KR101867616B1 - Solar cell having layer for diffusion barrier - Google Patents
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Abstract
본 발명은 확산방지층을 포함하는 태양전지에 관한 것으로서, 본 발명의 일태양은 하부기판; 상기 하부기판 상에 형성된 하부전극; 상기 하부기판과 하부전극 사이에, 상기 하부기판 대비 면적율이 40~90%인 확산방지층; 상기 하부전극 상에 형성된 p형 광흡수층; 상기 광흡수층 위에 형성된 n형 버퍼층; 상기 버퍼층 위에 형성된 투명창; 및 상기 투명창 위에 형성된 상부전극을 포함하는 태양전지를 제공한다.
본 발명의 태양전지는 하부기판에 포함된 불순물이 하부전극으로 확산되는 것을 효과적으로 방지할 수 있어 효율 향상을 기대할 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solar cell including a diffusion preventing layer, A lower electrode formed on the lower substrate; A diffusion barrier layer between the lower substrate and the lower electrode, the diffusion barrier layer having an area ratio of 40 to 90% with respect to the lower substrate; A p-type light absorbing layer formed on the lower electrode; An n-type buffer layer formed on the light absorption layer; A transparent window formed on the buffer layer; And a top electrode formed on the transparent window.
The solar cell of the present invention can effectively prevent the impurity contained in the lower substrate from diffusing into the lower electrode, thereby improving the efficiency.
Description
본 발명은 확산방지층을 포함하는 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell including a diffusion preventing layer.
지구의 온난화, 연료 자원의 고갈, 환경오염 등의 영향으로 화석연료를 사용하여 에너지를 채취하는 전통적인 에너지 채취 방법은 서서히 한계에 달하고 있다. 특히, 석유 연료의 경우에는 예측자마다 약간씩 상이하기는 하지만, 그리 멀지 않은 시간내에 바닥을 드러낼 것이라는 전망이 우세하다.
Traditional methods of collecting energy using fossil fuels are slowly reaching their limits due to global warming, depletion of fuel resources, and environmental pollution. Particularly in the case of petroleum fuels, the prognosis is that the forecast will reveal the floor within a very short period of time, albeit slightly different.
뿐만 아니라, 교토 의정서로 대표되는 에너지 기후 협약에 따르면, 화석 연료의 연소에 따라 생성되는 이산화탄소의 배출을 감소시킬 것을 강제적으로 요구하고 있다. 따라서, 현재의 체약국은 물론이며 향후에는 전세계 각국에 그 효력이 미쳐서 화석연료의 연간 사용량에 제약을 받을 것은 불을 보듯이 명확하다.
In addition, the energy-climate treaty, represented by the Kyoto Protocol, forcibly requires the reduction of carbon dioxide emissions resulting from the burning of fossil fuels. Therefore, it is clear that it will be restricted by the current use of fossil fuels, as well as the current contracting countries, and in the future to all countries around the world.
화석연료에 대체하기 위하여 사용되는 가장 대표적인 에너지 원으로서는, 원자력 발전을 들 수 있다. 원자력 발전은 원료가 되는 우라늄이나 플루토늄 단위 중량당 채취 가능한 에너지의 양이 크고, 이산화탄소 등의 온실가스를 발생시키지 않으므로, 상기 석유 등의 화석연료를 대체할 수 있는 유력한 무한에 가까운 대체 에너지원으로 각광 받아왔다.
The most representative energy source used to replace fossil fuels is nuclear power. Nuclear power generation is an energetic alternative energy source that can substitute for fossil fuels such as petroleum, because it generates a large amount of energy that can be collected per unit weight of uranium or plutonium as a raw material and does not generate greenhouse gases such as carbon dioxide. I have received.
그러나, 구소련 체르노빌 원자력 발전소나, 동일본 대지진에 의한 일본 후쿠시마 원자력 발전소 등의 폭발 사고는 무한의 청정 에너지원으로 간주되어 왔던 원자력의 안전성을 다시 검토하게 하는 계기가 되었으며, 그 결과 원자력이 아닌 또다른 대체 에너지의 도입이 어느 때보다도 절실히 요망되고 있다.
However, the explosion of the Chernobyl nuclear power plant in Sri Lanka and the Fukushima Nuclear Power Plant in Japan caused by the Great East Japan Earthquake has led to a reexamination of the safety of nuclear power, which has been regarded as an infinite clean energy source. As a result, The introduction of energy is desperately needed more than ever.
그 밖의 대체 에너지로서 많이 사용되고 있는 에너지 원으로서는 수력 발전을 들 수 있으나, 상기 수력 발전은 지형적인 인자와 기후적인 인자에 의해 많이 영향받기 때문에 그 사용이 제한적일 수 밖에 없다. 또한, 기타의 대체 에너지원들 역시 발전양이 적거나 또는 사용 지역이 크게 제한되는 등의 이유로 화석연료의 대체수단으로까지는 사용되기 어렵다.
Hydropower can be used as an alternative energy source, but its use is limited because it is affected by geographical factors and climatic factors. In addition, other alternative energy sources are also difficult to use as alternative means of fossil fuels because of the limited amount of power generation or the limited use area.
그러나, 태양 전지는 적당한 일조량만 보장된다면 어디서나 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 발전용량과 설비규모가 거의 직선적으로 비례하기 때문에, 가정용과 같은 소용량 수요로 사용할 경우에는 건물 옥상 등에 작은 면적으로 전지판을 설치함으로써 발전이 가능하다는 이점이 있어, 세계적으로 그 이용이 증가되고 있을 뿐만 아니라, 그와 관련된 연구 역시 증가하고 있다.
However, since solar cells can be used anywhere and only when a proper amount of sunshine is ensured, the power generation capacity and the facility scale are almost linearly proportional. Therefore, when the solar cell is used in small capacity demand such as home use, And not only is its use increasing worldwide, but also related research is increasing.
태양전지는 반도체의 원리를 이용한 것으로서, p-n 접합된 반도체에 일정 수준 이상의 에너지를 갖춘 빛을 조사하면 상기 반도체의 가전자가 자유롭게 이동될 수 있는 가전자로 여기되어 전자와 정공의 쌍(EHP : electron hole pair)이 생성된다. 생성된 전자와 정공은 서로 반대쪽에 위치하는 전극으로 이동하여 기전력을 발생시키게 된다.
Solar cells are based on the principle of semiconductors. When a light having a certain energy level or more is irradiated to a pn-junction semiconductor, the electrons of the semiconductor are excited as freely movable electrons to form a pair of electrons and holes (EHP ) Is generated. The generated electrons and holes move to the electrode located on the opposite side to generate an electromotive force.
상기 태양전지의 가장 최초 형태는 실리콘 기판에 불순물(B)을 도핑하여 p형 반도체를 형성시킨 다음 그 위에 또다른 불순물(P)을 도핑시켜 층의 일부를 n형 반도체화 함으로써 p-n 접합이 이루어지도록 한 실리콘계 태양전지로서 1세대 태양전지로 많이 불린다.
In the first type of the solar cell, a p-type semiconductor is formed by doping an impurity (B) into a silicon substrate, and then another impurity (P) is doped thereon to convert a part of the layer into an n-type semiconductor. It is a silicon-based solar cell, often referred to as a first-generation solar cell.
상기 실리콘계 태양전지는 비교적 높은 에너지 전환효율과 셀 전환효율(실험실 최고의 에너지 전환효율에 대한 양산시 전환효율의 비율)이 높기 때문에, 가장 상용화 정도가 높다. 그러나, 상기 실리콘계 태양전지 모듈을 제조하기 위해서는 우선 소재로부터 잉곳을 제조하고 상기 잉곳을 웨이퍼화한 후 셀을 제조하고 모듈화한다고 하는 다소 복잡한 공정단계를 거쳐야 할 뿐만 아니라, 벌크 재질의 재료를 사용하기 때문에, 재료소비가 증가하여 제조비용이 높다는 문제가 있다.
The silicon-based solar cell has the highest degree of commercialization because it has a relatively high energy conversion efficiency and a high cell conversion efficiency (ratio of conversion efficiency at the time of mass production to the highest energy conversion efficiency of the laboratory). However, in order to manufacture the silicon-based solar cell module, a complicated process step such as manufacturing an ingot from a raw material and making the ingot into a wafer and then manufacturing and modifying the cell must be performed, and a bulk material is used , There is a problem that the material consumption is increased and the manufacturing cost is high.
이러한 실리콘계 태양전지의 단점을 해결하기 위하여, 2세대 태양전지로 불리우는 소위 박막형 태양전지가 제안되게 되었다. 박막형 태양전지는 상술한 과정으로 태양전지를 제조하는 것이 아니라, 기판 위에 순차적으로 필요한 박막층을 적층하는 형태로 제조하기 때문에, 그 과정이 단순하며, 두께가 얇아 재료비용이 저렴하다는 장점을 가진다.
In order to solve the disadvantages of such a silicon solar cell, a so-called thin film solar cell called a second generation solar cell has been proposed. Since the thin film solar cell is manufactured by stacking the thin film layers sequentially required on the substrate, instead of manufacturing the solar cell by the above-described process, the process is simple, and the thin film solar cell has an advantage that the material cost is low.
그러나, 많은 경우 아직까지는 상기 실리콘계 태양전지와 비교할 때 에너지 전환효율이 높지 않아 상용화에 많은 걸림돌이 되고 있으나, 일부 높은 에너지 전환효율을 가진 태양전지가 개발되어 상용화 추진 중에 있다.
However, in many cases, compared with the silicon-based solar cell, the energy conversion efficiency is not high enough to cause commercialization. However, some high-energy conversion solar cells have been developed and commercialized.
그 중 하나로서 CI(G)S계 태양전지를 들 수 있는데, 상기 태양전지는 구리(Cu), 인듐(In), 게르마늄(Ge)(게르마늄은 포함되지 않을 수 있음. 게르마늄이 포함되지 않을 경우에는 CIS로 불림), 셀레늄(Se)을 포함하는 CI(G)S 화합물 반도체를 기본으로 한 것이다.
One of them is a CI (G) S solar cell. The solar cell may contain copper (Cu), indium (In), germanium (Ge) (germanium may not be included. (Hereinafter referred to as CIS), and CI (G) S compound semiconductors including selenium (Se).
상기 반도체는 3 또는 4가지 원소를 포함하고 있기 때문에 원소의 함량을 조절함으로써 밴드갭의 폭을 제어할 수 있어 에너지 변환효율을 상승시킬 수 있다는 장점을 가진다. 간혹 셀레늄(Se)을 황(S)으로 대체하거나 셀레늄(Se)을 황(S)과 함께 사용하는 경우도 있다. 본 발명에서는 이러한 경우 모두 CI(G)S 태양전지로 간주한다.
Since the semiconductor contains three or four elements, the width of the bandgap can be controlled by controlling the content of the element, thereby increasing the energy conversion efficiency. Occasionally, selenium (Se) is replaced with sulfur (S) or selenium (Se) with sulfur (S). In the present invention, all of these cases are regarded as CI (G) S solar cells.
CIGS(게르마늄이 포함된 경우) 태양전지는 최하층에 하부기판이 존재하며, 상기 하부기판 위에 전극으로 사용되는 하부전극이 형성된다. 상기 하부전극 위에는 p형 반도체로서 광흡수층(CIGS)과 n형 반도체로서 버퍼층(예를 들면 CdS), 투명창, 상부 전극이 순차적으로 형성된다.
CIGS (when germanium is included) solar cell has a lower substrate on the lowest layer and a lower electrode used as an electrode on the lower substrate. On the lower electrode, a light absorption layer (CIGS) as a p-type semiconductor and a buffer layer (for example, CdS) as an n-type semiconductor, a transparent window, and an upper electrode are sequentially formed.
한편, 상기 하부기판으로는 유리가 많이 사용되었다. 상기 유리내에는 Na이 포함되어 있고, 이러한 Na은 CIGS 층으로 확산되어 태양전지의 개방전압과 충실도를 높이는 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 상기 적절한 양의 Na은 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있으나, 과도한 확산의 경우에는 오히려 태양전지의 효율을 저하시키는 문제가 있다.
On the other hand, glass was used as the lower substrate. The glass contains Na, which is diffused into the CIGS layer to enhance the open voltage and the fidelity of the solar cell. However, the proper amount of Na can improve the efficiency of the solar cell, but in the case of excessive diffusion, there is a problem that the efficiency of the solar cell is lowered.
최근에, 고가이고 대량 생산이 적지 않으며, 정형화된 형태로만 사용될 수 있는 유리 기판 대신에 유연성 기판을 사용하고자 하는 시도가 다수 이루어졌다. 유연성 기판은 유리에 비해서는 저렴하며, 롤 투 롤(Roll to Roll) 방식으로 태양전지를 제조할 수 있으며, 여러가지 형태로 가공할 수 있기 때문에 건물 일체형 모듈(BIPV) 뿐만 아니라 항공 우주용 등의 다양한 용도로 사용될 수 있다. 상기 유연성 기판으로는 스테인레스강, 알루미늄 호일, 폴리이미드 필름와 같은 금속판이나 플라스틱 계열의 기판이 많이 사용된다. 이러한, 유연성 기판의 경우에는 Fe를 비롯한 많은 불순물이 포함되어, 이러한 불순물이 하부전극이나 CIGS 층으로 확산되어 태양전지의 효율을 떨어뜨리는 문제를 일으키고 있다.
Recently, a number of attempts have been made to use a flexible substrate instead of a glass substrate, which is expensive, mass-produced, and can only be used in a regular form. Flexible substrates are inexpensive compared to glass, and solar cells can be manufactured by roll-to-roll method. Because it can be processed in various forms, it is possible to manufacture various types of modules such as BIPV It can be used for applications. As the flexible substrate, a metal plate such as stainless steel, an aluminum foil, a polyimide film, or a plastic substrate is often used. In the case of such a flexible substrate, many impurities such as Fe are included, and such impurities are diffused into the lower electrode or the CIGS layer, which causes a problem of deteriorating the efficiency of the solar cell.
유리 기판을 사용하는 경우에 Na의 과도한 확산을 억제하고, 유연성 기판의 불순물 확산을 억제하기 위해서, 종래에는 막(layer)으로 이루어진 확산방지층을 형성하는 기술을 적용해 왔다. Conventionally, a technique of forming a diffusion preventing layer made of a layer has been applied in order to suppress excessive diffusion of Na when a glass substrate is used and suppress impurity diffusion of the flexible substrate.
그러나, 태양전지의 박막화, 경량화 등의 요구에 따라, 상기 확산방지층이 두께가 매우 얇아지게 되면서, 상기 단일층으로 이루어진 확산방지층의 경우에는 효과적인 확산 방지 효과를 확보할 수 없는 문제가 새롭게 발생하게 되었다.However, as the thickness of the diffusion preventing layer becomes very thin in accordance with the demand for thinning and lightening of the solar cell, a problem that the effective diffusion preventing effect can not be secured in the case of the diffusion preventing layer composed of the single layer is newly generated .
본 발명은 하부기판과 하부전극 사이에 우수한 확산 방지 효과를 갖는 확산방지층을 포함하는 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell including a diffusion preventing layer having an excellent diffusion preventing effect between a lower substrate and a lower electrode.
본 발명의 일태양은 하부기판; 상기 하부기판 상에 형성된 확산방지층; 상기 확산방지층 상에 형성된 하부전극; 상기 하부전극 상에 형성된 p형 광흡수층; 상기 광흡수층 상에 형성된 n형 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 형성된 투명창; 및 상기 투명창 상에 형성된 상부전극을 포함하며, 상기 확산방지층은 상기 하부기판 대비 면적율이 40~90%인 태양전지를 제공한다.One aspect of the present invention provides a semiconductor device comprising: a lower substrate; A diffusion barrier layer formed on the lower substrate; A lower electrode formed on the diffusion preventing layer; A p-type light absorbing layer formed on the lower electrode; An n-type buffer layer formed on the light absorption layer; A transparent window formed on the buffer layer; And an upper electrode formed on the transparent window, wherein the diffusion barrier layer has an area ratio of 40 to 90% with respect to the lower substrate.
본 발명의 태양전지는 하부기판에 포함된 불순물이 하부전극으로 확산되는 것을 효과적으로 방지할 수 있어 효율 향상을 기대할 수 있다.The solar cell of the present invention can effectively prevent the impurity contained in the lower substrate from diffusing into the lower electrode, thereby improving the efficiency.
도 1은 본 발명 확산방지층과 하부전극이 형성된 하부기판의 일 실시형태를 나타낸 모식도이다.
도 2는 도 1에 나타난 일 실시형태의 하부기판을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명 확산방지층과 하부전극이 형성된 하부기판의 다른 실시형태를 나타낸 모식도이다.
도 4는 도 3에 나타난 다른 실시형태의 하부기판을 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명 태양전지의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명 태양전지의 다른 일례를 나타낸 모식도이다.FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a lower substrate having a diffusion preventing layer and a lower electrode according to the present invention.
2 is a perspective view showing the lower substrate of the embodiment shown in Fig.
3 is a schematic view showing another embodiment of a lower substrate having a diffusion preventing layer and a lower electrode according to the present invention.
4 is a perspective view showing a lower substrate according to another embodiment shown in Fig.
5 is a schematic view showing an example of the solar cell of the present invention.
6 is a schematic diagram showing another example of the solar cell of the present invention.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 일태양은 하부기판; 상기 하부기판 상에 형성된 확산방지층; 상기 확산방지층 상에 형성된 하부전극; 상기 하부전극 상에 형성된 p형 광흡수층; 상기 광흡수층 상에 형성된 n형 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 형성된 투명창; 및 상기 투명창 상에 형성된 상부전극을 포함하며, 상기 확산방지층은 상기 하부기판 대비 면적율이 40~90%인 태양전지를 제공한다.One aspect of the present invention provides a semiconductor device comprising: a lower substrate; A diffusion barrier layer formed on the lower substrate; A lower electrode formed on the diffusion preventing layer; A p-type light absorbing layer formed on the lower electrode; An n-type buffer layer formed on the light absorption layer; A transparent window formed on the buffer layer; And an upper electrode formed on the transparent window, wherein the diffusion barrier layer has an area ratio of 40 to 90% with respect to the lower substrate.
통상적으로, 태양전지는 하부기판과 상기 하부기판 상에 하부전극이 구비되고, 이 사이에는 하부기판 내에 존재하는 Na, Fe와 같은 불순물이 하부전극으로 확산되는 것을 억제하는 역할을 하는 확산방지층을 포함한다.Generally, a solar cell includes a lower substrate and a lower electrode on the lower substrate, and a diffusion preventing layer serving to suppress diffusion of impurities such as Na and Fe present in the lower substrate to the lower electrode do.
그러나, 상기 확산방지층은 하부기판으로부터 확산되는 불순물을 완벽하게 억제하지는 못한다. 즉, 몇몇의 불순 원자들은 상기 확산방지층을 투과하여 상기 하부전극으로 전이되게 된다. 예를 들면, 기존의 확산방지층은 하부기판 또는 하부전극과 100%의 면적율로 접촉하게 되는데, 이 때 하부기판으로부터 100개의 불순원자가 하부전극으로 확산한다고 가정하였을 때, 100개의 불순원자 모두가 하부전극으로 확산된다. 그러나, 본 발명에서는 상기 확산방지층의 면적을 감소시킴으로써 확산방지 효과를 향상하고자 한다. 즉, 확산방지층 면적의 감소를 통해 확산방지층이 상기 하부기판 및 하부전극과 접촉하는 면을 감소시켜 불순원자가 확산될 수 있는 통로를 제거하는 것이다. 예를 들면, 상기 확산방지층의 면적이 70%라고 가정한다면 불순원자가 이동할 수 있는 통로가 70개만 발생하게 되기 때문에 불순원자의 확산을 효과적으로 감소시킬 수 있는 것이다.However, the diffusion preventing layer does not completely suppress impurities diffused from the lower substrate. That is, some of the impurity atoms are transferred to the lower electrode through the diffusion preventing layer. For example, a conventional diffusion barrier layer is brought into contact with a lower substrate or a lower electrode at an areal ratio of 100%. At this time, assuming that 100 impurity atoms diffuse from the lower substrate to the lower electrode, . However, in the present invention, the diffusion preventing effect is improved by reducing the area of the diffusion preventing layer. That is, by reducing the area of the diffusion barrier layer, the surface where the diffusion barrier layer is in contact with the lower substrate and the lower electrode is reduced to remove the passageway through which the impurity atoms can diffuse. For example, assuming that the area of the diffusion preventing layer is 70%, only 70 passages through which impurity atoms can move can effectively reduce the diffusion of impurity atoms.
이러한 확산 방지 효과를 위해서 상기 확산방지층의 면적율은 상기 하부기판 대비 90%이하인 것이 바람직하다. 이와 같이 확산방지층의 면적을 감소시킴으로써 앞서 설명한 바와 같이, 불순원자의 이동 통로를 제거할 수 있어 확산방지 효과를 향상시킬 수 있다. 이러한 효과를 위해서 확산방지층은 가능한 적은 면적을 갖는 것이 바람직하나, 과도하게 면적을 감소시킬 경우에는 상기 확산방지층 위에 형성되는 하부전극의 지지가 어려울 수 있고, 또한 하부전극 코팅시 상기 확산방지층이 형성되지 않는 영역에 하부전극이 코팅되어 확산방지효과가 저하될 수 있으므로, 상기 확산방지층의 면적율은 40%이상인 것이 바람직하다. 따라서, 상기 확산방지층은 상기 하부기판 또는 하부전극 대비 면적율이 40~90%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 확산방지층의 면적율은 60~85%의 범위를 갖는 것이 보다 바람직하며, 70~80%의 범위를 갖는 것이 보다 더 바람직하다.In order to prevent the diffusion, the area ratio of the diffusion preventing layer is preferably 90% or less of the lower substrate. By reducing the area of the diffusion preventing layer as described above, the migration path of the impurity atoms can be removed as described above, and the diffusion preventing effect can be improved. For this effect, the diffusion preventing layer preferably has as small an area as possible. However, if the area is excessively reduced, it may be difficult to support the lower electrode formed on the diffusion preventing layer, and the diffusion preventing layer may be formed It is preferable that the area ratio of the diffusion preventing layer is 40% or more. Therefore, it is preferable that the diffusion barrier layer has an area ratio of 40 to 90% with respect to the lower substrate or the lower electrode. The area ratio of the diffusion preventing layer is more preferably in a range of 60 to 85%, and still more preferably in a range of 70 to 80%.
도 1은 본 발명 확산방지층과 하부전극이 형성된 하부기판의 일 실시형태를 나타낸 모식도이며, 도 2는 상기 일 실시형태에 따른 하부기판을 나타내는 사시도이다. 이하, 도 1 및 2를 참조하여, 본 발명 태양전지의 일 실시형태에 대하여 설명한다. 다만, 도 1 및 2는 본 발명의 일례를 나타낸 것으로서, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a lower substrate having a diffusion preventing layer and a lower electrode according to the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing a lower substrate according to the embodiment. Hereinafter, one embodiment of the solar cell of the present invention will be described with reference to Figs. 1 and 2. Fig. 1 and 2 illustrate an example of the present invention, but the present invention is not limited thereto.
도 1 및 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양전지용 기판(100)은 하부기판(10)과 하부전극(30) 사이에 막(layer)의 형태를 갖는 확산방지층(20)이 형성되고, 상기 막에는 홀(22)이 형성된다. 이와 같이, 홀(22)을 형성함으로써, 상기 확산방지층(20)의 면적을 감소시켜 하부기판(10)의 Na, Fe와 같은 불순물이 하부전극(30)으로 확산되는 것을 효과적으로 억제한다. 이 때, 상기 홀(22)은 그 형태나 형성되는 위치가 다양할 수 있으므로, 이에 대해서 특별히 한정하지 않는다. 도 2에는 일례로서 원형의 기둥 형상을 갖는 홀(22)을 포함하는 확산방지층(20)을 구비하는 태양전지용 기판(100)을 도시하였다. 그러나, 이와 같은 원형의 형태 뿐만 아니라 다각형의 형상을 가질 수도 있다. 다만, 상기 확산방지층(20)의 용이한 형성을 위해서는 상기 확산방지층(20)은 원형 또는 사각형의 형상을 갖는 것이 바람직하다. 상기 언급한 태양전지용 기판은 확산방지층과 하부전극이 형성된 하부기판을 의미한다.1 and 2, a
한편, 확산방지 효과의 향상을 위해, 상기 확산방지층의 평균 두께는 10nm~10㎛인 것이 바람직하다. 10nm미만인 경우에는 불순물이 쉽게 확산방지층을 투과할 수 있으므로, 불순물의 확산방지 효과가 저하될 수 있으며, 10㎛를 초과할 경우에는 공정시간 및 공정 비용의 상승으로 인해 생산효율성이 떨어질 수 있다. 따라서, 상기 확산방지층의 평균 두께는 10nm~10㎛의 범위를 갖는 것이 바람직하며, 50nm~5㎛의 범위를 갖는 것이 보다 바람직하며, 100nm~2㎛의 범위를 갖는 것이 보다 더 바람직하다.On the other hand, in order to improve the diffusion preventing effect, the average thickness of the diffusion preventing layer is preferably 10 nm to 10 탆. If the thickness is less than 10 nm, impurities can easily permeate through the diffusion preventing layer, so that the effect of preventing the diffusion of impurities may be deteriorated. If the thickness exceeds 10 μm, the production efficiency may be deteriorated due to an increase in process time and process cost. Therefore, the average thickness of the diffusion preventing layer is preferably in the range of 10 nm to 10 탆, more preferably in the range of 50 nm to 5 탆, still more preferably in the range of 100 nm to 2 탆.
도 3은 본 발명 확산방지층과 하부전극이 형성된 하부기판의 다른 실시형태를 나타낸 모식도이며, 도 4는 상기 다른 실시형태에 따른 하부기판을 나타내는 사시도이다. 도 3 및 4에 나타나는 바와 같이, 본 발명의 태양전지는 전술한 일 실시형태와는 다른 형태의 확산방지층을 구비할 수도 있다. 이하, 도 3 및 4를 참조하여 본 발명 태양전지의 다른 실시형태에 대하여 설명한다. 도 3 및 4 또한 본 발명의 일례를 나타낸 것일 뿐, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.FIG. 3 is a schematic view showing another embodiment of a lower substrate having a diffusion preventing layer and a lower electrode according to the present invention, and FIG. 4 is a perspective view showing a lower substrate according to another embodiment of the present invention. As shown in Figs. 3 and 4, the solar cell of the present invention may have a diffusion preventing layer of a different form from that of the above-described embodiment. Hereinafter, another embodiment of the solar cell of the present invention will be described with reference to FIGS. FIGS. 3 and 4 are also illustrative of the present invention, and the present invention is not limited thereto.
도 3 및 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 확산방지층(20)은 그 자체가 원기둥 또는 다각기둥의 형상일 수 있으며, 상기 기둥(20a)은 하나 이상인 것이 바람직하다. 즉, 이와 같은 형태로도 확산방지층(20)이 형성될 수 있으며, 결국 면적율 감소를 통한 확산 방지 효과의 향상을 도모할 수 있다. 이와 같은 형태의 확산방지층 또한 그 두께는 전술한 바와 같은 이유로 10nm~10㎛의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 3 and 4, the
한편, 상기에서 언급한 홀(hole)과 기둥은 평균 폭은 20~500nm인 것이 바람직하다. 상기 홀(hole)의 평균 폭이 20nm미만인 경우에는 면적 감소율이 적어져 확산 방지 효과가 저감될 수 있으며, 500nm를 초과하는 경우에는 내구성에 문제가 발생하여 외부 충격에 의해 파손될 수 있다. 한편, 상기 기둥의 평균 폭이 20nm미만인 경우에는 내구성에 문제가 발생하여 외부 충격에 의해 파손될 수 있다. 또한, 기둥의 폭을 극도로 미세하게 제어하는 것은 공정상 용이하지 않기 때문에, 제조비용이 상승할 수 있다. 상기 기둥의 평균 폭이 500nm를 초과하는 경우에는 면적이 늘어나게 됨으로써 확산방지 효과가 저감될 수 있다. 따라서, 상기 홀(hole)과 기둥의 평균 폭은 20~500nm의 범위를 갖는 것이 바람직하며, 20~300nm의 범위를 갖는 것이 보다 바람직하며, 50~200nm의 범위를 갖는 것이 보다 더 바람직하다.
On the other hand, it is preferable that the above-mentioned holes and columns have an average width of 20 to 500 nm. When the average width of the holes is less than 20 nm, the area reduction rate is small and the diffusion preventing effect can be reduced. When the average hole width is more than 500 nm, there is a problem in durability and it may be damaged by external impact. On the other hand, when the average width of the column is less than 20 nm, there is a problem in durability and it may be damaged by an external impact. In addition, since it is not easy to control the width of the column extremely fine, the manufacturing cost may increase. If the average width of the column exceeds 500 nm, the area is increased and the diffusion preventing effect can be reduced. Accordingly, the average width of the hole and the column is preferably in the range of 20 to 500 nm, more preferably in the range of 20 to 300 nm, and more preferably in the range of 50 to 200 nm.
만일, 상기 홀(hole) 또는 기둥이 복수개로 구비될 경우에는 서로간의 간격 즉, 상기 홀(hole) 또는 기둥 간 평균간격이 1~100nm인 것이 바람직하다. 상기 홀(hole) 간의 평균간격이 1nm미만인 경우에는 후공정에서 전극 코팅시 홀(hole) 내부로 전극이 침투할 수 있어, 확산 방지가 이루어지지 않을 수 있다. 100nm를 초과하는 경우에는 불순물의 트래핑(tapping) 효과가 저하될 수 있다. 이와는 반대로, 상기 기둥 간 평균간격이 1nm미만인 경우에는 불순물의 트래핑(tapping) 효과가 저하될 수 있어, 확산 방지 효과가 저감될 수 있다. 100nm를 초과할 경우에는 후공정에서 전극 코팅시 기둥 사이로 전극이 침투할 수 있어, 확산 방지가 이루어지지 않을 수 있다. 따라서, 상기 홀(hole) 또는 기둥간 평균간격은 1~100nm인 것이 바람직하며, 1~50nm의 범위를 갖는 것이 보다 바람직하며, 1~10nm의 범위를 갖는 것이 보다 더 바람직하다.If a plurality of holes or columns are provided, it is preferable that an interval between the holes or an average distance between the holes or columns is 1 to 100 nm. If the average distance between the holes is less than 1 nm, the electrode may penetrate into the hole during the electrode coating in the subsequent step, so diffusion prevention may not be achieved. If it exceeds 100 nm, the effect of the impurity taps may be deteriorated. On the contrary, when the average spacing between the columns is less than 1 nm, the effect of tapping the impurities may be deteriorated, and the diffusion preventing effect may be reduced. If the thickness is more than 100 nm, the electrode may penetrate through the columns during the electrode coating in the subsequent process, so diffusion prevention may not be achieved. Therefore, the average distance between the holes or the columns is preferably 1 to 100 nm, more preferably 1 to 50 nm, and even more preferably 1 to 10 nm.
한편, 상기 확산방지층은 ZnO, ITO, FTO 및 AZO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종인 것이 바람직하며, 용이한 형성을 위해서는 상기 확산방지층이 ZnO인 것이 보다 바람직하다.On the other hand, the diffusion preventing layer is preferably one selected from the group consisting of ZnO, ITO, FTO and AZO, and it is more preferable that the diffusion preventing layer is ZnO for easy formation.
전술한 바와 같은 확산방지층을 형성하기 위한 방법에 대해서는 특별히 한정하지 않으나, 그 일례로서는 다음과 같은 기상화학증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 방법이 이용될 수 있다. 350~500℃의 온도와 0.3~0.4torr의 진공압 분위기에서, 전구체로서 디에틸징크(Diethylzinc, Zn(C2H5)2)와 산소 기체를 1:300의 비율로 챔버 내에 공급하면 수직으로 성장하는 ZnO 확산방지층을 얻을 수 있다. 이 때, 온도 범위와 전구체의 비율을 일정하게 유지하면서 압력이 2~5Torr까지 상승하도록 전구체 가스를 공급하게 되면 분당 약 10nm의 속도로 ZnO 확산방지층이 성장하게 된다. 또한, 온도조절을 통해 상기 확산방지층의 폭을 40nm~140nm의 범위로 제어할 수 있으며, 온도를 높일수록 상기 폭은 좁아지게 된다. 한편, 상기와 같이 온도제어뿐만 아니라, 압력 또는 전구체의 비율 등 다른 조건들을 단독 혹은 복합적으로 제어함으로써 상기 폭을 얻고자하는 수준으로 제어할 수 있다.The method for forming the diffusion preventing layer as described above is not particularly limited, but the following CVD (Chemical Vapor Deposition) method may be used as an example. Diethylzinc, Zn (C 2 H 5 ) 2 ) and oxygen gas are supplied as a precursor in a chamber at a ratio of 1: 300 at a temperature of 350 to 500 ° C. and a vacuum pressure of 0.3 to 0.4 torr, A ZnO diffusion preventing layer can be grown. At this time, when the precursor gas is supplied so that the pressure increases to 2 to 5 Torr while keeping the temperature range and the precursor ratio constant, the ZnO diffusion preventing layer grows at a rate of about 10 nm per minute. Also, the width of the diffusion preventing layer can be controlled within a range of 40 nm to 140 nm through temperature control, and the width becomes narrower as the temperature is increased. On the other hand, it is possible to control not only the temperature control but also the other conditions such as the pressure or the ratio of the precursor to a level at which the width is to be obtained by controlling the conditions alone or in combination.
한편, 상기 하부기판의 재질은 유리 뿐만 아니라, 유연성 기판도 사용될 수 있다. 상기 유연성 기판이라 함은 금속재질(스테인레스, 알루미늄 호일, Fe-Ni계 금속판, Fe-Cu계 금속판 등)이나, 폴리이미드와 같은 플라스틱 계열 등을 모두 포함한다.
The lower substrate may be made of glass or a flexible substrate. The flexible substrate includes all of a metal material (stainless steel, aluminum foil, Fe-Ni-based metal plate, Fe-Cu-based metal plate, etc.) and a plastic-based material such as polyimide.
도 5는 본 발명 태양전지의 일례를 나타낸 모식도이며, 도 6은 본 발명 태양전지의 다른 일례를 나타낸 모식도이다. 이하, 도 5 및 6을 참조하여 본 발명 태양전지에 대하여 설명한다. 다만, 도 5 및 6은 본 발명의 일례를 나타낸 것으로서, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.
Fig. 5 is a schematic diagram showing an example of a solar cell of the present invention, and Fig. 6 is a schematic diagram showing another example of the solar cell of the present invention. Hereinafter, the solar cell of the present invention will be described with reference to Figs. 5 and 6. Fig. 5 and 6 show an example of the present invention, but the present invention is not limited thereto.
도 5 및 6에 나타난 바와 같이, 본 발명은 하부기판(10); 상기 하부기판(10) 상에 형성된 확산방지층(20); 상기 확산방지층(20) 상에 형성된 하부전극(30); 상기 하부전극(30) 상에 형성된 p형 광흡수층(200); 상기 광흡수층(200) 상에 형성된 n형 버퍼층(300); 상기 버퍼층(300) 상에 형성된 투명창(400); 및 상기 투명창(400) 상에 형성된 상부전극(500)을 포함하는 태양전지(1000)를 제공한다.As shown in Figs. 5 and 6, the present invention provides a semiconductor device comprising: a
도 5와 6은 각각 도 1 및 3에서와 같이 확산방지층(20)에 홀(22)이 형성되거나, 확산방지층(20) 자체가 기둥(20a) 형상을 갖는 태양전지용 기판(100)을 구비하는 태양전지(1000)를 나타낸 것으로서, 전술한 바와 같은 불순물 확산 억제 효과를 통해 효율 향상을 기대할 수 있다.5 and 6 are sectional views showing the steps of forming a
한편, 구현하고자 하는 태양전지의 종류에 따라, 상기 광흡수층, 버퍼층 등의 재질이 달라질 수 있다. 다만, 일례로서, CIGS 태양전지는 광흡수층으로서 CIGS를, n형 반도체로서 버퍼층은 CdS, 투명창은 ZnO로 이루어질 수 있다. 한편, 하부기판은 앞서 언급한 바와 같이, 유리, 스테인레스, 알루미늄 호일, Fe-Ni계 금속, Fe-Cu계 금속, 폴리이미드로 이루어진 그룹에서 선택된 1종일 수 있다. 또한, 투명창 또는 상부전극은 당해 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 본 발명에 바람직하게 적용될 수 있으며, 그 종류에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.Depending on the kind of the solar cell to be implemented, the material of the light absorption layer, the buffer layer and the like may be changed. However, as an example, the CIGS solar cell may be composed of CIGS as a light absorption layer, CdS as an n-type semiconductor buffer layer, and ZnO as a transparent window. On the other hand, the lower substrate may be one selected from the group consisting of glass, stainless steel, aluminum foil, Fe-Ni-based metal, Fe-Cu-based metal and polyimide. In addition, the transparent window or the upper electrode may be suitably applied to the present invention as long as it is commonly used in the art, and the kind thereof is not particularly limited.
10 : 하부기판 20 : 확산방지층
20a : 기둥 22 : 홀
30 : 하부 전극 100 : 태양전지용 기판
200 : 광흡수층 300 : 버퍼층
400 : 투명창 500 : 상부전극
1000 : 태양전지10: lower substrate 20: diffusion preventing layer
20a: column 22: hole
30: lower electrode 100: substrate for solar cell
200: light absorbing layer 300: buffer layer
400: transparent window 500: upper electrode
1000: Solar cell
Claims (11)
상기 하부기판 상에 형성된 확산방지층;
상기 확산방지층 상에 형성된 하부전극;
상기 하부전극 상에 형성된 p형 광흡수층;
상기 광흡수층 상에 형성된 n형 버퍼층;
상기 버퍼층 상에 형성된 투명창; 및
상기 투명창 상에 형성된 상부전극을 포함하며,
상기 확산방지층은 상기 하부기판 대비 면적율이 40~90%이고,
상기 확산방지층은 막(layer)의 형태이며, 상기 막에는 홀이 형성되고, 상기 홀은 원형 또는 다각형의 형태를 갖거나,
상기 확산방지층은 원기둥 또는 다각기둥의 형상을 갖고, 상기 원기둥 또는 다각기둥은 하나 이상이며,
상기 홀(hole)의 평균 폭은 20~500nm이고, 상기 홀(hole) 간 평균간격은 1~100nm이며,
상기 원기둥 또는 다각기둥의 평균 폭은 20~500nm이고, 상기 원기둥 또는 다각기둥 간 평균간격은 1~100nm인 태양전지.
A lower substrate;
A diffusion barrier layer formed on the lower substrate;
A lower electrode formed on the diffusion preventing layer;
A p-type light absorbing layer formed on the lower electrode;
An n-type buffer layer formed on the light absorption layer;
A transparent window formed on the buffer layer; And
And an upper electrode formed on the transparent window,
Wherein the diffusion barrier layer has an area ratio of 40 to 90% with respect to the lower substrate,
The diffusion preventing layer is in the form of a layer, and the hole is formed in the film, and the hole has a circular or polygonal shape,
Wherein the diffusion preventing layer has a shape of a cylinder or a polygonal column, and the column or polygonal column has at least one,
The average width of the holes is 20 to 500 nm, the average spacing between the holes is 1 to 100 nm,
Wherein the average width of the cylindrical or polygonal column is 20 to 500 nm and the average spacing between the cylindrical or polygonal column is 1 to 100 nm.
상기 확산방지층의 평균 두께는 10nm~10㎛인 것을 포함하는 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the average thickness of the diffusion preventing layer is 10 nm to 10 占 퐉.
상기 확산방지층은 ZnO, ITO, FTO 및 AZO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the diffusion preventing layer is at least one selected from the group consisting of ZnO, ITO, FTO and AZO.
상기 하부기판은 유리, 스테인레스, 알루미늄 호일, Fe-Ni계 금속, Fe-Cu계 금속, 폴리이미드로 이루어진 그룹에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the lower substrate is one selected from the group consisting of glass, stainless steel, aluminum foil, Fe-Ni-based metal, Fe-Cu-based metal, and polyimide.
상기 광흡수층은 CIGS이고, 상기 버퍼층은 CdS이고, 상기 투명창은 ZnO인 것을 특징으로 하는 태양전지.The method according to claim 1,
Wherein the light absorption layer is CIGS, the buffer layer is CdS, and the transparent window is ZnO.
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