화되는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 나노임프린트롤에 의하여 유리층에 홈을 패턴을 전사시키는 공정을 나노임프린팅이라 한다. 또한, 나노임프린팅이란 음각 또는 양각의 패턴을 갖는 스탬프를 제조한 뒤, 이 스탬프를 졸 또는 겔 상에 가압 및 열처리함으로써 상기 졸 또는 겔 상이 양각 또는 음각의 패턴을 갖도록 하는 기술이다.
또한, 상기 유리층에 나노임프린팅할 때, 나노임프린트롤의 속도는 1~50mpm인 것이 바람직하다. 나노임프린트롤의 속도가 1mpm미만인 경우, 유리층이 나노임프린트 롤에 밀착되어 탈착시키기 어려운 문제가 있으며, 50mpm을 초과하는 경우에는 유리층이 냉각되는 시간이 짧아 패턴 형성이 어렵다.
또한, 본원발명은 생산성을 향상시키기 위해여 롤-투-롤(roll-to-roll)법에 의한 연속 공정에 적용하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 다른 일측면인 절연특성이 우수한 태양전지용 기판의 제조방법은 태양전지의 하부기판으로 금속질의 모재를 준비하는 단계, 상기 모재에 유리층을 형성하는 단계 및 상기 유리층에 패턴을 전사하는 단계를 포함하여 절연특성이 우수하고, 연속생산이 가능한 태양전지용 기판을 제조하는 것이 가능하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
발명예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3은 하기 표 1의 조건을 만족하는 태양전지용 기판을 도 1에 나타난 바와 같은 공정 흐름도에 의하여 제조하였다. 먼저, 하기 표 1을 만족하는 모재(100)를 준비한 후, 상기 준비된 모재(100)에 산화물 층(200)을 형성시켰으며, 상기 산화물 층(200)의 표면에 요철을 형성하였다. 그 후, 인덕션 히터(300)를 이용하여 열을 공급하였다. 상기와 같이 열을 공급받은 모재에 용융상태의 유리를 도포시킨 후, 다시 인덕션 히터(300)를 이용하여 열을 공급하여 용융상태의 유리층(400)을 형성시켰다. 상기 용융상태의 유리층에 나노임프린트롤(500)을 이용하여 유리층에 홈을 패턴을 전사시켜 태양전지용 기판(600)을 제조하였다.
또한, 상기 제조된 태양전지용 기판(600)을 0~200V까지 가하면서 전류 측정 및 절연 파괴 전압(Breakdown voltage)를 측정하여 0.5MV/sq 이상일 경우 양호한 것으로 판단하고, 0.5MV/sq 미만인 경우 불량으로 판단하여 하기 표 1에 함께 나타내었다.
| 구분 |
모재 | 산화물층 | 유리층 | 나노임프린트 | 절연특성 | |||||||
| 종류 | 코팅방법 | 두께(㎛) | 요철구조 | 요철 깊이 (㎛) |
요철형성방법 | 두께 (㎛) |
표면조도 (㎚) |
홈 깊이 (㎛) |
홈 폭 (㎛) |
속도 (mpm) |
||
| 발명예1 | STS430 | 슬롯다이 (slot die) |
2 | 홀 | 3 | 스퍼터링 | 3 | 10 | 1 | 1 | 10 | 양호 |
| 발명예2 | Ti계금속 | 슬롯다이 (slot die) |
5 | 삼각형 | 5 | 펄스레이저증착 | 5 | 5 | 2 | 2 | 20 | 양호 |
| 발명예3 | Fe-Ni계합금 | 슬롯다이 (slot die) |
6 | 노치 | 2 | 스퍼터링 | 5 | 3 | 1 | 2 | 30 | 양호 |
| 비교예1 | STS430 | 롤 코터 (Roll coater) |
2 | 노치 | 2 | 스퍼터링 | 10 | 300 | 5 | 3 | 10 | 불량 |
| 비교예2 | Ti계 금속 | 롤 코터 (Roll coater) |
5 | 삼각형 | 5 | 펄스레이저증착 | 30 | 500 | 10 | 5 | 20 | 불량 |
| 비교예3 | Fe-Ni계합금 | 롤 코터 (Roll coater) |
6 | 홀 | 3 | 스퍼터링 | 20 | 300 | 10 | 10 | 30 | 불량 |
본 발명에서 제안한 범위를 모두 만족하는 발명예 1 내지 3의 경우 절연특성이 양호한 것을 확인할 수 있다.
반면에, 본 발명이 제안한 범위를 모두 만족시키지 않는 비교예 1 내지 3의 경우 절연특성이 불량한 것을 확인할 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 모재
200: 산화물층
300: 열공급부
400: 유리층
500: 나노임프린트롤
600: 태양전지용 기판
200: 산화물층
300: 열공급부
400: 유리층
500: 나노임프린트롤
600: 태양전지용 기판
Claims (16)
- 태양전지의 하부기판으로 금속재질의 모재;
상기 모재의 일면에 형성된 산화물층; 및
상기 산화물층의 일면에 형성된 유리층을 포함하고, 상기 산화물층은 요철구조를 가지며, 상기 유리층은 패턴을 가지는 태양전지용 기판.
- 제 1항에 있어서,
상기 모재는 스테인리스강, 탄소강, Fe-Ni계 합금, Fe-Cr계 합금, Fe-Cu계 합금, 알루미늄계 금속, 티타늄계 금속, 폴리이미드 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종인 태양전지용 기판.
- 제 1항에 있어서,
상기 산화물층은 비금속산화물 또는 금속 산화물 중 1종으로 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판.
- 제 1항에 있어서,
상기 산화물층의 두께는 5~10㎛인 태양전지용 기판.
- 제 1항에 있어서,
상기 요철구조는 홀, 노치, 사각형, 삼각형 중 1종의 형상인 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판.
- 제 1항에 있어서,
상기 요철구조는 2~10㎛의 깊이를 갖는 태양전지용 기판.
- 제 1항에 있어서,
상기 유리층의 두께는 0.5~5㎛인 태양전지용 기판.
- 제 1항에 있어서,
상기 유리층의 표면조도는 10~100㎚인 태양전지용 기판.
- 제 1항에 있어서,
상기 유리층은 나노임프린트롤에 의하여 패턴이 전사되는 태양전지용 기판.
- 태양전지의 하부기판으로 금속재질의 모재를 준비하는 단계;
상기 모재에 산화물층을 형성하는 단계;
상기 산화물층에 용융상태의 유리를 도포하여 유리층을 형성하는 단계; 및
상기 유리층에 패턴을 전사하는 단계를 포함하며, 상기 산화물층은 요철구조를 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판의 제조방법.
- 제 10항에 있어서,
상기 모재에 슬롯다이(slot die)코팅으로 상기 유리층을 형성하는 단계를 행하는 태양전지용 기판의 제조방법.
- 제 10항에 있어서,
상기 요철구조는 숏-블라스팅(shot-blasting), 압연롤 전사, 포토-레지스터, 스퍼터 중 1종 이상의 방법에 의하여 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판의 제조방법.
- 제 10항에 있어서,
상기 패턴을 전사하는 단계에서 상기 유리층이 경화되도록 열 또는 자외선을 가하는 태양전지용 기판의 제조방법.
- 제 10항에 있어서,
상기 유리층에 패턴이 전사되는 속도는 1~50mpm인 태양전지용 기판의 제조방법.
- 제 10항에 있어서,
상기 패턴은 나노임프린트롤에 의하여 패턴이 전사되는 태양전지용 기판의 제조방법.
- 제 10항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 롤-투-롤(Roll-to-Roll)법에 의하여 이동하면서 각 단계의 공정을 행하는 태양전지용 기판의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20130124915A KR101510542B1 (ko) | 2013-10-18 | 2013-10-18 | 평탄화 특성 및 절연특성이 우수한 태양전지용 기판 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20130124915A KR101510542B1 (ko) | 2013-10-18 | 2013-10-18 | 평탄화 특성 및 절연특성이 우수한 태양전지용 기판 및 그 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101510542B1 true KR101510542B1 (ko) | 2015-04-08 |
Family
ID=53034000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR20130124915A KR101510542B1 (ko) | 2013-10-18 | 2013-10-18 | 평탄화 특성 및 절연특성이 우수한 태양전지용 기판 및 그 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101510542B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190104257A (ko) | 2017-10-24 | 2019-09-09 | 미아솔 이큅먼트 인티그레이션 (푸젠) 컴퍼니 리미티드 | 플랙시블 태양 전지 모듈의 평탄도 측정 방법 및 장치 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060115990A (ko) * | 2003-08-12 | 2006-11-13 | 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비 | 신규한 금속 스트립 제품 |
| US20120006395A1 (en) | 2010-07-08 | 2012-01-12 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Coated stainless steel substrate |
| US20120060559A1 (en) | 2010-09-14 | 2012-03-15 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Process for coating glass onto a flexible stainless steel substrate |
| KR20120036115A (ko) * | 2010-10-07 | 2012-04-17 | 엘지디스플레이 주식회사 | 플렉서블 태양전지 및 이의 제조방법 |
-
2013
- 2013-10-18 KR KR20130124915A patent/KR101510542B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060115990A (ko) * | 2003-08-12 | 2006-11-13 | 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비 | 신규한 금속 스트립 제품 |
| US20120006395A1 (en) | 2010-07-08 | 2012-01-12 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Coated stainless steel substrate |
| US20120060559A1 (en) | 2010-09-14 | 2012-03-15 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Process for coating glass onto a flexible stainless steel substrate |
| KR20120036115A (ko) * | 2010-10-07 | 2012-04-17 | 엘지디스플레이 주식회사 | 플렉서블 태양전지 및 이의 제조방법 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190104257A (ko) | 2017-10-24 | 2019-09-09 | 미아솔 이큅먼트 인티그레이션 (푸젠) 컴퍼니 리미티드 | 플랙시블 태양 전지 모듈의 평탄도 측정 방법 및 장치 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Vermang et al. | Improved Rear Surface Passivation of Cu (In, Ga) Se $ _ {\bf 2} $ Solar Cells: A Combination of an Al $ _ {\bf 2} $ O $ _ {\bf 3} $ Rear Surface Passivation Layer and Nanosized Local Rear Point Contacts | |
| Sheng et al. | Design and non‐lithographic fabrication of light trapping structures for thin film silicon solar cells | |
| CN102024870B (zh) | 半导体薄膜太阳能电池的制造系统和方法 | |
| CN104157787A (zh) | 一种平面-介孔混合钙钛矿太阳能电池结构及制作方法 | |
| JP5421890B2 (ja) | 光電変換素子の製造方法 | |
| CN101872793A (zh) | 叠层太阳能电池及其制造方法 | |
| JP2011176287A (ja) | 光電変換素子、薄膜太陽電池および光電変換素子の製造方法 | |
| US20140124030A1 (en) | Thin film solar cell and method for manufacturing same | |
| CN206293472U (zh) | 一种单节钙钛矿太阳能电池及其钙钛矿太阳能电池模块 | |
| KR101510542B1 (ko) | 평탄화 특성 및 절연특성이 우수한 태양전지용 기판 및 그 제조방법 | |
| CN102832275A (zh) | 一种薄膜太阳能电池及其制作方法 | |
| EP2693496B1 (en) | Method for manufacturing cigs thin-film solar cells using substrates not containing sodium | |
| KR101734362B1 (ko) | Ａｃｉｇｓ 박막의 저온 형성방법과 이를 이용한 태양전지의 제조방법 | |
| TWI431787B (zh) | 印製識別碼於太陽能電池基板的方法及其應用 | |
| KR101439600B1 (ko) | 절연특성이 우수한 태양전지용 기판의 제조방법 | |
| KR101439601B1 (ko) | 절연특성이 우수한 태양전지용 기판의 제조방법 | |
| TW201327862A (zh) | 導電基板及其製造方法，以及太陽能電池 | |
| CN101937943A (zh) | 镓铟原子比梯度分布的薄膜太阳能电池吸收层的制备方法 | |
| KR20150045326A (ko) | 평탄화 특성 및 절연특성이 우수한 태양전지용 기판 및 그 제조방법 | |
| KR20100022859A (ko) | 직접 ＺｎＯ 패터닝을 통한 고효율 태양전지 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 태양전지 | |
| TWI485868B (zh) | 薄膜太陽能電池及其製造方法 | |
| KR20150047661A (ko) | 양극산화 템플릿을 이용한 3차원 구조의 광흡수층을 가지는 태양전지 제조 방법 | |
| KR101428419B1 (ko) | 절연특성이 우수한 태양전지용 기판 및 그 제조방법 | |
| KR101306390B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| CN102024858A (zh) | 油墨、薄膜太阳能电池及其制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190402 Year of fee payment: 5 |