KR101544352B1 - CIGS SOLAR CELL AND METHOD Of MANUFACTURING THE SAME - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a solar cell. Particularly, the present invention is to provide a CIGS solar cell which has a buffer layer composed of a first material layer and a second material layer, between a light absorption layer and a front-side electrode layer, and a method of manufacturing the same. For this, a CIGS solar cell according to the present invention includes a back-side electrode layer formed on a substrate; a light absorption layer formed on the back-side electrode; a buffer layer which comprises a first metal layer formed by using ZnSe:Cu on the light absorption layer, and a second material layer formed on the first material layer; and a front-side electrode layer formed on the buffer layer.

Description

ＣＩＧＳ 태양전지 및 그 제조방법{CIGS SOLAR CELL AND METHOD Of MANUFACTURING THE SAME}[0001] CIGS SOLAR CELL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME [0002]

본 발명은 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, CIGS 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a CIGS solar cell and a manufacturing method thereof.

태양전지(Solar Cell)는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다. 태양전지는 시계나 계산기 등 휴대용 전자기기의 전원으로부터 넓은 개활지에 설치된 산업용 발전설비까지 폭넓게 이용된다. 또한, 최근, 친환경 대체 에너지의 필요성이 증가함에 따라 태양전지에 대한 관심이 고조되고 있다.Solar cell is a device that converts light energy into electrical energy using the properties of semiconductor. Solar cells are used extensively, from power sources for portable electronic devices such as watches and calculators to industrial power generation facilities installed in a wide open space. In addition, as the need for environmentally friendly alternative energy increases, interest in solar cells is increasing.

태양전지의 구조 및 원리를 간단히 설명하면, 태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(Negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있다. 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해, 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공은 P형 반도체 쪽으로 이동하고 상기 전자는 N형 반도체 쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생된다. Briefly describing the structure and principle of a solar cell, a solar cell has a PN junction structure in which a P (positive) semiconductor and an N (negative) semiconductor are bonded. When sunlight is incident on the solar cell, holes and electrons are generated in the semiconductor due to the energy of the incident sunlight. At this time, due to the electric field generated at the PN junction, Type semiconductor and the electrons move toward the N-type semiconductor to generate a potential.

이와 같은 태양전지는, 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분될 수 있다. Such a solar cell can be classified into a substrate type solar cell and a thin film type solar cell.

상기 기판형 태양전지는, 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 박막형 태양전지는, 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체층을 형성하여 태양전지를 제조한 것이다. The substrate type solar cell is a solar cell manufactured using a semiconductor material itself such as silicon as a substrate. The thin film type solar cell is formed by forming a semiconductor layer in the form of a thin film on a substrate such as glass to manufacture a solar cell It is.

상기 박막형 태양전지는, 광흡수층을 구성하는 재료를 기준으로, Si 박막형 태양전지와, 화합물 박막형 태양전지로 나눌 수 있고, 그 중, 화합물 박막형 태양전지는, 다시 Ⅱ-Ⅵ 태양전지, CIGS 태양전지, CdTe 태양전지 등으로 분류될 수 있다. The thin film type solar cell can be divided into a Si thin film type solar cell and a compound thin film type solar cell based on the material constituting the light absorbing layer. Among them, the compound thin film type solar cell is divided into a II-VI solar cell, a CIGS solar cell , CdTe solar cells, and the like.

상기 CIGS 태양전지는, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)의 4가지 원소가 합쳐져서 구성되는 화합물을 광흡수층으로 이용한 것이다.
The CIGS solar cell uses a compound composed of four elements of copper (Cu), indium (In), gallium (Ga) and selenium (Se) as a light absorbing layer.

도 1은 종래의 CIGS 태양전지의 기본 구조를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a basic structure of a conventional CIGS solar cell.

종래의 CIGS 태양전지는, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(10) 상에 형성된 후면 전극층(20), 후면 전극층(20) 상에 형성된 광흡수층(30), 광흡수층(30) 상에 형성된 버퍼층(40) 및 버퍼층(40) 상에 형성된 전면 전극층(50)을 포함한다.1, a conventional CIGS solar cell includes a back electrode layer 20 formed on a substrate 10, a light absorbing layer 30 formed on the back electrode layer 20, a light absorbing layer 30 formed on the light absorbing layer 30, And a front electrode layer 50 formed on the buffer layer 40 and the buffer layer 40.

상기 기판(10)은 탄산나트륨 라임 유리(soda lime glass)가 될 수 있다.The substrate 10 may be sodium carbonate lime glass.

상기 후면 전극층(20)은 몰리브덴(Mo) 재질로 형성되어 정극성(+) 전극으로 사용된다.The rear electrode layer 20 is made of molybdenum (Mo) and is used as a positive electrode.

상기 광흡수층(30)은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se), 또는 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 셀레늄(Se) 및 황(S)을 포함하여 이루어지는 CIGS 화합물층이 될 수 있다.The light absorption layer 30 may be formed of at least one selected from the group consisting of copper (Cu), indium (In), gallium (Ga), selenium (Se), copper (Cu), indium ). ≪ / RTI >

상기 버퍼층(40)은 황화아연(zinc sulfide) 또는 황화 카드뮴(CdS) 등의 재질로 이루어질 수 있으며, 특히, 황화 카드뮴(CdS)이 상기 버퍼층(40)으로 널리 이용되고 있다.The buffer layer 40 may be made of zinc sulfide or cadmium sulfide (CdS), and cadmium sulfide (CdS) is widely used as the buffer layer 40.

상기 전면 전극층(50)은 주로 ZnO:Al 또는 ZnO:B 등의 징크옥사이드 화합물 계열의 투명한 재질로 형성되어 부극성(-) 전극으로 사용된다.The front electrode layer 50 is formed of a transparent oxide of a zinc oxide compound such as ZnO: Al or ZnO: B, and is used as a negative (-) electrode.

상기한 바와 같이, 상기 버퍼층(Buffer layer)(40)으로는, CdS가 주로 이용되고 있다. 그러나, CdS를 이용하여 상기 버퍼층(40)을 형성하는 방법은 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.As described above, CdS is mainly used as the buffer layer 40. However, the method of forming the buffer layer 40 using CdS has the following problems.

첫째, CdS의 원료로 이용되고 있는 카드뮴(Cd)의 경우, 환경 오염을 발생시킨다는 이슈(issue)가 제기되고 있기 때문에, 그 이용이 제한되고 있다. First, the use of cadmium (Cd), which is used as a raw material of CdS, is limited because environmental issues are raised.

둘째, CdS를 상기 광흡수층(30)에 증착하는 방법으로는, 습식(Wet) 방식이 이용되고 있다. 그러나, 습식 방식이 이용되는 경우, 폐액을 처리하기 위한 설비 및 공정이 추가되어야 하기 때문에, 양산성 측면에서 단점이 있다. Secondly, as a method of depositing CdS on the light absorbing layer 30, a wet method is used. However, when the wet process is used, there is a disadvantage in terms of mass production because equipment and processes for treating the waste fluid have to be added.

따라서, 최근에는 CdS를 대체하는 물질로, Zn(O,S), ZnO:Mn(or Al, Cr, In), In2S3 등이 개발되어 이용되고 있다. Recently, Zn (O, S), ZnO: Mn (or Al, Cr, In) and In 2 S 3 have been developed and used as substitutes for CdS.

상기 물질들이 상기 버퍼층(40)으로 이용되는 경우, 와이드 밴드 갭(Wide Band Gap)으로 인해 단락전류(Jsc, Short-circuit current)가 증가될 수 있으며, 변환효율이 향상되는 등의 장점이 발생될 수 있다. When the materials are used as the buffer layer 40, a short-circuit current (Jsc) can be increased due to a wide band gap, .

그러나, 상기 물질들이 상기 버퍼층(40)으로 이용되는 경우, 페르미 에너지 레벨(Fermi Energy Level)의 차이로 인한 밴드 오프셋 미스매치(Band offset Mismatch)에 의해, 상기 버퍼층(40) 내의 결함(Defect)이 증가하여, Solar Cell의 특성이 저하된다는 문제점이 발생되고 있다. However, when the materials are used as the buffer layer 40, defects in the buffer layer 40 may be removed by a band offset mismatch due to a difference in Fermi energy level. There is a problem that the characteristics of the solar cell are deteriorated.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 광흡수층과 전면 전극층 사이에, 제1물질층과 제2물질층으로 구성된 버퍼층이 형성되어 있는, CIGS 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in order to solve the above problems and provides a CIGS solar cell having a buffer layer composed of a first material layer and a second material layer formed between a light absorption layer and a front electrode layer, It is a technical task.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 CIGS 태양전지는, 기판 상에 형성되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 형성되는 광흡수층; 상기 광흡수층 상에 ZnSe:Cu를 이용하여 형성되는 제1물질층과, 상기 제1물질층 상에 형성되는 제2물질층으로 구성되는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 형성되는 전면 전극층을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a CIGS solar cell comprising: a rear electrode layer formed on a substrate; A light absorbing layer formed on the rear electrode layer; A buffer layer composed of a first material layer formed on the light absorption layer using ZnSe: Cu and a second material layer formed on the first material layer; And a front electrode layer formed on the buffer layer.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 CIGS 태양전지 제조방법은, 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계; 상기 후면 전극층 상에 광흡수층을 형성하는 단계; 상기 광흡수층 상에, ZnSe:Cu를 이용하여, 버퍼층을 구성하는 제1물질층을 형성하는 단계; 상기 제1물질층 상에, 상기 버퍼층을 구성하는 제2물질층을 형성하는 단계; 및 상기 제2물질층 상에 전면 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a CIGS solar cell, including: forming a rear electrode layer on a substrate; Forming a light absorption layer on the rear electrode layer; Forming a first material layer constituting a buffer layer on the light absorption layer using ZnSe: Cu; Forming a second material layer constituting the buffer layer on the first material layer; And forming a front electrode layer on the second material layer.

본 발명에 따른 CIGS 태양전지에서는, P타입 광흡수층과 전면 전극층 사이에, 이중 구조를 갖는 버퍼층이 형성됨으로써, 밴드 오프셋(Band off set)이 감소될 수 있으며, 격자정합(Lattice Matching) 효과에 의해 CIGS 태양전지의 광변환 효율이 향상될 수 있다. In the CIGS solar cell according to the present invention, since a buffer layer having a dual structure is formed between the P-type photoabsorption layer and the front electrode layer, the band off set can be reduced, and by the lattice matching effect The light conversion efficiency of the CIGS solar cell can be improved.

도 1은 종래의 CIGS 태양전지의 기본 구조를 나타내는 도면.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 CIGS 태양전지 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 CIGS 태양전지의 구성을 나타낸 단면도들.
도 6은 본 발명에 따른 CIGS 태양전지와 종래의 CIGS 태양전지를 비교한 밴다이어그램.1 is a view showing a basic structure of a conventional CIGS solar cell.
FIGS. 2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CIGS solar cell according to the present invention.
3 to 5 are cross-sectional views illustrating the structure of a CIGS solar cell according to the present invention.
6 is a van diagram comparing a CIGS solar cell according to the present invention with a conventional CIGS solar cell.

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

도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 CIGS 태양전지 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.FIGS. 2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CIGS solar cell according to the present invention.

우선, 도 2a를 참조하면, 기판(110) 상에 후면 전극층(120)이 형성된다.First, referring to FIG. 2A, a back electrode layer 120 is formed on a substrate 110.

상기 기판(110)은 유리(Glass), 소다 라임 유리(Soda lime glass), 또는 플라스틱 등으로 이루어질 수 있다.The substrate 110 may be made of glass, soda lime glass, plastic, or the like.

상기 후면 전극층(120)은 몰리브덴(Mo) 등과 같은 도전 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 후면 전극층(120)은 스퍼터링(Sputtering)법 또는 스크린 프린팅(Screen Printing) 등과 같은 인쇄법을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 후면 전극층(120)은 정극성(+) 전극으로 사용된다.
The rear electrode layer 120 may be formed using a conductive material such as molybdenum (Mo). The rear electrode layer 120 may be formed using a printing method such as a sputtering method or a screen printing method. The rear electrode layer 120 is used as a positive electrode.

다음, 도 2b를 참조하면, 상기 후면 전극층(120) 상에 광흡수층(130)이 형성된다. Next, referring to FIG. 2B, a light absorption layer 130 is formed on the rear electrode layer 120.

보다 구체적으로 설명하면, 상기의 광흡수층(130)은 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)으로 이루어지는 다층 전구체층을, 셀레늄(Se) 가스 분위기에서 열처리하는 셀렌(Selenization)화 공정에 의해 형성될 수 있다. More specifically, the light absorbing layer 130 may be formed by a selenization process in which a multi-layer precursor layer made of copper (Cu), indium (In), and gallium (Ga) As shown in FIG.

상기 다층 전구체층은, 구리 타겟(Target)을 이용한 스퍼터링(Spattering)에 의해 형성된 구리층, 갈륨 타겟을 이용한 스퍼터링 공정에 의해 상기 구리층 상에 형성된 갈륨층 및 인듐 타겟을 이용한 스퍼터링 공정에 의해 상기 갈륨층 상에 형성된 인듐층으로 이루어질 수 있다. The multi-layer precursor layer is formed by sputtering using a gallium layer and an indium target formed on the copper layer by a sputtering process using a copper layer and a gallium target formed by sputtering using a copper target, And an indium layer formed on the layer.

상기 열처리 공정은 고온, 예를 들어, 300℃ 이상의 온도에서, 급속 열처리(Rapid Thermal Process: RTP)하는 공정 등으로 이루어질 수 있다.The heat treatment process may include a rapid thermal process (RTP) process at a high temperature, for example, 300 ° C or more.

상기 광흡수층(130)은 P타입으로 형성될 수 있다.
The light absorption layer 130 may be formed as a P-type.

다음, 도 2c를 참조하면, 상기 광흡수층(130) 상에 제1물질층(140a)이 형성된다. 상기 제1물질층(140a)은, ZnSe:Cu로 형성될 수 있다.
Next, referring to FIG. 2C, a first material layer 140a is formed on the light absorption layer 130. FIG. The first material layer 140a may be formed of ZnSe: Cu.

다음, 도 2d를 참조하면, 상기 제1물질층(140a) 상에, 제2물질층(140b)이 형성됨으로써, 버퍼층(140)이 형성된다. 상기 제2물질층(140b)은 Zn(O,S)로 형성될 수 있다. Next, referring to FIG. 2D, a buffer layer 140 is formed by forming a second material layer 140b on the first material layer 140a. The second material layer 140b may be formed of Zn (O, S).

상기 제1물질층(140a) 및 상기 제2물질층(140b)으로 구성되는 상기 버퍼층(140)의 형성 방법 및 구체적인 구조는, 이하에서, 도 3을 참조하여 상세히 설명된다.
A method of forming the buffer layer 140 including the first material layer 140a and the second material layer 140b and a specific structure thereof will be described below in detail with reference to FIG.

마지막으로, 도 2e를 참조하면, 상기 제2물질층(140b) 상에 전면 전극층(150)이 형성된다. Finally, referring to FIG. 2E, a front electrode layer 150 is formed on the second material layer 140b.

상기 전면 전극층(150)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전 물질로 이루어질 수 있다. 상기 전면 전극층(150)은 스퍼터링법 또는 MOCVD법 등을 이용하여 형성될 수 있다. The front electrode layer 150 is ZnO, ZnO: may be formed of a transparent conductive material, such as F, ITO (Indium Tin Oxide) : B, ZnO: Al, SnO 2, SnO 2. The front electrode layer 150 may be formed by sputtering or MOCVD.

상기 전면 전극층(150)은 부극성(-) 전극으로 사용된다.
The front electrode layer 150 is used as a negative (-) electrode.

도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 CIGS 태양전지의 구성을 나타낸 단면도들로서, 특히, 버퍼층(140)의 구조를 상세히 나타낸 단면도들이다. FIGS. 3 to 5 are cross-sectional views illustrating the structure of the CIGS solar cell according to the present invention, and particularly, are cross-sectional views illustrating the structure of the buffer layer 140 in detail.

상기 버퍼층(140)은, P타입으로 형성되는 상기 광흡수층(130) 위에, ZnSe:Cu로 형성되는 제1물질층(140a)을 증착시킨 후, 상기 제1물질층(140a) 위에, 밴드갭 에너지(Eg)가 2.9eV 내지 3.7eV인 Zn(O,S)로 형성되는 제2물질층(140b)을 증착시키는 것에 의해 형성된다. 상기 제1물질층(140a)과 상기 제2물질층(140b)은, ALD(Atomic Layer Deposition) 방식으로 증착된다.
The buffer layer 140 is formed by depositing a first material layer 140a formed of ZnSe: Cu on the P-type light absorption layer 130 and then forming a band gap Is formed by depositing a second material layer 140b formed of Zn (O, S) having an energy Eg of 2.9 eV to 3.7 eV. The first material layer 140a and the second material layer 140b are deposited by an ALD (Atomic Layer Deposition) method.

첫째, ZnSe:Cu로 형성되는 상기 제1물질층(140a)은, ZnSe와 CuxSe를 반복증착하는 것에 의해 형성된다. First, the first material layer 140a formed of ZnSe: Cu is formed by repeatedly depositing ZnSe and CuxSe.

여기서, ZnSe의 전구체로는 DEZ(diethylzinc), H2Se(Hydrogen Selenide) 등이 사용된다. CuxSe 전구체로는, CuCl(염화구리), (Et3Si)2Se 등이 사용된다. 퍼지 가스(Purge Gas)로는 N2가 투입된다. As the precursor of ZnSe, DEZ (diethylzinc), H 2 Se (Hydrogen Selenide) and the like are used. A CuxSe precursor, a CuCl (copper chloride), and (Et 3 Si) 2 Se is used. N 2 is introduced as purge gas.

ALD 방식으로 상기 제1물질층(ZnSe:Cu)(140a)이 형성될 때, 단일분자층(Monolayer)이 한 층, 한 층 성막되는 것에 의해, 상기 제1물질층(140a)이 형성됨으로써, 박막 내의 결함(Defect)이 줄어들 수 있다. 따라서, Photovoltaic reaction에 의해 생성된 전자(Electron)가, 상기 버퍼층(140)을 지나면서 Trap 또는 Capture될 확률이 감소될 수 있다. 또한, ALD 방식으로 상기 제1물질층(ZnSe:Cu)(140a)이 형성됨으로써, 펄스 제어(Pulse Control)를 통해, 올리고자 하는 두께가 정확히 제어될 수 있다. When the first material layer (ZnSe: Cu) 140a is formed by the ALD method, the first material layer 140a is formed by forming one monolayer or one monolayer, Can be reduced. Therefore, electrons generated by the photovoltaic reaction may be trapped or trapped through the buffer layer 140. In addition, since the first material layer (ZnSe: Cu) 140a is formed by the ALD method, the thickness to be raised can be accurately controlled through pulse control.

또한, 상기 제1물질층(140a)이 상기 광흡수층(130)에 증착된 후, 연속 공정으로, 상기 제2물질층(140b)이 상기 제1물질층(140a) 상에 증착될 수 있다. 즉, ALD 방식이 이용되는 경우, 소스 캐니스터(Source Canister)가 충분히 구비되면, 펄싱 프로그램(Pulsing Program)을 조합함으로써, 별도의 기구부 변경이나 또는 기판 처리 작업 없이, 연속공정이 가능하다.
Also, after the first material layer 140a is deposited on the light absorbing layer 130, the second material layer 140b may be deposited on the first material layer 140a in a continuous process. That is, when the ALD method is used, if a source canister is sufficiently provided, a continuous process can be performed by combining a pulsing program without a separate mechanical part change or substrate processing operation.

둘째, Zn(O,S)로 형성되는 상기 제2물질층(140b)은, ZnS와 ZnO를 반복 증착하는 것에 의해 형성될 수 있다. 상기 제2물질층(140b)의 형성에 사용되는 전구체로는, DEZ, H2S, H2O 등이 주로 이용될 수 있으며, 퍼지 가스(Purge Gas)로는 N2가 주입될 수 있다. Second, the second material layer 140b formed of Zn (O, S) may be formed by repeatedly depositing ZnS and ZnO. DEZ, H 2 S, H 2 O, etc. may be mainly used as a precursor to be used for forming the second material layer 140b, and N 2 may be injected as a purge gas.

Zn(O,S) 역시, 광변환 효율 향상을 위해, 셀 특성에 맞도록, 특정 비율로 조합하여 증착될 수 있다.
Zn (O, S) can also be deposited in combination at a specific ratio to meet the cell characteristics for the purpose of improving the light conversion efficiency.

셋째, 상기 제1물질층(140a) 및 상기 제2물질층(140b)은 상기에서 설명된 바와 같이, 밴드 갭(Band Gap) 또는 그 이외의 요구 특성에 따라, 다양한 물질들이, 다양한 형태로 조합되어 형성될 수 있다.Third, as described above, the first material layer 140a and the second material layer 140b may be formed by combining various materials in various forms according to a band gap or other required characteristics. .

제1예로서, 상기 제2물질층(140b)은, ZnO와 ZnS가 n:1로 구성된 복합층으로 형성될 수 있다.As a first example, the second material layer 140b may be formed of a composite layer composed of n: 1 of ZnO and ZnS.

제2예로서, 상기 제2물질층(140b)은, ZnO:ZnS가 n:1인 복합층이 연속으로 다수개 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2물질층(140b)은, 도3에 도시된 바와 같이, ZnO: ZnS가 4:1인 복합층 두 개(A, B)가 증착되어 형성될 수 있다. As a second example, the second material layer 140b may be formed of a plurality of continuous multiple layers of ZnO: ZnS: n: 1. That is, as shown in FIG. 3, the second material layer 140b may be formed by depositing two complex layers (A, B) having ZnO: ZnS ratio of 4: 1.

제3예로서, 서로 다른 비율로 형성되는 복합층들이 적어도 두 개 이상 적층되는 것에 의해 상기 제2물질층(140b)이 형성될 수 있다.As a third example, the second material layer 140b may be formed by stacking at least two or more composite layers formed at different ratios.

즉, 도 4에 도시된 상기 제2물질층(140b)에서는, ZnO와 ZnS가 4:1로 구성된 제1복합층 및 ZnO와 ZnS가 9:1로 구성된 제2복합층이, 순차적으로 2회 반복하여 층착되어 있다.That is, in the second material layer 140b shown in FIG. 4, a first composite layer of ZnO and ZnS in a ratio of 4: 1 and a second composite layer of ZnO and ZnS in a 9: 1 ratio are sequentially formed twice Repeatedly stacked.

또한, 도 5에 도시된 상기 제2물질층(140b)에서는, ZnO와 ZnS가 4:1로 구성된 제1복합층 상에, ZnO와 ZnS가 9:1로 구성된 제2복합층이 복수개 증착되어 있다. In the second material layer 140b shown in FIG. 5, a plurality of second composite layers composed of ZnO and ZnS in a ratio of 9: 1 are deposited on the first composite layer of ZnO and ZnS in a ratio of 4: 1 have.

즉, 상기 제2물질층(140b)은, ZnO로 구성된 층과 ZnS로 구성된 복합층이, 복수 개 증착되어 형성될 수 있으며, 상기 복합층을 구성하는 ZnO와 ZnS의 조성비 X:Y(X>Y)는 다양한 비율로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 ZnO와 상기 ZnS의 조성비는 X:Y(X>Y)로 형성될 수 있다. 여기서, Y는 1이상의 자연수이며, X는 Y보다 큰 자연수이다.
That is, the second material layer 140b may be formed by depositing a plurality of ZnO layer and ZnS composite layer, and the composition ratio of ZnO and ZnS constituting the composite layer is X: Y (X> Y) may be formed at various ratios. In this case, the composition ratio of ZnO and ZnS may be X: Y (X> Y). Here, Y is a natural number greater than or equal to 1, and X is a natural number greater than Y.

도 6은 본 발명에 따른 CIGS 태양전지와 종래의 CIGS 태양전지를 비교한 밴다이어그램으로서, (a)는 종래의 CIGS 태양전지의 밴드 다이어그램을 나타낸 예시도이며, (b)는 본 발명에 따른 CIGS 태양전지의 밴드 다이어그램을 나타낸 예시도이다. FIG. 6 is a van diagram comparing a CIGS solar cell according to the present invention and a conventional CIGS solar cell, wherein (a) is an exemplary view showing a band diagram of a conventional CIGS solar cell, (b) Fig. 7 is an exemplary view showing a band diagram of a solar cell.

본 발명에 따른 CIGS 태양전지는, Zn(O,S) 단일 버퍼층으로 형성되는 종래의 CIGS 태양전지에서, Zn(O,S) 단일 버퍼층과, P타입 광흡수층과의 밴드 오프셋(Band off-set) 차이를 줄이기 위한 것이다. 즉, 본 발명에 따른 CIGS 태양전지에서는, ZnSe:Cu(Eg=2.68eV)로 형성되는 제1물질층(140a)이 P타입 광흡수층(130)에 1차적으로 증착되며, ZnSe:Cu로 형성되는 상기 제1물질층(140a) 상에 Zn(O,S)로 형성되는 제2물질층(140b)이 2차적으로 증착된다. 즉, 본 발명에 따른 CIGS 태양전지는, 상기 버퍼층(140)이 2중 구조로 형성되어 있다. The CIGS solar cell according to the present invention is characterized in that in a conventional CIGS solar cell formed of a Zn (O, S) single buffer layer, a band off-set between a Zn (O, S) single buffer layer and a P- ) To reduce the difference. That is, in the CIGS solar cell according to the present invention, the first material layer 140a formed of ZnSe: Cu (Eg = 2.68 eV) is primarily deposited on the P-type photoabsorption layer 130 and formed of ZnSe: Cu A second material layer 140b formed of Zn (O, S) is secondarily deposited on the first material layer 140a. That is, in the CIGS solar cell according to the present invention, the buffer layer 140 has a double structure.

이 경우, 상기 제1물질층(140a)과 상기 광흡수층(130) 간의 밴드 오프셋 차이의 크기는, Zn(O,S) 단일층으로 형성되는 종래의 버퍼층과 상기 광흡수층 간의 밴드 오프셋의 차이의 크기보다 작다.In this case, the magnitude of the band offset difference between the first material layer 140a and the light absorption layer 130 is larger than the difference between the band offsets between the conventional buffer layer formed of Zn (O, S) It is smaller than the size.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 CIGS 태양전지에서는, P타입 광흡수층(130)과 전면 전극층(윈도우층)(150) 사이에, 이중 구조를 갖는 버퍼층(140)이 형성됨으로써, 두 층들 간의 밴드 오프셋(Band off set)이 감소될 수 있으며, 격자정합(Lattice Matching) 효과에 의해 CIGS 셀의 변환효율이 향상될 수 있다.
As described above, in the CIGS solar cell according to the present invention, the buffer layer 140 having a dual structure is formed between the P-type photoabsorption layer 130 and the front electrode layer (window layer) 150, The band off set can be reduced and the conversion efficiency of the CIGS cell can be improved by the lattice matching effect.

종래의 CIGS 태양전지에서, CdS를 대체하는 Zn(O,S)으로 구성되는 버퍼층은, 밴드갭 에너지(Eg)가 2.9 내지 3.7eV까지 조절 가능하나, 여전히 P타입 광흡수층의 밴드갭 에너지(Eg=1.1 ~ 1.6eV)와는 차이가 존재한다. 이러한 밴드갭 에너지(Eg)의 차이로 인해, P타입 광흡수층과 버퍼층 사이에서는, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 컨덕션 밴드 오프셋(CBO: Conduction Band Offset, Spike or Cliff))(C)이 발생하고, 상기 컨덕션 밴드 오프셋은, 버퍼층 내에서 전자(Electron)의 흐름을 방해하는 요소로 작용한다. In the conventional CIGS solar cell, the buffer layer composed of Zn (O, S) replacing CdS can control the band gap energy Eg to 2.9 to 3.7 eV, but the bandgap energy Eg = 1.1 to 1.6 eV). Due to the difference in the band gap energy Eg, a Conduction Band Offset (CBO) (Spike or Cliff) (see FIG. 6A) is formed between the P- C) occurs, and the conduction band offset acts as an element that interrupts the flow of electrons in the buffer layer.

따라서, 본 발명에 따른 CIGS 태양전지에서는, 컨덕션 밴드 오프셋(CBO)를 줄이기 위해, Zn(O,S)로 형성되는 제2물질층(140b)과 P타입 흡수층(130) 사이에, ZnSe:Cu로 형성되는 제1물질층(140a)이 형성된다. 즉, 본 발명에 따른 CIGS 태양전지에서는, 상기 버퍼층(140)이 상기 제1물질층(140a)과 상기 제2물질층(140b)으로 형성된다. Therefore, in order to reduce the conduction band offset (CBO), the CIGS solar cell according to the present invention may further include a ZnSe: ZnSe layer between the P-type absorption layer 130 and the second material layer 140b formed of Zn (O, A first material layer 140a formed of Cu is formed. That is, in the CIGS solar cell according to the present invention, the buffer layer 140 is formed of the first material layer 140a and the second material layer 140b.

ZnSe:Cu로 형성되는 상기 제1물질층(140a)의 밴드갭 에너지는 2.68eV이다. 따라서, 상기 제1물질층과 상기 광흡수층 간의 밴드갭 에너지의 차이는, 상기 제2물질층과 상기 광흡수층 간의 밴드갭 에너지의 차이 보다 작다.The band gap energy of the first material layer 140a formed of ZnSe: Cu is 2.68 eV. Therefore, a difference in band gap energy between the first material layer and the light absorption layer is smaller than a difference in band gap energy between the second material layer and the light absorption layer.

또한, 상기 제1물질층(140a)은 ALD 공정을 통해 증착될 수 있다. 이경우, 상기 제1물질층(140a)은 ZnSe와 CuxSe가 반복 증착되어 형성되기 때문에, DEZ, H2Se, CuCl, (Et3Si)2Se가 전구체(Precursor)로 사용될 수 있다. Et3는 Triethylphosphine을 의미한다. In addition, the first material layer 140a may be deposited through an ALD process. In this case, since the first material layer 140a is formed by repeated deposition of ZnSe and Cu x Se, DEZ, H 2 Se, CuCl, and (Et 3 Si) 2 Se can be used as precursors. Et 3 means Triethylphosphine.

상기한 바와 같이, 도 6은, Zn(O,S) 단일 버퍼층을 이용한 종래의 CIGS 태양전지의 밴드 다이어그램(Band Diagram)과, ZnSe:Cu으로 형성되는 제1물질층(140a)과 Zn(O,S)로 형성되는 제2물질층(140b)으로 형성되는 이중 버퍼층(140)을 이용한 본 발명에 따른 CIGS 태양전지의 밴드 다이어그램을 비교한 예시도이다. 6 shows a band diagram of a conventional CIGS solar cell using a Zn (O, S) single buffer layer and a band diagram of a ZnSe: Cu first material layer 140a and Zn (O And a second material layer 140b formed of a first material layer 140a and a second material layer 140b formed of a second material layer 140b formed on the first material layer 140b. Referring to FIG.

우선, 도 6의 (a)를 참조하면, 종래의 CIGS 태양전지에 적용되는 Zn(O,S) 단일 버퍼층과 P타입 광흡수층과의 밴드 오프셋(Band off-set)은, 두 증착면의 계면에서 발생되는 스파이크(Spike) 또는 클리프(Cliff) 등에 의해, 전자(Electron)나 정공(Hole)의 흐름을 방해하는 요소로 작용한다. 6 (a), band off-set between a Zn (O, S) single buffer layer and a P-type photoabsorption layer which are applied to a conventional CIGS solar cell, And acts as an element that hinders the flow of electrons or holes by a spike or a cliff generated in the electron beam.

그러나, 도 6의 (b)를 참조하면, 본 발명에 따른 CIGS 태양전지에 적용되는, ZnSe:Cu와 Zn(O,S)로 형성되는 버퍼층에서는, 제 1물질층(140a)으로 이용되는 ZnSe:Cu에 의해 밴드 밴딩(Band bending)이 이뤄지기 때문에, 전자의 흐름이 원활해질 수 있다. 따라서, 상기 전면 전극층(상부 전극)(150)에서의 전자 수집 확률이 높아지기 때문에, CIGS 태양전지의 광변환 효율이 향상될 수 있다. 6 (b), in the buffer layer formed of ZnSe: Cu and Zn (O, S), which is applied to the CIGS solar cell according to the present invention, ZnSe used as the first material layer 140a : Since band bending is performed by Cu, the flow of electrons can be smooth. Accordingly, since the probability of collecting electrons in the front electrode layer (upper electrode) 150 is high, the light conversion efficiency of the CIGS solar cell can be improved.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

110 : 기판 120 : 후면 전극층
130 : 광흡수층 140 : 버퍼층
140a : 제1물질층 140b : 제2물질층
150 : 전면 전극층110: substrate 120: rear electrode layer
130: light absorbing layer 140: buffer layer
140a: first material layer 140b: second material layer
150: front electrode layer

Claims (12)

기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계;
상기 후면 전극층 상에 광흡수층을 형성하는 단계;
상기 광흡수층 상에, ZnSe와 CuxSe를 반복적으로 증착시켜, 버퍼층을 구성하는 제1물질층을 형성하는 단계;
상기 제1물질층 상에, 상기 버퍼층을 구성하는 제2물질층을 형성하는 단계; 및
상기 제2물질층 상에 전면 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 CIGS 태양전지 제조 방법.Forming a rear electrode layer on the substrate;
Forming a light absorption layer on the rear electrode layer;
Repeatedly depositing ZnSe and CuxSe on the light absorption layer to form a first material layer constituting a buffer layer;
Forming a second material layer constituting the buffer layer on the first material layer; And
And forming a front electrode layer on the second material layer. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제1물질층을 형성하는 단계는,
ALD(Atomic Layer Deposition) 공정을 통해, 상기 광흡수층 상에 상기 제1물질층을 형성하는 것을 특징으로 하는 CIGS 태양전지 제조 방법. The method according to claim 1,
Wherein forming the first material layer comprises:
Wherein the first material layer is formed on the light absorption layer through an ALD (Atomic Layer Deposition) process. 제 3 항에 있어서,
상기 ZnSe의 전구체로는 DEZ(diethylzinc) 및 H2Se(Hydrogen Selenide)가 사용되며,
상기 CuxSe의 전구체로는, CuCl 및 (Et3Si)2Se가 사용되는 것을 특징으로 하는 CIGS 태양전지 제조 방법.The method of claim 3,
As the precursor of ZnSe, DEZ (diethylzinc) and H 2 Se (Hydrogen Selenide) are used,
CuxSe in the precursor, and CuCl (Et 3 Si) 2 CIGS solar cell manufacturing method which is characterized in that Se is used. 제 1 항에 있어서,
상기 제2물질층을 형성하는 단계는,
ZnO:ZnS의 조성비가 n:1인 복합층을 적어도 하나 이상 증착시켜, 상기 제2물질층을 형성하는 것을 특징으로 하는 CIGS 태양전지 제조 방법. The method according to claim 1,
Wherein forming the second material layer comprises:
ZnO: ZnS: n: 1 is deposited on the first material layer to form the second material layer. 제 1 항에 있어서,
상기 제2물질층을 형성하는 단계는,
ZnO:ZnS의 조성비인 X:Y가 서로 다른 복합층을 적어도 두 개 이상 증착시켜, 상기 제2물질층을 형성하며, 각각의 복합층에서 X>Y인 것을 특징으로 하는 CIGS 태양전지 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein forming the second material layer comprises:
Wherein the second material layer is formed by depositing at least two or more complex layers having different composition ratios of ZnO: ZnS in X: Y, wherein X> Y in each of the complex layers. 제 1 항에 있어서,
상기 제2물질층을 형성하는 단계는,
상기 제1물질층을 ALD 공정에 의해, 상기 광흡수층 상에 증착시킨 후, 연속된 상기 ALD 공정에 의해, 상기 제2물질층을 상기 제1물질층 상에 증착시켜, 상기 버퍼층을 형성하는 것을 특징으로 하는 CIGS 태양전지 제조 방법. The method according to claim 1,
Wherein forming the second material layer comprises:
Depositing the first material layer on the light absorbing layer by an ALD process and then depositing the second material layer on the first material layer by a subsequent ALD process to form the buffer layer CIGS solar cell manufacturing method. 기판 상에 형성되는 후면 전극층;
상기 후면 전극층 상에 형성되는 광흡수층;
상기 광흡수층 상에, ZnSe와 CuxSe를 반복적으로 증착시켜 형성되는 제1물질층과, 상기 제1물질층 상에 형성되는 제2물질층으로 구성되는 버퍼층; 및
상기 버퍼층 상에 형성되는 전면 전극층을 포함하는 CIGS 태양전지.A rear electrode layer formed on the substrate;
A light absorbing layer formed on the rear electrode layer;
A buffer layer composed of a first material layer formed by repeatedly depositing ZnSe and CuxSe on the light absorption layer and a second material layer formed on the first material layer; And
And a front electrode layer formed on the buffer layer. 삭제delete 제 8 항에 있어서,
상기 제2물질층은 Zn(O,S)로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 CIGS 태양전지.9. The method of claim 8,
Wherein the second material layer is formed of Zn (O, S). 제 8 항에 있어서,
상기 제2물질층은, ZnO:ZnS의 조성비가 n:1인 복합층이 적어도 하나 이상 증착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 CIGS 태양전지. 9. The method of claim 8,
Wherein the second material layer is formed by depositing at least one or more composite layers having a composition ratio of ZnO: ZnS of n: 1. 제 8 항에 있어서,
상기 제2물질층은, ZnO:ZnS의 조성비인 X:Y가 서로 다른 복합층이 적어도 두 개 이상 증착되어 형성되며, 각각의 복합층에서 X>Y인 것을 특징으로 하는 CIGS 태양전지.
9. The method of claim 8,
Wherein the second material layer is formed by depositing at least two or more complex layers having different composition ratios of ZnO: ZnS in X: Y, wherein X> Y in each of the complex layers.
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