KR101825032B1 - 패시베이션층을 포함한 칼코게나이드계 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 패시베이션층을 포함한 칼코게나이드계 태양전지는, 기판; 상기 기판 위에 형성된 후면전극; 상기 후면전극 위에 형성된 패시베이션층; 상기 패시베이션층 위에 형성된 칼코게나이드계 반도체 재질의 광흡수층; 상기 광흡수층 위에 형성된 버퍼층 및 투명전도층; 및 상기 버퍼층 및 투명전도층 위에 형성된 전면전극을 포함하며, 상기 패시베이션층은 상기 후면전극과 상기 광흡수층 사이의 계면에서 부분적으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 후면전극과 광흡수층 사이의 계면에서 패시베이션층이 부분적으로 형성됨으로써, 전자 및 정공 쌍 재결합을 억제시켜 표면 재결합 속도를 감소시키고, 전하 캐리어 수명(charge carrier lifetime)을 증가시켜 광 변환 효율을 증가시키며, 개방 전압을 증가시킬 수 있다.

Description

패시베이션층을 포함한 칼코게나이드계 태양전지 및 그 제조방법{CHALCOGENIDE SOLAR CELL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 칼코게나이드계 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 패시베이션층을 포함하여 후면전극과 광흡수층 사이의 계면 결함에 의한 전자 및 정공 쌍 재결합을 감소시키는 칼코게나이드계 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 연구는 정부(미래창조과학부)의 재원으로 국가과학기술연구회의 지원을 받아 수행한 연구 과제임(No. GP2016-0024)
본 연구는 정부(산업통상부)의 재원으로 한국에너지기술평가원(KETEP)의 KETEP 신재생에너지기술개발사업지원의 지원을 받아 수행한 연구 과제임(No. NP2016-0025, No.20163030013760)
본 연구는 정부(산업통상부)의 재원으로 한국에너지기술평가원(KETEP)의 산업기술혁신사업의 지원을 받아 수행한 연구 과제임(No.20143030011950)
본 연구는 정부(산업통상부)의 재원으로 한국에너지기술평가원(KETEP)의 에너지국제공동연구사업의 지원을 받아 수행한 연구 과제임(No.20138520011120)
일반적으로 태양전지는 p-n접합으로 구성된 다이오드를 사용하며, 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라 다양한 종류로 구분된다.
종래에는 광흡수층으로 실리콘을 사용하는 태양전지가 주류를 이루었지만, 최근에는 특성을 조절할 수 있는 다양한 화합물 반도체를 광흡수층으로 사용하려는 노력이 활발하다.
특히 칼코게나이드 태양전지는 CIGS와 CZTS와 같이 칼코게나이드(chalcogenide)구조를 가지는 직접천이형 반도체를 광흡수층으로 사용한다.
칼코게나이드는 칼코겐(chalcogen)원소인 S, Se, Te를 포함하는 화합물을 의미하고, 태양전지 분야에 많이 응용되는 칼코게나이드 화합물은 ⅠB-ⅢA-ⅥA족 원소로 구성되어 있으며, CuInS2(CIS), CuGaS2(CGS), CuInSe2(CISe), CuGaSe2(CGSe), CuAlSe2(CASe), CuInTe2(CITe), CuGaTe2(CGTe), Cu(In,Ga)S2(CIGS), Cu(In, Ga)Se2(CIGSe), Cu2ZnSnS4(CZTS) 등을 예로 들 수 있다. 이러한 칼코게나이드계 화합물 혹은 박막은 밴드갭 에너지가 1 내지 2 eV로서 반도체 중에서 가장 우수한 광흡수계수(1x105cm-1)를 가질 뿐만 아니라 전기광학적으로도 매우 안정하여 태양전지의 광흡수층으로 매우 이상적인 소재이다.
도 5는 일반적인 칼코게나이드계 태양전지의 구조를 나타내는 도면이다.
일반적으로 소다회(sodalime) 유리 기판(10)의 위에 Mo 재질의 후면전극(20)이 형성된다.
후면전극(20)의 위에는 CIGS계 또는 CZTS계 반도체 재질의 광흡수층(30)이 형성되며, 광흡수층(30)의 위에는 버퍼층 및 투명전도층(40)이 형성된다. 마지막으로 버퍼층 및 투명전도층(40)의 위에는 전면전극(50)이 형성된다. 이와 같은 칼코게나이드계 태양전지의 성능은 단락 전류(short circuit current; Jsc) 및 개방 전압(open circuit voltage; Voc)에 의해 결정된다.
이 때, 기존의 칼코게나이드계 태양 전지에서 칼코게나이드 재질인 광흡수층의 두께는 매우 얇기 때문에, 고성능 및 고효율을 위하여 후면전극과 광흡수층 사이의 계면에서 표면 재결합 속도(surface recombination velocity)가 낮아야 한다.
그러나 기존의 칼코게나이드 태양 전지에서는 후면전극과 광흡수층이 직접적으로 접촉하고, 후면전극과 광흡수층 사이의 계면에서 계면 결함이 존재하기 때문에, 불포화 결합(dangling bond)의 수가 증가되어 표면 재결합 속도가 매우 높아지고, 효과적인 전하의 포획이 어려워지며, 개방 전압이 낮아지는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 10-0355822
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 후면전극과 광흡수층 사이의 계면에서 전자 및 정공 쌍 재결합(electron hole pair recombination)을 억제시켜 표면 재결합 속도를 감소시키기 위하여 패시베이션층을 포함하는 칼코게나이드계 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 패시베이션층을 포함한 칼코게나이드계 태양전지는, 기판; 상기 기판 위에 형성된 후면전극; 상기 후면전극 위에 형성된 패시베이션층; 상기 패시베이션층 위에 형성된 칼코게나이드계 반도체 재질의 광흡수층; 상기 광흡수층 위에 형성된 버퍼층 및 투명전도층; 및 상기 버퍼층 및 투명전도층 위에 형성된 전면전극을 포함하며, 상기 패시베이션층은 상기 후면전극과 상기 광흡수층 사이의 계면에서 부분적으로 형성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 패시베이션층은 산화물, 황화물 및 셀렌화물 중에서 선택된 하나의 재질인 것이 바람직하다.
그리고 상기 산화물은 SiO2 재질인 것이 바람직하다.
또한, 상기 셀렌화물은 HfSe2 재질인 것이 바람직하다.
그리고 상기 광흡수층은 CuInS2(CIS), CuGaS2(CGS), CuInSe2(CISe), CuGaSe2(CGSe), CuAlSe2(CASe), CuInTe2(CITe), CuGaTe2(CGTe), Cu(In,Ga)S2(CIGS), Cu(In, Ga)Se2(CIGSe), Cu2ZnSnS4(CZTS) 중에서 선택된 하나의 재질인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 의한 패시베이션층을 포함한 칼코게나이드계 태양전지의 제조방법은, 상기 기판 위에 후면전극을 형성하는 단계; 상기 후면전극 위에 패시베이션층을 형성하는 단계; 상기 패시베이션층 위에 칼코게나이드계 반도체 재질의 광흡수층을 형성하는 단계; 상기 광흡수층 위에 버퍼층 및 투명전도층을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼층 및 투명전도층 위에 전면전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 패시베이션층을 형성하는 단계에서, 상기 후면전극의 표면 일부분이 노출되도록 패시베이션층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 패시베이션층을 형성하는 단계에서, 산화물, 황화물 및 셀렌화물 중에서 선택된 하나의 재질로 패시베이션층을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 산화물은 SiO2 재질인 것이 바람직하다.
그리고 상기 패시베이션층을 형성하는 단계는, 상기 후면전극 위에 TEOS(Tetraethyl orthosilicate)를 코팅하는 단계; 상기 TEOS가 산화성 열분해를 통해 SiO2층으로 형성되도록 열처리하는 단계; 및 상기 SiO2층을 부분적으로 식각하여 복수의 개구부를 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 TEOS를 코팅하는 단계는, 상기 후면전극 위에 TEOS를 스퍼터링법, ALD(Atomic Layer Deposition)법, 열 증착법, CVD(Chemical Vapor Deposition)법, CBD(chemical bath deposition)법 중에서 선택된 하나의 방법으로 코팅하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수의 개구부를 형성하는 단계는, 상기 SiO2층을 포토레지스트 패턴을 이용한 포토리소그래피 공정으로 부분적으로 식각하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 패시베이션층을 형성하는 단계는, TEOS(Tetraethyl orthosilicate) 및 폴리스티렌 비드가 혼합된 용액을 상기 후면전극 위에 코팅하는 단계; 및 상기 TEOS가 산화성 열분해를 통해 SiO2층으로 형성되고, 상기 폴리스티렌 비드가 산화되어 가스상인 CO2와 H2O로 제거되도록 열처리하여 복수의 개구부를 포함하는 패시베이션층을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 셀렌화물은 HfSe2 재질인 것이 바람직하다.
그리고 상기 광흡수층을 형성하는 단계에서, 상기 광흡수층은 CuInS2(CIS), CuGaS2(CGS), CuInSe2(CISe), CuGaSe2(CGSe), CuAlSe2(CASe), CuInTe2(CITe), CuGaTe2(CGTe), Cu(In,Ga)S2(CIGS), Cu(In, Ga)Se2(CIGSe), Cu2ZnSnS4(CZTS) 중에서 선택된 하나의 재질인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 후면전극과 광흡수층 사이의 계면에서 패시베이션층이 부분적으로 형성됨으로써, 전자 및 정공 쌍 재결합을 억제시켜 표면 재결합 속도를 감소시키고, 전하 캐리어 수명(charge carrier lifetime)을 증가시켜 광 변환 효율을 증가시키며, 개방 전압을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 패시베이션층을 포함한 칼코게나이드계 태양전지의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 칼코게나이드계 태양전지에서 후면전극 및 패시베이션층을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 패시베이션층을 포함한 칼코게나이드계 태양전지의 제조방법을 나타낸 공정 흐름도이다.
도 4는 복수의 개구부를 포함하는 패시베이션층이 형성된 칼코게나이드계 태양전지의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 일반적인 칼코게나이드계 태양전지의 구조를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
이하, 본 발명의 실시예에 의하여 칼코게나이드계 태양전지를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 패시베이션층을 포함한 칼코게나이드계 태양전지의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1의 칼코게나이드계 태양전지에서 후면전극 및 패시베이션층을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 칼코게나이드계 태양전지는 기판(100), 후면전극(200), 패시베이션층(300), 광흡수층(400), 버퍼층 및 투명전도층(500), 전면전극(600)을 포함하여 구성될 수 있다.
기판(100)은 태양전지의 베이스로써, 일반적으로 절연성이 있는 유리가 사용될 수 있다. 특히, 소다회(sodalime) 유리가 사용될 수 있다. 그 이유는 다음과 같다. 소다회 유리에 함유된 나트륨(Na)은 태양전지의 제조 중에 구리(Cu)-인듐(In)-갈륨(Ga)-셀레늄(Se)의 화합물(이하, 'CIGS' 라 한다.)로 형성된 광흡수층(400)으로 확산될 수 있다. 나트륨(Na)의 확산에 의해, CIGS로 형성된 광흡수층(400)의 전하 농도가 증가될 수 있고, 이에 의해, 태양전지의 광전 변환 효율이 증가될 수 있다. 따라서, 광전 변환 효율의 증가 측면에서, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 기판(100)으로 소다회(sodalime) 유리가 사용되는 것이 유리하다. 이외에, 기판(100)은 알루미나와 같은 세라믹 기판, 스테인레스 스틸, 유연성이 있는 고분자 등의 재질이 사용될 수 있다.
후면전극(200)은 기판(100) 위에 형성되고, 태양전지 중 광흡수층(400)에서 생성된 전하가 이동하도록 하여 태양전지의 외부로 전류를 흐르게 할 수 있다. 일반적으로 CIGS 또는 CZTS 태양전지에는 Mo 재질의 후면전극(200)이 사용된다. Mo는 최근 CIGS 또는 CZTS 태양전지의 기판(100)으로 사용되는 유리와 열팽창계수가 비슷할 뿐만 아니라, 부착성과 전기 전도도가 모두 뛰어나다. 후면전극(200)은 기판(100)의 종류에 따라서 Na가 도핑된 Mo층과 Na가 도핑되지 않은 Mo층의 2중층으로 구성하는 등 다양한 구성으로 변경이 가능하며, 후면전극(200)으로 이용될 수 있는 것이면 모든 구성이 적용될 수 있다.
패시베이션층(300)은 후면전극(200) 위에 형성되어 후면전극(200)과 광흡수층(400)이 직접적으로 접촉하는 면적을 감소시킬 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 패시베이션층(300)은 후면전극(200)과 광흡수층(400) 사이의 계면에서 부분적으로 형성된다. 따라서 패시베이션층이 형성된 부분은 후면전극(200)과 광흡수층(400)이 접촉하지 않아 계면 결함에 의한 전자 및 정공 쌍 재결합이 억제되고, 패시베이션층이 형성되지 않은 부분은 후면전극(200)과 광흡수층(400)이 직접적으로 접촉하여 전하의 흐름이 이루어질 수 있다. 패시베이션층(300)은 산화물, 황화물, 셀렌화물 중 적어도 하나의 물질로 구성될 수 있다. 특히, 산화물은 SiO2, 셀렌화물은 HfSe2인 것이 바람직하다.
한편, 도 1 및 도 2에서는 패시베이션층(300)이 후면전극(200) 상에서 구형상으로 형성되어 일정한 간격을 두고 배열된 형태를 도시하고 있으나, 패시베이션층(300)의 형상, 배열 형태 등은 당업자에 의해 변경 가능하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 광흡수층(400)은 패시베이션층(300) 위에 형성되고, CuInS2(CIS), CuGaS2(CGS), CuInSe2(CISe), CuGaSe2(CGSe), CuAlSe2(CASe), CuInTe2(CITe), CuGaTe2(CGTe), Cu(In,Ga)S2(CIGS), Cu(In, Ga)Se2(CIGSe), Cu2ZnSnS4(CZTS) 중에서 선택된 하나의 재질이다. 이 중에서 대표적으로 칼코게나이드계 재질인 CIGS계 또는 CZTS계 반도체가 사용된다. CIGS계 반도체는 직접 천이형 밴드갭 에너지를 갖는다. 또한, CIGS계 반도체는 광 흡수계수가 1x105㎝-1로 반도체 중에서 가장 높아 수㎛ 두께의 박막으로도 고효율 태양전지의 제조가 가능하고, 화학적으로 매우 안정하여, 장기적으로 전기광학적 안정성이 매우 우수하다.
버퍼층 및 투명전도층(500)은 광흡수층(400) 위에 형성된다. 여기서, 투명전도층은 태양광이 광흡수층(400)로 투과될 수 있도록 광 투과율이 높은 물질로 형성된다. 투명전도층은 ITO, ZnO:Al, ZnO:Ga, 및 ZnO:B 중에서 선택된 하나의 재질일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 버퍼층은 p형 반도체인 광흡수층(400)과 n형 반도체인 투명전도층 간의 양호한 p-n 접합을 형성하기 위해, 밴드갭 에너지가 광흡수층(400) 물질보다 크고, 투명전도층 물질보다 작은 물질로 형성될 수 있다. 버퍼층은 CdS, ZnS, ZnSe, InxSey, ZnInxSey 중에서 선택된 하나의 재질일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
전면전극(600)은 버퍼층 및 투명전도층(500) 위에 형성되어 태양전지 표면에서 전류를 수집하기 위한 것으로 Al, Ag, Ni 중에 적어도 하나를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 비록 도시되지는 않았으나 버퍼층 및 투명전도층(500) 위에 추가적으로 반사방지층(미도시)이 형성될 수 있다. 반사방지층은 전면전극(600)이 형성된 영역을 제외한 부분에 형성되어 입사되는 태양광의 반사 손실을 줄일 수 있다. 반사방지층은 MgF2, Al2O3 등으로 형성될 수 있다. MgF2 재질의 반사방지층은 MgF2 펠렛을 이용하여 열증발법으로 증착되거나, Mg(thd)2와 TiF4를 반응 가스로 이용하여 ALD(Atomic Layer Deposition)법으로 증착될 수 있다. 또한, Al2O3 재질의 반사방지층은 Al(CH3)3와 O3를 반응 가스로 이용하여 ALD법으로 증착될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 칼코게나이드계 태양 전지는 후면전극(200)과 광흡수층(400) 사이의 경계면에서 패시베이션층(300)을 포함함으로써, 전자 및 정공 쌍 재결합을 억제시켜 표면 재결합 속도를 감소시키고, 전하 캐리어 수명을 증가시켜 광 변환 효율을 증가시키며, 개방 전압을 증가시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 패시베이션층을 포함한 칼코게나이드계 태양전지의 제조방법을 나타낸 공정 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 도 1에 도시된 실시예에 따른 칼코게나이드계 태양전지의 제조방법은, 기판(100)을 준비하는 제1 단계(S110)와, 기판(100) 위에 후면전극(200)을 형성하는 제2 단계(S120)와, 후면전극(200) 위에 패시베이션층(300)을 형성하는 제3 단계(S130)와, 패시베이션층(300) 위에 칼코게나이드계 반도체 재질의 광흡수층(400)을 형성하는 제4 단계(S140)와, 광흡수층(400) 위에 버퍼층 및 투명전도층(500)을 형성하는 제5 단계(S150)와, 버퍼층 및 투명전도층(500) 위에 전면전극(600)을 형성하는 제6 단계(S160)를 포함한다.
제1 단계(S110)는, 기판(100)이 준비된다. 기판(100)의 표면 세척은 아세톤과 메탄올 및 증류수를 순차적으로 이용하여 세척하는 것이 일반적이며, 세척 과정에서 초음파를 이용하여 세척효과를 높일 수 있다.
제2 단계(S120)는, 기판(100) 위에 후면전극(200)이 형성된다. 이러한 후면전극(200) Mo 박막을 형성하는 방법은 DC 스퍼터링이 일반적으로 사용된다. Mo 후면전극(200)을 형성하는 DC 스퍼터링 공정은 0.1 W/cm2 ~ 3 W/cm2의 타깃 면적당 DC 전력 밀도를 이용하며, 5 mTorr ~ 100 mTorr의 Ar 가스 압력에서, 10 분 ~ 100 분 동안 수행한다. 압력 유지를 위한 Ar 가스 유량은 진공 챔버(chamber)의 부피 및 펌프의 용량에 따라서 1 sccm ~ 수백 sccm의 범위에서 선택적으로 적용되며, 총 DC 전력 또한 기판(100)과 타깃의 크기 및 기판(100)과 타깃 사이의 간격에 따라서 수 W ~ 수십 kW의 범위에서 선택적으로 적용된다.
제3 단계(S130)는, 후면전극(200) 위에 패시베이션층(300)이 형성된다. 이때, 패시베이션층(300)은 후면전극(200)의 표면 일부분이 노출되도록 형성될 수 있다. 이로 인해, 후면전극(200)과 제4 단계(S140)에서 형성되는 광흡수층(400)은 패시베이션층(300)이 형성되지 않은 계면에서 부분적으로 접촉한다. 도 1 및 도 2에 도시된 패시베이션층(300)은 산화물, 황화물, 셀렌화물 중에서 선택된 하나의 재질을 이용하여 스퍼터링법, ALD법, 열 증착법, CVD(Chemical Vapor Deposition)법, CBD(chemical bath deposition)법 등에 의해 형성될 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이 패시베이션층(300)은 일부가 식각되어 복수의 개구부(310)를 포함할 수도 있다. 이때, 패시베이션층(300)은 산화물인 SiO2로 구성될 수 있다. SiO2로 구성되는 패시베이션층(300)은 TEOS(Tetraethyl orthosilicate)를 이용하여 형성될 수 있다. TEOS는 후면전극(200) 위에 스퍼터링법, ALD법, 열 증착법, CVD법, CBD법 등에 의해 코팅된 후에, 열처리를 거치면서 산화성 열분해가 일어나 SiO2층으로 형성된다. 이와 같이 형성된 SiO2층은 포토레지스트 패턴(미도시)를 이용한 포토리소그래피 공정에 의해 부분적으로 식각되어 복수의 개구부(310)들을 포함하는 패턴층으로 형성될 수 있다. 복수의 개구부(310)는 후면전극(200) 및 광흡수층(400)의 사이에 공간이 형성되기 때문에, 복수의 개구부(310)를 통해 후면전극(200)과 광흡수층(400) 사이에 전하의 흐름이 이루어질 수 있다.
또한, 복수의 개구부(310)를 포함하는 패시베이션층(300)은 TEOS(Tetraethyl orthosilicate) 및 폴리스티렌 비드를 혼합한 용액으로 형성될 수 있다. 이때, TEOS는 소수성 용액이기 때문에 폴리스티렌 비드와의 혼합을 향상시키기 위해 이소프로필 알코올과 같은 알코올이 첨가될 수 있다.
TEOS, 폴리스티렌 비드 및 알코올이 혼합된 용액은 후면전극(200) 상에 코팅되며, 스프레이, 스핀 코팅, 바 코팅 등의 방법으로 코팅될 수 있다. 코팅 후에는 열처리가 진행된다. 열처리는 550℃ 내지 700℃의 온도에서 진행될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 열처리 후, TEOS는 높은 온도에서 산화성 열분해를 통해 SiO2층으로 형성된다. 반면에 폴리스티렌 비드는 높은 온도에서 산화되어 가스상인 CO2와 H2O로 제거된다. 따라서, TEOS로 인해 SiO2로 형성된 패시베이션층(300)은 후면전극(200)과 광흡수층(400)이 접촉하지 않아 계면 결함에 의한 전자 및 정공 쌍 재결합이 억제된다. 반면에 폴리스티렌 비드가 제거된 부분은 복수의 개구부(310)가 형성되어 전하의 흐름이 이루어질 수 있다.
제4 단계(S140)는, 패시베이션층(300) 위에 칼코게나이드계 반도체 재질의 광흡수층(400)이 형성된다. 광흡수층(400)의 형성방법은 크게 진공법과 비진공법으로 나뉘며, 진공법과 비진공법도 각각 다양한 방법으로 나뉘지만, 본 실시예에서는 특별히 제한되지 않으며, 패시베이션층(300) 위에 증착할 수 있는 모든 방법이 적용될 수 있다.
제5 단계(S150)는, 광흡수층(400) 위에 버퍼층 및 투명전도층(500)이 형성된다. 여기서, 버퍼층이 CdS로 형성될 경우, 버퍼층은 티오요소(thiourea)와 황산 카드뮴(cadmium sulfate) 및 알루미나가 혼합된 수용액에 기판을 침지시켜 성막하는 CBD법(chemical bath deposition)으로 증착될 수 있다. 이외에도 버퍼층은 CBD법으로 증착된 ZnS나 ZnSe 박막 등과, 증발법(evaporation)에 기반을 둔 공정으로 증착된 InxSey나 ZnInxSey 박막 및 CVD에 기반을 준 공정으로 증착된 InxSey나 ZnSe 박막 등이 적용될 수 있다. 또한, 투명전도층은 ITO, ZnO:Al, ZnO:Ga, 및 ZnO:B 등과 같은 투명전도막(TCO)으로 형성되며, 이러한 투명전도막들은 DC 또는 RF 스퍼터링으로 증착하는 것이 일반적이나, 전자빔 증발법이나 열증발법 등의 다른 방법으로 증착할 수도 있다.
제6 단계(S160)는, 버퍼층 및 투명전도층(500) 위에 전면전극(600)이 형성된다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 칼코게나이드계 태양전지의 제조방법은 후면전극(200)과 광흡수층(400) 사이의 계면에서 부분적으로 패시베이션층(300)을 형성시키므로 계면 결함에 의한 전자 및 정공 쌍 재결합을 억제시켜 표면 재결합 속도를 감소시키고, 전하 캐리어 수명을 증가시켜 광 변환 효율을 증가시키며, 개방 전압을 증가시킬 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 기판 200: 후면전극
300: 패시베이션층 310: 복수의 개구부
400: 광흡수층 500: 버퍼층 및 투명전도층
600: 전면전극

Claims (14)

  1. 삭제
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  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판 위에 후면전극을 형성하는 단계;
    상기 후면전극 위에 패시베이션층을 형성하는 단계;
    상기 패시베이션층 위에 칼코게나이드계 반도체 재질의 광흡수층을 형성하는 단계;
    상기 광흡수층 위에 버퍼층 및 투명전도층을 형성하는 단계; 및
    상기 버퍼층 및 투명전도층 위에 전면전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 패시베이션층을 형성하는 단계는,
    TEOS(Tetraethyl orthosilicate) 및 폴리스티렌 비드가 혼합된 용액을 상기 후면전극 위에 코팅하는 단계; 및
    상기 TEOS가 산화성 열분해를 통해 SiO2층으로 형성되고, 상기 폴리스티렌 비드가 산화되어 가스상인 CO2와 H2O로 제거되도록 열처리하여 복수의 개구부를 포함하는 패시베이션층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되어,
    상기 폴리스티렌 비드가 제거된 위치에 상기 후면전극의 표면 일부분이 노출되도록 패시베이션층을 형성하는 것을 특징으로 하는 칼코게나이드계 태양전지의 제조방법.
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  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 청구항 6에 있어서,
    상기 광흡수층을 형성하는 단계에서,
    상기 광흡수층은 CuInS2(CIS), CuGaS2(CGS), CuInSe2(CISe), CuGaSe2(CGSe), CuAlSe2(CASe), CuInTe2(CITe), CuGaTe2(CGTe), Cu(In,Ga)S2(CIGS), Cu(In, Ga)Se2(CIGSe), Cu2ZnSnS4(CZTS) 중에서 선택된 하나의 재질로 광흡수층을 형성하는 칼코게나이드계 태양전지의 제조방법.
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