KR101541856B1 - 태양전지용 투명 기판을 적용한 ｃｉｇｓ 태양전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지용 투명 기판을 적용한 CIGS 태양전지의 제조방법에 관한 것으로, 기판상에 광투과 향상을 위한 AR층을 1차로 형성하는 단계; 상기 AR층상에 TCO층을 형성하는 단계; 진공 상태에서 상기 TCO층상에 아연기[Zn-base(ZnX, X=O, S)]의 Cd-free 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 Cd-free 버퍼층상에 CIG(Cu-In-Ga) 타겟을 이용하여 스퍼터링법으로 CIG층을 형성하고, 상기 CIG층의 상부에 마그네틱 스퍼터링법으로, 셀레늄(Se) 건식 증착소스를 이용하여 셀레늄(Se)층을 형성하여 CIGS(Cu-In-Ga-Se) 광흡수층을 형성하는 단계; 상기 CIGS 광흡수층상에 몰리브덴(Mo) 전극층을 형성하는 단계; 상기 CIGS층을 형성한 상기 기판의 반대면에 상기 AR층을 2차로 형성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 태양전지용 투명 기판을 적용한 CIGS 태양전지의 제조방법에 관한 것으로, 특히 종래의 증착공정의 순서를 역으로 하여 CIGS 광흡수층의 부착력을 향상시키고, cd-free 버퍼층의 형성에 의해 CIGS 광흡수층의 플라즈마 영향이 최소화되는 태양전지용 투명 기판을 적용한 CIGS 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
최근 친환경적인 전기발생장치를 개발하기 위한 대체 에너지중, 태양광을 이용한 기술이 다양하게 개발되고 있으며, 이를 위해 태양전지의 생산성을 향상시킬 수 있는 기술이 요구되고 있다.
종래의 태양전지는 실리콘 결정에 의해 제조되었는데, 실리콘 웨이퍼 원자재 부족과 원가 상승 및 낮은 효율 때문에 태양전지의 공급이 원활하지 못한 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 박막형 태양전지의 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 이중 박막형 태양전지(이하, CIGS)는 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄의 4가지 원소가 합쳐져서 구성되는 화합물 박막이 형성된 태양전지이다.
일반적으로, CIGS는 유리기판 위에 몰리브덴층을 구성하고, 그 위에 CIGS 광흡수층을 형성하게 되는데, 이러한 CIGS는 태양광 흡수율이 뛰어난 것으로 알려져 있다.
이러한 CIGS 광흡수층을 형성하는 방법으로는 진공증착법과 스퍼터링법이 있다. 앞에서도 설명한 바와 같이, CIGS 형성에 있어서 가장 중요한 공정은 CIGS 흡수막을 형성하는 공정이며, 효율이 좋은 결과는 3단계 공정을 이용하는 진공증착법에 의한 방법이다.
그러나, 종래의 CIGS 공정 및 제조 방법에서 기판과의 부착력 제어 및 CIGS의 셀렌화시 안전성의 문제점이 발생하였다.
광흡수막을 형성하는 공정에서 스퍼터링을 이용하여 광흡수막을 형성함으로써, 대량생산이 용이하도록 한 스퍼터링을 이용한 씨아이지에스 박막 태양전지의 제조방법이 개발되어 한국등록특허 10-1261509호로 등록된 바 있다.
또한, CIGS 태양전지의 층, 셀 및 모듈 형성을 진공상태의 인라인 공정으로 수행하는 기술이 개발되어 한국등록특허 10-1234056호로 등록된 바 있다.
그러나, 상기 발명들로는 건식버퍼 형성에 의한 CIGS 태양광 흡수층의 플라즈마 충격과 그로 인한 특성의 변형이 발생하는 문제점을 해소할 수 없었으며, 상기 문제점을 해소할 수 있는 방법으로 상부의 구조부터 기판에 형성하는 CIGS 태양전지의 제조방법을 개발하게 되었다.
본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 종래의 증착공정의 순서를 역으로 하여 CIGS 광흡수층의 부착력을 향상시키고, cd-free 버퍼층의 형성에 의해 CIGS 광흡수층의 플라즈마 영향이 최소화되는 태양전지용 투명 기판을 적용한 CIGS 태양전지의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양전지용 투명 기판을 적용한 CIGS 태양전지의 제조방법은 기판상에 광투과 향상을 위한 AR층을 1차로 형성하는 단계; 상기 AR층상에 TCO층을 형성하는 단계; 진공 상태에서 상기 TCO층상에 아연기[Zn-base(ZnX, X=O, S)]의 Cd-free 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 Cd-free 버퍼층상에 CIG(Cu-In-Ga) 타겟을 이용하여 스퍼터링법으로 CIG층을 형성하고, 상기 CIG층의 상부에 마그네틱 스퍼터링법으로, 셀레늄(Se) 건식 증착소스를 이용하여 셀레늄 (Se)층을 형성하여 CIGS(Cu-In-Ga-Se) 광흡수층을 형성하는 단계; 상기 CIGS 광흡수층상에 몰리브덴(Mo) 전극층을 형성하는 단계; 상기 CIGS층을 형성한 상기 기판의 반대면에 상기 AR층을 2차로 형성하는 단계를 포함한다.
상기 기판으로는 유리 기판 또는 투명 유연기판이 사용되고, 상기 Cd-free 버퍼층은 스퍼터링 증착방법에 의해 성막된다.
상기한 바와 같이 구성되는 본 발명은 종래의 증착공정의 순서를 역으로 하여 CIGS 광흡수층의 부착력을 향상시키고, cd-free 버퍼층의 형성에 의해 CIGS 광흡수층의 플라즈마 영향이 최소화되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 광 이용 향상과 열차단층 적용을 위한 광학 설계층의 적용도 용이한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지용 투명 기판을 적용한 CIGS 태양전지의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 태양전지용 투명 기판을 적용한 CIGS 태양전지의 제조방법의 공정 순서를 도시한 순서도.
도 2는 본 발명의 태양전지용 투명 기판을 적용한 CIGS 태양전지의 제조방법의 공정 순서를 도시한 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지용 투명 기판을 적용한 CIGS 태양전지의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 태양전지용 투명 기판을 적용한 CIGS 태양전지의 제조방법의 공정 순서를 도시한 순서도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 태양전지용 투명 기판을 적용한 CIGS 태양전지의 제조방법은 기판(10)상에 광투과 향상을 위한 AR층(20)을 1차로 형성하는 단계(S10); 상기 AR층(20)상에 TCO층(30)을 형성하는 단계(S20); 진공 상태에서 상기 TCO층(30)상에 아연기[Zn-base(ZnX, X=O, S)]의 Cd-free 버퍼층(40)을 형성하는 단계(S30); 상기 Cd-free 버퍼층(40)상에 CIG(Cu-In-Ga) 타겟을 이용하여 스퍼터링법으로 CIG층을 형성하고, 상기 CIG층의 상부에 마그네틱 스퍼터링법으로, 셀레늄(Se) 건식 증착소스를 이용하여 셀레늄(Se)층을 형성하여 CIGS(Cu-In-Ga-Se) 광흡수층(50)을 형성하는 단계(S40); 상기 CIGS 광흡수층(50)상에 몰리브덴(Mo) 전극층(60)을 형성하는 단계 (S50); 상기 CIGS 광흡수층(50)을 형성한 상기 기판(10)의 반대면에 상기 AR층(20)을 2차로 형성하는 단계(S60)를 포함한다.
부연 설명하자면 다음과 같다.
상기 기판(10)으로는 유리 기판 또는 투명 유연기판이 사용되고, 상기 Cd-free 버퍼층(40)은 스퍼터링 증착방법에 의해 성막된다.
기존의 CIGS 태양전지의 제조방법과의 차별화된 특징은 TCO층(30) 및 Cd-free 버퍼층(40)을 건식의 진공 스퍼터링 방식으로 형성하고, 그 위에 CIGS 광흡수층(50)을 형성하여 태양전지를 제조하는 것이다.
또한, 상기 TCO층(30)의 전단에 배선 연결을 위한 리드 전극층의 형성을 채용할 수 있다.
그리고, 상기 CIGS 광흡수층(50)의 형성은 CIG(Cu-In-Ga) 얼로이 타겟과 Se 타겟의 스퍼터링 및 열증착 소스를 이용한 동시 증착의 방법과 CIGS(Cu-In-Ga-Se) 단일 얼로이 타겟을 이용하는 스퍼터링 진공 증착의 두가지 방법을 각각 이용할 수 있다.
단일 CIGS 얼로이 타겟을 이용하는 경우에는, 성막시 기판의 온도를 380℃ ~ 430℃로 기판 온도에 변화를 주면서 증착하는 것이 바람직하다.
상기 몰리브덴 전극층(60)은 DC 스퍼터링 방식으로 수행될 수 있다.
그 다음으로, 상기 기판(10)상에 AR층(20)을 적층하는데, 본 발명에 따른 기판(10)의 재질로는 유리가 이용되나, 이에 한정되지 않고, 기타 유연성 투명 재질의 박판이 사용될 수도 있다.
그 다음으로, 광이용 효율 증대와 열차단 효과를 부여하기 위해 상기 CIGS 광흡수층(50)을 형성한 상기 기판(10)의 반대면에 AR층(20)을 2차로 형성한다.
10 : 기판 20 : AR층
30 : TCO층 40 : Cd-free 버퍼층
50 : CIGS 광흡수층 60 : 몰리브덴 전극층
30 : TCO층 40 : Cd-free 버퍼층
50 : CIGS 광흡수층 60 : 몰리브덴 전극층
Claims (3)
- 기판상에 광투과 향상을 위한 AR층을 1차로 형성하는 단계;
상기 AR층상에 TCO층을 형성하는 단계;
진공 상태에서 상기 TCO층상에 아연기[Zn-base(ZnX, X=O, S)]의 Cd-free 버퍼층을 형성하는 단계;
CIG(Cu-In-Ga) 얼로이 타겟과 Se 타겟의 스퍼터링 및 열증착 소스를 이용한 동시 증착의 방법 또는 CIGS(Cu-In-Ga-Se) 단일 얼로이 타겟을 이용하는 스퍼터링 진공 증착의 방법을 이용하여, 상기 Cd-free 버퍼층 상에 CIGS(Cu-In-Ga-Se) 광흡수층을 형성하는 단계; 및
상기 CIGS 광흡수층상에 몰리브덴(Mo) 전극층을 형성하는 단계;
상기 CIGS층을 형성한 상기 기판의 반대면에 상기 AR층을 2차로 형성하는 단계;
를 포함하는 태양전지용 투명 기판을 적용한 CIGS 태양전지의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 기판으로는 유리 기판 또는 투명 유연기판이 사용되는 태양전지용 투명 기판을 적용한 CIGS 태양전지의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 Cd-free 버퍼층은 스퍼터링 증착방법에 의해 성막되는 태양전지용 투명 기판을 적용한 CIGS 태양전지의 제조방법.
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