KR102229319B1 - 색상 제어가 가능한 박막 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 관점에 따르면, 색상 제어가 가능한 박막 태양전지를 제공한다. 상기 박막 태양전지는 광흡수층 상에 형성된 투명전극층; 및 상기 투명전극층의 적어도 어느 일부 상에 형성된 컬러 구조체 패턴;을 포함한다.

Description

색상 제어가 가능한 박막 태양전지 및 이의 제조방법{Thin film solar cell for controlling the color and manufacturing method of the same}
본 발명은 박막 태양전지 및 이의 제조방법에 대한 것으로서, 색상 제어가 가능한 박막 태양전지 및 이의 제조방법에 대한 것이다.
기존의 유한한 화석연료를 신재생에너지원으로 대체하려는 에너지 자원측면의 필요성에 더불어, 최근 들어 지구온난화에 따른 기후변화 및 미세먼지 문제가 심각해짐에 따라 친환경적 에너지원의 필요성이 증가하고 있다. 이러한 필요에 가장 적합한 태양전지 시장이 미국, 유럽, 일본, 중국, 중동 등 전 세계적으로 급성장하고 있는데, 대부분 집중화된 대규모 발전소 위주로 시장이 형성돼 있다. 따라서, 고효율, 저가화 경쟁에서 비교우위가 높은 Si 태양전지의 전체 시장의 90% 이상을 점유하고 있는 실정이다.
대규모 발전소의 경우 생산된 전기를 소비자에게 전달하는 송, 배전 상의 문제가 있기 때문에, 최근에는 설치가 용이한 태양전지의 속성을 활용하여 소비자 가까운 곳에 분산 발전원으로 소규모로 설치하는 경향이 증가하고 있다. 또한, 많은 인구가 모여 사는 대도시의 에너지 자립을 위해서는 건물 자체의 에너지 절약 및 에너지 생산이 필수적이고, 이에 건물 지붕, 창, 벽 등을 활용하는 건물일체형 태양전지의 도입이 효과적이다. 소비자 근접장소에 태양전지를 설치할 경우, 소비자 수용성을 증진시키기 위해서 태양전지 모듈의 색상을 조절하여 심미성을 강화할 필요성이 증대하고 있다.
그러나, 태양전지에 색을 입힌다는 것은 특정 대역의 광 파장을 반사시킨다는 걸 의미하므로 그만큼 광발전 성능을 감소시킨다. 이러한 파장 선택적 반사 및 투과 방식의 컬러 구조체는 반사/투과 선택성이 매우 높아야 광발전 성능 감소를 최소화할 수 있다. 즉, 원하는 색상 대역의 파장을 반사시키는 대신, 나머지 파장은 100% 투과시킬 수 있어야 한다.
도 5는 종래의 박막 태양전지(400) 표면에 파장 선택적 반사/투과 기능을 갖는 컬러 구조체층(70a)을 적용한 경우를 도시하고 있다. 대표적으로, 분산 브레그 반사경(DBR;Distributed Bragg Reflector) 기술을 적용하며, 각 색상별로 반사/투과 선택성을 높이기 위해서는 다수의 유전체 박막을 다층화(컬러 구조체층(70a)은 제 1 유전체층(72a) 및 제 2 유전체층(74a)가 교대로 반복 증착된 형태로 형성함)해야 하는데, 이로 인한 공정비용 증가는 박막 태양전지(400)의 가격 경쟁력을 저하시킨다.
또한, 태양광은 파장별로 광량이 다르기 때문에, 상기 컬러 구조체 기술을 적용할 경우, 색깔 종류에 따라 태양전지로 흡수되는 광량이 달라지기 때문에, 태양전지 성능이 색깔별로 달라지게 된다. 즉, 건물에 태양전지를 설치할 경우, 각기 다른 색상이 요구된다고 할 때, 색상 별로 태양전지 광발전 효율이 다르면, 건물 설계시 외관의 심미성을 에너지 생산량과 별도로 구현하는 데 어려움을 겪게 된다. 따라서, 가격경쟁력이 우수하면서 에너지 생산과 독립적으로 색상을 제어할 수 있는 태양전지 기술 개발이 필요하다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 광 발전 성능과 독립적으로 색상을 제어할 수 있는 태양전지 모듈로서, 가격 경쟁력이 높고 대면적 생산이 용이하면서 태양전지의 손상을 유발하지 않는 컬러 구조체가 탑재된 박막 태양전지 모듈의 구조 및 그 제조방법의 제공하는 것이다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 색상 제어가 가능한 박막 태양전지를 제공한다.
상기 색상 제어가 가능한 박막 태양전지는 광흡수층 상에 형성된 투명전극층; 및 상기 투명전극층의 적어도 어느 일부 상에 형성된 컬러 구조체 패턴;을 포함할 수 있다.
상기 색상 제어가 가능한 박막 태양전지에 있어서, 상기 컬러 구조체 패턴은 상이한 굴절률을 갖는 박막이 2층 이상 적층된 형태일 수 있다.
상기 색상 제어가 가능한 박막 태양전지에 있어서, 상기 상이한 굴절률을 갖는 박막은 금속 또는 유전체층을 포함할 수 있다.
상기 색상 제어가 가능한 박막 태양전지에 있어서, 상기 컬러 구조체 패턴은 제 1 금속/유전체/제 2 금속 구조일 수 있다.
상기 색상 제어가 가능한 박막 태양전지에 있어서, 상기 컬러 구조체 패턴은 상기 투명전극층 상에만 형성되며, 스트립 형태로 분할하는 상기 투명전극층에 형성된 패턴 라인(pattern line)과 중첩되지 않는 구조를 가질 수 있다.
상기 색상 제어가 가능한 박막 태양전지에 있어서, 컬러 구조체 패턴은 원형, 사각형 등 폐쇄형 모양일 수도 있고, 패터닝공정(P1)에 의해 가공된 선과 평행하지 않지만 모듈의 끝에서 끝까지 연결된, 또는 부분적으로 끊어진, 일정한 폭을 갖는 밴드 형태로 형성될 수 있다.
상기 색상 제어가 가능한 박막 태양전지에 있어서, 상기 컬러 구조체 패턴은 상기 패턴 라인과 나란하거나 또는 평행한 형태로 형성된 것일 수 있다.
상기 색상 제어가 가능한 박막 태양전지에 있어서, 상기 광흡수층은 배면전극층 상에 형성된 것이며, 상기 배면전극층은 투명전극층이 구비된 투명기판을 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 관점에 따르면, 색상 제어가 가능한 박막 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 색상 제어가 가능한 박막 태양전지의 제조방법은 광흡수층 상에 투명전극층을 형성하는 단계; 및 상기 투명전극층의 적어도 어느 일부 상에 컬러 구조체 패턴을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 색상 제어가 가능한 박막 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 컬러 구조체 패턴을 형성하는 단계 이전에, 기판 상에 배면전극층을 형성하는 단계; 상기 배면전극층을 스트립 형태로 분할하는 패터닝공정(P1)을 수행한 후 그 위에 상기 광흡수층을 형성하는 단계; 상기 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층 상에 윈도우층을 형성하는 단계; 및 증착된 상기 광흡수층, 버퍼층 및 윈도우층의 일부를 상기 패터닝공정(P1)에 의해 형성된 패턴을 기준으로 오프셋하여 스트립 형태로 분할하는 패터닝공정(P2)을 수행한 후, 그 위에 상기 투명전극층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 색상 제어가 가능한 박막 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 컬러 구조체 패턴을 형성하는 단계 이후에, 증착된 상기 광흡수층, 버퍼층, 윈도우층 및 투명전극층의 일부를 상기 패터닝공정(P2)에 의해 형성된 패턴을 기준으로 오프셋하여 스트립 형태로 분할하는 패터닝공정(P3)을 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 색상 제어가 가능한 박막 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 컬러 구조체 패턴을 형성하는 단계는, 기판 상에 컬러 구조체층을 형성한 후 상기 컬러 구조체층을 상기 투명전극층과 마주보도록 배치하는 단계; 및 상기 기판에 레이저를 조사함으로써, 상기 컬러 구조체층의 적어도 일부를 상기 투명전극층 표면으로 전사하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 색상 제어가 가능한 박막 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 기판 및 상기 컬러 구조체층 사이에 상기 레이저에 의해 가능한 이형층을 형성할 수 있다.
상기 색상 제어가 가능한 박막 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 컬러 구조체 패턴을 형성하는 단계는, 마스크(mask)를 이용하여 박막증착공정으로 상기 투명전극층 상에 상기 컬러 구조체 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 색상 제어가 가능한 박막 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 컬러 구조체 패턴을 형성하는 단계는, 마스크(mask)를 이용하여 포토리소그래피(photolithography) 공정으로 상기 투명전극층 상에 상기 컬러 구조체 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 색상 제어가 가능한 박막 태양전지의 제조방법을 이용하여 컬러 구조체 설계를 통해 다양한 색상을 구현하고 반사효율의 극대화를 통해 제한된 면적을 이용한 색상구현이 가능하고, 그 외 영역에서는 색상구현과 독립적으로 태양광발전이 가능한 색상 제어가 가능한 박막 태양전지를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 도해하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 태양전지의 단면 구조를 공정순서에 따라 개략적으로 도해하는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 컬러 구조체 패턴의 형성 방법을 개략적으로 도해하는 도면이다.
도 5는 종래의 파장선택적 반사/투과 가능한 칼라구조체(b)를 전면에 도입한 박막 태양전지의 구조(a)를 개략적으로 도해하는 도면이고, (c)는 반사색상별 반사스펙트럼과 태양광스펙트럼을 비교한 도면이다.
도 6은 컬러 구조체 패턴 및 패터닝공정(P3) 순서에 따라 발생하는 션트 손실을 도해하는 도면이다.
도 7은 실험예 1에 따른 컬러 구조체 샘플에서 상부 금속의 두께 변화에 따른 반사도 스펙트럼 및 구현된 이미지를 정리한 도면이다.
도 8은 실험예 2에 따른 컬러 구조체 샘플에서 유전체층의 두께 변화에 따른 반사도 스펙트럼 및 구현된 이미지를 정리한 도면이다.
도 9는 실험예 3에 따른 컬러 구조체 샘플에서 유전체층의 두께 변화에 따른 반사도 스펙트럼 및 구현된 이미지를 정리한 도면이다.
도 10은 실험예 4에 따른 컬러 구조체 샘플에서 컬러 구조체의 면적에 따른 반사도 스펙트럼 및 구현된 이미지를 정리한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 도해하는 도면이다.
도 1의 (a)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 색상 제어가 가능한 박막 태양전지(100)는 광흡수층(60)의 표면 전체가 아니라 일부 면적에만 컬러 구조체 패턴(70)을 형성한다. 컬러 구조체 패턴(70)은 해당 면적의 반사효율을 극대화하여 색상을 구현하고, 그 외 영역에서는 광투과를 허용하여 광발전이 이루어지도록 한다.
광흡수층(30)은 기판(10) 상에 형성된 배면전극층(20) 상에 형성되며, 배면전극층(20)은 스트립 형태로 분할하는 패터닝공정(P1)에 의해 가공된 선을 구비한다. 예를 들어, 광흡수층(30)은 Cu(In,Ga)(Se,S)2, CdTe 또는 페로브스카이트(perovskite)일 수 있다.
기판(10)은 유리, 금속 및 폴리머 재질 등과 같이 다양한 재료가 사용될 수 있다. 배면전극층(20)은 몰리브덴(Mo)과 같은 전도성이 우수하며, 셀렌화 공정 등에 의한 내부식성이 우수한 재료를 사용할 수 있다. 경우에 따라 투명전극을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 투명전극은 투명전도성 산화물로서 인듐주석산화물(ITO), F 도핑 주석산화물(FTO), Al 또는 Ga 함유 아연산화물(AZO, GZO)을 사용할 수 있다.
광흡수층(30) 뿐 아니라, 광흡수층(30) 상에 형성된 버퍼층(40) 및 윈도우층(50)의 적어도 일부를, 패터닝공정(P1)에 의해 형성된 패턴을 기준으로 오프셋하여 스트립 형태로 분할하는 패터닝공정(P2)에 의해 가공된 선을 이용하여 분할한다. 여기서, 버퍼층(40) 및 윈도우층(50)의 종류 및 구성에 대해서는 광흡수층(30)의 종류에 따라 선택되어질 수 있거나, 또는 생략될 수도 있다.
윈도우층(50) 상에 패터닝공정(P2)에 의해 가공된 선에 인접하여 패터닝공정(P3)에 의해 절개된 투명전극층(60)이 형성되어 있으며, 투명전극층(60)의 적어도 어느 일부 상에 형성된 컬러 구조체 패턴(70)을 포함한다. 투명전극층(60)은 배면전극층(20)으로 사용된 재료와 동일하게 투명전도성 산화물을 포함할 수 있다.
도 1의 (b)를 참조하면, 컬러 구조체 패턴(70)은 원형, 사각형 등 폐쇄형 모양일 수도 있고, 패터닝공정(P1)에 의해 가공된 선과 평행하지 않지만 모듈의 끝에서 끝까지 연결된, 또는 부분적으로 끊어진, 일정한 폭을 갖는 밴드 형태로 형성될 수 있다.
일 예로서, 컬러 구조체 패턴(70)은 투명전극층(60) 상에만 형성되며, 스트립 형태로 분할하는 투명전극층(60)에 형성된 패턴 라인(pattern line)과 중첩되지 않는 구조를 갖거나, 또는, 상기 패턴 라인과 나란하거나 또는 평행한 형태로 형성된 것일 수 있다.
도 1의 (a)에 확대되어 도시된 컬러 구조체 패턴(70)은 상이한 굴절률을 갖는 박막이 적어도 둘 이상 적층된 형태로서, 예를 들어, 금속 또는 유전체층을 포함할 수 있다. 본 발명에서는 반사효율을 극대화하기 위하여, 컬러 구조체 패턴(70)은 제 1 금속층(71) 상에 유전체층(72) 및 제 2 금속층(73)을 순차적으로 적층한 형태를 포함하여 구성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 태양전지의 단면 구조를 공정순서에 따라 개략적으로 도해하는 도면이다.
도 2의 (a) 및 (b)를 참조하면, 기판(10) 상에 배면전극층(20)을 형성하고, 배면전극층(20)을 스트립 형태로 분할하는 패터닝공정(P1)을 수행한 후 그 위에 광흡수층(30)을 형성할 수 있다. 여기서, 광흡수층(30)은 칼코게나이드계 물질, 페로브스카이트 또는 비정질 실리콘(a-Si) 물질을 사용할 수 있다.
도 2의 (c) 및 (d)를 참조하면, 광흡수층(30) 상에 버퍼층(40) 및 윈도우층(50)을 순차적으로 형성할 수 있다. 이후에 증착된 광흡수층(30), 버퍼층(40) 및 윈도우층(50)의 일부를 상기 패터닝공정(P1)에 의해 형성된 패턴을 기준으로 오프셋하여 스트립 형태로 분할하는 패터닝공정(P2)을 수행하여 분할한다.
도 2의 (e) 내지 (g)를 참조하면, 패터닝공정(P2)에 의해 분할된 윈도우층(50) 상에 투명전극층(60)을 형성할 수 있다. 투명전극층(60)의 적어도 어느 일부 상에 컬러 구조체 패턴(70)을 형성하고, 증착된 광흡수층(30), 버퍼층(40), 윈도우층(50) 및 투명전극층(60)의 일부를 상기 패터닝공정(P2)에 의해 형성된 패턴을 기준으로 오프셋하여 스트립 형태로 분할하는 패터닝공정(P3)을 수행함으로써 박막 태양전지(100)를 제조할 수 있다.
여기서, 패터닝 공정(P3)은 투명전극층(60)으로부터 기판(10) 방향으로 레이저를 조사하여 수행할 수 있으나, 컬러 구조체 패턴(70)의 손상 또는 투명전극층(6)의 불완전 제거 및 이미터 손상을 방지하기 위해서, 레이저를 기판(10)에서 배면전극층(20)이 형성된 면의 맞은 편에서 입사하여 수행한다. 이 경우, 배면전극층(20)은 투명전극을 사용하며, 상기 레이저는 펄스폭 1 피코초에서 50 나노초 범위에서 광흡수층(30)에 흡수될 수 있는 파장대역의 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 10 피코초에서 10 나노초 범위에서 광흡수층(30)에 흡수될 수 있는 파장을 갖는 것을 사용할 수 있다.
컬러 구조체 패턴(70)은 다양한 방법으로 제조가 가능하다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 컬러 구조체 패턴(70)은 투명한 기판(12)에 컬러 구조체층(70a)을 형성하고, 레이저를 기판(12)으로 조사하여 컬러 구조체층(70a)의 일부를 국부적으로 가열하여 리프팅(lifting)시킴으로써 맞은편에 컬러 구조체층(70a)을 투명전극층(60)과 서로 마주보도록 배치된 태양전지 모듈(200) 상에 전사하여 형성할 수 있다.
상기 레이저를 이용한 컬러 구조체층(70a)의 전사는, 다층 구조를 갖는 컬러 구조체층(70a)을 한 번에 전사할 수도 있고, 제 1 금속층(도 1의 (a)에 도시된 71), 유전체층(도 1의 (a)에 도시된 72) 및 제 2 금속층(도 1의 (a)에 도시된 73) 각각을 순차적으로 전사할 수도 있다.
상기 전사 방법을 이용할 경우, 레이저 빔의 크기를 조절하여 수 ㎛ 내지 수백 ㎛ 범위에서 컬러 구조체 패턴(70)의 크기 조절이 가능하며, 대면적 공정에 유리하다. 또, 금속/유전체/금속 구조와 같이 금속을 포함한 컬러 구조체 패턴(70)은 유전체만으로 이루어진 다층박막구조에 비해, 레이저에 의한 전사공정에 유리한 효과가 있다. 금속 포함 구조는 레이저 전사 중 발생하는 충격에 의한 손상에 대한 저항이 크고, 전사된 표면에 금속이 밀착되므로 컬러 구조체 패턴(70)의 계면접착력이 향상된다.
다른 예로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 컬러 구조체 패턴(70)은 원하는 형태의 마스크(80)를 통해 박막증착공정으로 형성될 수 있다. 이 경우 마스크(80)에는 컬러 구조체 패턴(70)이 형성된 영역만 개구가 형성되며, 컬러 구조체 패턴(70)을 형성하는 물질을 증발원으로 하여 투명전극층(60) 상에 컬러 구조체 패턴(70)을 형성할 수 있다. 컬러 구조체 패턴(70)이 복수의 물질이 적층된 경우에는 해당되는 물질층 수에 대응되어 마스크 증착 공정을 수행할 수 있다.
또 다른 예로서, 포토리소그래피(photolithography) 공정으로 형성될 수도 있다. 여기서, 상기 포토리소그래피 공정은 컬러 구조체를 형성하는 층(70a)을 형성하고, 그 상부에 감광막을 이용하여 패턴을 형성한 후 이를 마스크(80)로 이용하여 컬러 구조체층(70a)을 선택적으로 식각해내는 공정으로 미세 구조체를 형성하는 기술분야에서 이미 공지된 기술로서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또 다른 예로서, 이형 필름을 투명전극층(60) 상에 선택적으로 이형 필름을 도포하고, 상기 이형 필름 상에 컬러 구조체 층을 형성한 후 상기 이형 필름을 제거함으로써 컬러 구조체 패턴(70)을 형성할 수 있다.
본 발명에서 컬러 구조체 패턴(70) 및 패터닝공정(P3)의 순서는 매우 중요한 구성요소이다. 일반적으로 대면적 공정에서, 컬러 구조체 패턴(70)을 사각지대(dead zone)를 피해서 형성하는 것은 매우 어렵다. 여기서, 상기 사각지대는 셀 분할을 위해 패터닝공정 P1, P2, P3에 의해 형성된 영역이며, 상기 영역은 광발전이 이루어지지 않는 영역이다.
일 예로서, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 컬러 구조체 패턴(70)이 패터닝공정(P3)에 의해 가공된 선 상에 위치하게 될 때, 패터닝공정(P3) 가공시 컬러 구조체 패턴(70)의 일부(A1 영역 참조)가 함께 제거되어 패터닝공정(P3)에 의해 가공된 선 부근의 션트 손실이 발생할 수 있다.
다른 예로서, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 패터닝공정(P3)을 수행한 후 컬러 구조체 패턴(70)을 형성하면, 컬러 구조체 패턴(70)이 패터닝공정(P3)에 의해 가공된 선 영역에 형성(A2 영역 참조)될 경우 인접 셀 간 션트 통로로 작용하게 된다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 투명전극층(60) 상에 컬러 구조체 패턴(70)을 형성한 이후에, 레이저를 기판(10)에 입사시켜 광흡수층(30)과 투명전극층(60)을 한번에 제거하면, 그렇지 않은 경우에 비해 컬러 구조체 패턴(70)에 의한 셀간 누설전류가 발생하는 것을 막을 수 있다.
일 예로서, 컬러 구조체 패턴(70)은 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 제 1 금속(71)/유전체층(72)/제 2 금속(73)으로 이루어진 3층 구조일 수 있다. 이때, 제1 금속(71) 및 제 2 금속(73)은 Ag, Al, Ti, Mo 등의 금속 중 어느 하나를 사용할 수 있고, 유전체층(72)은 SiOx 및 TiOx와 같은 산화물 또는 질화물을 사용할 수 있다. 제 1 금속(71), 유전체층(72) 및 제 2 금속(73) 각각의 두께 조절에 따라 반사강도, 반사색상, 투과강도 및 투과색상을 다양하게 제어할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 이해를 돕기 위한 실시예들을 설명한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실시예들만으로 한정되는 것은 아니다. 실험을 위해 여러 가지 조건에서 컬러 구조체 패턴 샘플을 제조하였다.
<실험예 1>
도 7의 (a)를 참조하면, 컬러 구조체 샘플의 제조를 위한 기판으로 소다-라임 유리(Soda-lime Glass)가 이용되었다. 컬러 구조체 샘플은 유리기판 상에 스퍼터링법을 이용하여 100㎚ 두께의 Ag를 증착한 이후에, 140㎚ 두께의 SiOx를 증착하고, 그 위에 Ag를 증착하였다. 유리/Ag, Ag/SiOx 계면접착력 향상을 위해 해당 계면에 2-5 nm 의 Ti 박막이 적용되었다.이때, 상부 Ag 두께를 5㎚, 10㎚, 20㎚, 30㎚ 및 40㎚로 각각 상이하게 증착하였다. 도 7의 (b) 및 (c)에 의하면, 상부 Ag 두께가 10㎚일 때, 반사도 스펙트럼 상에서 색상 선택성이 가장 우수하며, 실제로 가장 선명한 색상을 구현하였다.
<실험예 2>
도 8의 (a)를 참조하면, 컬러 구조체 샘플의 제조를 위한 기판으로 소다-라임 유리(Soda-lime Glass)가 이용되었다. 컬러 구조체 샘플은 유리기판 상에 스퍼터링법을 이용하여 100㎚ 두께의 Ag를 증착한 이후에, SiOx를 증착하고, 그 위에 10㎚ 두께의 Ag를 증착하였다. 유리/Ag, Ag/SiOx 계면접착력 향상을 위해 해당 계면에 2-5 nm 의 Ti 박막이 적용되었다. 이때, SiOx의 두께를 80㎚, 100㎚, 120㎚, 140㎚ 및 160㎚로 각각 상이하게 증착하였다. 도 8의 (b) 및 (c)에 의하면, SiOx의 두께가 증가함에 따라 반사도 스펙트럼의 중심 파장이 장파장으로 이동하였으며, 육안상으로도 색상이 다양하게 변화된 것을 확인하였다.
<실험예 3>
도 9의 (a)를 참조하면, 컬러 구조체 샘플의 제조를 위한 기판으로 소다-라임 유리(Soda-lime Glass)가 이용되었다. 컬러 구조체 샘플은 유리기판 상에 스퍼터링법을 이용하여 100㎚ 두께의 Al을 증착한 이후에, SiOx를 증착하고, 그 위에 10㎚ 두께의 Ag를 증착하였다. 유리/Ag, Ag/SiOx 계면접착력 향상을 위해 해당 계면에 2-5 nm 의 Ti 박막이 적용되었다. 이때, SiOx의 두께를 80㎚, 100㎚, 120㎚ 및 140㎚로 각각 상이하게 증착하였다. 도 9의 (b) 및 (c)에 의하면, 하부 금속을 Ag 대신 Al으로 배치하더라도 실험예 2의 결과와 비슷한 수준의 색상제어가 가능하다는 점을 확인하였다.
<실험예 4>
컬러 구조체 샘플의 제조를 위한 기판으로 실리콘 기판이 이용되었다. 컬러 구조체 샘플은 실리콘 기판 상에 스퍼터링법을 이용하여, 100㎚ 두께의 Ag를 증착한 이후에, 100 nm 두께의 SiOx를 증착하고, 그 위에 10㎚ 두께의 Ag를 증착하였다. 도 10에서, Full FP(Fabry-Perot)는 컬러 구조체가 실리콘 기판의 전면에 걸쳐 형성된 것을 의미하고, 30% line pattern FP는 컬러 구조체가 실리콘 기판 표면의 30%의 면적에만 형성된 선형 패턴을 의미하며, 20% dot pattern FP는 컬러 구조체가 실리콘 기판 표면의 20%의 면적에만 형성된 원형 패턴을 의미한다.
도 10의 (a) 내지 (f)를 참조하면, 컬러 구조체를 선형과 원형으로 실리콘 기판 표면의 30% 또는 20% 면적에만 형성하였음에도 불구하고, 전면적에 걸쳐 컬러 구조체를 형성한 샘플에 비해 강도는 약하지만 고심미성 색상을 구현할 수 있었다(도 10의 (a) 내지 (c)는 컬러 구조체 샘플의 이미지, 도 10의 (d) 내지 (f)는 광학현미경 이미지임). 도 10의 (g)에 의하면, 반사도 스펙트럼에서도 강한 반사 피크를 확인할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10, 12 : 기판
20 : 배면전극층
30 : 광흡수층
40 : 버퍼층
50 : 윈도우층
60 : 투명전극층
70 : 컬러 구조체 패턴
70a : 컬러 구조체층
71 : 제 1 금속층
72 : 유전체층
72a : 제 1 유전체층
74a : 제 2 유전체층
73 : 제 2 금속층
80 : 마스크
100, 200, 300, 400, 500, 600 : 박막 태양전지

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 광흡수층 상에 투명전극층을 형성하는 단계; 및
    상기 투명전극층의 적어도 어느 일부 상에 컬러 구조체 패턴을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 컬러 구조체 패턴을 형성하는 단계는, 서로 상이한 굴절률을 갖는 둘 이상의 박막층을 교대로 적층하여 상기 컬러 구조체 패턴을 형성하는 단계를 포함하는,
    색상 제어가 가능한 박막 태양전지의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 컬러 구조체 패턴을 형성하는 단계 이전에,
    기판 상에 배면전극층을 형성하는 단계;
    상기 배면전극층을 스트립 형태로 분할하는 패터닝공정(P1)을 수행한 후 그 위에 상기 광흡수층을 형성하는 단계;
    상기 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계;
    상기 버퍼층 상에 윈도우층을 형성하는 단계; 및
    증착된 상기 광흡수층, 버퍼층 및 윈도우층의 일부를 상기 패터닝공정(P1)에 의해 형성된 패턴을 기준으로 오프셋하여 스트립 형태로 분할하는 패터닝공정(P2)을 수행한 후, 그 위에 상기 투명전극층을 형성하는 단계;
    를 포함하는,
    색상 제어가 가능한 박막 태양전지의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 컬러 구조체 패턴을 형성하는 단계 이후에,
    증착된 상기 광흡수층, 버퍼층, 윈도우층 및 투명전극층의 일부를 상기 패터닝공정(P2)에 의해 형성된 패턴을 기준으로 오프셋하여 스트립 형태로 분할하는 패터닝공정(P3)을 수행하는 단계;를 포함하는,
    색상 제어가 가능한 박막 태양전지의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 패터닝공정(P3)을 수행하는데 있어서,
    광흡수층이 형성된 기판 반대면에서 광흡수층에 흡수될 수 있는 파장을 갖는 레이저를 입사하는 방법;을 포함하는,
    색상 제어가 가능한 박막 태양전지의 제조방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 컬러 구조체 패턴을 형성하는 단계는,
    기판 상에 컬러 구조체층을 형성한 후 상기 컬러 구조체층을 상기 투명전극층과 마주보도록 배치하는 단계; 및
    상기 기판에 레이저를 조사함으로써, 상기 컬러 구조체층의 적어도 일부를 상기 투명전극층 표면으로 전사하는 단계;를 포함하는,
    색상 제어가 가능한 박막 태양전지의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 컬러 구조체층 사이에 상기 레이저에 의해 가능한 이형층을 형성하는,
    색상 제어가 가능한 박막 태양전지의 제조방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 컬러 구조체 패턴을 형성하는 단계는,
    마스크(mask)를 이용하여 박막증착공정으로 상기 투명전극층 상에 상기 컬러 구조체 패턴을 형성하는 단계를 포함하는,
    색상 제어가 가능한 박막 태양전지의 제조방법.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 컬러 구조체 패턴을 형성하는 단계는,
    마스크(mask)를 이용하여 포토리소그래피(photolithography) 공정으로 상기 투명전극층 상에 상기 컬러 구조체 패턴을 형성하는 단계를 포함하는,
    색상 제어가 가능한 박막 태양전지의 제조방법.
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