KR101923729B1 - 태양전지의 제조방법 - Google Patents

태양전지의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101923729B1
KR101923729B1 KR1020120120415A KR20120120415A KR101923729B1 KR 101923729 B1 KR101923729 B1 KR 101923729B1 KR 1020120120415 A KR1020120120415 A KR 1020120120415A KR 20120120415 A KR20120120415 A KR 20120120415A KR 101923729 B1 KR101923729 B1 KR 101923729B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
metallic material
buffer layer
metal
light absorbing
Prior art date
Application number
KR1020120120415A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140056543A (ko
Inventor
정용덕
조대형
한원석
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020120120415A priority Critical patent/KR101923729B1/ko
Priority to US13/841,772 priority patent/US8987037B2/en
Publication of KR20140056543A publication Critical patent/KR20140056543A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101923729B1 publication Critical patent/KR101923729B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5846—Reactive treatment
    • C23C14/5853—Oxidation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5846—Reactive treatment
    • C23C14/5866—Treatment with sulfur, selenium or tellurium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02485—Other chalcogenide semiconducting materials not being oxides, e.g. ternary compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02491—Conductive materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02494—Structure
    • H01L21/02496—Layer structure
    • H01L21/02502—Layer structure consisting of two layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02551—Group 12/16 materials
    • H01L21/02554—Oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02551—Group 12/16 materials
    • H01L21/02557—Sulfides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02614—Transformation of metal, e.g. oxidation, nitridation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0749—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type including a AIBIIICVI compound, e.g. CdS/CulnSe2 [CIS] heterojunction solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1828—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, CdTe
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • H01L31/1864—Annealing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/543—Solar cells from Group II-VI materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

태양전지의 제조방법이 제공된다. 기판 상에 광흡수층을 형성하고, 상기 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하고, 상기 버퍼층 상에 윈도우 전극층을 형성한다. 상기 버퍼층을 형성하는 것은 상기 광흡수층 상에 금속 물질을 증착하는 것, 상기 광흡수층 상에 비금속 물질을 공급하는 것, 상기 광흡수층 상에 산소 원자를 포함하는 기체 물질을 공급하는 것, 및 상기 금속 물질과 상기 비금속 물질을 반응시키는 것을 포함한다. 상기 산소 원자를 포함하는 기체 물질은 상기 금속 물질 및 상기 비금속 물질과 반응하여 상기 광흡수층 상에 금속 황산화물을 형성한다.

Description

태양전지의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING A SOLAR CELL}
본 발명은 태양전지의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진공 증착 방법으로 형성된 버퍼층을 포함하는 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변화하는 반도체 소자이다. 태양전지 기술은 태양전지의 대면적화, 저가화, 및 고효율화를 지향하고 있다.
박막 태양전지는 실리콘 태양전지에 비하여 에너지 회수 기간이 짧고, 초박막화 및 대면적화가 가능하다. 따라서, 박막 태양전지는 생산 기술의 개발 등으로 혁신적인 생산 비용 절감이 가능할 것으로 전망되고 있다. 또한, 박막 태양전지의 광전변환(photoelectric transformation) 효율을 높이기 위해, 구리-인듐-갈륨-셀레늄(Cu-In-Ga-Se) 또는 구리-아연-주석-셀레늄(Cu-Zn-Sn-Se)의 조성을 가지는 CIS계 박막을 이용한 CIS계 박막 태양전지의 개발에 많은 연구가 진행되어 왔다.
특히, CIGS(Cu-In-Ga-Se) 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 (20W/kg) 태양전지를 대체할 수 있는 우주용의 경량 고효율 태양전지로 처음 연구되었을 만큼 우수한 특성을 가지고 있다. CIGS 박막 태양전지는 단위 중량당의 발전량이 약 100W/kg으로 기존의 실리콘이나 GaAs 태양전지의 20~40W/kg에 비해 월등히 우수하다. 이러한 장점에도 불구하고, CIGS 박막 태양전지는 생산성이 낮은 편이다. 이는 CIGS 태양전지의 연속적인 생산에 적합한 기술이 없고 복잡한 배치 프로세싱을 이용하기 때문이다. 최근에는, CIGS 태양전지의 생산성을 높이기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 발명의 기술적 과제는 고효율 태양전지를 쉽게 제조할 수 있는 태양전지의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법은, 기판 상에 광흡수층을 형성하는 것; 상기 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 것; 및 상기 버퍼층 상에 윈도우 전극층을 형성하는 것을 포함하되, 상기 버퍼층을 형성하는 것은, 상기 광흡수층 상에 금속 물질을 증착하는 것; 상기 광흡수층 상에 비금속 물질을 공급하는 것; 상기 광흡수층 상에 산소 원자를 포함하는 기체 물질을 공급하는 것; 및 상기 금속 물질과 상기 비금속 물질을 반응시키는 것을 포함하고, 상기 산소 원자를 포함하는 기체 물질은 상기 금속 물질 및 상기 비금속 물질과 반응하여 상기 광흡수층 상에 금속 황산화물을 형성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 기판 상에 비금속 물질을 공급하는 것은, 상기 비금속 물질을 기화시키는 제1 열처리를 수행하는 것; 및 상기 제1 열처리보다 높은 온도에서 상기 비금속 물질을 원자 또는 분자로 열 분해하는 제2 열처리를 수행하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 금속 물질과 상기 비금속 물질을 반응시키는 것은, 상기 비금속 물질을 상기 금속 물질에 확산시키는 제3 열처리를 수행하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 금속 물질은 아연, 인듐, 카드늄, 마그네슘, 베릴륨, 칼슘, 및 주석 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 비금속 물질은 황, 셀레늄, 및 텔레늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 산소 원자를 포함하는 기체 물질은 산소, 수증기, 과산화수소, 또는 이들의 조합일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 산소 원자를 포함하는 기체 물질은 상기 비금속 물질과 동시에 공급될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 금속 황산화물은 아연 황산화물일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 버퍼층은 진공 증착 방법에 의해 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 버퍼층은 스퍼터링 또는 증발 방법에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 버퍼층을 진공 증착 방법에 의해 형성함으로써 고효율 태양전지의 제조 공정이 진공 증착 방법을 이용하여 연속적으로 수행될 수 있다. 따라서, 고효율 태양전지를 쉽게 제조할 수 있다.
도 1 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 개념에 따른 버퍼층의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 개념에 따른 버퍼층의 제조에 사용되는 진공 증착 장치의 개략도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다. 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 7은 본 발명의 개념에 따른 버퍼층의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 8은 본 발명의 개념에 따른 버퍼층의 제조에 사용되는 진공 증착 장치의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 기판(10)이 제공될 수 있다. 상기 기판(10)은 유리, 금속판, 또는 고분자(polymer)일 수 있다. 일 예로, 상기 기판(10)은 소다회 유리 기판, 스테인레스 스틸(stainless) 금속 기판, 또는 폴리마이드 폴리머 기판일 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 기판(10) 상에 후면 전극(20)이 형성될 수 있다. 상기 후면 전극(20)은 몰리브데늄(Mo)과 같은 불투명 금속층을 포함할 수 있다. 상기 후면 전극(20)은 스퍼터링(sputtering) 방법 또는 증발(evaporation)법과 같은 진공 증착 방법으로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 후면 전극(20) 상에 광흡수층(30)이 형성될 수 있다. 상기 광흡수층(30)은 CuInSe, CuInSe2, CuInGaSe, 또는 CuInGaSe2와 같은 칼코파이라이트(chalcopyrite)계 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 상기 광흡수층(80)은 스퍼터링 방법 및 동시 증발법(co-evaporation)과 같은 진공 증착 방법에 의해 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 광흡수층(30) 상에 버퍼층(40)이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(40)은 후술될 윈도우 전극층과 상기 광흡수층(30)의 에너지 밴드갭 차이를 완화할 수 있다. 상기 버퍼층(40)은 상기 광흡수층(30)보다 에너지 밴드 갭이 크고, 후술될 윈도우 전극층보다 에너지 밴드 갭이 작을 수 있다. 상기 버퍼층(40)은 금속 황산화물을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 금속 황산화물은 ZnOS일 수 있다. 상기 버퍼층(90)은 약 10nm 내지 약 200nm의 두께를 가질 수 있다.
상기 버퍼층(40)은 진공 증착 방법에 의해 형성될 수 있다. 이하, 상기 버퍼층(40)의 구체적인 제조방법을 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.
먼저, 기판(10) 상에 금속 물질(110)이 증착된다(S10). 구체적으로, 진공 증착 장치(1000)의 챔버(100) 내로 상기 기판(10)이 제공될 수 있다. 상기 기판(10)은 유리, 금속판, 또는 고분자(polymer)일 수 있다. 상기 기판(10)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10) 상에 형성된 후면전극(20) 및 광흡수층(30)을 포함할 수 있다. 상기 금속 물질(110)은 금속 물질 공급부(115)를 통해 상기 챔버(100) 내부로 공급될 수 있다. 일 예로, 상기 금속 물질(110)은 아연, 인듐, 카드뮴, 마그네슘, 베릴륨, 칼슘, 및 주석 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 금속 물질(110)은 스퍼터링(sputtering) 방법 또는 증발(evaporation)법과 같은 진공 증착 방법으로 상기 기판(10) 상에 형성될 수 있다.
이 후, 상기 챔버(100) 내로 비금속 물질(130)이 공급된다(S20). 상기 비금속 물질(130)은 비금속 물질 공급부(131)와 비금속 물질 열 분해 유닛(132)을 통해 상기 챔버(100) 내로 공급될 수 있다. 일 예로, 상기 비금속 물질(130)은 황, 셀레늄, 및 텔레늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 비금속 물질 공급부(131)에서 제1 열처리 공정이 수행됨으로써, 상기 비금속 물질(130)은 기화될 수 있다. 일 예로, 상기 제1 열처리 공정은 약 200oC 내지 약 500oC 에서 수행될 수 있다. 상기 비금속 물질 열 분해 유닛(132)은 상기 비금속 물질(130)을 원자 또는 분자 상태로 분해시킬 수 있다. 상기 비금속 물질 열 분해 유닛(132)에서 제2 열처리 공정이 수행됨으로써, 상기 비금속 물질(130)은 원자 또는 분자 상태로 분해되어 상기 챔버(100) 내로 공급될 수 있다. 상기 제2 열처리 공정은 상기 제1 열처리 공정보다 높은 온도에서 수행될 수 있다. 일 예로, 상기 제2 열처리 공정은 약 500oC 내지 약 1100oC에서 수행될 수 있다.
그 다음, 상기 챔버(100) 내로 산소 원자를 포함하는 기체 물질(120)이 공급된다(S30). 상기 산소 원자를 포함하는 기체 물질(120)은 기체 물질 공급부(125)를 통해 상기 챔버(100) 내부로 공급될 수 있다. 일 예로, 상기 산소 원자를 포함하는 기체 물질(120)은 산소, 수증기, 과산화수소 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 산소 원자를 포함하는 기체 물질(120)은 상기 챔버(100) 내부에서 상기 산소 원자의 분압을 조절하기 위해 반응에 참여하지 않는 물질(일 예로, 아르곤, 네온, 질소 등)을 더 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 산소 원자를 포함하는 기체 물질(120)은, 도 7에 도시된 바와 달리, 상기 비금속 물질(130)의 공급 전, 또는 상기 비금속 물질(130)의 공급과 동시에 상기 챔버(100) 내부로 공급될 수 있다.
이 후, 상기 기판(10) 상에 증착된 상기 금속 물질(110)과 상기 비금속 물질(130)을 반응시킨다(S40). 구체적으로, 상기 챔버(100) 내에 가열부(140)가 배치될 수 있다. 상기 가열부(140)는 상기 기판(10)을 지지할 수 있다. 상기 가열부(140)에 의해 제3 열처리 공정이 수행됨으로써, 상기 기판(10) 상에 증착된 금속 물질(110) 내로 상기 비금속 물질(130)이 균일하게 확산되어 반응할 수 있다. 일 예로, 상기 제3 열처리 공정은 약 100oC 내지 약 600oC에서 수행될 수 있다. 상기 산소 원자를 포함하는 기체 물질(120)은 열 분해된 상기 비금속 물질(130)과 반응하여 산화물을 형성한 후 상기 금속 물질(110)과 반응하거나, 상기 비금속 물질(130)과 상기 금속 물질(110)이 반응하여 형성된 화합물과 반응할 수 있다. 이렇게 하여, 진공 증착 방법에 의해, 상기 금속 물질(110) 내에 상기 비금속 물질(130) 및 상기 기체 물질(120)이 결합된 상기 버퍼층(40)이 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 버퍼층(40)은 아연 황산화물(ZnOS)과 같은 금속 황산화물일 수 있다.
본 발명의 개념에 따르면, 금속 황산화물을 포함하는 버퍼층이 진공 증착 방법에 의해 형성됨으로써, 고효율 태양전지의 생산성이 증대 또는 극대화될 수 있다.
계속하여, 도 5를 참조하면, 상기 버퍼층(40) 상에 윈도우 전극층(50)이 형성될 수 있다. 상기 윈도우 전극층(50)은 산화 인듐 주석 또는 산화 아연을 포함할 수 있다. 또한, 상기 윈도우 전극층(50)은 금속 산화물층과 금속층을 포함할 수 있다. 상기 윈도우 전극층(50)은 물리 기상 증착과 같은 진공 증착 방법으로 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 윈도우 전극층(50) 상에 그리드(60) 및 반사방지층(70)이 형성될 수 있다. 상기 그리드(60)는 상기 광흡수층(30)에서 생성된 전자를 방출시킬 수 있다. 상기 그리드(60)는 상기 윈도우 전극층(50)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 그리드(60)는 일 예로, 금, 은, 알루미늄, 인듐과 같은 적어도 하나의 금속층을 포함할 수 있다. 상기 그리드(60)는 스퍼터링 또는 증발과 같은 진공 증착 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 반사방지층(70)은 상기 광흡수층(30)으로 입사된 태양광의 반사를 방지할 수 있다. 일 예로, 상기 반사방지층(70)은 불화마그네슘(Magnesium fluoride, MgF2)을 포함할 수 있다. 상기 반사방지층(70) 또한 스퍼터링 또는 증발과 같은 진공 증착 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
본 발명의 개념에 따르면, 금속 황산화물을 포함하는 버퍼층이 진공 증착 방법에 의해 형성됨으로써, 태양전지의 후면 전극에서부터 그리드 및 반사방지층까지의 제조 공정이 진공 증착 방법을 이용하여 연속적으로 수행될 수 있다. 따라서, 금속 황산화물을 포함하는 고효율 태양전지를 쉽게 제조할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 대한 이상의 설명은 본 발명의 설명을 위한 예시를 제공한다. 따라서 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
10: 기판
20: 후면전극
30: 광흡수층
40: 버퍼층
50: 윈도우 전극층
60: 그리드
70: 반사방지층
100: 진공 증착 장치의 챔버
110: 금속 물질
115: 금속 물질 공급부
120: 산소 원자를 포함하는 기체 물질
125: 기체 물질 공급부
130: 비금속 물질
131: 비금속 물질 공급부
132: 비금속 물질 열 분해 유닛
140: 가열부
1000: 진공 증착 장치

Claims (10)

  1. 기판 상에 광흡수층을 형성하는 것;
    상기 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 것; 및
    상기 버퍼층 상에 윈도우 전극층을 형성하는 것을 포함하되,
    상기 버퍼층을 형성하는 것은:
    상기 광흡수층 상에 금속 물질을 증착하는 것;
    상기 광흡수층 상에 비금속 물질을 공급하는 것;
    상기 광흡수층 상에 산소 원자를 포함하는 기체 물질을 공급하는 것; 및
    상기 금속 물질과 상기 비금속 물질을 반응시키는 것을 포함하고,
    상기 산소 원자를 포함하는 기체 물질은 상기 금속 물질 및 상기 비금속 물질과 반응하여 상기 광흡수층 상에 금속 황산화물을 형성하고,
    상기 비금속 물질을 공급하는 것은:
    상기 비금속 물질을 기화시키는 제1 열처리를 수행하는 것; 및
    상기 제1 열처리보다 높은 온도에서 상기 비금속 물질을 원자 또는 분자로 열 분해하는 제2 열처리를 수행하는 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 물질과 상기 비금속 물질을 반응시키는 것은, 상기 비금속 물질을 상기 금속 물질에 확산시키는 제3 열처리를 수행하는 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 물질은 아연, 인듐, 카드늄, 마그네슘, 베릴륨, 칼슘, 및 주석 중 적어도 하나를 포함하는 태양전지의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 비금속 물질은 황, 셀레늄, 및 텔레늄 중 적어도 하나를 포함하는 태양전지의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 산소 원자를 포함하는 기체 물질은 산소, 수증기, 과산화수소, 또는 이들의 조합인 태양전지의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 산소 원자를 포함하는 기체 물질은 상기 비금속 물질과 동시에 공급되는 태양전지의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 황산화물은 아연 황산화물인 태양전지의 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 버퍼층은 진공 증착 방법에 의해 형성되는 태양전지의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 버퍼층은 스퍼터링 또는 증발 방법에 의해 형성되는 태양전지의 제조방법.
KR1020120120415A 2012-10-29 2012-10-29 태양전지의 제조방법 KR101923729B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120120415A KR101923729B1 (ko) 2012-10-29 2012-10-29 태양전지의 제조방법
US13/841,772 US8987037B2 (en) 2012-10-29 2013-03-15 Methods of manufacturing a solar cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120120415A KR101923729B1 (ko) 2012-10-29 2012-10-29 태양전지의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140056543A KR20140056543A (ko) 2014-05-12
KR101923729B1 true KR101923729B1 (ko) 2018-11-29

Family

ID=50547612

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120120415A KR101923729B1 (ko) 2012-10-29 2012-10-29 태양전지의 제조방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8987037B2 (ko)
KR (1) KR101923729B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060180200A1 (en) 2003-05-08 2006-08-17 Charlotte Platzer Bjorkman Thin-film solar cell
KR101154786B1 (ko) 2011-05-31 2012-06-18 중앙대학교 산학협력단 태양전지 및 이의 제조방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005034247A1 (en) 2003-09-03 2005-04-14 Midwest Research Institute Zno/cu(inga)se2 solar cells prepared by vapor phase zn doping
WO2005064692A1 (ja) 2003-12-05 2005-07-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 化合物半導体膜及び太陽電池とそれらの製造方法
WO2009110093A1 (ja) * 2008-03-07 2009-09-11 昭和シェル石油株式会社 Ｃｉｓ系太陽電池の集積構造
KR101782965B1 (ko) 2011-02-28 2017-09-29 한국전자통신연구원 태양전지의 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060180200A1 (en) 2003-05-08 2006-08-17 Charlotte Platzer Bjorkman Thin-film solar cell
US20100233841A1 (en) * 2003-05-08 2010-09-16 Solibro Research Ab Thin-film solar cell
KR101154786B1 (ko) 2011-05-31 2012-06-18 중앙대학교 산학협력단 태양전지 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
US8987037B2 (en) 2015-03-24
KR20140056543A (ko) 2014-05-12
US20140120651A1 (en) 2014-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. A novel multi‐sulfur source collaborative chemical bath deposition technology enables 8%‐efficiency Sb2S3 planar solar cells
Khrypunov et al. Recent developments in evaporated CdTe solar cells
Frantz et al. Cu (In, Ga) Se2 thin films and devices sputtered from a single target without additional selenization
WO2014012383A1 (zh) 一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法
US20150357486A1 (en) Solar cell including multiple buffer layer formed by atomic layer deposition and method of fabricating the same
KR20120080045A (ko) 태양전지의 제조방법
CN1547239A (zh) 铜铟镓的硒或硫化物半导体薄膜材料的制备方法
WO2013185506A1 (zh) 一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法
Sun et al. Effect of TiN diffusion barrier layer on residual stress and carrier transport in flexible CZTSSe solar cells
KR101782965B1 (ko) 태양전지의 제조방법
KR101438486B1 (ko) 탠덤구조 ｃｉｇｓ 박막 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 ｃｉｇｓ 박막 태양전지
KR101441942B1 (ko) 플렉시블 박막형 태양전지 및 그 제조방법
KR101734362B1 (ko) Ａｃｉｇｓ 박막의 저온 형성방법과 이를 이용한 태양전지의 제조방법
Regmi et al. Aluminum-doped zinc oxide (AZO) ultra-thin films deposited by radio frequency sputtering for flexible Cu (In, Ga) Se2 solar cells
KR101923729B1 (ko) 태양전지의 제조방법
KR101504343B1 (ko) 화합물 반도체 태양전지의 제조방법
JP5911640B2 (ja) 薄膜太陽電池用の層体
CN115621359A (zh) 提高锌黄锡矿太阳能电池性能的方法
KR101181252B1 (ko) Ｃｉｇｓ 태양전지의 제조방법
US8466002B2 (en) Methods of manufacturing a solar cell
JPWO2011052574A1 (ja) カルコパイライト型化合物薄膜の製造方法およびそれを用いた薄膜太陽電池の製造方法
Xin et al. Modification of deposition process for Cu (In, Ga) Se2 thin film solar cells on polyimide substrate at low temperature
CN105097965A (zh) 一种薄膜太阳能电池铜铟镓硒光吸收层的制备方法
CN111029439A (zh) 一种无硒化制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池的方法
CN103094372A (zh) 太阳能电池及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right