KR101975522B1 - Transparent CIGS solar cell and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예는 투명기판, 상기 투명기판의 표면에 배치되는 제1투명전극, 상기 제1투명전극 상에 위치한 금속확산층을 통해 도핑된 광흡수층, 상기 광흡수층 상에 위치한 버퍼층 및 상기 버퍼층 상에 위치하는 제2투명전극을 포함하는 투광형 CIGS계 박막 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서,
제1투명전극 상에 광흡수층을 증착하기 전, 금속확산층을 우선 증착함으로써, 제1투명전극의 산소원소와 CIGS계 광흡수층의 Ga이 갈륨산화물 (GaOx)을 생성하는 것을 억제하여, CIGS계 박막 태양전지의 에너지 변환 효율을 높이는 효과가 있다.An embodiment of the present invention is a method of manufacturing a light emitting device including a transparent substrate, a first transparent electrode disposed on a surface of the transparent substrate, a light absorbing layer doped through a metal diffusion layer located on the first transparent electrode, Type CIGS thin film solar cell including a second transparent electrode disposed on the first transparent electrode and a method of manufacturing the same,
The metal diffusion layer is first vapor deposited before the light absorbing layer is deposited on the first transparent electrode so that the Ga of the CIGS light absorbing layer and the oxygen element of the first transparent electrode are prevented from generating gallium oxide (GaO x ) The energy conversion efficiency of the thin film solar cell is increased.
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 투광형 CIGS계 박막 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell, and more particularly, to a light-transmitting CIGS thin film solar cell and a method of manufacturing the same.
태양에너지는 지속 가능한 무공해 에너지원으로써, 현재 인류의 주 에너지원인 화석연료의 고갈과 그 대체제로 여겨졌던 원자력에너지의 높은 위험성으로 인해 차세대 에너지원으로 주목을 받고 있다. Solar energy is attracting attention as a next-generation energy source due to the depletion of fossil fuels, the main energy source of mankind now, and the high risk of nuclear energy, which is considered as a substitute, as a sustainable pollution-free energy source.
태양에너지는 풍력, 수력, 지열, 해류 등을 이용한 다른 친환경에너지와는 달리 소음, 오염, 기계적 구동부품 없이 복사에너지를 바로 전기에너지로 변환할 수 있어서 그 안정성과 신뢰성을 인정받고 있다.Unlike other environmentally friendly energy sources such as wind, hydro, geothermal, and ocean currents, solar energy can be converted into electrical energy without noise, pollution, or mechanical drive components, and its stability and reliability are recognized.
태양전지는 태양광에너지를 전기적 에너지로 변환하는 장치이다. 태양전지는 P-N 접합으로 구성된 반도체 소자이며 광전효과를 이용해 전기를 발생시킨다. 태양전지를 구성하는 반도체의 밴드갭보다 큰 에너지의 빛이 입사되면 반도체 내부에 전자-정공 쌍이 형성되고 이때 생성된 전자-정공 쌍이 P-N 접합부에 형성된 전기장에 의해 서로 반대 방향으로 이동하면서 외부에 연결된 도선에 전류가 흐르게 된다. Solar cells are devices that convert solar energy into electrical energy. Solar cells are semiconductor devices composed of P-N junctions and generate electricity using photoelectric effect. When light having energy larger than the bandgap of the semiconductor constituting the solar cell is incident, electron-hole pairs are formed inside the semiconductor, and the generated electron-hole pairs move in opposite directions by the electric field formed in the PN junction, Current flows.
태양전지 반도체의 재료로는 Si뿐만 아니라 GaAs, CdTe, CIGS 등을 사용할 수 있다. 또한, 이를 구성하는 물질에 따라 실리콘, 화합물 반도체 등의 무기물 태양전지, 유기물질을 포함하여 구성된 유기물 태양전지로 나눌 수 있다.As a material of the solar cell semiconductor, not only Si but also GaAs, CdTe, and CIGS can be used. In addition, it can be divided into inorganic solar cells such as silicon, compound semiconductors, and the like, organic solar cells including organic materials, depending on materials constituting the solar cells.
기본적인 CIGS계 박막 태양전지는 기판 위에 Mo 후면전극, CIGS계 광흡수층, CdS 버퍼층, ZnO 투명창층, 무반사층 및 그리드전극 (Al/Ni)을 차례로 증착하여 구성 및 제작된다. The basic CIGS thin film solar cell is constructed and constructed by sequentially depositing Mo back electrode, CIGS light absorption layer, CdS buffer layer, ZnO transparent window layer, nonreflective layer and grid electrode (Al / Ni) on the substrate.
투광형 CIGS계 박막 태양전지를 제작하기 위해서는 기존에 사용하던 Mo 후면전극 대신 투명한 산화물 전극을 사용해야 한다. 그러나 투명한 산화물 전극 위에 CIGS계 광흡수층을 증착할 경우, CIGS에 포함되어있는 Ga이 투명 산화물 전극에 존재하는 산소원자와 반응하여 GaOx를 형성 할 수 있다.To fabricate a light-emitting CIGS thin-film solar cell, a transparent oxide electrode should be used instead of the Mo back electrode used in the prior art. However, when a CIGS-based light absorbing layer is deposited on a transparent oxide electrode, Ga contained in CIGS may react with oxygen atoms present in the transparent oxide electrode to form GaO x .
이렇게 생성된 GaOx는 태양 빛을 받아 생성된 광전하의 이동 및 수집을 방해하여 태양전지 충진율을 감소시키고 이로 인하여 투광형 CIGS계 박막 태양전지의 에너지 변환효율이 크게 감소된다.The GaO x generated in this way interferes with the movement and collection of the generated photoelectrons by receiving the sunlight, thereby decreasing the solar cell filling rate, thereby greatly reducing the energy conversion efficiency of the light emitting type CIGS thin film solar cell.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 투광형 CIGS계 박막 태양전지 제조시 제1투명전극에 CIGS계 광흡수층을 증착하는 과정에서 GaOx의 발생을 억제하고 이를 통해 에너지 변환효율을 높인 투광형 CIGS계 박막 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a CIGS-based light-absorbing layer which suppresses the generation of GaO x during the deposition of a CIGS-based light absorbing layer on a first transparent electrode during the fabrication of a light-transmitting CIGS thin film solar cell, A solar cell and a manufacturing method thereof.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise form disclosed. There will be.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 투광형 CIGS계 박막 태양전지의 제조방법을 제공한다. 상기 투광형 CIGS계 박막 태양전지의 제조방법은 투명기판을 준비하는 단계, 상기 투명기판의 표면에 제1투명전극을 형성하는 단계, 상기 제1투명전극 상에 금속확산층을 형성하는 단계, 상기 금속확산층 상에 CIGS계 광흡수층을 형성하는 단계, 상기 CIGS계 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계 및 상기 버퍼층 상에 제2투명전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a light-emitting type CIGS thin film solar cell. The method of manufacturing the light-transmitting CIGS thin film solar cell includes the steps of preparing a transparent substrate, forming a first transparent electrode on the surface of the transparent substrate, forming a metal diffusion layer on the first transparent electrode, Forming a CIGS light absorption layer on the diffusion layer, forming a buffer layer on the CIGS light absorption layer, and forming a second transparent electrode on the buffer layer.
본 발명의 실시예에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.According to the embodiment of the present invention, the following effects can be obtained.
첫째, 투명 산화물 전극과 CIGS계 광흡수층 사이에 금속확산층을 먼저 증착함으로써, GaOx의 생성을 억제하고 이를 통해 태양전지의 에너지 변환 효율을 높이는 효과가 있다.First, a metal diffusion layer is first deposited between the transparent oxide electrode and the CIGS light absorbing layer to suppress the formation of GaOx, thereby enhancing the energy conversion efficiency of the solar cell.
둘째, 금속확산층 위에 CIGS계 광흡수층을 증착함으로써, CIGS계 광흡수층에 금속확산층의 금속이 도핑 되고, 이를 통해 CIGS계 광흡수층의 밴드갭을 조절할 수 있다.Second, by depositing a CIGS-based light absorption layer on the metal diffusion layer, the metal of the metal diffusion layer is doped in the CIGS-based light absorption layer, thereby controlling the band gap of the CIGS-based light absorption layer.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above effects and include all effects that can be deduced from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.
도 1은 투광형 CIGS계 박막 태양전지 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 2a 내지 2c는 본 발명의 실시예에 따른 금속확산층의 금속이 CIGS계 광흡수층으로 도핑되는 과정을 도시한 단면도이다.
도 3은 투광형 CIGS계 박막 태양전지의 단면도이다.
도 4는 금속확산층의 재료로 Ag를 사용했을 때의 밴드갭 변화 그래프이다.
도 5는 금속확산층을 통한 Ag도핑 유무에 따른 CIGS계 광흡수층의 광흡수파장 그래프이다.1 is a flowchart showing a method for manufacturing a light-projecting CIGS thin film solar cell.
2A to 2C are cross-sectional views illustrating a process of doping a metal of a metal diffusion layer into a CIGS-based light absorption layer according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a light-projecting CIGS thin film solar cell.
FIG. 4 is a graph showing a change in band gap when Ag is used as a material of the metal diffusion layer.
FIG. 5 is a graph showing the optical absorption wavelength of a CIGS-based light absorbing layer depending on the presence or absence of Ag doping through a metal diffusion layer.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" (connected, connected, coupled) with another part, it is not only the case where it is "directly connected" "Is included. Also, when an element is referred to as " comprising ", it means that it can include other elements, not excluding other elements unless specifically stated otherwise.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 투광형 CIGS계 박막 태양전지 제조방법을 도시한 순서도이다.1 is a flowchart showing a method for manufacturing a light-projecting CIGS thin film solar cell.
도 1을 참조하면, 투광형 CIGS계 박막 태양전지 제조방법은 투명기판 상에 제1투명전극을 형성하는 단계(S100), 상기 제1투명전극 상에 금속확산층을 형성하는 단계(S200), 상기 금속확산층 상에 CIGS계 광흡수층을 형성하는 단계(S300) 및 상기 CIGS계 광흡수층 상에 제2투명전극을 형성하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a method of fabricating a light emitting type CIGS thin film solar cell includes forming a first transparent electrode on a transparent substrate (S100), forming a metal diffusion layer on the first transparent electrode (S200) A step of forming a CIGS light absorbing layer on the metal diffusion layer (S300), and a step of forming a second transparent electrode on the CIGS light absorbing layer (S400).
먼저, 투명기판상에 제1투명전극을 형성한다(S100).First, a first transparent electrode is formed on a transparent substrate (S100).
상기 투명기판으로는 유리 또는 투명한 플라스틱을 이용할 수 있다.As the transparent substrate, glass or transparent plastic can be used.
상기 제1투명전극은 투명전도성산화물을 포함할 수 있다. 예를 들면 상기 투명전도성산화물은 ITO, AZO, GZO, BZO, IZO, IGZO 및 InOX:H 중 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 것을 포함할 수 있다. 상기 X는 0보다 큰 실수이다.The first transparent electrode may include a transparent conductive oxide. For example, the transparent conducting oxide is ITO, AZO, GZO, BZO, IZO, IGZO , and InO X: may include at least one selected from H. X is a real number greater than zero.
이때, 상기 제1투명전극은 스퍼터링(Sputtering)법 및 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법을 포함하는 증착법을 이용하여 형성할 수 있다.At this time, the first transparent electrode may be formed using a deposition method including a sputtering method and a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method.
다음, 상기 제1투명전극 상에 CIGS계 금속확산층을 형성한다(S200).Next, a CIGS-based metal diffusion layer is formed on the first transparent electrode (S200).
상기 제1투명전극에 바로 CIGS계 광흡수층을 증착하는 경우 상기 제1투명전극을 구성하는 투명전도성산화물로부터 발생하는 산소원소와 CIGS계 광흡수층에 존재하는 Ga 원소가 GaOx형태의 갈륨산화물을 형성할 수 있다.When the CIGS-based light absorbing layer is directly deposited on the first transparent electrode, the oxygen element generated from the transparent conductive oxide constituting the first transparent electrode and the Ga element present in the CIGS-based light absorbing layer form GaO x -type gallium oxide can do.
이렇게 형성된 GaOx는 태양전지를 구동할 시 태양 빛을 받아 생성된 광전하의 이동 및 수집을 방해하여 태양전지의 충진율 및 에너지 변환효율을 감소시킬 수 있다.The GaO x formed in this manner can reduce the filling and energy conversion efficiency of the solar cell by interfering with the movement and collection of the generated photoelectric charges by receiving the sunlight when driving the solar cell.
따라서, 투명 CIGS계 박막 태양전지의 충진율 및 에너지 변환효율을 향상시키기 위해, 상기 제1투명전극과 상기 CIGS계 광흡수층의 직접적인 접촉을 방지하는 보호층을 형성하여 갈륨산화물 (GaOx)의 형성을 방지하는 것이 바람직하다.Accordingly, in order to improve the filling ratio and the energy conversion efficiency of the transparent CIGS thin film solar cell, a protective layer for preventing direct contact between the first transparent electrode and the CIGS light absorbing layer is formed to form gallium oxide (GaO x ) .
이를 위해, 상기 제1투명전극 상에 상기 CIGS계 광흡수층을 증착하기 전, 상기 제1투명전극 상에 상기 금속확산층을 형성할 수 있다. 상기 금속확산층은 CIGS계 광흡수층의 증착과정에서 상기 제1투명전극과 상기 CIGS계 광흡수층의 직접적인 접촉을 방지함으로써, 갈륨산화물 (GaOx)의 형성을 방지하고 투광형 CIGS계 태양전지의 충진율과 에너지 변환효율을 증진시킬 수 있다.To this end, the metal diffusion layer may be formed on the first transparent electrode before the CIGS-based light absorption layer is deposited on the first transparent electrode. The metal diffusion layer prevents direct contact between the first transparent electrode and the CIGS light absorbing layer during the deposition of the CIGS light absorbing layer, thereby preventing the formation of gallium oxide (GaO x ) and improving the filling ratio of the light emitting CIGS- Energy conversion efficiency can be improved.
상기 금속확산층은 열증발법 및 스퍼터링법을 포함하는 진공증착법 또는 스프레이법 및 스핀코팅법을 포함하는 비진공증착법 을 통해 형성할 수 있다.The metal diffusion layer may be formed by a vacuum evaporation method including a thermal evaporation method and a sputtering method, or a non-vacuum evaporation method including a spray method and a spin coating method.
상기 금속확산층은 금속원소와 결합된 금속셀렌화물 또는 금속황화물을 중 어느 하나 이상의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속확산층의 금속원소는 Cu, In, Ag, Au, Al, Ti, Zn 및Sn 을 포함할 수 있다.The metal diffusion layer may include at least one of metal selenide or metal sulfide combined with a metal element. For example, the metal element of the metal diffusion layer may include Cu, In, Ag, Au, Al, Ti, Zn, and Sn.
다음, 상기 금속확산층 상에 상기 CIGS계 광흡수층을 형성한다(S300).Next, the CIGS light absorbing layer is formed on the metal diffusion layer (S300).
예를 들어, 상기 CIGS계 광흡수층은 구리(Cu)-인듐(In)-갈륨(Ga)-셀레늄(Se)의 사원 화합물을 포함하여 형성할 수 있다. 이때, 상기 사원 화합물은 Cu(In1-xGax)Se2의 화학식을 갖는다. 이때 상기 사원 화합물의 조성비는 0<x≤1인 것을 특징으로 한다.For example, the CIGS-based light absorbing layer may include a silicate compound of copper (Cu) - indium (In) - gallium (Ga) - selenium (Se). At this time, the silane compound has a chemical formula of Cu (In 1-x Ga x ) Se 2 . Wherein the composition ratio of the silane compound is 0 < x < = 1.
이때, 상기 CIGS계 광흡수층은 동시증발법에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.At this time, the CIGS-based light absorbing layer is formed by simultaneous evaporation.
또한, 상기 CIGS계 광흡수층은 동시증발법에 의한 증착공정의 열로 인해 상기 CIGS계 광흡수층에 상기 금속확산층의 금속이 도핑 됨으로써, CIGS계 광흡수층의 밴드갭을 조절할 수 있다.In addition, the CIGS light absorbing layer can control the bandgap of the CIGS light absorbing layer by doping the metal of the metal diffusion layer into the CIGS light absorbing layer due to the heat of the deposition process by the simultaneous evaporation method.
다음, 상기 CIGS계 광흡수층 상에 제2투명전극을 형성한다(S400).Next, a second transparent electrode is formed on the CIGS light absorption layer (S400).
상기 제2투명전극은 투명전도성산화물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 투명전도성산화물은 ITO, AZO, GZO, BZO, IZO, IGZO 및 InOX:H 중 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 것을 포함할 수 있다.The second transparent electrode may include a transparent conductive oxide. For example, the transparent conductive oxide may include at least one selected from the group consisting of ITO, AZO, GZO, BZO, IZO, IGZO, and InOX: H.
이때, 상기 제2투명전극은 스퍼터링(Sputtering)법 및 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법을 포함하는 증착법을 이용하여 형성할 수 있다.At this time, the second transparent electrode may be formed using a deposition method including a sputtering method and a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method.
투광형 CIGS계 태양전지에서 CIGS계 광흡수층과 투명 전도성산화물전극 사이에는 격자상수와 에너지 밴드갭의 차이가 크다. 광흡수층과 전극 사이의 에너지 밴드갭이 큰 경우 전기적 접합이 어려워진다. In the light emitting type CIGS solar cell, there is a large difference between the lattice constant and the energy band gap between the CIGS light absorbing layer and the transparent conductive oxide electrode. When the energy band gap between the light absorbing layer and the electrode is large, electrical bonding becomes difficult.
이 때문에 전기적으로 양호한 접합을 형성하기 위해서는 밴드갭이 두 물질의 중간에 위치하는 버퍼층이 필요하다. 또한, 버퍼층은 투명 전도성산화물전극을 성장시킬 때 CIGS계 광흡수층의 손상을 막아주는 역할도 수행할 수 있다.For this reason, in order to form an electrically good junction, a buffer layer in which a band gap is located between two materials is required. Also, the buffer layer can prevent the damage of the CIGS light absorption layer when the transparent conductive oxide electrode is grown.
이에 상기 투광형 CIGS계 태양전지의 제조방법에서 추가적으로, 상기 금속확산층 상에 CIGS계 광흡수층을 형성하는 단계(S300)와 상기 CIGS계 광흡수층 상에 제2투명전극을 형성하는 단계(S400) 사이에 버퍼층을 형성하는 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.In addition, in the method of fabricating the light-transmitting CIGS-based solar cell, a step (S300) of forming a CIGS light absorption layer on the metal diffusion layer and a step (S400) of forming a second transparent electrode on the CIGS light absorption layer (Not shown) to form a buffer layer.
예를 들어, 상기 버퍼층은 CdS, ZnS, ZnO, ZnOH, Zn1-xMgxO, ZnSe, ZnIn2Se4, InxSey 및 In2S3 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 x 및 y는 0보다 큰 실수이다.For example, the buffer layer may include at least one of CdS, ZnS, ZnO, ZnOH, Zn 1-x Mg x O, ZnSe, ZnIn 2 Se 4 , In x Se y and In 2 S 3 . Where x and y are real numbers greater than zero.
상기 버퍼층은 CBD(Chemical Bath Deposition)법, ILGAR(Ion-Layer Gas Reaction)법, ALD(Atomic Layer Deposition)법, 스퍼터링(Sputtering)법, 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 또는 물리 증착법 등을 수행하여 형성될 수 있다.The buffer layer may be formed by a chemical vapor deposition (CBD) method, an ion-layer gas reaction (ILGAR) method, an ALD (atomic layer deposition) method, a sputtering method, a MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) As shown in FIG.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 금속확산층(300)의 금속이 CIGS계 광흡수층(400)으로 도핑 되는 과정을 도시한 단면도이다.2A to 2C are cross-sectional views illustrating a process of doping a metal of the
도 2a는 제1투명전극(210) 상에 상기 금속확산층(300)이 증착된 모습을 도시한 단면도이다.2A is a cross-sectional view illustrating a state in which the
상기 제1투명전극(210)은 ITO, AZO, GZO, BZO, IZO, IGZO 및 InOX:H를 포함하는 투명전도성산화물 중 어느 하나의 것 또는 이의 혼합물을 포함할 수 있다. The first
이때, 상기 제1투명전극(210)은 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성될 수 있다.At this time, the first
상기 금속확산층(300)은 열증발법 및 스퍼터링법을 포함하는 진공증착법 또는 스프레이법 및 스핀코팅법을 포함하는 비진공증착법 을 통해 형성될 수 있다.The
상기 금속확산층(300)은 Cu, In, Ag, Au, Al, Ti, Zn 및Sn 을 포함하는 금속원소와 결합된 금속셀렌화물 또는 금속황화물 중 어느 하나 이상의 것을 포함할 수 있다.The
도 2b는 상기 금속확산층(300) 상에 상기 CIGS계 광흡수층(400)이 증착된 모습을 도시한 단면도이다.FIG. 2B is a cross-sectional view illustrating a state in which the CIGS-based
상기 CIGS계 광흡수층(400)은 동시증발법 을 통해 형성될 수 있다.The CIGS-based
도 2c는 상기 금속확산층(300) 상에 상기 CIGS계 광흡수층(400)이 증착되는 과정에서 상기 금속확산층(300)의 금속이 상기 CIGS계 광흡수층(400)으로 확산되어 도핑 된 CIGS계 광흡수층(410)을 형성한 모습을 도시한 단면도이다.2C shows a state in which the metal of the
상기 도핑 된 CIGS계 광흡수층(410)은 CIGS계 광흡수층(400)에 Cu, In, Ag, Au, Al, Ti, Zn 및Sn 을 포함하는 금속원소와 결합된 금속셀렌화물 또는 금속황화물을 포함하는 상기 금속확산층(300)의 금속이 증착공정의 열에 의해 도핑된 것으로 형성될 수 있다.The doped CIGS
도 3은 투광형 CIGS계 박막 태양전지의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a light-projecting CIGS thin film solar cell.
도 3을 참조하면, 본 발명의 투광형 CIGS계 박막 태양전지는 투명기판(100), 상기 투명기판(100) 상에 위치하는 제1투명전극(210), 상기 제1투명전극(210) 상에 위치하는 금속확산층(300), 상기 금속확산층(300) 상에 위치하는 CIGS계 광흡수층(400) 및 상기 CIGS계 광흡수층(400) 상에 위치하는 제2투명전극(220)을 포함할 수 있다.3, the light-transmitting CIGS thin film solar cell of the present invention includes a
상기 투명기판(100)은 유리, 투명한 플라스틱 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.The
상기 제1투명전극(210) 및 제2투명전극(220)은 투명전도성산화물을 포함할 수 있다. 예를 들면 상기 투명전도성산화물은 ITO, AZO, GZO, BZO, IZO, IGZO 및 InOX:H 중 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 것을 포함할 수 있다.The first
상기 제1투명전극(210)에 바로 CIGS계 광흡수층(400)을 증착하는 경우 상기 제1투명전극(210)을 구성하는 투명 전도성산화물로부터 발생하는 산소원소와 CIGS계 광흡수층(400)에 존재하는 Ga 원소가 GaOx형태의 갈륨산화물을 형성할 수 있다.When the CIGS-based
이렇게 형성된 GaOx는 태양전지를 구동할 시 태양 빛을 받아 생성된 광전하의 이동 및 수집을 방해하여 태양전지의 충진율 및 에너지 변환효율을 감소시킬 수 있다.The GaO x formed in this manner can reduce the filling and energy conversion efficiency of the solar cell by interfering with the movement and collection of the generated photoelectric charges by receiving the sunlight when driving the solar cell.
따라서, 투명 CIGS계 박막 태양전지의 충진율 및 에너지 변환효율을 향상시키기 위해, 상기 제1투명전극(210)과 상기 CIGS계 광흡수층(400)의 직접적인 접촉을 방지하는 보호층을 형성하여 갈륨산화물 (GaOx)의 형성을 방지하는 것이 바람직하다.Therefore, in order to improve the filling ratio and the energy conversion efficiency of the transparent CIGS thin film solar cell, a protective layer for preventing direct contact between the first
이를 위해, 상기 제1투명전극(210)과 상기 CIGS계 광흡수층(400) 사이에, 상기 제1투명전극(210) 상에 상기 금속확산층(300)을 형성할 수 있다. 상기 금속확산층(300)은 증착과정에서 상기 제1투명전극(210)과 상기 CIGS계 광흡수층(400)의 직접적인 접촉을 방지함으로서, 갈륨산화물 (GaOx)의 형성을 방지하고 투광형 CIGS계 태양전지의 충진율과 에너지 변환효율을 증진시킬 수 있다.The
상기 금속확산층은 열증발법 및 스퍼터링법을 포함하는 진공증착법 또는 스프레이법 및 스핀코팅법을 포함하는 비진공증착법 을 통해 형성할 수 있다.The metal diffusion layer may be formed by a vacuum evaporation method including a thermal evaporation method and a sputtering method, or a non-vacuum evaporation method including a spray method and a spin coating method.
상기 금속확산층(300)은 금속원소와 결합된 금속셀렌화물 또는 금속황화물을 중 어느 하나 이상의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속확산층의 금속원소는 Cu, In, Ag, Au, Al, Ti, Zn 및Sn 을 포함할 수 있다.The
예를 들어, 상기 CIGS계 광흡수층(400)은 구리(Cu)-인듐(In)-갈륨(Ga)-셀레늄(Se)의 사원 화합물을 포함할 수 있다. 이때, 상기 사원 화합물은 Cu(In1-xGax)Se2의 화학식을 갖는다. 이때 상기 사원 화합물의 조성비는 0<x≤1인 것을 특징으로 한다.For example, the CIGS-based
또한, 상기 CIGS계 광흡수층(400)은 동시증발법에 의한 증착공정의 열로 인해 상기 CIGS계 광흡수층에 상기 금속확산층의 금속이 도핑 된 것을 특징으로 한다.In addition, the CIGS-based
투광형 CIGS계 태양전지에서 CIGS계 광흡수층과 투명 전도성산화물전극 사이에는 격자상수와 에너지 밴드갭의 차이가 크다. 광흡수층과 전극 사이의 에너지 밴드갭이 큰 경우 전기적 접합이 어려워진다. In the light emitting type CIGS solar cell, there is a large difference between the lattice constant and the energy band gap between the CIGS light absorbing layer and the transparent conductive oxide electrode. When the energy band gap between the light absorbing layer and the electrode is large, electrical bonding becomes difficult.
이 때문에 전기적으로 양호한 접합을 형성하기 위해서는 밴드갭이 두 물질의 중간에 위치하는 버퍼층이 필요하다. 또한, 버퍼층은 투명 전도성산화물전극을 성장시킬 때 CIGS계 광흡수층의 손상을 막아주는 역할도 수행할 수 있다.For this reason, in order to form an electrically good junction, a buffer layer in which a band gap is located between two materials is required. Also, the buffer layer can prevent the damage of the CIGS light absorption layer when the transparent conductive oxide electrode is grown.
이에 상기 투광형 CIGS계 태양전지에 추가적으로, 상기 CIGS계 광흡수층(400)과 상기 제2투명전극(220) 사이에 버퍼층(500)을 더 포함할 수 있다.In addition to the light-transmissive CIGS-based solar cell, a
예를 들어, 상기 버퍼층(500)은 CdS, ZnS, ZnO, ZnOH, Zn1-xMgxO, ZnSe, ZnIn2Se4, InxSey 및 In2S3 중 1종 이상을 포함할 수 있다.For example, the
도 4는 금속확산층의 재료로 Ag를 사용했을 때의 밴드갭 그래프이다.4 is a band gap graph when Ag is used as a material of the metal diffusion layer.
도 4를 참조하면, Ag+Cu의 양 대비 Ag의 비율이 늘어날수록 밴드갭이 증가하는 것을 알 수 있다. 이때 CIGS계 광흡수층은 Cu(InGa)Se(S)2에서 (Ag,Cu)(InGa)Se(S)2 형태가 될 수 있다. 투광형 태양전지를 제작하는 경우 밴드갭이 클수록 투과성 측면에서 유리해지므로, 본 발명의 실시예를 통해 투광형 CIGS계 박막 태양전지를 제작 할 경우 필요에 따라 투과도 및 광흡수율을 조절할 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that as the ratio of Ag + Cu to Ag is increased, the bandgap increases. At this time, the CIGS light absorbing layer may be in the form of (Ag, Cu) (InGa) Se (S) 2 in Cu (InGa) Se (S) 2. When fabricating a light emitting type solar cell, the larger the bandgap is, the more advantageous it is from the viewpoint of transmittance. Therefore, it can be understood that the transmittance and the light absorption rate can be adjusted as necessary when fabricating a light emitting type CIGS thin film solar cell through the embodiment of the present invention .
도 5는 금속확산층을 통한 Ag도핑 유무에 따른 CIGS계 광흡수층의 흡수파장 그래프이다.5 is an absorption wavelength graph of a CIGS-based light absorption layer with or without Ag doping through a metal diffusion layer.
도5를 참조하면, CIGS에 Ag를 도핑함에 따라 (Ag,Cu)IGS가 되는 경우 밴드갭 증가에 따라 광흡수 특성이 변화되며 흡수파장이 단파장 방향으로 이동된다. 이에 따라, Ag/(Cu+Ag)의 비율이 0.95일 때 흡수파장이 850nm까지 줄어드는 것을 볼 수 있다.Referring to FIG. 5, in the case of (Ag, Cu) IGS by doping Ag with CIGS, the light absorption characteristic is changed according to the increase of the band gap, and the absorption wavelength is shifted in the short wavelength direction. Accordingly, it can be seen that when the ratio of Ag / (Cu + Ag) is 0.95, the absorption wavelength is reduced to 850 nm.
도4 내지 도 5를 참조하면, 금속확산층의 금속이 CIGS계 광흡수층에 도핑되면 상기 CIGS계 광흡수층의 밴드갭이 커지는 것을 알 수 있다. 투광형 태양전지를 제작하는 경우 밴드갭이 클수록 투과성 측면에서 유리해지므로 본 발명의 실시예를 통해 투광형 CIGS계 박막 태양전지를 제작 할 경우 필요에 따라 투과도 및 광흡수율을 조절할 수 있음을 알 수 있다.4 to 5, when the metal of the metal diffusion layer is doped in the CIGS light absorbing layer, the bandgap of the CIGS light absorbing layer is increased. When fabricating a light emitting type solar cell, the larger the bandgap is, the more advantageous it is from the viewpoint of the permeability. Therefore, it can be seen that the transmittance and the light absorption rate can be adjusted as necessary when fabricating a light emitting type CIGS thin film solar cell through the embodiment of the present invention have.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.
100 : 투명기판
210 : 제1투명전극
220 : 제2투명전극
300 : 금속확산층
400 : CIGS계 광흡수층
410 : 금속이 도핑 된 CIGS계 광흡수층
500 : 버퍼층100: transparent substrate
210: first transparent electrode
220: second transparent electrode
300: metal diffusion layer
400: CIGS light absorbing layer
410: CIGS-based light absorbing layer doped with metal
500: buffer layer
Claims (17)
상기 제1투명전극 상에 금속확산층을 형성하는 단계;
상기 금속확산층 상에 CIGS계 광흡수층을 형성하는 단계; 및
상기 CIGS계 광흡수층 상에 제2투명전극을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 금속확산층은 금속셀렌화물 또는 금속황화물을 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 제1투명전극은 투명전도성산화물을 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 금속확산층 상에 상기 CIGS계 광흡수층을 형성하는 단계에 있어서, 상기 CIGS계 광흡수층은 동시증발법을 수행하여 형성하고, 상기 동시증발법을 수행하는 중에 상기 금속확산층의 금속이 상기 형성되는 CIGS계 광흡수층에 도핑되는 것을 특징으로 하는 투광형 CIGS계 박막 태양전지의 제조방법.Forming a first transparent electrode on the transparent substrate;
Forming a metal diffusion layer on the first transparent electrode;
Forming a CIGS light absorbing layer on the metal diffusion layer; And
And forming a second transparent electrode on the CIGS light absorbing layer,
Wherein the metal diffusion layer comprises a metal selenide or a metal sulfide,
Wherein the first transparent electrode comprises a transparent conductive oxide,
Wherein the CIGS light absorbing layer is formed by performing a simultaneous evaporation method in the step of forming the CIGS light absorbing layer on the metal diffusion layer and the metal of the metal diffusion layer is formed by CIGS Wherein the light-absorbing layer is doped in the light-absorbing layer.
상기 투명전도성산화물은 ITO, AZO, GZO, BZO, IZO, IGZO 및 InOX:H 중 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 X는 0보다 큰 실수인 것인 투광형 CIGS계 박막 태양전지의 제조방법.The method according to claim 1,
A translucent-type CIGS-based thin film that is the real number greater than characterized in that it includes at least one selected from H, and wherein X is 0: the transparent conducting oxide is ITO, AZO, GZO, BZO, IZO, IGZO, and InO X A method of manufacturing a solar cell.
상기 금속확산층은 상기 제1투명전극의 산소가 상기 CIGS계 광흡수층으로 확산되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 투광형 CIGS계 박막 태양전지의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the metal diffusion layer prevents oxygen of the first transparent electrode from diffusing into the CIGS light absorbing layer.
상기 CIGS계 광흡수층은 Cu-In-Ga-Se의 사원 화합물을 포함하여 형성하고, 상기 사원 화합물의 화학식 Cu(In1-xGax)Se2에서 0<x≤1인 것을 특징으로 하는 투광형 CIGS계 박막 태양전지의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the CIGS-based light absorbing layer is formed to include a silicate compound of Cu-In-Ga-Se and 0 < x < / = 1 in a formula Cu (In 1-x Ga x ) Se 2 of the silicate compound Type CIGS thin film solar cell.
상기 금속확산층 상에 CIGS계 광흡수층을 형성하는 단계와 상기 CIGS계 광흡수층 상에 제2투명전극을 형성하는 단계 사이에,
상기 CIGS계 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투광형 CIGS계 박막 태양전지의 제조방법.The method according to claim 1,
Between the step of forming the CIGS light absorbing layer on the metal diffusion layer and the step of forming the second transparent electrode on the CIGS light absorbing layer,
And forming a buffer layer on the CIGS light absorbing layer. The method of manufacturing a light emitting type CIGS thin film solar cell according to claim 1,
상기 버퍼층은 CdS, ZnS, ZnO, ZnOH, Zn1-xMgxO, ZnSe, ZnIn2Se4, InxSey 및 In2S3중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 x 및 y는 0보다 큰 실수인 것인 투광형 CIGS계 박막 태양전지의 제조방법.8. The method of claim 7,
Wherein the buffer layer includes at least one of CdS, ZnS, ZnO, ZnOH, Zn 1-x Mg x O, ZnSe, ZnIn 2 Se 4 , In x Se y and In 2 S 3 . And y is a real number greater than 0. 11. A method of manufacturing a light-transmitting CIGS thin film solar cell,
상기 투명기판 상에 위치하는 제1투명전극;
상기 제1투명전극 상에 위치하는 금속확산층;
상기 금속확산층 상에 위치하는 CIGS계 광흡수층; 및
상기 CIGS계 광흡수층 상에 위치하는 제2투명전극을 포함하고,
상기 금속확산층은 금속셀렌화물 또는 금속황화물을 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 제1투명전극은 투명전도성산화물을 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 CIGS계 광흡수층은 상기 금속확산층 상에 동시증발법을 수행하여 형성되고, 상기 동시증발법을 수행하는 중에 상기 금속확산층의 금속이 상기 형성되는 CIGS계 광흡수층에 도핑된 것을 특징으로 하는 투광형 CIGS계 박막 태양전지.A transparent substrate;
A first transparent electrode disposed on the transparent substrate;
A metal diffusion layer disposed on the first transparent electrode;
A CIGS light-absorbing layer located on the metal diffusion layer; And
And a second transparent electrode positioned on the CIGS light absorption layer,
Wherein the metal diffusion layer comprises a metal selenide or a metal sulfide,
Wherein the first transparent electrode comprises a transparent conductive oxide,
Wherein the CIGS light absorbing layer is formed by performing a simultaneous evaporation method on the metal diffusion layer and the metal of the metal diffusion layer is doped in the CIGS light absorbing layer in which the metal of the metal diffusion layer is formed during the simultaneous evaporation method CIGS thin film solar cell.
상기 투명기판은 유리, 투명 플라스틱 및 이들의 혼합물 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 투광형 CIGS계 박막 태양전지.10. The method of claim 9,
Wherein the transparent substrate comprises at least one of glass, transparent plastic, and mixtures thereof.
상기 투명전도성산화물은 ITO, AZO, GZO, BZO, IZO, IGZO 및 InOX:H 중 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 것을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 X는 0보다 큰 실수인 것인 투광형 CIGS계 박막 태양전지.10. The method of claim 9,
The transparent conducting oxide is ITO, AZO, GZO, BZO, IZO, IGZO, and InO X: H of the selected at least one or more of the light projection type, characterized, wherein X is one of the real number greater than 0 that it comprises that the CIGS-based Thin film solar cell.
상기 CIGS계 광흡수층은 Cu-In-Ga-Se의 사원 화합물을 포함하고, 상기 사원 화합물의 화학식 Cu(In1-xGax)Se2에서 0≤x≤1인 것을 특징으로 하는 투광형 CIGS계 박막 태양전지.10. The method of claim 9,
Wherein the CIGS-based light absorbing layer comprises a silicate compound of Cu-In-Ga-Se and 0? X? 1 in a formula Cu (In 1-x Ga x ) Se 2 of the silicate compound. Based thin film solar cell.
상기 금속확산층은 상기 제1투명전극의 산소가 상기 CIGS계 광흡수층으로 확산되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 투광형 CIGS계 박막 태양전지.10. The method of claim 9,
Wherein the metal diffusion layer prevents oxygen of the first transparent electrode from diffusing into the CIGS light absorbing layer.
상기 CIGS계 광흡수층과 상기 제2투명전극 사이에,
상기 CIGS계 광흡수층 상에 위치하는 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 특징으로하는 투광형 CIGS계 박막 태양전지.10. The method of claim 9,
Between the CIGS light absorbing layer and the second transparent electrode,
And a buffer layer disposed on the CIGS-based light absorbing layer.
상기 버퍼층은 CdS, ZnS, ZnO, ZnOH, Zn1-xMgxO, ZnSe, ZnIn2Se4, InxSey 및 In2S3중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 x 및 y는 0보다 큰 실수인 것인 투광형 CIGS계 박막 태양전지.
17. The method of claim 16,
Wherein the buffer layer includes at least one of CdS, ZnS, ZnO, ZnOH, Zn 1-x Mg x O, ZnSe, ZnIn 2 Se 4 , In x Se y and In 2 S 3 . And y is a real number greater than 0. 5. The light emitting type CIGS thin film solar cell of claim 1,
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