KR101867617B1 - 다층 확산방지막을 포함하는 태양전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다층 확산방지막을 포함하는 태양전지에 관한 것으로서, 본 발명의 일태양은 하부기판; 상기 하부기판 상에 형성된 확산방지막; 상기 확산방지막 상에 형성된 하부전극; 상기 하부전극 상에 형성된 p형 광흡수층; 상기 광흡수층 위에 형성된 n형 버퍼층; 상기 버퍼층 위에 형성된 투명창; 및 상기 투명창 위에 형성된 상부전극을 포함하며, 상기 확산방지막은 상기 하부기판 대비 면적율이 40~90%인 제1확산방지층과 면적율이 85~100%인 제2확산방지층을 포함하고, 상기 제1확산방지층과 제2확산방지층은 서로 다른 재질이고, 하나 이상이 구비되며, 교대로 적층되는 태양전지를 제공한다.
본 발명의 태양전지는 하부기판에 포함된 불순물이 하부전극으로 확산되는 것을 효과적으로 방지할 수 있어 효율 향상을 기대할 수 있다.

Description

다층 확산방지막을 포함하는 태양전지{SOLAR CELL HAVING LAYER FOR MULTI DIFFUSION BARRIER}
본 발명은 다층 확산방지막을 포함하는 태양전지에 관한 것이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
CIGS(게르마늄이 포함된 경우) 태양전지는 최하층에 하부기판이 존재하며, 상기 하부기판 위에 전극으로 사용되는 하부전극이 형성된다. 상기 하부기판과 하부전극을 포함하여 통상 태양전지용 기판으로 칭한다. 상기 하부전극 위에는 p형 반도체로서 광흡수층(CIGS)과 n형 반도체로서 버퍼층(예를 들면 CdS), 투명창, 상부 전극이 순차적으로 형성된다.
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.
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.
유리 기판을 사용하는 경우에 Na의 과도한 확산을 억제하고, 유연성 기판의 불순물 확산을 억제하기 위해서, 종래에는 층(layer)으로 이루어진 확산방지막을 형성하는 기술을 적용해 왔다.
그러나, 태양전지의 박막화, 경량화 등의 요구에 따라, 상기 확산방지막이 두께가 매우 얇아지게 되면서, 상기 단일층으로 이루어진 확산방지막의 경우에는 효과적인 확산 방지 효과를 확보할 수 없는 문제가 새롭게 발생하게 되었다.
본 발명은 하부기판과 하부전극 사이에 우수한 확산 방지 효과를 갖는 다층 확산방지막을 포함하는 태양진지에 관한 것이다.
본 발명의 일태양은 하부기판; 상기 하부기판 상에 형성된 확산방지막; 상기 확산방지막 상에 형성된 하부전극; 상기 하부전극 상에 형성된 p형 광흡수층; 상기 광흡수층 위에 형성된 n형 버퍼층; 상기 버퍼층 위에 형성된 투명창; 및 상기 투명창 위에 형성된 상부전극을 포함하며, 상기 확산방지막은 상기 하부기판 대비 면적율이 40~90%인 제1확산방지층과 면적율이 85~100%인 제2확산방지층을 포함하고, 상기 제1확산방지층과 제2확산방지층은 서로 다른 재질이고, 하나 이상이 구비되며, 교대로 적층되는 태양전지를 제공한다.
본 발명의 태양전지는 하부기판에 포함된 불순물이 하부전극으로 확산되는 것을 효과적으로 방지할 수 있어 효율 향상을 기대할 수 있다.
도 1은본 발명 확산방지막과 하부전극이 형성된 하부기판의 일 실시형태를 나타낸 모식도이다.
도 2는 도 1에 나타난 일 실시형태의 하부기판을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명 확산방지막과 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.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일태양은 하부기판; 상기 하부기판 상에 형성된 확산방지막; 상기 확산방지막 상에 형성된 하부전극; 상기 하부전극 상에 형성된 p형 광흡수층; 상기 광흡수층 위에 형성된 n형 버퍼층; 상기 버퍼층 위에 형성된 투명창; 및 상기 투명창 위에 형성된 상부전극을 포함하며, 상기 확산방지막은 상기 하부기판 대비 면적율이 40~90%인 제1확산방지층과 면적율이 85~100%인 제2확산방지층을 포함하고, 상기 제1확산방지층과 제2확산방지층은 서로 다른 재질이고, 하나 이상이 구비되며, 교대로 적층되는 태양전지를 제공한다.
통상적으로, 태양전지는 하부기판과 상기 하부기판 상에 하부전극이 구비되고, 이 사이에는 하부기판 내에 존재하는 Na, Fe와 같은 불순물이 하부전극으로 확산되는 것을 억제하는 역할을 하는 확산방지막을 포함한다.
그러나, 상기 확산방지막은 하부기판으로부터 확산되는 불순물을 완벽하게 억제하지는 못한다. 즉, 몇몇의 불순 원자들은 상기 확산방지막을 투과하여 상기 하부전극으로 전이되게 된다. 예를 들면, 기존의 확산방지막은 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 확산방지막의 면적을 감소시킴으로써 확산방지 효과를 향상하고자 한다. 즉, 확산방지막 면적의 감소를 통해 확산방지막이 상기 하부기판 및 하부전극과 접촉하는 면을 감소시켜 불순원자가 확산될 수 있는 통로를 제거하는 것이다. 예를 들면, 상기 확산방지막의 면적이 70%라고 가정한다면 불순원자가 이동할 수 있는 통로가 70개만 발생하게 되기 때문에 불순원자의 확산을 효과적으로 감소시킬 수 있는 것이다. 한편, 본 발명의 확산방지막은 하기에서 설명되는 제1확산방지층과 제2확산방지층을 모두 포함하여 이루어진다.
본 발명에서는 하부기판에 형성되는 확산방지막 중 어느 한 층(이하, '제1확산방지층'이라고도 함)에 대해서 상기 하부기판 대비 면적율을 90%이하로 제어하는 것이 바람직하다. 이와 같이 제1확산방지층의 면적을 감소시킴으로써 앞서 설명한 바와 같이, 불순원자의 이동 통로를 제거할 수 있어 확산방지 효과를 향상시킬 수 있다. 이러한 효과를 위해서 제1확산방지층은 가능한 적은 면적을 갖는 것이 바람직하나, 과도하게 면적을 감소시킬 경우에는 상기 제1확산방지층 위에 형성되는 제2확산방지층이나 하부전극의 지지가 어려울 수 있고, 또한 코팅시 상기 제1확산방지층이 형성되지 않는 영역에 제2확산방지층이 하부전극이 코팅되어 확산방지효과가 저하될 수 있으므로, 상기 제1확산방지층의 면적율은 40%이상인 것이 바람직하다. 따라서, 상기 제1확산방지층은 상기 하부기판 또는 하부전극 대비 면적율이 40~90%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 제1확산방지층의 면적율은 60~85%의 범위를 갖는 것이 보다 바람직하며, 70~80%의 범위를 갖는 것이 보다 더 바람직하다. 한편, 상기 제1확산방지층은 ZnO, ITO, FTO 및 AZO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종인 것이 바람직하며, 용이한 형성을 위해서는 상기 확산방지막이 ZnO인 것이 보다 바람직하다.
한편, 본 발명의 태양전지는 상기와 같이 형성되는 제1확산방지층과 서로 다른 재질이며, 교대로 적층되는 제2확산방지층을 포함하는 확산방지막을 포함하는 것이 바람직하다. 이는 제1확산방지층과 제2확산방지층을 교대로 적층하여 이로부터 형성되는 층과 층 사이의 계면에 의해 확산이 더욱 억제되는 효과를 발현시키기 위함이다. 이 때, 상기 제2확산방지층은 상기 하부기판과 동일한 면적율을 갖는 평평한 층으로 이루어지는 것이 바람직하다. 그러나, 공정 상의 한계로 하부기판과 동일한 면적을 가지지 못할 수 있다. 따라서, 상기 제2확산방지층의 하부기판 대비 면적율은 85~100%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 제2확산방지층은 90~100%인 것이 보다 바람직하며, 95~100%인 것이 바람직하다. 한편, 상기 제2확산방지층은 금속 또는 무기물을 포함하는 것이 바람직하다.
다시 말해, 본 발명의 태양전지에 포함되는 확산방지막은 제1확산방지층과 제2확산방지층이 함께 형성되어, 이종 물질 사이에 형성된 계면이 Na, Fe 등의 불순물이 확산하는 장벽으로서 작용하게 되므로, 이를 통해 상기 제1확산방지층과 제2확산방지층 자체의 확산 방지 효과와 더불어 상기 층과 층 사이에 형성되는 계면의 확산 방지 효과가 추가적으로 발현되기 때문에, 우수한 불순물 확산 방지 효과가 나타나게 된다. 게다가 상기 제1확산방지층과 제2확산방지층은 미세조직이 서로 다를 수 있어, 확산방지막을 통과하는 불순물의 이동을 보다 더 곤란하게 할 수 있다. 이를 위해, 상기 제2확산방지층은 금속 또는 무기물을 포함하는 것이 바람직하며, 금속은 Ti, Cr, Ni, Al 및 Zn로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것이 바람직하며, 무기물은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물 및 크롬 산화물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명 확산방지막과 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.
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 제1확산방지층(22)이 형성되고, 상기 막에는 홀(hole)(24)이 형성된다. 이와 같이, 홀(hole)(22)을 형성함으로써, 상기 제1확산방지층(22)의 면적을 감소시켜 하부기판(10)의 Na, Fe와 같은 불순물이 하부전극(30)으로 확산되는 것을 효과적으로 억제한다. 이 때, 상기 홀(hole)(22)은 그 형태나 형성되는 위치가 다양할 수 있으므로, 이에 대해서 특별히 한정하지 않는다. 상기 제1확산방지층(22)에는 제2확산방지층(26)이 적층되는 것이 바람직하다. 이를 통해 상기 제1확산방지층(22)과 제2확산방지층(26)의 계면 형성에 따른 추가적인 확산 방지 효과를 기대할 수 있다. 도 2에는 일례로서 원형의 기둥 형상을 갖는 홀(hole)(22)을 포함하는 제1확산방지층(22)과 제2확산방지층(26)이 교대로 적층된 확산방지막(20)을 포함하는 태양전지용 기판(100)을 도시하였다. 그러나, 상기 제1확산방지층(22)은 상기와 같은 원형의 형태 뿐만 아니라 다각형의 형상을 가질 수도 있다. 다만, 상기 제1확산방지층(22)의 용이한 형성을 위해서는 상기 제1확산방지층(22)은 원형 또는 사각형의 형상을 갖는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명 확산방지막과 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 확산방지막을 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.
도 3 및 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 제1확산방지층(22)은 그 자체가 원기둥 또는 다각기둥의 형상일 수 있으며, 상기 기둥(20a)은 하나 이상인 것이 바람직하다. 즉, 이와 같은 형태로도 제1확산방지층(22)이 형성될 수 있으며, 결국 면적율 감소를 통한 확산 방지 효과의 향상을 도모할 수 있다.
확산방지 효과의 향상을 위해, 상기 제1확산방지층은 평균 두께가 20nm~50㎛이고, 제2확산방지층은 평균 두께가 10nm~30㎛인 것이 바람직하다. 각각의 층이 20nm 혹은 10nm미만인 경우에는 불순물이 쉽게 확산방지막을 투과할 수 있으므로, 불순물의 확산방지 효과가 저하될 수 있으며, 30㎛ 또는 50㎛를 초과할 경우에는 공정시간 및 공정 비용의 상승으로 인해 생산효율성이 떨어질 수 있다. 따라서, 상기 제1확산방지층의 평균 두께는 20nm~50㎛의 범위를 갖는 것이 바람직하며, 상기 제1확산방지층의 평균 두께는 10nm~30㎛의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 제1확산방지층은 50nm~5㎛의 범위를 갖는 것이 보다 바람직하며, 100nm~1㎛의 범위를 갖는 것이 보다 더 바람직하다. 제2확산방지층은 20nm~2㎛의 범위를 갖는 것이 보다 바람직하며, 30nm~1㎛의 범위를 갖는 것이 보다 더 바람직하다.
한편, 상기에서 언급한 홀(hole)과 기둥은 평균 폭이 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. 또한, 상기 홀(hole)로 제2확산방지층 또는 하부전극이 침투하여 확산 방지가 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 이와는 반대로, 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. 또한, 500nm를 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 바람직하고, 50~200nm의 범위를 갖는 것이 보다 더 바람직하다.
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 제2확산방지층 또는 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 효과가 저하될 수 있어, 확산 방지 효과가 저하될 수 있으며, 100nm를 초과할 경우에는 제2확산방지층 또는 전극의 침투로 인하여 확산 방지 효과가 떨어질 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.
한편, 전술한 바와 같은 제1확산방지층을 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 ZnO로 이루어지는 제1확산방지층을 얻을 수 있다. 이 때, 온도 범위와 전구체의 비율을 일정하게 유지하면서 압력이 2~5Torr까지 상승하도록 전구체 가스를 공급하게 되면 분당 약 10nm의 속도로 제1확산방지층이 성장하게 된다. 또한, 온도조절을 통해 상기 제1확산방지층의 폭을 40nm~150nm의 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.
본 발명에서는 상기 제2확산방지층을 형성하는 방법에 대해서는 특별히 한정하는 것은 아니다. 다만, 금속층일 경우에는 스퍼터링(sputtering)법, 증착(evaporation)법, 금속 전기도금 등 다양한 방법이 적용될 수 있으며, 무기물층일 경우에는 졸-겔(sol-gel)법, 테이프 캐스팅 등의 다양한 방법을 이용할 수 있다.
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.
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.
도 5 및 6에 나타난 바와 같이, 본 발명은 하부기판(10); 상기 하부기판(10) 상에 형성된, 제1확산방지층(22)과 제2확산방지층(26)을 포함하는 확산방지막(20); 상기 확산방지막(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.
도 5와 6은 각각 도 1 및 3에서와 같이 제1확산방지층(22)에 홀(24)이 형성되거나, 제1확산방지층(22) 자체가 기둥(20a) 형상을 갖는 확산방지막(20)을 포함하는 태양전지용 기판(100)을 구비하는 태양전지(1000)를 나타낸 것으로서, 전술한 바와 같은 불순물 확산 억제 효과를 통해 효율 향상을 기대할 수 있다.
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.
10 : 하부기판 20 : 확산방지막
20a : 기둥 22 : 제1확산방지층
24 : 홀(hole) 26 : 제2확산방지층
30 : 하부 전극 100 : 태양전지용 기판
200 : 광흡수층 300 : 버퍼층
400 : 투명창 500 : 상부전극
1000 : 태양전지

Claims (14)

  1. 하부기판;
    상기 하부기판 상에 형성된 확산방지막;
    상기 확산방지막 상에 형성된 하부전극;
    상기 하부전극 상에 형성된 p형 광흡수층;
    상기 광흡수층 위에 형성된 n형 버퍼층;
    상기 버퍼층 위에 형성된 투명창; 및
    상기 투명창 위에 형성된 상부전극을 포함하며,
    상기 확산방지막은 상기 하부기판 대비 면적율이 40~90%인 제1확산방지층과 면적율이 85~100%인 제2확산방지층을 포함하고, 상기 제1확산방지층과 제2확산방지층은 서로 다른 재질이고, 하나 이상이 구비되며, 교대로 적층되고,
    상기 제1확산방지층은 ZnO, ITO, FTO 및 AZO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상이며,
    상기 제2확산방지층은 Ti, Cr, Ni, Al 및 Zn로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 금속, 또는 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물 및 크롬 산화물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 무기물이고,
    상기 제1확산방지층 및 제2 확산방지층의 계면에 의해 불순물의 확산이 억제되는 태양전지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1확산방지층은 막(layer)의 형태이며, 상기 막에는 홀(hole)이 형성되고, 상기 홀(hole)은 원형 또는 다각형의 형태를 갖는 것을 포함하는 태양전지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1확산방지층은 원기둥 또는 다각기둥의 형상을 갖고, 상기 원기둥 또는 다각기둥은 하나 이상인 것을 포함하는 태양전지.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1확산방지층의 평균 두께는 20nm~50㎛인 것을 포함하는 태양전지.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2확산방지층의 평균 두께는 10nm~30㎛인 것을 포함하는 태양전지.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 홀(hole)의 평균 폭은 20~500nm인 것을 포함하는 태양전지.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 원기둥 또는 다각기둥의 평균 폭은 20~500nm인 것을 포함하는 태양전지.
  11. 청구항 5에 있어서,
    상기 홀(hole) 간 평균간격은 1~100nm인 것을 포함하는 태양전지.
  12. 청구항 6에 있어서,
    상기 원기둥 또는 다각기둥 간 평균간격은 1~100nm인 것을 포함하는 태양전지.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부기판은 유리, 스테인레스, 알루미늄 호일, Fe-Ni계 금속, Fe-Cu계 금속, 폴리이미드로 이루어진 그룹에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 광흡수층은 CIGS이고, 상기 버퍼층은 CdS이고, 상기 투명창은 ZnO인 것을 특징으로 하는 태양전지.
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