KR101823689B1 - 태양전지 모듈 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 태양전지 모듈은 상기 태양전지 패널 상에 배치되는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 배치되며, 형광부를 포함하는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 배치되는 전면전극층을 포함하는 다수개의 태양전지 셀들을 포함한다.
Description
실시예는 태양전지 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 심각한 환경 오염 문제와 화석 에너지 고갈로 인해, 신·재생에너지에 대한 필요성 및 관심이 고조되고 있다. 그 중에서도 태양전지는 공해가 적고, 자원이 무한하며 반 영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 무공해 에너지 원으로 기대되고 있다.
태양전지는 p-n 접합 다이오드에 빛을 쪼이면 전자가 생성 되는 광기전력 효과(photovoltaic effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 소자로 정의할 수 있다. 태양전지는 접합 다이오드로 사용되는 물질에 따라, 실리콘 태양전지, I-III-VI족 또는 III-V족 화합물로 대표되는 화합물 반도체 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기물 태양전지로 나눌 수 있다.
I-III-VI족 Chalcopyrite계 화합물 반도체 중 하나인 CIGS(CuInGaSe) 태양전지는 광 흡수가 뛰어나고, 얇은 두께로도 높은 광전 변환효율을 얻을 수 있으며, 전기 광학적 안정성이 매우 우수하여 기존 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 태양전지로 부각되고 있다.
일반적으로, CIGS 태양전지는 유리 기판 상에 후면 전극층, 광 흡수층, 버퍼층, 전면 전극층을 순차적으로 형성시켜 제조될 수 있다. 먼저, 기판으로는 소다라임 유리판(sodalime glass), 스텐레스 스틸(stainless steel), 폴리머 (polyimide; PI) 등 다양한 소재가 사용될 수 있다. 후면 전극층은 비저항이 낮고 유기 기판과 열팽창 계수 차이가 적은 몰리브덴(Mo)이 주로 사용된다.
광 흡수층은 p 형 반도체층으로서, CuInSe2 또는 In의 일부를 Ga원소로 대치한 Cu(InxGa1 -x)Se2 등이 주로 사용된다. 광 흡수층은 증발법, 스퍼터링 및 셀렌화 공정 또는 전기 도금 등의 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다.
버퍼층은 격자상수와 에너지 밴드갭 차이가 큰 광 흡수층과 전면전극층 사이에 배치되어 양호한 접합을 형성한다. 버퍼층으로는 화학 용액 증착법(chemical bath deposition;CBD)에 의해 제조되는 황화카드뮴이 주로 사용된다.
전면 전극층은 n 형 반도체층으로서, 버퍼층과 함께 광 흡수층과 pn 접합을 형성한다. 또한, 전면 전극층은 태양전지 전면의 투명전극으로서의 기능을 하기 때문에, 광 투과율이 높고 전기 전도성이 좋은 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(AZO) 가 주로 사용된다. 이와 관련하여, CIGS 태양전지의 구성 및 제조방법은 한국등록특허 제 10-0999810 호를 참조하면 보다 구체화 될 수 있을 것이다.
이와 같은 CIGS 태양전지의 효율을 향상시키기 위해서는 태양전지 내의 활성영역(Active Area; AA)은 증가시키고 비활성영역(Non-active Area; NAA)은 감소시켜야한다. 비활성영역이란 태양전지의 발전에는 아무런 영향을 주지 못하는 영역을 의미한다. 다만, 종래 CIGS 태양전지는 제조 공정 중 패터닝 과정(P1 내지 P4)에 의해 비활성영역이 필수적으로 생기는 문제가 있었다.
실시예는 향상된 외관을 가지고, 외부에 영상을 표시할 수 있고, 향상된 발전효율을 가지는 태양전지 모듈을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 태양전지 모듈은 태양전지 패널 상에 배치되는 후면전극층;상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 배치되며, 형광부를 포함하는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 배치되는 전면전극층을 포함하는 다수개의 태양전지 셀들을 포함한다.
실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 태양전지 패널 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 상기 후면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층의 소정 영역에 제 1 활성제를 도핑하는 단계: 및 상기 버퍼층 상에 전면전극층을 형성하여 태양전지 셀들을 제조하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 태양전지 모듈은 비활성영역(Non-active Area; NAA)에 배치되며, 형광체를 포함하는 형광부를 포함한다. 상기 형광체를 이용하여 실시예에 따른 태양전지는 광-전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
즉, 실시예에 따른 태양전지는 상기 형광체를 이용하여 태양전지 셀의 비활성영역(NAA)으로 입사되는 광 경로를 활성 영역(Active Area; AA)으로 변경 또는 산란시킴으로써, 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 태양전지 패널의 비활성영역에 입사되는 태양광은 상기 형광체에 의해서, 다른 파장의 광으로 변환되고 상기 활성 영역을 향하여 출사될 수 있다.
또한, 상기 형광체에 의해서 출사되는 광에 의해서 영상이 표시될 수 있다. 즉, 상기 형광체가 태양광의 자외선을 입사 받아 특정 파장대의 광을 출사할 수 있다. 이에 따라 실시예에 따른 태양전지 모듈은 컬러를 표현할 수 있으며, 광의 색상 등을 조절하여 원하는 영상을 표시할 수 있다. 특히, 야간에는 광원으로부터 출사되는 광은 상기 형광체에 의해서 원하는 색상의 광으로 변환될 수 있고, 실시예에 따른 태양전지 모듈은 원하는 영상을 표시할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지 모듈을 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 선을 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 8은 실시예에 따른 태양전지 모듈을 도시한 단면도들이다.
도 2는 도 1의 A-A' 선을 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 8은 실시예에 따른 태양전지 모듈을 도시한 단면도들이다.
실시예의 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.
도 1은 실시예에 따른 태양전지 모듈을 도시한 평면도이다.
도 1을 참조하면, 태양전지 패널(100)은 활성영역들(active Area; AA) 및 비활성영역들(non-active Area; NAA)을 포함한다. 도 1에서는 상기 활성영역들(AA) 및 상기 비활성영역들(NAA)이 스트라이프 형태로 배치되지만, 이에 한정되지 않고, 매트릭스 형태 등 다양한 형태로 배치될 수 있다.
상기 활성영역들(AA)에는 태양전지 셀들(C1, C2, C3..)이 배치된다. 즉, 상기 활성영역들(AA) 및 상기 비활성영역들(NAA)은 상기 태양전지 셀들(C1, C2, C3..)에 의해서 구분된다.
상기 비활성영역들(NAA)은 각각의 상기 활성영역들(AA) 사이에 배치된다. 즉, 상기 활성영역들(AA) 및 상기 비활성영역들(NAA)은 서로 번갈아 가면서 배치될 수 있다.
상기 비활성영역들(NAA)은 형광체를 포함하는 형광부(410)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 형광부(410)는 상기 비활성영역들(NAA) 상에 형성될 수 있다. 실시예에 따른 태양전지는 상기 형광체를 포함하는 형광부(410)를 상기 비활성영역(NAA) 상에 형성함으로써, 상기 비활성영역(NAA)으로 입사되는 광 경로를 활성 영역(NA)으로 변경 또는 산란시켜 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 비활성영역들(NAA)은 투명할 수 있다. 즉, 상기 비활성영역들(NAA)에는 상기 태양전지 셀들(C1, C2, C3..)이 배치되지 않기 때문에, 광이 투과될 수 있다. 또한, 상기 태양전지 셀들(C1, C2, C3..)을 서로 연결하기 위한 배선들이 상기 비활성영역들(NAA)에 배치될 수 있다.
도 2는 도 1의 A-A' 선을 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다. 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 태양전지 모듈은 태양전지는 태양전지 패널(100), 합금전극층(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 형광부(410), 고저항 버퍼층(500) 및 전면전극층(600)을 포함한다.
상기 태양전지 패널(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 합금전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 형광부(410), 상기 고저항 버퍼층(500), 상기 전면전극층(600) 을 지지한다.
상기 태양전지 패널(100)은 투명할 수 있고 리지드하거나 플렉서블할 수 있다.
상기 태양전지 패널(100)은 절연체일 수 있다. 예를 들어, 상기 태양전지 패널(100)은 유리기판, 플라스틱기판 또는 금속기판일 수 있다. 더 자세하게, 상기 태양전지 패널(100)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있다.
이와는 다르게, 상기 태양전지 패널(100)의 재질로 알루미나와 같은 세라믹 기판, 스테인레스 스틸, 유연성이 있는 고분자 등이 사용될 수 있다.
상기 후면전극층(200)은 상기 태양전지 패널(100) 상에 배치된다. 상기 후면전극층(200)은 도전층이다. 상기 후면전극층(200)은 몰리브덴(Mo), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 텅스텐(W) 및 구리(Cu) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 이 가운데, 특히 몰리브덴(Mo)은 다른 원소에 비해 상기 태양전지 패널(100)과 열팽창 계수의 차이가 적기 때문에 접착성이 우수하여 박리현상이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 상술한 후면전극층(200)에 요구되는 특성을 전반적으로 충족시킬 수 있다.
상기 후면전극층(200)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
상기 후면전극층(200)은 제 1 홈(TH1)을 포함한다. 즉, 상기 후면전극층(200)은 상기 제 1 홈(TH1)에 의하여 패터닝 될 수 있다. 또한, 상기 제 1 홈(TH1)은 도 3에서와 같이 스트라이프(stripe) 형태뿐만 아니라 매트릭스(matrix) 형태 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 상기 후면전극층(200) 상에 배치된다. 상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)(Se,S)2;CIGSS계) 결정 구조, 구리-인듐-셀레나이드계 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다.
상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(400)은 황화 카드뮴, ZnS, InXSY 및 InXSeYZn(O,OH) 등을 포함한다. 상기 버퍼층(400)의 두께는 약 50 ㎚ 내지 약 150 ㎚ 일 수 있으며, 상기 버퍼층(400)의 에너지 밴드갭은 약 2.2 eV 내지 2.4 eV 일 수 있다.
상기 광 흡수층(300) 및 상기 버퍼층(400)은 제 2 홈(TH2)을 포함한다. 즉, 상기 광 흡수층(300) 및 상기 버퍼층(400)은 상기 제 2 홈(TH2)에 의해 관통될 수 있다.
상기 버퍼층(400)은 형광부(410)를 포함한다. 상기 형광부(410)는 상기 버퍼층(400)의 소정 영역 상에 배치될 수 있다. 상기 형광부(410)는 상기 버퍼층의 소정 영역이 도핑되어 형성된 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 형광부(410)는 상기 비활성영역(NAA)에 대응하여 배치될 수 있다. 즉, 상기 형광부(410)는 상기 비활성영역(NAA) 상에 배치될 수 있다. 더 자세하게, 상기 형광부(410)는 상기 비활성영역(NAA) 상의 상기 제 1 홈(TH1)과 상기 제 3 홈(TH3) 사이에 배치될 수 있다. 상기 비활성영역(NAA)으로 입사되는 태양광은 상기 형광부(410)에 의하여 모든 방향으로 출사된다. 즉, 상기 입사광은 상기 형광부(410)에 의하여 사방으로 출사될 수 있으며, 태양전지 셀의 비활성영역(NAA)으로 입사되는 광 경로를 활성 영역(AA)으로 변경 또는 산란시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 형광부(410)는 상기 제 2 홈(TH2)과 상기 제 3 홈(TH3) 사이의 영역(A)에 배치된다. 이와는 다르게, 상기 형광부(410)는 상기 제 1 홈(TH1)과 상기 제 2 홈(TH) 사이의 영역(B)에 배치될 수 있다. 또한, 상기 형광부(410)는 상기 A 영역 및 상기 B 영역에 모두 배치될 수 있다.
또한, 상기 형광체를 포함하는 형광부(410)에 입사되는 태양광은 상기 형광체에 의해서, 다른 파장의 광으로 변환되고, 상기 활성 영역(AA)을 향하여 출사될 수 있다. 예를 들어, 상기 형광부(410)는 자외선을 입사받아, 청색, 녹색 또는 적색의 가시광선을 출사할 수 있다. 예를 들어, 상기 형광부(410)는 약 300㎚ 내지 약 700㎚의 파장의 광을 입사받아, 약 360㎚ 내지 약 800㎚의 파장의 광을 출사할 수 있다.
즉, 상기 형광체에 의해서, 상기 비활성영역들(NAA)에 입사되는 태양광의 일부는 다른 파장의 광으로 변환되어 상기 활성영역들(AA)에 입사될 수 있다. 이에 따라서, 많은 양의 광을 상기 활성영역들(AA)에 입사시킬 수 있으며, 상기 비활성영역들(NAA)에 대응하여 상기 형광체의 농도를 높이면, 더 많은 양의 광이 상기 활성영역들(AA)에 입사될 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지 모듈은 상기 형광부(410)에 의해서 향상된 발전효율을 구현할 수 있다.
또한, 상기 형광체를 포함하는 형광부(410)에 의해서 출사되는 광에 의해서 영상이 표시될 수 있다. 즉, 상기 형광체가 태양광의 자외선을 입사 받아 특정 파장대의 광을 출사할 수 있다. 이에 따라 실시예에 따른 태양전지 모듈은 컬러를 표현할 수 있으며, 광의 색상 등을 조절하여 원하는 영상을 표시할 수 있다. 이에 따라서, 상기 형광체(310)는 원하는 위치에 배치될 수 있고, 원하는 컬러의 영상이 표시될 수 있다. 즉, 상기 형광체가 문자 또는 화상 등을 구현할 수 있도록, 상기 버퍼층(400)의 원하는 위치에만 도핑될 수 있다. 이에 따라서, 원하는 위치에만 컬러를 가지는 광이 출사되고, 실시예에 따른 태양전지 모듈은 영상을 표시할 수 있다.
특히, 야간에는 광원으로부터 출사되는 광은 상기 형광체에 의해서 원하는 색상의 광으로 변환될 수 있고, 실시예에 따른 태양전지 모듈은 원하는 영상을 표시할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 태양전지 모듈은 상업 건물의 외벽에 배치되어 효율적으로 전기에너지를 생성시킬 수 있고, 영상을 표시하여, 광고 등의 부가적인 효과를 창출할 수 있다.
상기 형광부(410)는 형광체를 포함한다. 더 자세하게, 상기 황화물계 형광체를 포함한다. 더 자세하게, 상기 황화물계 형광체는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
A1- xS:BX
상기 화학식 1 에서 A 는 Cd, Zn, In 및 이들의 조합에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 즉, 상기 황화물계 형광체는 CdS, ZnS, InS 및 이들의 조합을 모체로 사용할 수 있다. B는 제 1 활성물로서, Mn, Ag, Cu, Au 및 이들의 조합에서 선택된 어느 하나를 포함한다. 또한, X 는 0.2 ≤ X ≤ 0.3 의 값을 포함할 수 있다. 상기 형광부(410)는 추가로 제 2 활성물을 포함할 수 있다. 상기 제 2 활성물로는 Al, Cl 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 2 활성제는 이의 여기 에너지로 상기 제1 활성제를 발광시킴으로써, 형광체의 발광 휘도를 향상시킬 수 있다.
즉, 상기 언급한 바와 같이 제 1 활성물로서 Mn, Ag, Cu, Au 및 이들의 조합을 사용하고, 제 2 활성물로서 Al, Cl 및 이들의 조합을 사용하면 모체인 A1- xS 내에 도너(donor) 및 억셉터(acceptor)를 만들어 보다 안정적인 발광이 가능하게 된다.
상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 배치된다. 상기 고저항 버퍼층(500)은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층(500)의 에너지 밴드갭은 약 3.1 eV 내지 약 3.3 eV 일 수 있다. 또한, 상기 고저항 버퍼층(500)은 생략될 수 있다.
상기 전면전극층(600)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 전면전극층(600)은 상기 광 흡수층(300) 상의 고저항 버퍼층(500)과 직접 접촉하여 배치될 수 있다.
상기 전면전극층(600)은 투광성 전도성 물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 전면전극층(600)은 n 형 반도체의 특성을 가질 수 있다. 이 때, 상기 전면전극층(600)은 상기 버퍼층(400)과 함께 n 형 반도체층을 형성하여 p 형 반도체층인 상기 광 흡수층(300)과 pn 접합을 형성할 수 있다. 상기 전면전극층(600)은, 예를 들어, 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(AZO)로 형성될 수 있다. 상기 전면전극층(600)의 두께는 약 100 nm 내지 약 500 nm 일 수 있다.
도 3 내지 도 8은 실시예에 따른 태양전지 모듈의 제조방법을 도시하는 단면도들이다. 본 제조방법에 관한 설명은 앞서 설명한 태양전지 모듈에 대한 설명을 참고한다. 앞서 설명한 태양전지 모듈에 대한 설명은 본 제조방법에 관한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다
도 3을 참조하면, 태양전지 패널(100) 상에 후면전극층(200)이 형성된다. 상기 후면전극층(200)은 몰리브덴을 사용하여 증착될 수 있다. 상기 후면전극층(200)은 PVD(Physical Vapor Deposition) 또는 도금의 방법으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 태양전지 패널(100) 및 후면전극층(200) 사이에 확산방지막 등과 같은 추가적인 층이 개재될 수 있다.
상기 후면전극층(200)은 제 1 홈(TH1)에 의하여 패터닝 될 수 있다. 또한, 상기 제 1 홈(TH1)은 도 3에서와 같이 스트라이프(stripe) 형태뿐만 아니라 매트릭스(matrix) 형태 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 후면전극층(200) 상에 광 흡수층(300) 및 버퍼층(400)이 형성된다.
상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물로 형성될 수 있다. 더 자세하게, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In, Ga)Se2, CIGS계) 화합물을 포함한다.
이와는 다르게, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-셀레나이드계(CuInSe2, CIS계) 화합물 또는 구리-갈륨-셀레나이드계(CuGaSe2, CIS계) 화합물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(300)을 형성하기 위해서, 구리 타겟, 인듐 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하여, 상기 후면전극 패턴(200) 상에 CIG계 금속 프리커서(precursor)막이 형성된다.
이후, 상기 금속 프리커서막은 셀레니제이션(selenization) 공정에 의해서, 셀레늄(Se)과 반응하여 CIGS계 광 흡수층(300)이 형성된다.
또한, 상기 금속 프리커서막을 형성하는 공정 및 셀레니제이션 공정 동안에, 상기 태양전지 패널(100)에 포함된 알칼리(alkali) 성분이 상기 후면전극 패턴(200)을 통해서, 상기 금속 프리커서막 및 상기 광 흡수층(300)에 확산된다. 알칼리(alkali) 성분은 상기 광 흡수층(300)의 그레인(grain) 크기를 향상시키고, 결정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 광 흡수층(300)은 구리, 인듐, 갈륨, 셀레나이드(Cu, In, Ga, Se)를 동시증착법(co-evaporation)에 의해 형성할 수도 있다.
상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(400)은 황화 카드뮴(CdS), 황화 아연(ZnS), InXSY 및 InXSeYZn(O,OH) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 황화 카드뮴이 화학 용액 증착법(chemical bath deposition;CBD)에 의해서 증착되어 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(400)의 두께는 약 50 ㎚ 내지 약 150 ㎚ 일 수 있으며, 상기 버퍼층(400)의 에너지 밴드갭은 약 2.2 eV 내지 2.4 eV 일 수 있다. 이때, 상기 버퍼층(400)은 n형 반도체 층이고, 상기 광 흡수층(300)은 p형 반도체 층이다. 따라서, 상기 광 흡수층(300) 및 버퍼층(400)은 pn 접합을 형성한다.
이어서, 상기 버퍼층(400)의 일부 영역을 제 1 활성제로 도핑한다. 상기 제 1 활성제는 상기 언급한 바와 같이 Mn, Ag, Cu, Au 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 사용할 수 있다. 도 5에서와 같이, 상기 일부 영역은 상기 태양전지 셀들이 배치되지 않는 비활성영역들을 포함한다. 더 자세하게, 상기 일부 영역은 상기 비활성영역(NAA) 상의 상기 제 1 홈(TH1)과 상기 제 3 홈(TH3) 사이에 배치될 수 있다.
상기 제 1 활성제의 도핑방법은 당업계에서 통상적으로 사용되는 도핑 방법이라면 특별히 제한 없이 사용 가능하다. 예를 들어, 상기 제 1 활성제는 이온빔 주사 공정에 의해 상기 버퍼층(400)소정 영역 상에 선택적으로 도핑될 수 있다. 이와는 다르게, 상기 제 1 활성제는 마스크를 사용하여, 상기 버퍼층(400)소정 영역 상에 선택적으로 도핑될 수 있다.
상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 배치된다. 상기 고저항 버퍼층(500)은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층(500)의 에너지 밴드갭은 약 3.1 eV 내지 3.3 eV 일 수 있다. 또한, 상기 고저항 버퍼층(500)은 생략될 수 있다
이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)을 관통하는 제 2 홈(310)을 형성한다. 상기 제 2 홈(310)은 기계적(Mechanical)인 방법으로 형성하거나, 레이저(laser)를 조사(irradiate)하여 형성할 수 있다. 상기 제 2 홈(310)의 형성으로 상기 후면전극층(200)의 일부가 노출된다.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 투명한 도전물질을 적층하여 제 2 전극인 전면전극층(600) 및 접속배선(350)을 형성한다.
상기 투명한 도전물질을 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 적층 시킬 때, 상기 투명한 도전물질이 상기 제 2 홈(310)의 내부에도 삽입되어, 상기 접속배선(350)을 형성할 수 있다. 상기 후면전극층(200)과 상기 전면전극층 (600)은 상기 접속배선(350)에 의해 전기적으로 연결된다.
상기 전면전극층(600)은 상기 광 흡수층(300)과 pn접합을 형성하는 윈도우(window)층으로서, 태양전지 전면의 투명전극의 기능을 하기 때문에 광투과율이 높고 전기 전도성이 좋은 산화 아연(ZnO)으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 산화 아연에 알루미늄을 도핑함으로써 낮은 저항값을 갖는 전극을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 전면전극층(600)은 RF 스퍼터링방법으로 ZnO 타겟을 사용하여 증착하는 방법과 Zn 타겟을 이용한 반응성 스퍼터링, 그리고 유기금속화학증착법 등으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 전면전극층(600)은 전기광학적 특성이 뛰어난 ITO(Indium tin Oxide) 박막을 산화 아연 박막 상에 층착한 2중 구조로 형성될 수도 있다.
그리고, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 전면전극층을 관통하는 제 3 홈 (320)을 형성한다.
상기 제 3 홈(320)에 의해 상기 후면전극 패턴(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 전면전극(500)을 포함하는 태양전지 셀들(C1, C2, C3..)이 형성된다. 즉, 제 3 홈(320)을 형성함으로써, 태양전지 패널(100), 하부전극 패턴(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 전면전극(500)으로 이루어진 태양전지 셀(10)이 형성된다. 이때, 상기 접속배선(350)에 의해 각각의 셀들(C1, C2, C3..)은 서로 연결될 수 있다.
상기 제 3 홈(320)은 기계적(Mechanical)인 방법으로 형성하거나, 레이저(laser)를 조사(irradiate)하여 형성할 수 있으며, 상기 후면전극 패턴(200)의 상면이 노출되도록 형성될 수 있다.
상기 제 3 홈(320)은 도 8에서와 같이 스트라이프 형태 또는 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 그러나, 상기 제 3 홈(300)은 상기의 형태에 한정되지 않고, 매트릭스 형태 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 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.
Claims (17)
- 태양전지 패널 상에 배치되는 후면전극층;
상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층;
상기 광 흡수층 상에 배치되며, 형광부를 포함하는 버퍼층;
상기 버퍼층 상에 배치되는 전면전극층;
상기 후면전극층을 관통하는 제 1 홈;
상기 광 흡수층 및 상기 버퍼층을 관통하는 제 2 홈; 및
상기 광 흡수층, 상기 버퍼층 및 상기 전면전극층을 관통하는 제 3 홈을 포함하는 다수개의 태양전지 셀들을 포함하고,
상기 제 2 홈은, 상기 제 1 홈 및 상기 제 3 홈 사이에 배치되고,
상기 태양전지 셀들 각각은 상기 제 3 홈에 의해 분리되고,
상기 태양전지 패널은, 상기 태양전지 셀들이 배치되는 활성영역들 및 상기 활성영역들 사이에 배치되는 비활성영역들을 포함하고,
상기 비활성영역들은, 상기 제 1 홈이 형성된 영역에서부터 상기 제 3 홈이 형성된 영역까지의 영역과 대응되고,
상기 형광부는 상기 제 2 홈 및 상기 제 3 홈 사이 영역에 배치되는 태양전지 모듈.
- 제 1 항에 있어서,
상기 형광부는 황화물계 형광체를 포함하는 태양전지 모듈.
- 제 2 항에 있어서,
상기 황화물계 형광체는 하기 화학식 1로 표시되는 태양전지 모듈:
[화학식 1]
A1- xS:BX
(상기 화학식 1에서 A는 Cd, Zn, In 및 이들의 조합에서 선택된 어느 하나이고, B는 Mn, Ag, Cu, Au 및 이들의 조합에서 선택된 어느 하나이고, 0.2 ≤ X ≤ 0.3 이다).
- 제 2 항에 있어서,
상기 형광부는 Al, Cl 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 제 2 활성제를 포함하는 태양전지 모듈.
- 제 1 항에 있어서,
상기 버퍼층은 황화 카드뮴(CdS), 황화아연(ZnS), 황화인듐(InS) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함하는 태양전지 모듈.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 형광부는 300㎚ 내지 700㎚의 파장대의 광을 입사 받아 360㎚ 내지 800㎚의 파장의 광을 출사하는 태양전지 모듈.
- 태양전지 패널 상에 후면전극층을 형성하는 단계;
상기 후면전극층을 관통하는 제 1 홈을 형성하는 단계;
상기 후면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계;
상기 광 흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계;
상기 버퍼층의 소정 영역에 제 1 활성제를 도핑하는 단계;
상기 광 흡수층 및 상기 버퍼층을 관통하는 제 2 홈을 형성하는 단계;
상기 버퍼층 상에 전면전극층을 형성하는 단계; 및
상기 광 흡수층, 상기 버퍼층 및 상기 전면전극층을 관통하는 제 3 홈을 형성하여 태양전지 셀들을 제조하는 단계를 포함하고,
상기 제 2 홈은, 상기 제 1 홈 및 상기 제 3 홈 사이에 배치되고,
상기 태양전지 셀들 각각은 상기 제 3 홈에 의해 분리되고,
상기 태양전지 패널은, 상기 태양전지 셀들이 배치되는 활성영역들 및 상기 활성영역들 사이에 배치되는 비활성영역들을 포함하고,
상기 비활성영역들은, 상기 제 1 홈이 형성된 영역에서부터 상기 제 3 홈이 형성된 영역까지의 영역과 대응되고,
상기 버퍼층의 소정 영역은, 상기 제 2 홈 및 상기 제 3 홈 사이 영역과 대응되는 태양전지 모듈의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 활성제는 Mn, Ag, Cu, Au 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함하는 태양전지 모듈의 제조방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 버퍼층의 두께는 50nm 내지 150nm인 태양전지 모듈.
- 제 14 항에 있어서,
상기 형광부의 두께는 상기 버퍼층의 두께와 대응되는 태양전지 모듈.
- 제 11 항에 있어서,
상기 버퍼층의 두께는 50nm 내지 150nm인 태양전지 모듈의 제조 방법.
- 제 16 항에 있어서,
상기 버퍼층의 소정 영역에 제 1 활성제를 도핑하는 단계를 통해, 상기 버퍼층의 소정 영역 상에는 형광부가 형성되고,
상기 형광부의 두께는 상기 버퍼층의 두께와 대응되는 태양전지 모듈의 제조 방법.
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| KR1020110094485A KR101823689B1 (ko) | 2011-09-20 | 2011-09-20 | 태양전지 모듈 및 이의 제조방법 |
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-
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Goudarzi Alireza et al., "Low-temperature growth of nanocrystalline Mn-doped ZnS thin films prepared by chemical bath deposition and optical properties", Chemistry of materials, Vol.21, pp.2375-2385* |
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