KR101592576B1 - Solar cell and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 태양전지는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 제1전극; 상기 제1전극 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 형성되는 제2전극을 포함하며, 상기 제2전극 상부에 텍스쳐(texture) 패턴이 형성된 것을 포함한다.A solar cell according to an embodiment includes a substrate; A first electrode disposed on the substrate; A light absorbing layer disposed on the first electrode; And a second electrode formed on the light absorption layer, wherein a texture pattern is formed on the second electrode.
실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 기판 상에 제1전극을 형성하는 단계; 상기 제1전극 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 및 상기 광 흡수층 상에 텍스쳐(texture) 패턴이 형성된 제2전극을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a solar cell according to an embodiment includes forming a first electrode on a substrate; Forming a light absorbing layer on the first electrode; And forming a second electrode having a texture pattern on the light absorption layer.
태양전지 Solar cell
Description
실시예는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.An embodiment relates to a solar cell and a manufacturing method thereof.
최근 에너지의 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지들에 대한 개발이 진행되고 있다.As demand for energy has increased recently, development of solar cells that convert solar energy into electrical energy is underway.
특히, 유리 기판, 금속 후면 전극층, p형 CIGS계 광 흡수층, 고 저항 버퍼층, n형 창층 등을 포함하는 기판 구조의 pn 헤테로 접합 장치인 CIGS계 태양전지가 널리 사용되고 있다.Particularly, a CIGS-based solar cell which is a pn heterojunction device having a substrate structure including a glass substrate, a metal back electrode layer, a p-type CIGS light absorbing layer, a high resistance buffer layer, and an n-type window layer is widely used.
이러한 태양전지의 성능을 향상시키기 위해서, 각각의 층들에 포함된 불순물이 확산되는 것을 방지하고, 입광 효율을 향상시키기 위한 연구들이 진행 중이다.In order to improve the performance of such a solar cell, studies are underway to prevent diffusion of impurities contained in the respective layers and to improve the light incident efficiency.
실시예는 광효율을 증가시킬 수 있는 태양전지 및 이의 제조방법을 제공한다.Embodiments provide a solar cell capable of increasing light efficiency and a method of manufacturing the same.
실시예에 따른 태양전지는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 제1전극; 상기 제1전극 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 형성되는 제2전극을 포함하며, 상기 제2전극 상부에 텍스쳐(texture) 패턴이 형성된 것을 포함한다.A solar cell according to an embodiment includes a substrate; A first electrode disposed on the substrate; A light absorbing layer disposed on the first electrode; And a second electrode formed on the light absorption layer, wherein a texture pattern is formed on the second electrode.
실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 기판 상에 제1전극을 형성하는 단계; 상기 제1전극 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 및 상기 광 흡수층 상에 텍스쳐(texture) 패턴이 형성된 제2전극을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a solar cell according to an embodiment includes forming a first electrode on a substrate; Forming a light absorbing layer on the first electrode; And forming a second electrode having a texture pattern on the light absorption layer.
실시예에 따른 태양전지 및 이의 제조방법은 제2전면전극층의 표면이 텍스쳐 패턴으로 형성되어, 프리즘 배열의 형상 또는 원뿔 형상으로 형성되어, 평평한 구조에 비해 빛의 흡수를 향상시킬 수 있다.The surface of the second front electrode layer is formed into a texture pattern and is formed into a prism arrangement shape or a conical shape so that absorption of light can be improved as compared with a flat structure.
즉, 입사되는 태양광이 태양전지 외부로 반사되는 비율이 감소하게 되며, 태양전지 내부로 태양광이 흡수되는 비율이 증가하게 되어 태양전지의 효율이 향상될 수 있다.That is, the ratio of incident sunlight to the outside of the solar cell is reduced, and the proportion of solar light absorbed into the solar cell is increased, so that the efficiency of the solar cell can be improved.
또한, 제2전면전극층의 하부에 제1전면전극층이 존재하여, 캐리어(carrier)의 이동에는 영향을 끼치지 않으면서 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, the first front electrode layer exists under the second front electrode layer, and the efficiency of the solar cell can be improved without affecting the movement of the carrier.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 층, 막 또는 전극 등이 각 기판, 층, 막, 또는 전극 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.In the description of the embodiments, in the case where each substrate, layer, film or electrode is described as being formed "on" or "under" of each substrate, layer, film, , "On" and "under" all include being formed "directly" or "indirectly" through "another element". In addition, the upper or lower reference of each component is described with reference to the drawings. The size of each component in the drawings may be exaggerated for the sake of explanation and does not mean the size actually applied.
도 1 내지 도 6은 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.1 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment.
우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 후면전극(200)을 형성한다.First, as shown in FIG. 1, a
상기 기판(100)은 유리(glass)가 사용되고 있으며, 알루미나와 같은 세라믹 기판, 금속 기판 또는 폴리머 기판 등도 사용될 수 있다.As the
유리 기판으로는 소다라임 유리(sodalime glass)를 사용할 수 있으며, 금속 기판으로는 스테인레스 스틸 또는 티타늄을 포함하는 기판을 사용할 수 있다.As the glass substrate, sodalime glass can be used, and as the metal substrate, a substrate including stainless steel or titanium can be used.
또한, 상기 기판(100)은 리지드(rigid)하거나 플렉서블(flexible)할 수 있다.In addition, the
상기 후면전극(200)은 금속 등의 도전체로 형성될 수 있다.The
예를 들어, 상기 후면전극(200)은 몰리브덴(Mo) 타겟을 사용하여, 스퍼터링(sputtering) 공정에 의해 형성될 수 있다. For example, the
이는, 몰리브덴(Mo)이 가진 높은 전기전도도, 광 흡수층과의 오믹(ohmic) 접 합, Se 분위기 하에서의 고온 안정성 때문이다.This is due to the high electrical conductivity of molybdenum (Mo), the ohmic contact with the light absorbing layer, and the high temperature stability under Se atmosphere.
상기 후면전극(200)인 몰리브덴(Mo) 박막은 전극으로서 비저항이 낮아야 하고, 또한 열팽창 계수의 차이로 인하여 박리 현상이 일어나지 않도록 기판에의 점착성이 뛰어나야 한다.The molybdenum (Mo) thin film, which is the
또한, 상기 후면전극(200)은 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다.In addition, the
상기 후면전극(200)이 복수개의 층으로 형성될 때, 상기 후면전극(200)을 이루는 층들은 서로 다른 물질로 형성될 수 있다.When the
그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 후면전극(200) 상에 광 흡수층(300), 제1버퍼층(400) 및 제2버퍼층(500)을 형성한다.2, a
상기 광 흡수층(300)은 Ⅰb-Ⅲb-Ⅵb계 화합물을 포함한다. The
더 자세하게, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In, Ga)Se2, CIGS계) 화합물을 포함한다.More specifically, the
이와는 다르게, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-셀레나이드계(CuInSe2, CIS계) 화합물, 구리-갈륨-셀레나이드계(CuGaSe2, CIS계) 화합물 또는 CISS계 (Cu(In,Ga)(S,Se)2) 화합물을 포함할 수 있다.Alternatively, the
예를 들어, 상기 광 흡수층(300)을 형성하기 위해서, 구리 타겟, 인듐 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하여, 상기 후면전극(200) 상에 CIG계 금속 프리커서(precursor)막이 형성된다. For example, in order to form the
이후, 상기 금속 프리커서막은 셀레니제이션(selenization) 공정에 의해서, 셀레늄(Se)과 반응하여 CIGS계 광 흡수층(300)이 형성된다.Thereafter, the metal precursor film is reacted with selenium (Se) by a selenization process to form a CIGS-based
또한, 상기 광 흡수층(300)은 구리,인듐,갈륨,셀레나이드(Cu, In, Ga, Se)를 동시증착법(co-evaporation)에 의해 형성할 수도 있다.The
상기 광 흡수층(300)은 외부의 광을 입사받아, 전기 에너지로 변환시킨다. 상기 광 흡수층(300)은 광전효과에 의해서 광 기전력을 생성한다.The
상기 제1버퍼층(400)은 황화 카드뮴(CdS)이 적층되어 형성될 수 있다.The
이때, 상기 제1버퍼층(400)은 n형 반도체 층이고, 상기 광 흡수층(300)은 p형 반도체 층이다. 따라서, 상기 광 흡수층(300) 및 제1버퍼층(400)은 pn 접합을 형성한다.At this time, the
그리고, 상기 제2버퍼층(500)은 산화 아연(ZnO)을 타겟으로하여 스퍼터링 공정으로 형성될 수 있다.The
상기 제1버퍼층(400) 및 제2버퍼층(500)은 상기 광 흡수층(300)과 이후 형성될 전면전극의 사이에 배치된다.The
즉, 상기 광 흡수층(300)과 전면전극은 격자상수와 에너지 밴드 갭의 차이가 크기 때문에, 밴드갭이 두 물질의 중간에 위치하는 상기 제1버퍼층(400) 및 제2버퍼층(500)을 삽입하여 양호한 접합을 형성할 수 있다.That is, since the difference between the lattice constant and the energy band gap is large between the
그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2버퍼층(500) 상에 TCO층(Transparent Conductive Oxide layer)인 제1전면전극층(600) 및 제2전면전극층(710)을 형성한다.As shown in FIG. 3, a first
상기 제1전면전극층(600) 및 제2전면전극층(710)은 산화 인듐(In2O3), 산화 아연(ZnO) 또는 산화 주석(SnO2)으로 형성될 수 있다.The first
상기 제1전면전극층(600) 및 상기 제2전면전극층(710)은 상기 광 흡수층(300)과 pn접합을 형성하는 윈도우(window)층으로서, 태양전지 전면의 투명전극의 기능을 하기 때문에 광투과율이 높고 전기 전도성이 좋은 물질로 형성된다.The first
이때, 상기 산화 아연에 알루미늄, 알루미나, 갈륨(Ga), 산화갈륨(GaO) 중 어느 하나를 도핑함으로써 낮은 저항값을 갖는 전극을 형성할 수 있다.At this time, an electrode having a low resistance value can be formed by doping zinc oxide with any one of aluminum, alumina, gallium (Ga), and gallium oxide (GaO).
상기 제1전면전극층(600)은 300~1000 nm의 두께로 형성될 수 있으며, 상기 제2전면전극층(710)은 100~1000 nm의 두께로 형성될 수 있다.The first
이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2전면전극층(710)에 텍스쳐링(texturing) 공정을 진행하여 텍스쳐 패턴이 형성된 제2전면전극층(700)을 형성함으로써, 전면전극(800)을 형성한다.4, a
상기 제2전면전극층(700)은 건식, 습식 식각 방법 및 샌드블라스트(sandblast) 등의 텍스쳐링(texturing) 공정을 진행하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 원뿔(circular cone) 형상으로 형성될 수 있다.The second
그러나, 상기 제2전면전극층(700)을 형성하는 방법은 이에 한정되지 않고, 상기 제1전면전극층(600) 상에 박막 증착 방법을 진행하여, 텍스쳐 패턴이 형성된 제2전면전극층(700)을 형성할 수 있다.However, the method of forming the second
즉, 상기 제2전면전극층(710)을 형성하지 않고, 타겟(target)과 기판 사이에 마스크(mask)를 삽입하여 증착공정을 진행함으로써, 원하는 모양으로 상기 텍스쳐 패턴이 형성된 제2전면전극층(700)을 형성할 수 있다.That is, a mask is inserted between the target and the substrate without forming the second
상기 마스크는 상기 텍스쳐 패턴이 형성된 제2전면전극층(700)의 모양에 따라 변화될 수 있다.The mask may be changed according to the shape of the second
즉, 상기 마스크의 모양에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이, 프리즘(prism) 배열의 형상이 길이방향으로 나란히 배치되어, 상기 제1전면전극층(600) 상에 형성될 수 있다.That is, as shown in FIG. 6, a shape of a prism arrangement may be formed on the first
또한, 상기 마스크의 모양에 따라, 텍스쳐 패턴의 하부 형상이 본 실시예와 같이 원형일 수도 있으며, 타원 또는 다각형의 형태로도 형성될 수 있다.In addition, depending on the shape of the mask, the bottom shape of the texture pattern may be circular, or may be formed in the shape of an ellipse or a polygon.
이때, 상기 제2전면전극층(700)의 형상은 상기 제2전면전극층(710)의 두께에 따라 크기 및 높이가 달라질 수 있다.At this time, the shape of the second
그리고, 식각 공정으로 상기 텍스쳐링 공정을 진행할 때, 상기 제2전면전극층(700)의 일부가 제거되어, 상기 전면전극(800)은 50~2000 nm의 두께로 형성될 수 있다.When the texturing process is performed by the etching process, a part of the second
또한, 실시예의 도면에 상기 프리즘 배열의 형상은 규칙적으로 배치되지만, 이에 한정되지 않고, 상기 프리즘 배열의 형상은 불규칙한 크기 및 불규칙한 위치에 형성될 수 있다.In addition, although the shapes of the prism arrangements are regularly arranged in the drawings of the embodiment, the shapes of the prism arrangements can be irregularly sized and irregularly arranged.
본 실시예에서는 상기 전면전극(800)을 두 개의 층으로 형성한 후, 노출된 상부의 층에 텍스쳐 패턴을 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 전면전극(800)층은 하나의 층으로 형성된 후, 버퍼층이 노출되지 않도록 텍스쳐 공정을 진행하여 형성될 수 있다.In this embodiment, the
상기 제2전면전극층(700)이 프리즘 배열의 형상, 원뿔 형상으로 형성되어, 평평한 구조에 비해 빛의 흡수를 향상시킬 수 있다.The second
즉, 입사되는 태양광이 태양전지 외부로 반사되는 비율이 감소하게 되며, 태양전지 내부로 태양광이 흡수되는 비율이 증가하게 되어 태양전지의 효율이 향상될 수 있다.That is, the ratio of incident sunlight to the outside of the solar cell is reduced, and the proportion of solar light absorbed into the solar cell is increased, so that the efficiency of the solar cell can be improved.
또한, 상기 제2전면전극층(700)의 하부에 상기 제1전면전극층(600)이 존재하여, 캐리어(carrier)의 이동에는 영향을 끼치지 않으면서 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, the first
이상에서 설명한 실시예에 따른 태양전지 및 이의 제조방법은 제2전면전극층의 표면이 텍스쳐 패턴으로 형성되어, 프리즘 배열의 형상 또는 원뿔 형상으로 형성되어, 평평한 구조에 비해 빛의 흡수를 향상시킬 수 있다.In the solar cell and the method of manufacturing the same according to the embodiments described above, the surface of the second front electrode layer is formed into a texture pattern and is formed into a prism arrangement shape or a conical shape, so that absorption of light can be improved as compared with a flat structure .
즉, 입사되는 태양광이 태양전지 외부로 반사되는 비율이 감소하게 되며, 태양전지 내부로 태양광이 흡수되는 비율이 증가하게 되어 태양전지의 효율이 향상될 수 있다.That is, the ratio of incident sunlight to the outside of the solar cell is reduced, and the proportion of solar light absorbed into the solar cell is increased, so that the efficiency of the solar cell can be improved.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.
도 1 내지 도 6은 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.1 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment.
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