KR101559539B1 - 태양전지, 태양전지용 배면전극 및 그 제조방법 - Google Patents
태양전지, 태양전지용 배면전극 및 그 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101559539B1 KR101559539B1 KR1020140047999A KR20140047999A KR101559539B1 KR 101559539 B1 KR101559539 B1 KR 101559539B1 KR 1020140047999 A KR1020140047999 A KR 1020140047999A KR 20140047999 A KR20140047999 A KR 20140047999A KR 101559539 B1 KR101559539 B1 KR 101559539B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- molybdenum
- solar cell
- light absorbing
- molybdenum layer
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 195
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 195
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 194
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 35
- MHWZQNGIEIYAQJ-UHFFFAOYSA-N molybdenum diselenide Chemical compound [Se]=[Mo]=[Se] MHWZQNGIEIYAQJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000011669 selenium Substances 0.000 claims description 43
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims description 36
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 15
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 9
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 32
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 218
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 230000008569 process Effects 0.000 description 24
- GPBUGPUPKAGMDK-UHFFFAOYSA-N azanylidynemolybdenum Chemical compound [Mo]#N GPBUGPUPKAGMDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910052961 molybdenite Inorganic materials 0.000 description 13
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 10
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 7
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 5
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000005361 soda-lime glass Substances 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical group [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 3
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 3
- 150000003346 selenoethers Chemical class 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000000224 chemical solution deposition Methods 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L magnesium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Mg+2] ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- PTISTKLWEJDJID-UHFFFAOYSA-N sulfanylidenemolybdenum Chemical compound [Mo]=S PTISTKLWEJDJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001279686 Allium moly Species 0.000 description 1
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910016001 MoSe Inorganic materials 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052951 chalcopyrite Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 chalcopyrite compound Chemical class 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 229910001635 magnesium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000001552 radio frequency sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000005486 sulfidation Methods 0.000 description 1
- 238000005987 sulfurization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 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
- H01L31/0248—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 characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
- H01L31/0322—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312 comprising only AIBIIICVI chalcopyrite compounds, e.g. Cu In Se2, Cu Ga Se2, Cu In Ga Se2
-
- 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
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
-
- 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
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- 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
- Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 Cu(In,Ga)Se2 (이하 CIGS) 화합물박막 태양전지의 흡수층 물질인 CIGS를 제조함에 있어서, 배면전극 상에 형성되는 몰리셀레나이드 박막의 두께를 제어하는 방법에 대한 것이다. 태양전지, 태양전지용 배면전극 제조방법을 위하여, 기판; 상기 기판 상에 형성된 전극부; 및 상기 전극부 상에 형성된 CIGS 광흡수층;을 구비하고, 상기 전극부는, 상기 기판 상에 형성된 몰리브덴층; 상기 몰리브덴층 상에 형성된 몰리나이트라이드층; 및 상기 몰리나이트라이드층 상에 형성된 몰리셀레나이드층;을 포함하는 태양전지, 태양전지용 배면전극 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 태양전지, 태양전지용 배면전극 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 CIGS 태양전지, 태양전지용 배면전극 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 CuInSe2로 대표되는 I-III-VI2족 황동석(Chalcopyrite)계 화합물반도체는 직접천이형 에너지 밴드갭을 가지고 있고, 광흡수계수가 
로서 반도체 중에서 가장 높아 두께 1 ~ 2 ㎛의 박막으로도 고효율의 태양전지 제조가 가능하고, 장기적으로 전기광학적 안정성이 매우 우수한 특성을 지니고 있다.
그 때문에, 황동석계 화합물 반도체는 현재 사용되고 있는 고가의 결정질 실리콘 태양전지를 대체하여 태양광발전의 경제성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 저가, 고효율의 태양전지 재료로 부각되고 있다.
또한, CuInSe2는 밴드갭이 1.04 eV로서 이상적인 밴드갭 1.4 eV를 맞추기 위해 인듐(In)의 일부를 갈륨(Ga)으로, 셀레늄(Se)의 일부를 황(S)로 치환하기도 하는데, 참고로 CuGaSe2의 밴드갭은 1.6 eV, CuGaS2 는 2.5 eV이다.
인듐의 일부를 갈륨으로, 셀레늄의 일부를 황으로 대체한 오원화합물은 CIGSS [Cu(InxGa1-x)(SeyS1-y)2]로 표기되는데, 대표적으로 이들을 CIS, CIGS로 표기하기도 하고, 이하에서는 이러한 화합물을 CIGS로 정의한다.
물리적으로 광흡수층(30)인 CIGS 박막제조방법으로는 증발법, 스퍼터링 후 셀렌화, 화학적인 방법으로는 전기도금 등이 있고, 각 방법에 있어서도 출발물질(금속, 2원 화합물 등)의 종류에 따라 다양한 제조방법이 동원될 수 있다.
상기한 공정 중 CIGS 광흡수층 제조공정이 핵심기술이며, 현재 상기한 스퍼터링 후 셀렌화/황화의 2단계 제조공법이 가장 광범위하게 양산에 적용되고 있다. 셀렌화/황화는 일반적으로 450℃ 이상의 고온에서 이뤄지며, 특히 황화는 550℃ 이상의 고온에서 이뤄지고 있다. 이러한 고온 환경에서 몰리브덴은 셀레늄 또는 황과 반응하여 몰리셀레나이드(Mo(Se,S)y)로 상변태하며, 반응온도 증가 혹은 반응시간 증가에 따라 그 두께는 증가한다. 생성된 몰리셀레나이드 물질은 전기저항이 매우 높으므로, 100nm 이상으로 두꺼워질 경우 태양전지의 효율을 급격히 저하시키는 문제를 야기시킨다. 몰리브덴/CIGS 광흡수층 계면은 일반적으로 쇼트키접합을 형성하기 때문에 전하의 이동에 대한 저항이 높다. 적당히 얇은 몰리셀레나이드층이 삽입된 몰리브덴/몰리셀레나이드/CIGS 광흡수층 접합의 경우, 오믹접합 특성을 갖게 되는 것으로 알려져 있는 바, 과도하게 두껍지 않은 몰리셀레나이드 박막의 형성은 광전변환효율 향상에 이롭게 작용한다. 따라서, 몰리셀레나이드 박막의 형성 두께를 100nm 이하로 제어하는 것이 고효율 태양전지의 제조에 반드시 필요하다.
본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 셀레늄의 확산을 방지하여 적절한 오믹접합(Ohmic Contact)을 하면서 저비용으로 광변환효율을 높일 수 있는 태양전지, 태양전지용 배면전극 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 기판; 상기 기판 상에 형성된 전극부; 및 상기 전극부 상에 형성된 CIGS 광흡수층;을 구비하는 태양전지가 제공된다. 이때 상기 전극부는, 상기 기판 상에 형성된 몰리브덴층; 상기 몰리브덴층 상에 형성된 몰리나이트라이드층; 및 상기 몰리나이트라이드층 상에 형성된 몰리셀레나이드층;을 포함할 수 있다.
상기 기판의 재질은 유리, 스테인리스 강, 알루미나, 티타늄 및 폴리머 중 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 기판 및 상기 기판 상에 제 1 몰리브덴층, 몰리나이트라이드층 및 제 2 몰리브덴층이 순차적으로 배치된 예비전극부를 구비하는, 태양전지용 배면전극을 제공하는 단계; 상기 예비전극부 상에, 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)을 포함하는, 예비광흡수층을 형성하는 단계; 및 상기 예비전극부 및 상기 예비광흡수층 상에 셀렌화(selenization)를 수행하는 단계;를 포함하는, 태양전지의 제조방법이 제공된다.
상기 예비전극부 및 상기 예비광흡수층 상에 셀렌화를 수행하는 단계;는 상기 셀렌화에 수반된 셀레늄(Se)과 상기 제 2 몰리브덴층이 반응하여 몰리셀레나이드층을 형성함으로써, 상기 예비전극부가 상기 제 1 몰리브덴층, 상기 몰리나이트라이드층 및 상기 몰리셀레나이드층이 순차적으로 배치된 전극부로 형성되는 단계; 및 상기 셀렌화에 수반된 셀레늄(Se)이 상기 예비광흡수층과 반응함으로써, 상기 예비광흡수층이 CIGS 광흡수층으로 형성되는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 전극부는 상기 몰리나이트라이드층과 상기 몰리셀레나이드층의 사이에 개재되는 제 3 몰리브덴층을 더 포함할 수 있다.
상기 제 3 몰리브덴층은 상기 셀렌화가 수행되면서 상기 몰리나이트라이드층의 적어도 일부가 몰리브덴층으로 환원되어 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 기판 및 상기 기판 상에 제 1 몰리브덴층, 확산방지층인 몰리나이트라이드층 및 제 2 몰리브덴층이 순차적으로 배치된 예비전극부를 구비하는, 태양전지용 배면전극을 제공하는 단계; 셀레늄 분위기에서 상기 제 2 몰리브덴층으로부터 몰리셀레나이드층을 형성하는 단계; 및 상기 예비전극부 상에 상기 셀레늄 분위기에서 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)을 포함하는 광흡수층을 형성하는 단계; 를 포함하고, 상기 몰리셀레나이드층을 형성하는 단계와 상기 광흡수층을 형성하는 단계는 동시에 수행되는, 태양전지의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 기판; 상기 기판 상부에 형성된 제 1 몰리브덴층; 상기 제 1 몰리브덴층 상부에 형성된 몰리나이트라이드층; 및 상기 몰리나이트라이드층 상부에 형성되는 제 2 몰리브덴층; 을 구비하는, 태양전지용 배면전극이 제공된다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 기판을 제 1 진공 챔버 내에 배치하고, 상기 기판 상에 상기 제 1 몰리브덴층을 증착하는 단계; 제 2 진공 챔버 내에 질소 가스를 공급하고, 공급된 질소와 몰리브덴을 반응시켜 상기 몰리나이트라이드층을 증착하는 단계; 및 제 3 진공 챔버 내에 질소 가스 공급을 중단하고, 상기 제 2 몰리브덴층을 증착하는 단계;를 포함하는, 태양전지용 배면전극의 제조방법이 제공된다.
상기 제 1 진공 챔버, 상기 제 2 진공 챔버 및 상기 제 3 진공 챔버는 동일한 챔버일 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배면 전극에 질소를 포함한 확산 방지막을 도입함으로써, 배면 전극에 요구되는 전기전도성과 계면접착력, 셀레늄 확산방지를 통해 두께 제어 능력을 동시에 만족시킬 수 있도록 태양전지, 태양전지용 배면전극을 구현할 수 있다.
또한, 동일 진공 챔버내에서 동일 물질을 사용하여 배면전극을 제조할 수 있기 때문에 공정 단순화 및 비용을 절감할 수 있으며, 스퍼터링 후 셀렌화의 2단계 공정으로 CIGS를 제조할 경우, 셀렌화 공정의 자유도를 높이므로 열처리 공정이 단순해질 뿐만 아니라, 고온 열처리를 가능케하므로 더 우수한 CIGS 광흡수층을 제조할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CIGS를 광흡수층으로 하는 태양전지를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 배면전극 제조방법을 도해하는 공정 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 배면전극을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지용 배면전극을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 배면전극을 투과전자현미경(TEM)으로 분석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 배면전극을 EDS(Energy Dispersive spectroscope) mapping 분석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 5의 배면전극을 라인스캔(line scan)하여 성분 분석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 배면전극 제조방법을 도해하는 공정 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 배면전극을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지용 배면전극을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 배면전극을 투과전자현미경(TEM)으로 분석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 배면전극을 EDS(Energy Dispersive spectroscope) mapping 분석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 5의 배면전극을 라인스캔(line scan)하여 성분 분석한 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CIGS를 광흡수층으로 하는 태양전지를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, CIGS를 광흡수층으로 하는 태양전지의 구조는 일반적으로 유리를 기판(10)으로 하며, 배면전극(20), 광흡수층(30), 버퍼층(40), 투명전극(50), 반사방지막(60)의 5개의 단위 박막을 순차적으로 형성시키고, 그 위에 그리드 전극(70)을 형성시켜 제조된다.
배면전극(20)은, 셀렌화 공정 이후에, 몰리브덴층, 상기 몰리브덴층 상의 몰리나이트라이드층 및 상기 몰리나이트라이드층 상의 몰리셀레나이드층을 포함하는 전극부로 이해될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 2와 도 3을 참조하여 후술한다.
버퍼층(40)은 광흡수층(30)의 상부에 형성될 수 있다. 황화카드뮴(CdS)을 CBD(chemical bath deposition) 방법을 사용하여 제조할 수 있다. 이때 황화카드뮴 박막에 인듐(In), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al) 등을 도핑하여 사용할 수 있다.
산화아연(ZnO) 박막을 황화카드뮴 상부에 RF 스퍼터링방법으로 제조 할 수 있다. 이때 제조 방법으로 DC, 반응성 스퍼터링 및 유기금속화학증착법 등을 이용할 수 있다.
투명전극층(50)은 버퍼층(40)의 상부에 형성될 수 있다. 산화인듐주석(ITO) 박막 또는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga) 등이 도핑된 산화아연을 사용하여 DC 스퍼터링방법으로 제조 할 수 있다.
반사방지층(60)은 플루오르화마그네슘(MgF2)이 사용될 수 있으며, 투명전극층(50)의 상부에 형성될 수 있다. 플루오르화마그네슘은 물리적인 박막 제조법으로, 전자빔증발법을 사용할 수 있다.
또한, 그리드 전극(70)은 알루미늄(Al), 니켈(Ni)/알루미늄(Al) 재질이 일반적으로 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 배면전극 제조방법을 도해하는 공정 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 배면전극을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 및 태양전지용 배면전극의 제조방법은 기판(10)을 준비하는 단계(S100), 기판(10)을 제 1 진공 챔버 내에 배치하고, 기판(10) 상에 제 1 몰리브덴층(21)을 증착하는 단계(S200), 제 2 진공 챔버 내에 질소 가스를 공급하고, 공급된 질소와 몰리브덴을 반응시켜 몰리나이트라이드층(22)을 증착하는 단계(S300) 및 제 3 진공 챔버 내에 질소 가스 공급을 중단하고, 제 2 몰리브덴층(23)을 증착하는 단계(S400), 제 2 몰리브덴층(23)상에 예비광흡수층(35) 증착 후 고온 셀레늄 분위기에서 몰리셀레나이드층(24)으로 상변태 하는 단계 또는 동시증발법으로 광흡수층(30)을 증착시 몰리셀레나이드층(24)으로 형성되는 단계(S500)를 포함할 수 있다.
이 때, 제 1 진공 챔버, 제 2 진공 챔버, 제 3 진공 챔버는 서로 다른 챔버일 수도 있으나, 경우에 따라서는, 동일 챔버 일 수 있으며, 동일 챔버일 경우, 공정이 단순하며, 챔버 이동에 따라 유입되는 이물질(particle) 문제를 방지할 수 있으며, 제조 단가가 저렴해지는 효과가 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 기판(10)의 재질로는 일반적으로 값싼 소다라임글라스가 사용될 수 있다. 그 밖에 알루미나와 같은 세라믹 기판, 스테인레스 스틸, 구리 테이프(Cu tape)와 같은 금속 기판, 폴리머 등도 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 기판(10)의 적어도 일면 상에 형성되는 태양전지용 배면전극(20)으로서, 배면전극(20)은 기판(10) 상부에 형성된 제 1 몰리브덴층(21), 제 1 몰리브덴층(21) 상부에 형성된 몰리나이트라이드층(22) 및 몰리나이트라이드층(22) 상부에 형성되는 제 2 몰리브덴층(23)이 순차적으로 배치된 예비전극부(25)를 포함할 수 있다.
예비전극부(25) 상에 예를 들어, 구리, 인듐 및 갈륨을 포함하는 예비광흡수층(35)을 형성 할 수 있고, 고온에서 셀렌화를 수행할 수 있다. 셀렌화에 수반된 셀레늄과 제 2 몰리브덴층(23)이 반응하여 몰리셀레나이드층(24)을 형성할 수 있다.
이 때, 제 1 몰리브덴층(21), 몰리나이트라이드층(22) 및 몰리셀레나이드층(24)이 순차적으로 배치된 전극부(26)로 형성 될 수 있는바, 예비전극부(25)는 셀렌화 이후에 전극부(26)로 변화된 것으로 이해할 수 있다. 즉, 배면전극(20)은, 셀렌화 공정 이전에는, 제 1 몰리브덴층(21), 몰리나이트라이드층(22) 및 제 2 몰리브덴층(23)이 순차적으로 배치된 예비전극부(25)로 이해될 수 있으며, 셀렌화 공정 이후에는, 제 1 몰리브덴층(21), 몰리나이트라이드층(22) 및 몰리셀레나이드층(24)을 포함하는 전극부(26)로 이해될 수 있다. 예비광흡수층(35)은 셀렌화 공정에서 셀레늄과 반응하여 CIGS 광흡수층(30)으로 형성될 수 있다.
또한, 제 2 몰리브덴층(23)상에 예비광흡수층(35) 증착 후 고온 셀레늄 분위기에서 몰리셀레나이드층(24)으로 상변태 하는 단계 또는 동시증발법으로 CIGS 광흡수층(30)을 증착시 얇은 몰리셀레나이드층(24)이 자연스럽게 형성될 수 있다. 동시증발법을 사용하여 CIGS 광흡수층(30)을 제조시 셀렌화 공정이 동시에 진행되므로, 공정이 단순해지며, 스퍼터링과 셀렌화 공정으로 제조된 CIGS 광흡수층(30) 보다 더 우수한 CIGS 결정상을 제조할 수 있다. 그로 인해, 더 효율이 높은 CIGS 광흡수층(30)을 제조할 수 있다.
구체적인 예를 들면, 배면전극(20)을 형성하는 단계는, 기판(10)을 아세톤, 메탄올로 각각 초음파 세정 후 증류수로 충분히 세척하여 준비한다. 기판(10)을 반응성 스퍼터링 챔버 내부에 위치하고, 고진공을 형성할 수 있다.
고진공 분위기하에서, 반응성 스퍼터링 챔버 내부에 순수한 아르곤 가스를 주입하고, DC power로 플라즈마를 발생시켜 제 1 몰리브덴층(21)을 예를 들면, 약 0.3 ㎛ 이상의 두께로 형성시킬 수 있다. 이 때, 기판(10)과 몰리브덴의 접착력 향상을 위해 공정 압력을 다양하게 조절하여 제 1 몰리브덴층(21)을 증착할 수 있다.
동일 챔버 내에 질소 가스를 추가로 공급하여, 아르곤/질소 혼합 가스 분위기를 형성한 후, DC power로 플라즈마를 발생시켜, 몰리브덴과 질소 가스의 반응을 촉진하여 원하는 두께의 몰리나이트라이드층(22)을 예를 들면, 약 0.1 ㎛ 이상의 두께로 형성 할 수 있다.
몰리나이트라이드층(22)을 원하는 두께로 형성시킨 후, 질소 가스의 공급을 차단하고, 제 1 몰리브덴층(21)을 형성할 때와 동일한 플라즈마 조건에서 제 2 몰리브덴층(23)을 예를 들면, 약 0.1 ㎛ 이상의 두께로 형성할 수 있다.
예비광흡수층(35)은 배면전극(20)의 상부에 형성될 수 있다. 구리, 인듐 및 갈륨을 순차적으로 스퍼터링 방식, 증발법 또는 화학적인 방법 중 하나를 이용해 예비광흡수층(35)을 증착한 후 셀레늄 분위기에서 예를 들면 약 450℃ 이상의 고온에서 셀렌화 또는 셀렌화/황화 반응을 통해 CIGS 광흡수층(30)을 제조할 수 있다.
이 때, 제 2 몰리브덴층(23)은 CIGS 광흡수층(30)으로부터 확산되어진 셀레늄과 반응하여, 몰리셀레나이드층(24)으로 상변태 할 수 있다. 예비전극부(25)는 셀렌화 이후에 전극부(26)로 이해될 수 있으며, 전극부(26)는 제 1 몰리브덴층(21), 몰리나이트라이드층(22)과 몰리셀레나이드층(24)을 포함 할 수 있다. 몰리셀레나이드층(24)의 두께는 셀레늄의 확산방지층으로 사용되는 몰리나이트라이드층(22)에 의해 셀레늄의 확산이 억제되고, 반응시간, 반응온도 및 제 2 몰리브덴층(23)의 두께에 따라 몰리셀레나이드층(24)의 두께가 제어될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지용 배면전극을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 기판(10)의 적어도 일면 상에 형성되는 태양전지용 배면전극(20)으로서, 배면전극(20)은 기판(10) 상부에 형성된 제 1 몰리브덴층(21), 제 1 몰리브덴층(21) 상부에 형성된 몰리나이트라이드층(22) 및 몰리나이트라이드층(22) 상부에 형성되는 제 2 몰리브덴층(23)이 순차적으로 배치된 예비전극부(25)를 포함할 수 있다.
예비전극부(25) 상에 예를 들어, 구리, 인듐 및 갈륨을 포함하는 예비광흡수층(35)을 형성할 수 있고, 고온에서 셀렌화를 수행할 수 있다. 셀렌화에 수반된 셀레늄과 제 2 몰리브덴층(23)이 반응하여 몰리셀레나이드층(24)을 형성할 수 있다.
이 때, 제 1 몰리브덴층(21), 몰리나이트라이드층(22), 제 3 몰리브덴층(22a) 및 몰리셀레나이드층(24)이 순차적으로 배치된 전극부(26)로 형성될 수도 있다. 상기 예비전극부(25)는 셀렌화 이후에 전극부(26)로 변화된 것으로 이해할 수 있다. 즉, 배면전극(20)은 셀렌화 공정 이전에는, 제 1 몰리브덴층(21), 몰리나이트라이드층(22) 및 제 2 몰리브덴층(23)이 순차적으로 배치된 예비전극부(25)로 이해될 수 있으며, 셀렌화 공정 이후에는, 제 1 몰리브덴층(21), 몰리나이트라이드층(22), 제 3 몰리브덴층(22a) 및 몰리셀레나이드층(24)을 포함하는 전극부(26)로 이해될 수 있다. 예비광흡수층(35)은 셀렌화 공정에서 셀레늄과 반응하여 CIGS 광흡수층(30)으로 형성될 수 있다.
상기 제 3 몰리브덴층(22a)은 셀렌화 공정이 수행되는 과정에서 제 2 몰리브덴층(23)을 통해 확산된 셀레늄과 몰리나이트라이드층(22)의 적어도 일부가 반응할 수도 있다. 이 때, 몰리나이트라이드층(22)의 몰리나이트라이드의 일부가 고온 셀렌화 하는 공정이 진행되면서 자연스럽게 몰리브덴으로 환원되어 제 3 몰리브덴층(22a)이 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 제 3 몰리브덴층(22a)은 오믹접합 특성을 갖게 되므로, 몰리나이트라이드층(22)의 삽입에 의한 쇼트키 접합 특성에 대한 우려는 전혀 없다.
몰리셀레나이드(24)층은 전기저항이 매우 높으므로, 약 100nm 이상으로 두꺼워질 경우 태양전지의 효율을 급격히 저하시키는 문제를 야기할 수 있다. 또한, 적당히 얇은 몰리셀레나이드층(24)이 삽입된 경우, 오믹 접합 특성을 갖게 되는 것으로 알려져 있어, 몰리셀레나이드층(24)의 두께 제어가 고효율 태양전지의 제조에 꼭 필요할 수 있다. 제 2 몰리브덴층(23)의 두께는 고온셀렌화 공정시 몰리셀레나이드층(24)이 너무 두껍게 형성되어 광전변환효율 향상을 저해하지 않도록 태양전지 설계를 해야 하며, 그 설계에 따라 제 2 몰리브덴층(23)의 두께를 조절 할 수 있다.
또한, 몰리나이트라이드층(22)은 제 1 몰리브덴층(21)과 제 2 몰리브덴층(23)과 동일한 몰리브덴 물질을 포함하므로, 층간 계면접합력에서 유리하며, 동일한 몰리브덴 챔버 내에서 질소 가스 유입을 제어함으로써 세층을 연속적으로 쉽게 형성할 수 있고, 동종의 몰리브덴 재질을 사용하여 배면전극(20)을 형성할 수 있어 저항의 영향을 덜 받게 되어 전자와 홀의 수집이 더 유리할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 태양전지용 배면전극의 제조방법은 상술한 배면전극의 제조 외에 사용되는 배면전극(20)의 재질에 따라, 다양한 금속-셀레나이드(Metal-selenide)층을 형성할 수 있다.
또한, CIGS 태양전지의 밴드갭 조정을 위해 셀렌화 공정 후 또는 이와 동시에 황화 공정을 진행할 수 있다. 셀렌화 공정 이후에 몰리셀레나이드층(24)은 MoSey로 형성 될 수 있고, 황화 공정 이후에 몰리셀레나이드층(24)은 Mo(Se, S)y 로 형성될 수 있다.
구리, 인듐 및 갈륨의 조성비는 태양전지 설계에 따라 달라질 수 있고, 구리, 인듐 및 갈륨의 박막 두께 또한 CIGS 광흡수층(30)의 두께에 대한 설계에 따라 더 두껍거나 얇게 해도 무관하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의한 태양전지용 배면전극의 제조방법은 상술한 제조방법 외에 기판(10) 또는 배면전극(20) 내부에 있는 불순물이 광흡수층(30)으로의 불필요한 확산을 차단할 수 있으며, 확산을 방지하고자 하는 물질의 종류에 따라 배면전극(20)의 구조는 단일층 또는 이중층 이상으로 이루어질 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 상술한 기술적 사상을 적용한 실험예를 설명한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험예에 의해서 한정되는 것은 아니다.
[실험예]
본 발명의 배면전극(20) 제조 방법은 다음과 같다.
1 단계. 기판 준비
기판 준비단계로서 일반적으로 많이 사용되는 소다라임글라스를 준비한다. 세척은 아세톤, 메탄올로 각각 초음파 10분 세척 후 증류수(D.I. water)로 충분히 세척하여 준비하였다. 상기 기판은 도 3에서 상술한 기판(10)에 대응한다.
2 단계. 몰리브덴 증착
소다라임글라스 위에 배면전극으로서 몰리브덴 박막을 DC 스퍼터링 (Direct Current Sputtering) 공정으로 약 0.3 ㎛ 두께로 형성시켰다. 이 때, 플라즈마 발생기체는 순수한 아르곤 가스를 사용하여, 순수한 몰리브덴 박막을 기판 상에 증착하였다. 상기 몰리브덴 박막은 도 3에서 상술한 제 1 몰리브덴층(21)에 대응한다.
3 단계. 몰리나이트라이드 증착
2단계의 스퍼터링 공정에서 원하는 몰리브덴 두께 (예를 들어, 약 0.3 ㎛)를 증착한 직 후, 질소 가스를 추가로 공급하여 아르곤과 질소의 혼합기체를 사용하여 몰리나이트라이드 박막이 약 0.1 ㎛ 두께로 성장하도록 하였다. 상기 몰리나이트라이드는 도 3에서 상술한 몰리나이트라이드층(22)에 대응한다.
4 단계. 몰리브덴 증착
3단계에서 몰리나이트라이드 박막을 원하는 두께로 형성시킨 직 후, 질소 가스의 공급을 차단하여, 2단계와 동일한 플라즈마조건에서 순수한 몰리브덴 박막을 약 0.1 ㎛ 두께로 증착하였다. 상기 몰리브덴 박막은 도 3에서 상술한 제 2 몰리브덴층(23)에 대응한다.
5 단계. 몰리셀레나이드 형성
소다라임글라스/몰리브덴/몰리나이트라이드/몰리브덴이 적층된 샘플에 예비 광흡수층(35)을 스퍼터링법으로 증착 후 약 500℃의 셀레늄 분위기로 유지된 확산로(thermal furnace)에 장입하여 약 20분간 유지하였다. 이 과정을 통해 공급된 셀레늄과 상층의 몰리브덴이 반응하여 몰리셀레나이드 박막을 형성하게 된다. 그러나, 하부 몰리브덴은 몰리나이트라이드에 의해 셀레늄 공급이 차단되므로 몰리셀레나이드로 변하지 않게 된다.
또한, 광흡수층(30)을 동시증발법을 적용하여 CIGS 태양전지를 제조할 경우, 증착 직전에 셀레늄 분위기에 상부 몰리브덴층이 반응하면서, 매우 얇은 몰리셀레나이드가 형성 될 수 있다. 상기 몰리셀레나이드는 도 3에서 상술한 몰리셀레나이드층(24)에 대응한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 배면전극을 투과전자현미경(TEM)으로 분석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 실험예에 의해 제조된 시편을 투과전자현미경으로 분석한 결과이다. 맨 하층부는 제 1 몰리브덴층(21)이 형성되어 있다. 이 제 1 몰리브덴층(21) 상에 몰리나이트라이드층(22)이 형성되어 있으며, 몰리나이트라이드층(22) 상에 매우 얇은 제 3 몰리브덴층(22a)이 형성되어 있음을 확인할 수 있다. 제 3 몰리브덴층(22a) 상에 몰리셀레나이드층(24)이 형성되어 있고, 몰리셀레나이드층(24) 상에 CIGS 광흡수층(30)이 형성되어 있음을 확인할 수 있다.
도 6은 도 5의 배면전극을 EDS(Energy Dispersive spectroscope) mapping 분석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 도 5의 투과전자현미경으로 분석한 배면전극(20)의 단면을 EDS mapping 분석 결과를 보여주는 도면이다. 제 1 몰리브덴층(21), 몰리나이트라이드층(22), 제 3 몰리브덴층(22a), 몰리셀레나이드층(24) 및 광흡수층(30)이 순차적으로 형성되어 있음을 확인할 수 있으며, 도 5와 비교하여, 도 6은 도 5에 비해 상대적으로 저배율로 측정한 결과로써, 제 3 몰리브덴층(22a)이 배면전극의 전체 영역에 대해 매우 균일한 두께로 형성되어 있음을 확인할 수 있다.
도6의 녹색으로 보여지는 부분은 몰리브덴 성분이 존재한다는 것을 뜻하며, 제 1 몰리브덴층(21)에 가장 많은 몰리브덴이 존재하고 있음을 알 수 있다. 몰리나이트라이드층(22) 및 제 3 몰리브덴층(22a)에도 제 1 몰리브덴층(21)에 비해 적은 양이지만 몰리브덴이 존재함을 알 수 있다. 몰리 셀레나이드층(24)에는 녹색으로 이루어진 부분이 제 1 몰리브덴층(21)에 비해 몰리브덴의 양이 현저히 적게 분포함을 확인할 수 있다.
또한, 도6의 적색으로 보여지는 부분은 셀레늄 성분이 존재한다는 것을 뜻하며, 몰리브덴과는 다르게 반대로 시편의 상단부, 즉, 몰리셀레나이드층(24)에 가장 많은 셀레늄이 존재함을 확인할 수 있으며, 몰리나이트라이드층(22)에도 셀레늄의 일부가 확산되어 존재함을 확인할 수 있다.
도6의 청색으로 보여지는 부분은 셀레늄 성분이 존재한다는 것을 뜻하며, 몰리나이트라이드층(22)에 가장 많은 질소가 존재함을 알 수 있다.
도 7은 도 5의 배면전극을 라인스캔(line scan)하여 성분 분석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 도 7의 (a)는 배면전극(20)의 단면으로써, 도 7의 (a)에 도시된 CC'로 연결된 화살표 방향으로 라인스캔 분석이 이루어지며, 몰리셀레나이드층(24), 제 3 몰리브덴층(22a), 몰리나이트라이드층(22) 및 제 1 몰리브덴층(21)의 순서로 성분 분석이 시행된다. 도 7의 (b)에 CC'의 화살표 방향으로 수행되는 성분 분석 결과를 보면, 몰리셀레나이드층(24)에는 일부 확산된 질소가 다소 존재함을 확인할 수 있으며, 셀레늄의 양이 상대적으로 가장 많음을 확인할 수 있다.
라인스캔 분석이 진행될수록 몰리셀레나이드층(24)과 몰리나이트라이드층(22) 사이에 존재하는 제 3 몰리브덴층(22a)에서 몰리브덴이 가장 많이 존재함을 알 수 있으며, 셀레늄이 미량 존재하고, 몰리나이트라이드층(22)은 몰리브덴과 질소의 비가 약 1:1로 몰리브덴과 질소의 양이 서로 유사하게 존재함을 알 수 있다.
마지막으로 제 1 몰리브덴층에는 몰리브덴의 양이 거의 100%에 가깝고, 몰리나이트라이드층(22)에 있는 질소가 일부 확산되어 존재하는 것을 알 수 있다.
상술한 바에 의하면, 몰리셀레나이드의 과도한 형성을 억제하기 위하여 몰리나이트라이드를 삽입한 구조를 채택하였다. 고온 셀렌화 열처리 후 최종 배면전극의 조직은 실시예의 도면들에서 제시된 바와 같이, 몰리브덴/몰리나이트라이드/몰리셀레나이드가 접합된 구조를 갖게 되며, 몰리나이트라이드와 몰리셀레나이드의 접합특성에 따라, 오믹접합 또는 쇼트키 접합 특성을 갖게 된다.
만약, 몰리나이트라이드와 몰리셀레나이드 접합이 쇼트키 접합 특성을 갖게 되면, 본 발명이 제안한 몰리브덴/몰리나이트라이드/몰리셀레나이드 접합은 back contact barrier, 즉, 전자 이송에 대한 저항층으로 작용하게 되므로, CIGS 태양전지의 배면전극으로 부적합하게 된다.
한편, 몰리브덴과 몰리나이트라이드 접합은 몰리브덴과 몰리셀레나이드 접합과 마찬가지로 오믹접합을 형성하는 것으로 알려져 있다. 본 발명에 따르면, 몰리브덴/몰리나이트라이드/몰리브덴 접합 구조를 고온 셀렌화 열처리를 할 경우, 단순히 몰리브덴/몰리나이트라이드/몰리셀레나이드 접합 구조가 얻어지는 것이 아니라, 몰리나이트라이드와 몰리셀레나이드의 접합계면에 약 10㎚~20㎚ 정도의 얇은 몰리브덴이 자발적으로 형성되어, 최종적으로 몰리브덴/몰리나이트라이드/몰리브덴/몰리셀레나이드 접합 구조가 형성된다.
이 경우, 몰리브덴과 몰리셀레나이드, 몰리나이트라이드와 몰리브덴 및 몰리브덴과 몰리나이트라이드로 접합된 모든 접합계면이 오믹접합 특성을 갖게 되므로, 몰리나이트라이드 삽입에 의한 쇼트키 접합 특성에 대한 우려가 전혀 없다.
몰리나이트라이드와 몰리셀레나이드 접합계면 사이에 자발적으로 형성된 몰리브덴은 고온 셀렌화 과정 중 몰리나이트라이드가 몰리브덴으로 환원되어 형성된 것으로 판단된다.
상기 몰리브덴의 형성은 몰리나이트라이드의 환원과정의 부산물로써, 별도의 제조공정을 요구하지 않으며, CIGS 박막 태양전지의 제조과정 중 자발적으로 형성될 수 있으므로, 몰리나이트라이드의 삽입으로 과도한 몰리셀레나이드 형성을 방지할 뿐만 아니라, 전혀 부작용을 발생시키지 않는다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10 : 기판 20 : 배면전극
21 : 제 1 몰리브덴층 22 : 몰리나이트라이드층
22a : 제 3 몰리브덴층 23 : 제 2 몰리브덴층
24 : 몰리셀레나이드층 25 : 예비전극부
26 : 전극부 30 : CIGS 광흡수층
35 : 예비광흡수층 40 : 버퍼층
50 : 투명전극 60 : 반사방지층
70 : 그리드 전극
21 : 제 1 몰리브덴층 22 : 몰리나이트라이드층
22a : 제 3 몰리브덴층 23 : 제 2 몰리브덴층
24 : 몰리셀레나이드층 25 : 예비전극부
26 : 전극부 30 : CIGS 광흡수층
35 : 예비광흡수층 40 : 버퍼층
50 : 투명전극 60 : 반사방지층
70 : 그리드 전극
Claims (10)
- 삭제
- 삭제
- 기판 및 상기 기판 상에 제 1 몰리브덴층, 확산방지층인 몰리나이트라이드층 및 제 2 몰리브덴층이 순차적으로 배치된 예비전극부를 구비하는, 태양전지용 배면전극을 제공하는 단계;
상기 예비전극부 상에, 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)을 포함하는, 예비광흡수층을 형성하는 단계; 및
상기 예비전극부 및 상기 예비광흡수층 상에 셀렌화(selenization)를 수행하는 단계;를 포함하고,
상기 예비전극부 및 상기 예비광흡수층 상에 셀렌화를 수행하는 단계;는
상기 셀렌화에 수반된 셀레늄(Se)과 상기 제 2 몰리브덴층이 반응하여 몰리셀레나이드층을 형성함으로써, 상기 예비전극부가 상기 제 1 몰리브덴층, 상기 몰리나이트라이드층 및 상기 몰리셀레나이드층이 순차적으로 배치된 전극부로 형성되는 단계; 및
상기 셀렌화에 수반된 셀레늄(Se)이 상기 예비광흡수층과 반응함으로써, 상기 예비광흡수층이 CIGS 광흡수층으로 형성되는 단계;
를 포함하며,
상기 전극부는 상기 몰리나이트라이드층과 상기 몰리셀레나이드층의 사이에 개재되는 제 3 몰리브덴층을 더 포함하고, 상기 제 3 몰리브덴층은 상기 셀렌화가 수행되면서 상기 몰리나이트라이드층의 적어도 일부가 몰리브덴층으로 환원되어 형성되는,
태양전지의 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 기판 및 상기 기판 상에 제 1 몰리브덴층, 확산방지층인 몰리나이트라이드층 및 제 2 몰리브덴층이 순차적으로 배치된 예비전극부를 구비하는, 태양전지용 배면전극을 제공하는 단계;
셀레늄 분위기에서 상기 제 2 몰리브덴층으로부터 몰리셀레나이드층을 형성하는 단계; 및
상기 예비전극부 상에 상기 셀레늄(Se) 분위기에서 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)을 포함하는 광흡수층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 몰리셀레나이드층을 형성하는 단계와 상기 광흡수층을 형성하는 단계는 동시에 수행되며,
상기 광흡수층을 형성하는 단계;는
상기 셀레늄과 상기 제 2 몰리브덴층이 반응하여 몰리셀레나이드층을 형성함으로써, 상기 예비전극부가 상기 제 1 몰리브덴층, 상기 몰리나이트라이드층 및 상기 몰리셀레나이드층이 순차적으로 배치된 전극부로 형성되는 단계;를 포함하며,
상기 전극부는 상기 몰리나이트라이드층과 상기 몰리셀레나이드층의 사이에 개재되는 제 3 몰리브덴층을 더 포함하고, 상기 제 3 몰리브덴층은 상기 광흡수층을 형성하면서 상기 몰리나이트라이드층의 적어도 일부가 몰리브덴층으로 환원되어 형성되는,
태양전지의 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20140007356 | 2014-01-21 | ||
| KR1020140007356 | 2014-01-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150087775A KR20150087775A (ko) | 2015-07-30 |
| KR101559539B1 true KR101559539B1 (ko) | 2015-10-16 |
Family
ID=53876901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140047999A KR101559539B1 (ko) | 2014-01-21 | 2014-04-22 | 태양전지, 태양전지용 배면전극 및 그 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101559539B1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102359162B1 (ko) * | 2019-10-16 | 2022-02-08 | 영남대학교 산학협력단 | 태양전지의 제조방법 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120055543A1 (en) * | 2010-09-03 | 2012-03-08 | Solopower, Inc. | Back contact diffusion barrier layers for group ibiiiavia photovoltaic cells |
| WO2013149757A1 (de) * | 2012-04-02 | 2013-10-10 | Robert Bosch Gmbh | Mehrschicht-rückelektrode für eine photovoltaische dünnschichtsolarzelle, verwendung derselben für die herstellung von dünnschichtsolarzellen und -modulen, photovoltaische dünnschichtsolarzellen und -module enthaltend die mehrschicht-rückelektrode sowie ein herstellungsverfahren |
-
2014
- 2014-04-22 KR KR1020140047999A patent/KR101559539B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120055543A1 (en) * | 2010-09-03 | 2012-03-08 | Solopower, Inc. | Back contact diffusion barrier layers for group ibiiiavia photovoltaic cells |
| WO2013149757A1 (de) * | 2012-04-02 | 2013-10-10 | Robert Bosch Gmbh | Mehrschicht-rückelektrode für eine photovoltaische dünnschichtsolarzelle, verwendung derselben für die herstellung von dünnschichtsolarzellen und -modulen, photovoltaische dünnschichtsolarzellen und -module enthaltend die mehrschicht-rückelektrode sowie ein herstellungsverfahren |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20150087775A (ko) | 2015-07-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4937379B2 (ja) | 薄膜太陽電池 | |
| CN102237439B (zh) | 太阳能电池的制造方法 | |
| JP6096790B2 (ja) | 光電池のための導電性基材 | |
| US20100319777A1 (en) | Solar cell and method of fabricating the same | |
| KR101893411B1 (ko) | 황화아연 버퍼층을 적용한 czts계 박막 태양전지 제조방법 | |
| US20090050208A1 (en) | Method and structures for controlling the group iiia material profile through a group ibiiiavia compound layer | |
| JP5178904B1 (ja) | Ｃｚｔｓ系薄膜太陽電池及びその製造方法 | |
| Chu et al. | Semi-transparent thin film solar cells by a solution process | |
| KR101231364B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR101210171B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| CN104022179B (zh) | 形成太阳能电池的缓冲层的方法和由此形成的太阳能电池 | |
| KR101559539B1 (ko) | 태양전지, 태양전지용 배면전극 및 그 제조방법 | |
| KR102594725B1 (ko) | 흡수체층의 후처리 방법 | |
| KR102057234B1 (ko) | Cigs 박막 태양전지의 제조방법 및 이의 방법으로 제조된 cigs 박막 태양전지 | |
| KR102015985B1 (ko) | 태양전지용 cigs 박막의 제조방법 | |
| KR101922065B1 (ko) | 박막 태양전지의 제조방법 | |
| Chelvanathan et al. | CZTS solar cells | |
| KR101924538B1 (ko) | 투명 전도성 산화물 후면전극을 가지는 칼코게나이드계 태양전지 및 그 제조방법 | |
| KR102359162B1 (ko) | 태양전지의 제조방법 | |
| KR102212042B1 (ko) | 원자층 증착법으로 형성된 버퍼층을 포함하는 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR102596328B1 (ko) | Czts계 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법, 이로부터 제조되는 czts계 박막 태양전지 광흡수층 | |
| JP2019071342A (ja) | 薄膜太陽電池の製造方法 | |
| JP6961325B2 (ja) | 光電変換層の製造方法及び光電変換素子の製造方法 | |
| KR101273095B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR20230032213A (ko) | 유연 박막태양전지 및 이의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181001 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191001 Year of fee payment: 5 |