KR102098100B1 - 태양전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

제 1 실시예에 따른 태양전지는, 지지기판; 상기 지지기판 상에 형성되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 형성되는 전면 전극층; 상기 후면 전극층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 1 관통홈을 포함하고, 상기 후면 전극층과 상기 광 흡수층은 단차를 가지며 형성된다.
제 2 실시예에 따른 태양전지는, 지지기판; 상기 지지기판 상에 형성되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 형성되는 전면 전극층; 상기 후면 전극층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 1 관통홈을 포함하고, 상기 광 흡수층은 상기 후면 전극층의 상면 및 측면과 접촉하며 형성된다.

Description

태양전지 및 이의 제조 방법{SOLAR CELL AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
실시예는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
태양광 발전을 위한 태양전지의 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 지지기판이 제공되고, 상기 지지기판 상에 후면 전극층이 형성되고, 레이저에 의해서 패터닝되어, 다수 개의 후면 전극들이 형성된다.
이후, 상기 후면 전극들 상에 광 흡수층, 버퍼층 및 고저항 버퍼층이 차례로 형성된다.
이어서, 상기 버퍼층 상에 전면 전극층이 형성되어 상기 광 흡수층과 상기 전면 전극층이 p-n 접합된다.
이때, 상기 광 흡수층을 형성하는 공정은 매우 고온에서 진행될 수 있다. 이에 따라, 상기 후면 전극층에 패터닝되는 관통홈들이 고온 공정시 휘어지는 현상이 발생할 수 있다.
이에 따라, 상기 관통홈들이 휘어짐에 따라 발전이 행해지지 않는 영역 즉, 데드존 영역이 증가하게 되어 태양전지의 효율이 감소하는 문제점이 있다.
이에 따라, 상기 후면 전극층 상에 형성된 관통홈의 휨을 방지할 수 있는 새로운 구조의 태양전지 및 이의 제조방법이 요구된다.
실시예는 향상된 광-전 변환 효율을 가지는 새로운 구조의 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
제 1 실시예에 따른 태양전지는, 지지기판; 상기 지지기판 상에 형성되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 형성되는 전면 전극층; 상기 후면 전극층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 1 관통홈을 포함하고, 상기 후면 전극층과 상기 광 흡수층은 단차를 가지며 형성된다.
제 2 실시예에 따른 태양전지는, 지지기판; 상기 지지기판 상에 형성되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 형성되는 전면 전극층; 상기 후면 전극층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 1 관통홈을 포함하고, 상기 광 흡수층은 상기 후면 전극층의 상면 및 측면과 접촉하며 형성된다.
실시예에 따른 태양전지 제조방법은, 지지기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계; 상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 후면 전극층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 1 관통홈을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼층 상에 전면 전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 관통홈을 형성하는 단계는, 상기 광 흡수층을 식각하는 단계; 및 상기 후면 전극층을 식각하는 단계를 포함하며, 상기 후면 전극층과 상기 광 흡수층은 단차를 가지며 형성된다.
실시예에 따른 태양전지는, 후면 전극층 및 광 흡수층을 관통하는 제 1 관통홈이 형성된다.
종래에는 후면 전극층을 형성한 후 제 1 관통홈을 형성하고, 이후에, 상기 제 1 관통홈이 형성된 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하였다.
그러나, 상기 광 흡수층을 형성하는 공정은 매우 고온에서 진행되므로, 이러한 고온 공정에서 발생하는 열에 의해, 상기 제 1 관통홈이 휘는 형상이 발생하여, 발전이 이루어지지 않는 데드존 영역(Dead Zone)이 증가함에 따라 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는 후면 전극층 및 광 흡수층을 모두 형성하고, 이를 관통하는 제 1 관통홈을 형성함에 따라, 광 흡수층의 고온 공정에 의해 제 1 관통홈이 휘는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 태양전지는, 상기 후면 전극층과 광 흡수층이 단차를 가지면서 형성되거나 또는, 상기 광 흡수층이 상기 후면 전극층의 측면을 감싸면서 형성된다.
상기 후면 전극층 및 상기 광 흡수층을 모두 증착하고 제 1 관통홈을 형성한 후, 상기 광 흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 경우, 상기 버퍼층의 증착 두께가 얇아지게 되어 상기 제 1 관통홈에서 상기 전면 전극층과 상기 후면 전극층이 접속하여 쇼트가 발생하고, 누설전류가 발생하여 효율이 저하될 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는 상기 후면 전극층과 상기 광 흡수층을 단차를 가지면서 형성한다. 즉, 상기 광 흡수층의 에지면이 상기 후면 전극층의 에지면보다 돌출되도록 단차를 가지도록 형성한다. 이러한 단차부 즉, 상기 후면 전극층과 상기 광 흡수층의 단차부 내부에도 버퍼층을 형성함으로써, 상기 제 1 관통홈 내에서 상기 후면 전극층과 상기 전면 전극층 사이에 위치하는 버퍼층이 상기 광 흡수층과 상기 전면 전극층 사이에 위치하는 버퍼층보다 더 두껍게 형성할 수 있다.
따라서, 얇은 두께의 버퍼층으로 인해 상기 전면 전극층과 상기 후면 전극층이 접속하는 것을 방지할 수 있고, 누설전류로 인한 효율 손실을 감소시킬 수 있다.
또한, 실시예에 따른 태양전지는, 상기 광 흡수층이 상기 후면 전극층을 감싸면서 형성될 수 있다. 즉, 상기 광 흡수층이 상기 후면 전극층의 상면과 측면 상에 모두 형성될 수 있다.
따라서, 상기 버퍼층이 얇게 증착되어도 상기 후면 전극층이 상기 광 흡수층에 의해 보호되므로, 상기 전면 전극층과 상기 후면 전극층이 접속하는 것을 방지할 수 있고, 누설전류로 인한 효율 손실을 감소시킬 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는, 광 흡수층의 고온 공정에 따른 제 1 관통홈의 휨 현상을 방지할 수 있고, 이로 인해, 버퍼층이 얇게 증착되어도, 전면 전극과 후면 전극이 접촉되어 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 누설전류로 인한 효율 손실을 감소시킬 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지는, 향상된 광-전 변환 효율을 가질 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지 패널을 도시한 평면도이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 4는 제 2 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 B 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 제 1 관통홈을 형성하는 공정을 도시한 도면이다.
도 9 내지 도 20은 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 8을 참조하여, 실시예에 따른 태양전지를 상세하게 설명한다. 도 1은 실시예에 따른 태양전지 패널을 도시한 평면도이고, 도 2는 제 1 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 도면이며, 도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 도시한 도면이고, 도 4는 제 2 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 도면이며, 도 5는 도 4의 B 부분을 확대하여 도시한 도면이고, 도 6 내지 도 8은 제 1 관통홈을 형성하는 공정을 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 실시예에 따른 태양전지는 지지기판(100), 후면 전극층(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 다수 개의 접속부(600)들을 포함한다.
상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 후면 전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 전면 전극층(500) 및 상기 접속부(600)를 지지한다.
상기 지지기판(100)은 절연체일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 유리 기판, 플라스틱 기판 또는 금속 기판일 수 있다. 더 자세하게, 상기 지지기판(100)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 투명할 수 있다. 상기 지지기판(100)은 리지드(rigid)하거나 플렉서블(flexible)할 수 있다.
상기 후면 전극층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 후면 전극층(200)은 도전층이다. 상기 후면 전극층(200)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴 등의 금속을 들 수 있다.
또한, 상기 후면 전극층(200)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 계 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계) 결정 구조, 구리-인듐-셀레나이드계 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다.
상기 광 흡수층(300)의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1eV 내지 1.8eV일 수 있으나 실시예는 이에 제한되지 않는다.
상기 광 흡수층(300)에는 제 1 관통홈들(TH1)들이 형성된다. 자세하게, 상기 후면 전극층(200) 및 상기 광 흡수층(300)을 관통하는 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해 상기 지지기판(100)의 상면이 노출된다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 또한, 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해 상기 후면 전극층(200) 및 상기 광 흡수층(300)의 측면이 노출된다. 즉, 상기 후면 전극층(200) 및 상기 광 흡수층(300)의 에지면이 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해 노출된다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 제 1 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛일 수 있으나, 실시예가 이에 제한되지는 않는다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 상기 후면 전극층(200)은 다수 개의 후면 전극들로 구분된다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 다수 개의 후면 전극들이 정의될 수 있다.
상기 후면 전극들은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서 서로 이격된다. 상기 후면 전극들은 스트라이프 형태로 배치된다.
이와는 다르게, 상기 후면 전극들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 격자 형태로 형성될 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해, 상기 후면 전극층(200)과 상기 광 흡수층(300)은 단차가 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 후면 전극층(200)의 에지면과 상기 광 흡수층(300)의 에지면이 서로 동일한 평면 상에 위치하지 않고, 단차를 가지도록 서로 엇갈리게 위치할 수 있다.
일례로, 도 2 및 도 3에 도시되어 있듯이, 상기 후면 전극층(200)과 상기 광 흡수층(300)은 역계단 형상으로 단차를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 광 흡수층(300)의 에지면(310)이 상기 후면 전극층(200)의 에지면(210)보다 상기 제 1 관통홈(TH1) 방향으로 더 연장되어 형성된다. 즉, 상기 광 흡수층(300)의 에지면(310)은 상기 후면 전극층(200)의 에지면(210)에 대해 돌출되어 형성될 수 있다.
또는, 상기 후면 전극층(200)은 상기 광 흡수층(300)에 의해 덮여질 수 있다. 즉, 상기 광 흡수층(300)이 상기 후면 전극층(200)을 감싸면서 형성될 수 있다. 일례로, 도 4 및 도 5에 도시되어 있듯이, 상기 광 흡수층(300)은 상기 후면 전극층(200)의 상면 및 측면 상에 형성되어 상기 후면 전극층(200)을 감쌀 수 있다. 즉, 상기 광 흡수층(300)의 일부분(320)은 상기 후면 전극층의 상면과 접촉마며 형성되고, 상기 광 흡수층(300)의 다른 부분(330)은 상기 후면 전극층의 측면 과 접촉하며 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 광 흡수층(300)은 "ㄱ" 형상으로 배치되며, 상기 후면 전극층(200)의 상면과 측면을 감쌀 수 있다.
상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300)에 직접 접촉한다.
상기 버퍼층(400) 상에는 고저항 버퍼층(도면에 미도시)이 더 배치될 수 있다. 상기 고저항 버퍼층은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층의 에너지 밴드갭은 약 3.1eV 내지 3.3eV일 수 있다.
상기 버퍼층(400) 상에는 제 2 관통홈들(TH2)이 형성될 수 있다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 후면 전극층(200)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 평면에서 보았을 때, 일 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 버퍼층(400)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 버퍼층들로 정의된다. 즉, 상기 버퍼층(400)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 상기 버퍼층들로 구분된다.
상기 버퍼층(400)은 상기 제 1 관통홈들(TH1)의 일부분을 메우면서 형성된다. 자세하게, 상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300)의 상면과 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해 노출되는 상기 광 흡수층(300)의 측면과 상기 후면 전극층(200)의 측면과 접촉하며, 상기 제 1 관통홈들(TH1) 내부에 형성된다.
상기 전면 전극층(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 배치된다. 더 자세하게, 상기 전면 전극층(500)은 상기 고저항 버퍼층 상에 배치된다. 상기 전면 전극층(500)은 투명하며 도전층이다. 또한, 상기 전면 전극층(500)의 저항은 상기 후면 전극층(500)의 저항보다 높다.
상기 전면 전극층(500)은 산화물을 포함한다. 일례로, 상기 전면 전극층(500)으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드(Al doped ZnC;AZO), 인듐 징크 옥사이드(indium zinc oxide;IZO) 또는 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide;ITO) 등을 들 수 있다.
상기 전면 전극층(500)은 상기 제 1 관통홈들(TH1)을 메우면성 형성된다. 자세하게, 상기 전면 전극층(500)은 상기 버퍼층(400)의 상면 및 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 형성되는 상기 버퍼층(400)의 측면에 형성된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300)과 상기 전면 전극층(500) 사이에 형성된다.
상기 후면 전극층(200)과 상기 광 흡수층(300)의 단차에 의해, 상기 제 1 관통홈(TH1) 내에 형성되는 상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300)과 상기 전면 전극층(500) 사이에 형성되는 제 1 버퍼층과 상기 후면 전극층(200)과 상기 전면 전극층(500) 사이에 형성되는 제 2 버퍼층으로 구분될 수 있다.
이때, 상기 후면 전극층(200)과 상기 전면 전극층(500) 사이에 형성되는 제 2 버퍼층의 두께는, 상기 광 흡수층(300)과 상기 전면 전극층(500) 사이에 형성되는 제 1 버퍼층의 두께보다 더 클 수 있다.
또한, 상기 후면 전극층(200)과 상기 광 흡수층(300)의 단차에 의해, 상기 제 1 관통홈들(TH1)에서 상기 후면 전극층(200)과 상기 전면 전극층(500)의 거리(D1)는, 상기 제 1 관통홈들(TH1)에서 상기 광 흡수층(300)과 상기 전면 전극층(500)의 거리(D2)보다 더 클 수 있다.
자세하게, 상기 제 1 관통홈들(TH1)에서 상기 후면 전극층(200)과 상기 전면 전극층(500)의 거리(D1)에 대한 상기 제 1 관통홈들(TH1)에서 상기 광 흡수층(300)과 상기 전면 전극층(500)의 거리(D2)의 비(D1:D2)는 2:1 내지 200:1일 수 있다. 즉, 상기 후면 전극층(200)과 상기 전면 전극층(500)의 거리(D1)는 상기 광 흡수층(300)과 상기 전면 전극층(500)의 거리(D2)보다 약 2배 내지 약 200배 만큼 클 수 있다.
상기 전면 전극층(500)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내부에 위치하는 접속부(600)들을 포함한다.
상기 버퍼층(400) 및 상기 전면 전극층(500)에는 제 3 관통홈들(TH3)이 형성된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 버퍼층(400)의 일부 또는 전부, 상기 고저항 버퍼층 및 상기 전면 전극층(500)을 관통할 수 있다. 즉, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 후면 전극층(200)의 상면을 노출시킬 수 있다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 인접하는 위치에 형성된다. 더 자세하게, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 옆에 배치된다. 즉, 평면에서 보았을 때, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 옆에 나란히 배치된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 1 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 전면 전극층(500)을 관통한다. 더 자세하게, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및/또는 상기 고저항 버퍼층을 일부 또는 전부 관통할 수 있다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 전면 전극층(500)은 다수 개의 전면전극들로 구분된다. 즉, 상기 전면전극들은 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서 정의된다.
상기 전면 전극들은 상기 후면전극들과 대응되는 형상을 가진다. 즉, 상기 전면 전극들은 스트라이프 형태로 배치된다. 이와는 다르게, 상기 전면 전극들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
또한, 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 다수 개의 태양전지들(C1, C2...)이 정의된다. 더 자세하게, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 및 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 태양전지들(C1, C2...)이 정의된다. 즉, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 및 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 실시예에 따른 태양전지는 상기 태양전지들(C1, C2...)로 구분된다. 또한, 상기 태양전지들(C1, C2...)은 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 서로 연결된다. 즉, 상기 태양전지들(C1, C2...)을 통하여 상기 제 2 방향으로 전류가 흐를 수 있다.
즉, 상기 태양전지 패널(10)은 상기 지지기판(100) 및 상기 태양전지들(C1, C2...)을 포함한다. 상기 태양전지들(C1, C2...)은 상기 지지기판(100) 상에 배치되고, 서로 이격된다. 또한, 상기 태양전지들(C1, C2...)은 상기 접속부들(600)에 의해서 서로 직렬로 연결된다.
상기 접속부들(600)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 배치된다. 상기 접속부들(600)은 상기 전면 전극층(500)으로부터 하방으로 연장되며, 상기 후면 전극층(200)에 접속된다. 예를 들어, 상기 접속부들(600)은 상기 제 1 셀(C1)의 전면전극으로부터 연장되어, 상기 제 2 셀(C2)의 후면전극에 접속된다.
따라서, 상기 접속부들(600)은 서로 인접하는 태양전지들을 연결한다. 더 자세하게, 상기 접속부들(600)은 서로 인접하는 태양전지들에 각각 포함된 전면전극과 후면전극을 연결한다.
상기 접속부(600)는 상기 전면전극층(600)과 일체로 형성된다. 즉, 상기 접속부(600)로 사용되는 물질은 상기 전면전극층(500)으로 사용되는 물질과 동일하다.
실시예에 따른 태양전지는, 후면 전극층 및 광 흡수층을 관통하는 제 1 관통홈이 형성된다.
즉, 종래에는 후면 전극층을 형성한 후 제 1 관통홈을 형성하고, 이후에, 상기 제 1 관통홈이 형성된 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하였다.
그러나, 상기 광 흡수층을 형성하는 공정은 매우 고온에서 진행되므로, 이러한 고온 공정에서 발생하는 열에 의해, 상기 제 1 관통홈이 휘는 형상이 발생하여, 발전이 이루어지지 않는 데드존 영역(Dead Zone)이 증가함에 따라 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는 후면 전극층 및 광 흡수층을 모두 형성하고, 이를 관통하는 제 1 관통홈을 형성함에 따라, 광 흡수층의 고온 공정에 의해 제 1 관통홈이 휘는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 태양전지는, 상기 후면 전극층과 광 흡수층이 단차를 가지면서 형성되거나 또는, 상기 광 흡수층이 상기 후면 전극층의 측면을 감싸면서 형성된다.
상기 후면 전극층 및 상기 광 흡수층을 모두 증착하고 제 1 관통홈을 형성한 후, 상기 광 흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 경우, 상기 버퍼층의 증착 두께가 얇아지게 되어 상기 제 1 관통홈에서 상기 전면 전극층과 상기 후면 전극층이 접속하여 쇼트가 발생하고, 누설전류가 발생하여 효율이 저하될 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는 상기 후면 전극층과 상기 광 흡수층을 단차를 가지면서 형성한다. 즉, 상기 광 흡수층의 에지면이 상기 후면 전극층의 에지면보다 돌출되도록 단차를 가지도록 형성한다. 이러한 단차부 즉, 상기 후면 전극층과 상기 광 흡수층의 단차부 내부에도 버퍼층을 형성함으로써, 상기 제 1 관통홈 내에서 상기 후면 전극층과 상기 전면 전극층 사이에 위치하는 버퍼층이 상기 광 흡수층과 상기 전면 전극층 사이에 위치하는 버퍼층보다 더 두껍게 형성할 수 있다.
따라서, 얇은 두께의 버퍼층으로 인해 상기 전면 전극층과 상기 후면 전극층이 접속하는 것을 방지할 수 있고, 누설전류로 인한 효율 손실을 감소시킬 수 있다.
또한, 실시예에 따른 태양전지는, 상기 광 흡수층이 상기 후면 전극층을 감싸면서 형성될 수 있다. 즉, 상기 광 흡수층이 상기 후면 전극층의 상면과 측면 상에 모두 형성될 수 있다.
따라서, 상기 버퍼층이 얇게 증착되어도 상기 후면 전극층이 상기 광 흡수층에 의해 보호되므로, 상기 전면 전극층과 상기 후면 전극층이 접속하는 것을 방지할 수 있고, 누설전류로 인한 효율 손실을 감소시킬 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는, 광 흡수층의 고온 공정에 따른 제 1 관통홈의 휨 현상을 방지할 수 있고, 이로 인해, 버퍼층이 얇게 증착되어도, 전면 전극과 후면 전극이 접촉되어 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 누설전류로 인한 효율 손실을 감소시킬 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지는, 향상된 광-전 변환 효율을 가질 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한다. 이러한 실시예는 본 발명을 좀더 상세하게 설명하기 위하여 예시로 제시한 것에 불과하다. 따라서 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
유리 또는 플라스틱의 지지기판 상에 몰리브덴을 포함하는 후면 전극층을 형성하였다.
이어서, 상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하고, 상기 후면 전극층과 상기 광 흡수층을 관통하는 제 1 관통홈을 형성하였다.
이어서, 상기 광 흡수층의 상면 및 상기 제 1 관통홈의 일부에 형성되는 버퍼층을 형성하였다.
이때, 도 2와 같이 상기 광 흡수층과 상기 후면 전극층은 상기 광 흡수층의 에지면이 상기 후면 전극층의 에지면보다 더 돌출되도록 단차를 가지면서 형성되었다.
이어서, 상기 후면 전극층과 상기 전면 전극층의 거리(D1)와 상기 광 흡수층과 상기 전면 전극층의 거리(D2)의 거리를 조절하면서 누설전류로 인한 Isc 손실을 측정하였다.
결과
상기 D1과 D2의 거리를 조절하여 누설전류로 인한 Isc 손실을 확인하였으며, 결과는 표 1과 같았다.
D1(㎚) D2(㎚) D1/D2 Isc 손실 공정가능 여부
100 100 1 0.5000% 가능
200 100 2 0.0500% 가능
500 100 5 0.0010% 가능
1000 100 10 0.0000% 가능
5000 100 50 0.0000% 가능
10000 100 100 0.0000% 가능
20000 100 200 0.0000% 데드존 증가하여 효율저하
50 50 1 1.0000% 가능
100 50 2 0.0500% 가능
500 50 10 0.0005% 가능
1000 50 20 0.0000% 가능
5000 50 100 0.0000% 가능
10000 50 200 0.0000% 가능
20000 50 400 0.0000% 데드존 증가하여 효율저하
표 1을 참조하면, D1과 D2의 비(D1/D2)가 2 내지 200일 때, 데드존 영역을 넓히지 않으면서, 누설전류로 인한 손실을 방지할 수 있는 것을 알 수 있다.
즉, 상기 단차부에 버퍼층이 증착되거나 또는 광 흡수층이 후면 전극층을 감싸면서 형성되어, 광 흡수층 증착 후 제 1 관통홈을 형성하여도 얇은 두께의 버퍼층으로 인한 누설 전류의 손실을 방지할 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는 이로 인한 효율 저하를 방지할 수 있어 전체적으로 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 20을 참조하여, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명한다. 도 6 내지 도 20은 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
먼저, 도 9를 참조하면, 지지기판(100) 상에 후면 전극층(200)이 형성된다.
이어서, 도 10을 참조하면, 상기 후면전극층(200) 상에 광 흡수층(300)이 형성된다. 상기 광 흡수층(300)은 스퍼터링 공정 또는 증발법 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(300)을 형성하기 위해서 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시키면서 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(300)을 형성하는 방법과 금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션(Selenization) 공정에 의해 형성시키는 방법이 폭넓게 사용되고 있다.
금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션 하는 것을 세분화하면, 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정에 의해서, 상기 후면전극(200) 상에 금속 프리커서 막이 형성된다.
이후, 상기 금속 프리커서 막은 셀레이제이션(selenization) 공정에 의해서, 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(300)이 형성된다.
이와는 다르게, 상기 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 상기 셀레니제이션 공정은 동시에 진행될 수 있다.
이와는 다르게, 구리 타겟 및 인듐 타겟 만을 사용하거나, 구리 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 셀레니제이션 공정에 의해서, CIS계 또는 CIG계 광 흡수층(300)이 형성될 수 있다.
이어서, 도 11을 참조하면, 상기 후면 전극층(200) 및 상기 광 흡수층(300)은 패터닝되어 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 지지기판(100) 상에 다수 개의 후면 전극들이 형성된다.
자세하게, 도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 2 단계의 식각 공정에 의해 형성될 수 있다.
먼저, 도 6을 참조하며, 니들(710) 등의 기계적인 도구를 이용하여 상기 광 흡수층(300) 상에 관통홈을 형성한다.
이어서, 도 7을 참조하면, 레이저(720) 등을 이용하여 상기 후면 전극층에 관통홈을 형성한다. 즉, 상기 광 흡수층 상에 형성된 관통홈과 중첩되는 위치에 배치되는 상기 후면 전극층 상에 관통홈을 형성한다.
이에 따라, 도 8과 같이 상기 후면 전극층(200) 및 상기 광 흡수층(300)을 관통하는 제 1 관통홈들(TH1)이 형성될 수 있다.
이때, 도 11에 도시되어 있듯이, 상기 제 1 관통홈들(TH1) 내에서 상기 후면 전극층(200)과 상기 광 흡수층(300)은 단차를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 광 흡수층(300)의 에지면이 상기 후면 전극층의 에지면보다 돌출되도록 단차를 가지면서 형성될 수 있다.
또는, 도 12에 도시되어 있듯이, 상기 광 흡수층(300)은 상기 후면 전극층(200)의 측면을 감싸면서 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 광 흡수층(300)은 상기 후면 전극층(200)의 상면과 측면을 감싸면서 형성될 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하며, 약 80㎛ 내지 약 200㎛의 폭을 가질 수 있다.
이어서, 도 13을 참조하면, 황화 카드뮴이 스퍼터링 공정 또는 용액성장법(chemical bath depositon;CBD) 등에 의해서 증착되고, 상기 버퍼층(400)이 형성된다.
이어서, 상기 버퍼층(400) 상에 징크 옥사이드가 증착 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 고저항 버퍼층이 더 형성될 수 있다. 상기 고저항 버퍼층은 디에틸아연(diethylzinc, DEZ)을 증착함으로써 형성될 수 있다.
상기 고저항 버퍼층은 화학 증착(chemical vapor deposition, CVD), 유기금속 화학 증착(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD) 또는 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD)에 의해 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 고저항 버퍼층은 유기금속 화학 증착을 통해 형성될 수 있다.
이때, 도 13에 도시되어 있듯이, 상기 버퍼층(400)은 상기 후면 전극층(200)과 상기 광 흡수층(300)의 단차를 메우면서 형성될 수 있다.
또는, 도 14에 도시되어 있듯이, 상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300)을 따라 연장하며 형성될 수 있다.
이어서, 도 15 및 도 16을 참조하면, 상기 광 흡수층(300) 및 상기 버퍼층(400)의 일부가 제거되어 제 2 관통홈들(TH2)이 형성된다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)은 팁 등의 기계적인 장치 또는 레이저 장치 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 180㎛의 폭을 가지는 팁에 의해서, 상기 광 흡수층(300) 및 상기 버퍼층(400)은 패터닝될 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 약 200㎚ 내지 약 600㎚의 파장을 가지는 레이저에 의해서 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 100㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 후면전극층(200)의 상면의 일부를 노출하도록 형성된다.
이어서, 도 17 및 도 18을 참조하면, 상기 버퍼층(400) 상에 투명한 도전물질이 증착되어 전면 전극층(500)이 형성된다.
상기 전면 전극층(500)은 무산소 분위기에서 상기 투명한 도전물질이 증착되어 형성될 수 있다. 더 자세하게, 상기 전면 전극층(500)은 산소를 포함하지 않는 불활성 기체 분위기에서 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드가 증착되어 형성될 수 있다.
상기 전면 전극층을 형성하는 단계는, RF 스퍼터링 방법으로 ZnO 타겟을 사용하여 증착하는 방법 또는 Zn 타겟을 이용한 반응성 스퍼터링 방법으로 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드를 증착하여 형성될 수 있다.
상기 전면 전극층(500)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해 노출되는 상기 후면 전극층(200)과 접촉한다.
이어서, 도 19 및 도 20을 참조하면, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 전면 전극층(500)의 일부가 제거되어 제 3 관통홈들(TH3)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 전면 전극층(500)은 패터닝되어, 다수 개의 전면전극들 및 제 1 셀(C1), 제 2 셀(C2) 및 제 3 셀들(C3)이 정의된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
앞서 설명하였듯이, 실시예에 따른 태양전지 제조방법은 실시예에 따른 태양전지는, 후면 전극층 및 광 흡수층을 관통하는 제 1 관통홈이 형성된다.
종래에는 후면 전극층을 형성한 후 제 1 관통홈을 형성하고, 이후에, 상기 제 1 관통홈이 형성된 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하였으나, 상기 광 흡수층을 형성하는 공정은 매우 고온에서 진행되므로, 이러한 고온 공정에서 발생하는 열에 의해, 상기 제 1 관통홈이 휘는 형상이 발생하여, 발전이 이루어지지 않는 데드존 영역(Dead Zone)이 증가함에 따라 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는 제조방법은 후면 전극층 및 광 흡수층을 모두 형성하고, 이를 관통하는 제 1 관통홈을 형성함에 따라, 광 흡수층의 고온 공정에 의해 제 1 관통홈이 휘는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 태양전지 제조방법은, 상기 후면 전극층과 광 흡수층이 단차를 가지면서 형성되거나 또는, 상기 광 흡수층이 상기 후면 전극층의 측면을 감싸면서 형성된다.
상기 후면 전극층 및 상기 광 흡수층을 모두 증착하고 제 1 관통홈을 형성한 후, 상기 광 흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 경우, 상기 버퍼층의 증착 두께가 얇아지게 되어 상기 제 1 관통홈에서 상기 전면 전극층과 상기 후면 전극층이 접속하여 쇼트가 발생하고, 누설전류가 발생하여 효율이 저하될 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 태양전지 제조방법은 상기 후면 전극층과 상기 광 흡수층을 단차를 가지면서 형성한다. 즉, 상기 광 흡수층의 에지면이 상기 후면 전극층의 에지면보다 돌출되도록 단차를 가지도록 형성한다. 이러한 단차부 즉, 상기 후면 전극층과 상기 광 흡수층의 단차부 내부에도 버퍼층을 형성함으로써, 상기 제 1 관통홈 내에서 상기 후면 전극층과 상기 전면 전극층 사이에 위치하는 버퍼층이 상기 광 흡수층과 상기 전면 전극층 사이에 위치하는 버퍼층보다 더 두껍게 형성할 수 있다.
따라서, 얇은 두께의 버퍼층으로 인해 상기 전면 전극층과 상기 후면 전극층이 접속하는 것을 방지할 수 있고, 누설전류로 인한 효율 손실을 감소시킬 수 있다.
또한, 실시예에 따른 태양전지 제조방법은, 상기 광 흡수층이 상기 후면 전극층을 감싸면서 형성될 수 있다. 즉, 상기 광 흡수층이 상기 후면 전극층의 상면과 측면 상에 모두 형성될 수 있다.
따라서, 상기 버퍼층이 얇게 증착되어도 상기 후면 전극층이 상기 광 흡수층에 의해 보호되므로, 상기 전면 전극층과 상기 후면 전극층이 접속하는 것을 방지할 수 있고, 누설전류로 인한 효율 손실을 감소시킬 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 태양전지 제조방법은, 광 흡수층의 고온 공정에 따른 제 1 관통홈의 휨 현상을 방지할 수 있고, 이로 인해, 버퍼층이 얇게 증착되어도, 전면 전극과 후면 전극이 접촉되어 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 누설전류로 인한 효율 손실을 감소시킬 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지 제조방법에 의해 제조되는 태양전지에 의해 제조되는 태양전지는 향상된 광-전 변환 효율을 가질 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 지지기판;
    상기 지지기판 상에 형성되는 후면 전극층;
    상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층;
    상기 광 흡수층 상에 형성되는 버퍼층;
    상기 버퍼층 상에 형성되는 전면 전극층; 및
    상기 후면 전극층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 1 관통홈을 포함하고,
    상기 버퍼층은 황화 카드뮴을 포함하고,
    상기 후면 전극층과 상기 광 흡수층은 단차를 가지며 형성되고,
    상기 광 흡수층의 측면은 상기 제 1 관통홈 내에서 상기 후면 전극층의 상면에 대해 돌출되고,
    상기 버퍼층의 일부 및 상기 전면 전극층의 일부는 상기 제 1 관통홈 내에 배치되고,
    상기 버퍼층의 일부는 상기 지지기판의 상면, 상기 후면 전극층의 양 측면, 상기 광 흡수층의 양 측면 및 상기 제 1 관통홈을 통해 노출되는 상기 광 흡수층의 하면과 직접 접촉하고,
    상기 버퍼층의 일부는 상기 제 1 관통홈을 통해 노출되는 상기 지지기판의 상부면의 전면과 직접 접촉하고,
    상기 전면 전극층의 일부는 상기 버퍼층의 측면 및 상기 제 1 관통홈 내에 배치되는 상기 버퍼층의 상부면과 직접 접촉하고,
    상기 후면 전극층과 상기 광 흡수층 사이의 단차는 역계단 형상이고,
    상기 후면 전극층과 상기 광 흡수층 사이의 단차는 상기 버퍼층에 의해 채워지고,
    상기 버퍼층은 상기 광흡수층의 상면과 측면, 상기 후면전극층과 상기 광흡수층의 단차에 의한 상기 광흡수층의 하면, 및 상기 후면 전극층의 측면을 덮고,
    상기 제 1 관통홈 내에서 상기 후면 전극층과 상기 전면 전극층 사이에 위치하는 상기 버퍼층의 두께는 상기 광흡수층과 상기 전면 전극층 사이에 위치하는 상기 버퍼층의 두께보다 더 큰 것을 포함하는 태양전지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 버퍼층은 상기 광 흡수층과 상기 전면 전극층 사이의 제 1 버퍼층; 및 상기 후면 전극층과 상기 전면 전극층 사이의 제 2 버퍼층을 포함하는 태양전지.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 2 버퍼층의 두께는, 상기 제 1 버퍼층의 두께보다 더 큰 태양전지.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 관통홈에서 상기 후면 전극층과 상기 전면 전극층의 거리(D1)에 대한 상기 제 1 관통홈에서 상기 광 흡수층과 상기 전면 전극층의 거리(D2)의 비(D1:D2)는 2:1 내지 200:1인 태양전지.

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