KR101777598B1 - 태양전지 제조방법 - Google Patents

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Abstract

태양전지의 제조방법이 제공된다. 그의 제조방법은 기판 상에 하부 전극을 형성하는 단계; 상기 하부 전극 상에 광 흡수 층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수 층 상에 버퍼 층을 형성하는 단계; 상기 버퍼 층 상에 서로 다른 전기적 특성을 갖는 진성 층과 투명 전극을 포함하는 윈도우 층을 형성하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 진성 층과 투명 전극은 불순물로 도핑된 금속 산화물로 이루어진 단일 타깃을 사용하는 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있다.

Description

태양전지 제조방법{method for manufacturing solar cell}
본 발명은 태양전지의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 윈도우 층을 포함하는 태양전지 제조방법에 관한 것이다.
최근 많은 관심을 모으고 있은 CIGS 박막 태양전지는 비정질 실리콘 태양전지에 비해 효율이 높고, 초기 열화현상이 없는 등 비교적 안정성이 높아 상용화를 위한 기술개발이 진행 중에 있다. CIGS 박막 태양전지는 기존의 단결정 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 우주용의 경량 고효율 태양전지로 처음 연구되었을 때만큼 우수한 특성을 가지고 있어서 단위 중량당의 발전량이 약 100W/kg으로 기존의 실리콘이나 GaAs 태양전지의 20~40W/kg에 비해 월등히 우수하다. 현재 단일 접합구조에서 20.3%를 달성하고 있어 기존의 다결정 실리콘 태양전지의 최고효율인 20%와 대등한 성능을 보이고 있다.
이러한 장점에도 불구하고, CIGS 박막 태양전지는 생산성이 낮은 편이다. 그 이유로는 CIGS 박막 태양전지는 통상 여러 단계의 진공공정을 거쳐 제조되기 때문에 대규모 장비 투자로 인한 높은 제조비용과 양산성이 낮다는 것이다. CIGS 박막 태양전지는 기판 상에 적층된 하부 전극, 광 흡수 층, 및 윈도우 층을 포함할 수 있다. 윈도우 층은 고저항을 가지는 진성 층과, 전기전도도가 높은 투명 전극을 포함할 수 있다. 일반적으로 윈도우 층은 서로 다른 전기적인 특성을 갖는 진성 층과 투명 전극의 소재 재료들에 대응되는 복수개의 타깃들을 사용한 스퍼터링 공정으로부터 형성될 수 있다. 스퍼터 장치는 윈도우 층의 형성 시에 복수개의 타깃들과, 상기 복수개의 타깃으로 플라즈마 이온을 가속시키는 복수개의 스퍼터 건들을 포함할 수 있다. 따라서, 종래 기술에 따른 태양전지의 제조방법은 윈도우 층의 형성 중에 2쌍 이상의 타깃들과 스퍼터 건들이 필수적으로 요구됨에 따라 장비 규모가 크고, 생산 단가가 상대적으로 높은 단점이 있었다.
본 발명의 목적은, 하나의 타깃을 사용한 스퍼터링 공정으로 서로 다른 전기적인 특성을 갖는 진성 층과 투명전극을 형성할 수 있는 태양전지의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 태양전지의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 태양전지 제조방법은, 기판 상에 하부 전극을 형성하는 단계; 상기 하부 전극 상에 광 흡수 층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수 층 상에 버퍼 층을 형성하는 단계; 상기 버퍼 층 상에 서로 다른 전기적 특성을 갖는 진성 층과 투명 전극을 포함하는 윈도우 층을 형성하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 진성 층과 투명전극은 불순물로 도핑된 금속 산화물로 이루어진 단일 타깃을 사용하는 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스퍼터링 공정은 상기 진성 층의 형성 시에 산소 가스 및 아르곤 가스를 제 1 반응가스로 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 스퍼터링 공정은 상기 투명 전극의 형성 시에 수소 가스 및 상기 아르곤 가스를 제 2 반응가스로 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수소 가스는 제 2 반응 가스 내에서 0.1% 내지 1.0%의 농도를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 수소 가스 및 상기 아르곤 가스는 150SCCM의 공급유량으로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 산화물은 산화 아연, 산화 인듐, 또는 산화 주석 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 불순물은 갈륨, 인듐, 알루미늄, 붕소, 또는 몰리브데늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 불순물은 상기 단일 타깃 내에서 0.05% 내지 0.5% 미만의 중량비를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 투명 전극은 1X10-2 Ω-㎝ 이하의 비저항을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 투명 전극은 93% 이상의 투과율을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 불순물을 포함하는 금속 산화물의 단일 타깃을 사용한 스퍼터링 공정으로 전기적인 특성이 서로 다른 진성 층과 투명 전극을 형성할 수 있다. 진성 층은 챔버 내에 산소 가스와 아르곤 가스의 제 1 반응 가스 공급에 의해 고저항을 갖는 금속 산화물로 형성될 수 있다. 진성 층은 산소 가스와 불순물에 결합에 의한 도핑 산화물을 갖는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 투명 전극은 챔버 내에 수소 가스와 아르곤 가스의 제 2 반응 가스의 공급에 의해 상기 진성 층보다 전기전도도가 높은 금속 산화물로 형성될 수 있다. 투명 전극은 수소 가스에 의해 산소 결핍을 갖는 금속 산화물 층 일 수 있다. 따라서, 진성 층과 투명 전극은 단일 타깃과 단일 스퍼터 건을 사용한 스퍼터링 공정에 의해 서로 다른 전기적인 특성을 갖는 금속 산화물들로 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 나타내는 공정 단면도들이다.
도 5는 도 4의 윈도우 층을 형성하는 스퍼터링 장치(sputter)를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 4의 투명 전극 형성 시의 수소 가스 및 아르곤 가스의 유량에 따른 저항과 투과도를 나타내는 그래프들이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 나타내는 공정 단면도들이다. 도 5는 도 4의 윈도우 층을 형성하는 스퍼터링 장치를 나타내는 도면이다.
도 1를 참조하면, 기판(10) 상에 하부 전극(20)을 형성한다. 기판(10)은 소다회 유리(sodalime glass) 기판일 수 있다. 기판(10)은 알루미나와 같은 세라믹 기판, 스테인리스 강판, 구리 테이프 등의 금속 기판 또는 고분자(poly) 필름일 수 있다. 하부 전극(20)은 비저항이 낮으며, 열팽창계수의 차이로 인하여 박리현상이 일어나지 않도록 유리 기판에 대한 점착성이 우수한 것이 바람직하다. 구체적으로, 하부 전극(20)은 스퍼터링 공정으로 형성된 몰리브데늄(Molybdenum)을 포함할 수 있다. 몰리브데늄은 높은 전기전도도, 다른 박막과의 오믹 접합(ohmic contact) 형성 특성, 셀레늄(Se) 분위기 하에서 고온 안정성을 가질 수 있다.
도 2를 참조하면, 하부 전극(20) 상에 광 흡수 층(30)을 형성한다. 광 흡수 층(30)은 광전효과를 통해 빛 에너지로부터 전기를 생성시킬 수 있다. 광 흡수 층(30)은 CuInSe, CuInSe2, CuInGaSe, CuInGaSe2으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 캘코파이라이트(chalcopyrite)계 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 캘코파이라이트계 화합물 반도체는 P형의 반도체로서, 약 1.2eV정도의 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 캘코파라이트계 화합물 반도체는 스퍼터링 공정 또는 동시증착법으로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 광 흡수 층(30) 상에 버퍼 층(40)을 형성한다. 버퍼 층(40)은 광 흡수 층(30)보다 에너지 밴드 갭이 클 수 있다. 예를 들어, 버퍼 층(40)은 n형 화합물 반도체로서 황화 카드뮴(CdS) 또는 황화 아연(ZnS)를 포함할 수 있다. 황화 카드뮴(CdS) 또는 황화 아연(ZnS)은 진공증착방법으로 형성될 수 있다. 황화 카드뮴은 약 2.4eV정도의 에너지 밴드갭을 가질 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 버퍼 층(40) 상에 윈도우 층(70)을 형성한다. 윈도우 층(70)은 전기적 특성이 서로 다른 진성 층(50)과 투명 전극(60)을 포함할 수 있다. 진성 층(50)은 N타입의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 진성 층(50)은 버퍼 층(40)과 흡수층(30)과의 PN 접합(junction)에서 형성된 소수 캐리어(minority carrier)의 수명을 증가시키기 위해 제공될 수 있다. 진성 층(50)은 버퍼 층(40)보다 에너지 밴드 갭이 클 수 있다. 투명 전극(60)은 진성 층(50)과 동일한 극성을 갖는 N타입의 금속 산화막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 진성 층(50)과 투명 전극(60)은 우르차이트(wurtzite) 결정구조를 갖는 산화 아연, 산화 인듐, 산화 주석과 같은 적어도 하나의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 산화 아연은 약 3.4eV정도의 에너지 밴드 갭을 가질 수 있다.
또한, 진성 층(50)과 투명 전극(60)은 불순물을 갖는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 불순물은 갈륨, 몰리브데늄, 알루미늄, 붕소 또는 인듐 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 진성 층(50)은 불순물과 산소가 결합된 도핑 산화물을 포함할 수 있다. 도핑 산화물은 진성 층(50) 내에서 도전성을 잃은 유전체 불순물로 존재할 수 있다. 즉, 진성 층(50)은 2종의 금속 산화물들을 포함할 수 있다. 따라서, 진성 층(50)은 약 1㏁-cm이상의 비저항을 가질 수 있다.
반면, 불순물은 투명 전극(60) 내에서 산소 결핍(oxygen vacancy)을 갖는 전도성으로 존재할 수 있다. 투명 전극(60)은 10-2Ω-cm이하의 비저항을 가질 수 있다. 따라서, 진성 층(50)과 투명 전극(60)은 불순물을 포함하는 금속 산화물을 타깃(130)으로 사용하는 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 스퍼터링 공정을 위한 스퍼터링 장치(100)는 챔버(110)와, 타깃(130)과, 스퍼터 건(120)과, 가스 공급부(140)와, 가스 조절부(mass flow controller, 150)와, 진공 펌프(160)를 포함할 수 있다. 챔버(110)는 기판(10)에 대해 외부로부터 독립된 공간을 제공할 수 있다. 진공 펌프(160)는 펌핑에 의해 챔버(110)의 내부에 진공압을 제공할 수 있다. 스퍼터 건(120)은 타깃(130)에 근접하여 아르곤 가스의 플라즈마 반응을 유도할 수 있다. 아르곤 가스는 불활성 기체로서, 스퍼터 건(120)에서 방출되는 고주파 파워에 의해 전자를 잃고 플라즈마 상태의 양이온으로 여기되어, 상기 스퍼터 건(120)에서 타깃(130)까지 가속될 수 있다. 타깃(130)은 윈도우 층(70)을 구성하는 소스로서, 불순물을 갖는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 타깃(130)은 갈륨, 인듐, 알루미늄, 몰리브데늄 또는 붕소와 같은 불순물을 갖는 산화 아연, 산화 인듐 또는 산화 주석과 같은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 불순물은 타깃(130)에서 약 0.05중량% 내지 약 0.5중량% 미만의 중량비를 갖고 금속 산화물에 도핑될 수 있다. 타깃(130)과 스퍼터 건(120)은 챔버(110) 내에서 한 쌍으로 구성될 수 있다. 여기서, 타깃(130)은 스퍼터링 장치(100) 내에서 단독으로 구성될 수 있기 때문에 단일 타깃으로 명명될 수 있다.
가스 공급부(140)는 아르곤 가스 공급부(142), 산소 가스 공급부(144), 수소 가스 공급부(146)를 포함할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 가스 공급부(140)는 질소 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급부를 더 포함할 수 있다. 가스 조절부(150)는 아르곤 가스, 산소 가스, 및 수소 가스 각각의 공급을 단속하는 밸브들을 포함할 수 있다. 진공 펌프(160)는 가스 공급부(140)에서 공급되는 가스들을 챔버(110) 내에서 배기할 수 있다. 이와 같은 스퍼터링 장치(100)를 이용한 진성 층(50)과 투명 전극(60)의 스퍼터링 공정을 살펴보면 다음과 같다.
진성 층(50)은 산소 가스와 아르곤 가스가 혼합된 제 1 반응 가스를 사용하는 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있다. 제 1 반응 가스는 가스 공급부(140) 및 가스 조절부(150)를 통해 챔버(110) 내부에 유동될 수 있다. 아르곤 가스는 플라즈마 반응을 유도할 수 있다. 산소 가스는 활성 가스로서 아르곤 가스에 혼합되어 챔버(110) 내에 공급될 수 있다. 산소 가스는 타깃(130)으로부터 스퍼터되는(sputtered) 불순물들과 결합하여 도핑 산화물을 생성시킬 수 있다. 따라서, 진성 층(50)는 도핑 산화물을 포함하는 금속 산화물로 형성될 수 있다.
투명 전극(60)은 아르곤 가스와 수소 가스를 제 2 반응 가스로 사용하는 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있다. 수소 가스는 제 2 반응 가스에서 약 0.1% 내지 약 1% 정도의 혼합비를 가질 수 있다. 수소 가스는 타깃(130)에서 스퍼터되는 불순물과 챔버(110) 내에 잔류하는 산소 가스의 결합을 방해할 수 있다. 수소 가스는 투명 전극(60)의 금속 산화물 내에서 불순물의 산소 결핍(oxygen vacancy)을 생성할 수 있다. 투명 전극(60)은 불순물의 산소 결핍에 의한 전하의 이동도가 증가됨에 따라 진성 층(50)에 비해 높은 전기 전도도를 가질 수 있다.
따라서, 진성 층(50)과 투명 전극(60)은 한 쌍의 스퍼터 건(120)과 타깃(130)으로 수행되는 스퍼터링 공정에 의해 순차적으로 형성될 수 있다. 불순물을 포함하는 금속 산화물로 이루어진 타깃(130)은 스퍼터링 공정의 생산 비용을 절감시킬 수 있다. 일반적으로 진성 층(50)과 투명 전극(60)은 2쌍의 스퍼터 건과 타깃들을 사용하는 스퍼터링 공정으로부터 형성될 수 있었다. 또한, 일반적인 스퍼터링 공정은 금속 산화물 타깃과, 불순물 타깃을 사용하여 투명 전극(60)을 형성시킬 수 있었다. 불순물 타깃은 스퍼터링 공정 시에 금속 산화물 타깃 대비 약 1% 내지 약 10%의 비율로 소모될 수 있었다. 본 발명의 실시예에 따르면, 불순물로 도핑된 금속 산화물로 이루어진 하나의 타깃(130)을 사용한 스퍼터링 공정으로 진성 층(50)과 투명 전극(60)을 획득할 수 있다. 불순물을 포함한 금속 산화물로 이루어진 단일 타깃(130)은 불순물 타깃의 소모를 배제시킬 수 있기 때문에 스퍼터링 공정의 생산 비용을 줄일 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있다.
도 6은 도 4의 투명 전극 형성 시의 수소 가스 및 아르곤 가스의 유량에 따른 저항과 투과도를 나타내는 그래프들이다. 도 6의 가로축은 수소 가스와 아르곤 가스의 공급 유량을 나타내고, 세로축은 비저항과 투과율을 각각 나타낸다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 투명 전극(60)은 수소 가스 및 아르곤 가스의 공급 유량이 증가됨에 따라 비저항이 낮아지고, 투과도가 증가될 수 있다. 여기서, "200"은 투명 전극(60)의 비저항 그래프이고, "300"은 상기 투명 전극(60)의 투과율 그래프이다. 예를 들어, 수소 가스와 아르곤 가스의 공급 유량이 약 50SCCM 일 때, 투명 전극(60)은 약 1x10-2Ω-㎝이하의 비저항을 갖고, 약 89.3%정도의 투과율을 가질 수 있다. 또한, 수소 가스와 아르곤 가스의 공급 유량이 약 150SCCM 또는 200SCCM 일 때, 투명 전극(60)은 약 4x10-3Ω-㎝정도의 전도도를 갖고, 약 93%이상의 투과율을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 수소 가스와 아르곤 가스의 공급 유량이 150SCCM 이상일 때, 투명 전극(60)은 우수한 전기 전도도와 투과율을 가질 수 있다. 따라서, 투명 전극 (60)의 전기 전도도와, 투과율은 수소 가스의 공급 유량에 비례하여 증가될 수 있다.
결국, 본 발명의 태양전지 제조방법은 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니며, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10: 기판 20: 전도성 금속 층
30: 광 흡수 층 40: 버퍼 층
50: 진성 층 60: 투명 전극
70: 윈도우 층 100: 스퍼터링 장치
110: 챔버 120: 스퍼터 건
130: 타깃 140: 가스 공급부
150: 가스 조절부 160: 진공 펌프

Claims (10)

  1. 기판 상에 하부 전극을 형성하는 단계;
    상기 하부 전극 상에 광 흡수 층을 형성하는 단계;
    상기 광 흡수 층 상에 버퍼 층을 형성하는 단계; 및
    상기 버퍼 층 상에 서로 다른 전기적 특성을 갖는 진성 층과 투명 전극을 포함하는 윈도우 층을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 버퍼 층은 상기 광 흡수 층의 에너지 밴드 갭보다 큰 에너지 밴드 갭을 갖되,
    상기 진성 층과 상기 투명 전극은 산화 아연을 포함하는 금속 산화물로 이루어진 단일 타깃과 상기 단일 타깃으로 아르곤 가스의 플라즈마 반응을 유도하는 단일 스퍼터 건을 사용하는 스퍼터링 공정에 의해 형성되되,
    상기 윈도우 층을 형성하는 단계는:
    상기 아르곤 가스와 산소 가스를 포함하는 제 1 반응 가스를 상기 단일 타깃과 상기 단일 스퍼터 건 사이에 제공하여 상기 버퍼 층 상에 상기 금속 상기 진성 층을 형성하는 단계; 및
    상기 아르곤 가스와 수소 가스를 포함하는 제 2 반응 가스를 상기 단일 타깃과 상기 단일 스퍼터 건 사이에 제공하여 상기 진성 층 상에 상기 금속 산화물 내에서의 상기 금속에 대한 산소 결핍을 갖는 상기 투명 전극을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 수소 가스는 제 2 반응 가스 내에서 0.1퍼센트 내지 1.0 퍼센터의 농도를 갖되,
    상기 제 2 반응 가스가 150에스씨씨엠 이상의 공급유량으로 제공될 때, 상기 투명 전극은 1X10-2 옴센티미터 이하의 비저항을 갖고 93퍼센트 이상의 투과율을 갖는 태양전지의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 산화물은 산화 인듐, 또는 산화 주석을 더 포함하는 태양전지의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속 산화물은 갈륨, 인듐, 알루미늄, 붕소, 또는 몰리브데늄 중 적어도 하나의 불순물을 포함하는 태양전지의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 불순물은 상기 단일 타깃 내에서 0.05 중량 퍼센트 내지 0.5 중량 퍼센트 미만의 중량비를 갖는 태양전지의 제조방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8586457B1 (en) * 2012-05-17 2013-11-19 Intermolecular, Inc. Method of fabricating high efficiency CIGS solar cells
US9379259B2 (en) * 2012-11-05 2016-06-28 International Business Machines Corporation Double layered transparent conductive oxide for reduced schottky barrier in photovoltaic devices
KR102347960B1 (ko) 2015-02-03 2022-01-05 삼성전자주식회사 도전체 및 그 제조 방법
CN105405925A (zh) * 2015-11-10 2016-03-16 中建材光电装备（太仓）有限公司 一种控制铜铟镓硒高温共沉积过程中背电极钼和硒反应的方法
CN112002780A (zh) * 2020-07-21 2020-11-27 重庆神华薄膜太阳能科技有限公司 薄膜太阳能电池及其制造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009176927A (ja) * 2008-01-24 2009-08-06 Ulvac Japan Ltd 太陽電池の製造方法
KR101046358B1 (ko) * 2010-04-16 2011-07-04 금호전기주식회사 태양전지용 투명전극 제조방법

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4611091A (en) * 1984-12-06 1986-09-09 Atlantic Richfield Company CuInSe2 thin film solar cell with thin CdS and transparent window layer
US4612411A (en) * 1985-06-04 1986-09-16 Atlantic Richfield Company Thin film solar cell with ZnO window layer
US5078804A (en) * 1989-06-27 1992-01-07 The Boeing Company I-III-VI2 based solar cell utilizing the structure CuInGaSe2 CdZnS/ZnO
EP1091440B1 (en) * 1998-05-29 2010-06-02 JGC Catalysts and Chemicals Ltd. Method of manufacturing photoelectric cell
WO2003036657A1 (fr) * 2001-10-19 2003-05-01 Asahi Glass Company, Limited Substrat a couche d'oxyde conductrice transparente, son procede de production et element de conversion photoelectrique
US6974976B2 (en) * 2002-09-30 2005-12-13 Miasole Thin-film solar cells
US20090014065A1 (en) * 2007-07-12 2009-01-15 Applied Materials, Inc. Method for the production of a transparent conductive oxide coating
JP4889623B2 (ja) * 2007-12-26 2012-03-07 三洋電機株式会社 透明導電膜及び透明導電膜を用いた太陽電池
US8022291B2 (en) * 2008-10-15 2011-09-20 Guardian Industries Corp. Method of making front electrode of photovoltaic device having etched surface and corresponding photovoltaic device
CN102449778B (zh) * 2009-03-31 2016-03-09 Lg伊诺特有限公司 太阳能电池及其制造方法
KR101245371B1 (ko) * 2009-06-19 2013-03-19 한국전자통신연구원 태양전지 및 그 제조방법
US20110017289A1 (en) * 2009-07-24 2011-01-27 Electronics And Telecommunications Research Institute Cigs solar cell and method of fabricating the same
US20110126875A1 (en) * 2009-12-01 2011-06-02 Hien-Minh Huu Le Conductive contact layer formed on a transparent conductive layer by a reactive sputter deposition
US20110226320A1 (en) * 2010-03-18 2011-09-22 Patrick Little Solar cell having a transparent conductive oxide contact layer with an oxygen gradient

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009176927A (ja) * 2008-01-24 2009-08-06 Ulvac Japan Ltd 太陽電池の製造方法
KR101046358B1 (ko) * 2010-04-16 2011-07-04 금호전기주식회사 태양전지용 투명전극 제조방법

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