KR102452088B1 - 씨스루형 박막 태양전지 모듈 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 관점에 의하면, 씨스루형 박막 태양전지 모듈이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 씨스루형 박막 태양전지 모듈은 투명 기판; 상기 투명 기판의 제 1 면의 상부에 형성된 제 1 후면전극; 상기 제 1 후면전극의 상부에 형성되고 MoSe2층을 포함하는 제 2 후면전극; 상기 제 2 후면전극층 상에 셀레늄(Se) 또는 황(S)을 포함하는 광흡수층; 및 상기 광흡수층의 일부가 제거된 레이저 스크라이빙 패턴을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 씨스루형 박막 태양전지 모듈은 투명 기판; 상기 투명 기판의 제 1 면의 상부에 형성된 제 1 후면전극; 상기 제 1 후면전극의 상부에 형성되고 MoSe2층을 포함하는 제 2 후면전극; 상기 제 2 후면전극층 상에 셀레늄(Se) 또는 황(S)을 포함하는 광흡수층; 및 상기 광흡수층의 일부가 제거된 레이저 스크라이빙 패턴을 포함한다.
Description
본 발명은 박막 태양전지 모듈 및 그 제조방법으로서, 구체적으로 높은 투광성을 갖는 씨스루형 칼코지나이드 박막 태양전지 모듈 및 그 제조방법에 대한 것이다.
칼코지나이드 박막 태양전지는 Cu(In,Ga)(Se,S)2 광흡수층에서 광전변환효율 23.4%를 달성하는 등, 결정질 실리콘 태양전지에 근접한 우수한 광발전 성능을 갖는다. 또, 경량성을 바탕으로 다양한 환경에 적용 가능한 차세대 에너지 기술로서 관심을 받고 있다. 특히, 고효율 발전성능을 확보한 칼코지나이드 박막 태양전지에 투광성을 부여한다면, 건물의 창호형 발전 및 자동차의 선루프와 같은 고부가가치 태양광 시장의 성장을 촉진할 수 있다.
그동안 투명 태양전지는 염료감응 태양전지(Dye-sensitized solar cell), 유기태양전지 (Organic solar cell), 비정질 실리콘 (a-Si) 태양전지를 중심으로 상용화 연구를 수행해 왔다. 상기 태양전지의 투명화를 위한 방법론으로는, 광흡수층의 밴드갭의 조절을 통해 가시광선을 투과시키거나, 광흡수층의 초박형화에 의한 광흡수율을 낮추는 방식이 이용되어왔다.
그러나, 상기 태양전지들은 최고 광전변환효율이 10% 내지 15% 정도로 낮은 수준이어서, 투광형 태양전지의 기술수준은 8% 효율(30%의 평균 가시광선 투과도에서의 효율)에도 못 미친다. 또한, 염료감응 태양전지나 유기태양전지는 구성소재의 안정성이 부족하여 장기 사용이 필수적인 태양전지 발전소 설치가 쉽지 않다.
한편, 초박형화 방식과 더불어 고효율 칼코지나이드 박막의 개구화를 통한 씨스루(see-through) 태양전지 제조 기술이 보고되었다. 이 기술은 완성된 태양전지 박막에 기계적 스크라이빙을 가하여 복수의 개구(aperture)를 형성하여 투광성을 부여하는 기술이다.
그러나, 종래의 씨스루 칼코지나이드 박막 태양전지 기술은 기계적 스크라이빙 방식을 사용했기 때문에, 투광영역의 선폭이 육안으로 구분될 정도로 매우 크고 개구부의 패턴이 정밀하지 않으므로, 제품의 심미성이 매우 떨어지는 단점을 가지고 있다. 심미성이 높은 투광 태양전지 기술을 실현하기 위해서는, 제조된 개구패턴이 육안으로 인식이 안 되어야 하므로 일정거리에서 육안으로 구분할 수 있는 크기(100 um) 이하로 제조할 수 있어야 한다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위하여 레이저를 이용한 스크라이빙 공정을 도입하여 박막 태양전지 모듈을 제조한다. 이는 레이저를 스크라이빙 패턴을 형성할 영역에 국부적으로 조사 및 가열하여 해당 영역을 선택적으로 제거하는 방법이다.
그런데, 후면전극 상부에 형성된 광흡수층의 일부를 제거하기 위한 레이저 스크라이빙시, 레이저 스크라이빙에 의해 형성된 패턴의 면적이나 형태가 설계된 것과 상당히 상이하게 형성되거나 혹은 후면전극 상부에 광흡수층의 잔여물이 남게되는 문제점이 발생할 수 있다. 도 16 내지 도 19에는 종래의 레이저 스크라이빙시 발생되는 문제를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 16을 참조하면, 종래의 씨스루 박막 태양전지(110)는 제 1 면 및 상기 제 1 면과 마주보는 제 2 면을 구비하는 투명 기판(10)을 포함한다. 투명 기판(10)의 제 1 면 상에 제 1 후면전극(22), 광흡수층(40) 및 투명전극층(60)이 순서대로 적층된 구조를 갖는다. 일반적으로 박막 태양전지에서는 제 1 후면전극(22)에는 몰리브데늄(Mo)과 같은 금속이 사용되지만, 레이저가공으로 구현되는 씨스루 박막 태양전지에서는 레이저 가공성 향상과 투명도 확보를 위해 ITO와 같은 투명전도체가 형성된다. 씨스루형 박막 태양전지 모듈을 제조 과정 중 광흡수층(40)의 일부를 제거하는 스크라이빙 단계가 수행되며, 이러한 광흡수층(40)의 제거를 통해 후술할 P2, P3, P4 패턴이 형성될 수 있다. 이러한 스크라이빙 단계는 도 16과 같이 투명 기판(10)의 제 2 면으로 레이저(L)를 입사시켜 수행될 수 있다. 도 16과 같이 레이저(L)가 입사될 경우, 제 1 후면전극(22) 및 광흡수층(40)의 계면부근(H1)이 집중적으로 가열되어 광흡수층(40)을 포함한 상부층(점선 부분)이 모두 제거되어 레이저 스크라이빙 패턴을 형성하게 된다. 이때 제 1 후면전극(22)을 이루는 ITO와 같은 투명전도체와 CIGS와 같은 칼코지나이드 광흡수층(40) 사이 계면의 접착력이 우수하기 때문에, 계면박리를 위한 레이저 임계에너지 이상에서 도 17과 같이 레이저 세기가 높은 패턴 중앙에서는 열에 의한 후면전극(22) 손상(D)이 발생하거나 레이저 세기가 상대적으로 낮은 패턴 가장자리에서는 광흡수층의 잔유물(R)이 남을 수도 있다. 레이저 스크라이빙 패턴 중 P4 패턴은 태양전지의 시인성을 확보하기 위해 형성되는 씨쓰루 패턴이며, 이러한 P4 패턴에서의 레이저 가공 불균일성은 광산란과 흡수를 증가시켜 태양전지의 투광성능을 저하시킨다.
상기 문제를 해결하기 위해 대안으로, 도 18과 같이, 제 1 후면전극(22) 위에 제 2 후면전극(24B)를 도입할 수 있다. 예를 들어, 투명전도체로 이루어진 제 1 후면전극(22) 상에 10nm 내지 1000nm 두께의 몰리브데늄층을 제 2 후면전극(24B)으로 형성할 수 있다. 이때 투명기판(10)의 2면에서 입사되는 레이저는 제 1 후면전극(22) 및 제 2 후면전극(24B) 계면 부근(H2)에 대부분 흡수되어 해당 계면의 용융, 팽창에 의해 몰리브데늄으로 이루어진 제 2 후면전극(24B) 및 그 위에 형성된 광흡수층(40)을 포함한 상부층(점선 부분)이 모두 제거되어 레이저 스크라이빙 패턴을 형성하게 된다. 그러나 제 2 후면전극(24B)인 몰브리데늄이 소정의 두께를 가지고 있으면서 높은 열전도도를 가짐에 따라 입사 레이저의 열에너지가 계면 부근(H2)에 집중되지 못하고 몰리브데늄층을 통해 주변으로 열전달되어 분산되게 된다. 이에 따라 입사된 레이저의 열에너지가 계면부근(H2)에 집속되기가 어려워지게 되고, 결과적으로 레이저에 의해 형성된 패턴이 설계되었던 것과 형태나 크기에서 큰 차이가 발생하여 과도하게 불균일한 가공(도 19의 I)이 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 입사되는 레이저의 파워를 높여서 레이저 스크라이빙을 수행할 경우 광흡수층의 제거뿐만 아니라, 제 1 및 제 2 후면전극(22, 24B)의 적어도 어느 일부가 손상될 수 있다(도 19의 D). 이 경우, 셀간 입환(shunting)을 일으키거나, 후속 박막 증착시에 불균일한 특성을 유발할 수 있으며, P4 패턴의 경우에는 시인성을 악화시키는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 고효율 광발전 성능과 투광성을 가지며, 레이저 스크라이빙시 광흡수층 잔여물이 없고 후면전극의 손상도 없는 씨스루형 박막 태양전지 모듈의 제조방법을 제공하는 것이다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 씨스루형 박막 태양전지 모듈이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 씨스루형 박막 태양전지 모듈은 투명 기판; 상기 투명 기판의 제 1 면의 상부에 형성된 투명한 제 1 후면전극; 상기 제 1 후면전극의 상부에 형성되고 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층을 포함하는 제 2 후면전극; 상기 제 2 후면전극층 상에 셀레늄(Se) 또는 황(S)을 포함하는 광흡수층; 및 상기 광흡수층의 일부가 제거된 레이저 스크라이빙 패턴을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 2 후면전극은 상기 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층 하부에 몰리브데늄층이 2nm 이하의 두께로 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 2 후면전극의 두께는 2nm 내지 5nm 범위를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 레이저 스크라이빙 패턴의 바닥면에는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층이 존재할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 레이저 스크라이빙 패턴은, 광 발전 영역의 적어도 일부에 상기 광흠수층 및 상기 투명전극층을 제거한 씨쓰루 어레이 패턴을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층은 층상 구조를 가지는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층은 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 및 황(S)와 반응하여 형성된 것이거나 혹은 증착법에 의해 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 후면전극은 인듐의 산화물, 아연의 산화물 및 주석의 산화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 투명전도성산화물(TCO), TCO와 금속필름 또는 나노와이어층과 TCO로 구성된 다층구조 투명전극 및 그래핀, 카본나노튜브 중 적어도 어느 하나를 포함하는 카본소재가 분산된 투명전극 중에서 선택된 하나의 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 투명전극층은 In-doped SnOx, F-doped SnOx, (H, Mo, W)-doped InOx, Al-doped ZnOx, In-doped ZnOx, Ga-doped ZnOx, B-doped ZnOx, Ag nanowire, graphene, carbon nanotube, Ag, Mg:Ag 합금, Au 및 OMO(metal oxide/thin metal/metal oxide) 구조의 전극재료 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 씨스루형 박막 태양전지 모듈의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 씨스루형 박막 태양전지 모듈의 제조방법은, 투명 기판의 제 1 면 상에 투명한 제 1 후면전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 후면전극 상에 몰리브데늄(Mo)층을 제 2 예비후면전극으로 형성하는 단계; 상기 제 1 후면전극 및 제 2 예비후면전극의 이중층을 분리하기 위해 제 1 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계; 상기 제 2 예비후면전극 상에 셀레늄(Se) 또는 황(S)을 포함하는 광흡수층을 형성하되, 상기 광흡수층을 형성하기 위해서 수행되는 셀렌화 또는 황화 과정 중에 상기 몰리브데늄(Mo)이 상기 셀레늄(Se) 또는 황(S)와 반응시켜 전부 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층으로 변환되게 하거나 혹은 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층 하부에 잔존하는 몰리브데늄(Mo)의 두께가 2nm 이하가 되도록 변환되게 하여 제 2 후면전극을 형성하는 단계; 상기 광흡수층을 분리하기 위해 제 2 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계; 상기 광흡수층 상에 투명전극층을 형성하는 단계; 상기 투명전극층을 분리하기 위해 상기 제 3 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계; 및 광 발전 영역에 형성된 상기 광흡수층 및 상기 투명전극층의 일부 영역을 제거하여 씨스루 어레이 패턴인 제 4 레이저 스크라이빙 패턴을 형성하는 제 4 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 씨스루형 박막 태양전지 모듈의 제조방법은, 투명 기판의 제 1 면 상에 투명한 제 1 후면전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 후면전극 상에 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층으로 이루어진 제 2 후면전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 후면전극 및 제 2 후면전극의 이중층을 분리하기 위해 제 1 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계; 상기 제 2 후면전극 상에 셀레늄(Se) 또는 황(S)을 포함하는 광흡수층을 형성하는 단계; 상기 광흡수층을 분리하기 위해 제 2 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계; 상기 광흡수층 상에 투명전극층을 형성하는 단계; 상기 투명전극층을 분리하기 위해 상기 제 3 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계; 및 광 발전 영역에 형성된 상기 광흡수층 및 상기 투명전극층의 일부 영역을 제거하여 씨스루 어레이 패턴인 제 4 레이저 스크라이빙 패턴을 형성하는 제 4 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 2 스크라이빙을 수행하는 단계는, 상기 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층 상부의 광흡수층은 제거되고 상기 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층은 잔존하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 3 및 제 4 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계는, 상기 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층 상부의 광흡수층 및 투명전극층은 제거되고 상기 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층은 잔존하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 2 예비후면전극은 0.1nm 내지 5nm의 두께 범위로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 2 후면전극은 1nm 내지 5nm의 두께 범위로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 광흡수층 상에 버퍼층 및 고저항 윈도우층 중 적어도 어느 하나의 층을 증착하는 단계를 더 포함하고, 상기 적어도 어느 하나의 층은 상기 제 2 레이저 스크라이빙 수행시 상기 광흡수층과 함께 제거될 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 씨스루형 박막 태양전지 모듈의 제조방법을 이용하여 레이저 스크라이빙시 광흡수층 잔여물이 없고 후면전극의 손상도 없으며, 고효율 광발전 성능과 투광성을 모두 가지는 씨스루형 박막 태양전지 모듈을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 씨스루형 박막 태양전지의 레이저 스크라이빙 공정을 개략적으로 도해하는 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 씨스루형 박막 태양전지 모듈의 구조를 개략적으로 도해하는 단면도와 상면도이다.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 씨스루형 박막 태양전지 모듈의 제조방법을 공정순서에 따라 도해하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실험예에 따른 씨스루형 박막 태양전지에서 후면전극의 두께에 따른 투광도를 측정한 결과이다.
도 12는 본 발명의 실험예에 따른 씨스루형 박막 태양전지에서 후면전극의 두께에 따른 광전발전효율을 측정한 결과이다.
도 13은 본 발명의 실험예에 따른 씨스루형 박막 태양전지에서 후면전극의 두께 및 조성을 관찰한 결과이다.
도 14a 내지 도 14d는 본 발명의 실험예에 따른 씨스루형 박막 태양전지에서 후면전극의 두께에 따른 셀의 미세구조를 TEM(투과전자현미경)으로 분석한 결과이다.
도 15a 내지 도 15c는 본 발명의 실험예에 따른 씨스루형 박막 태양전지에서 씨스루 어레이 형성시 후면전극의 두께에 따른 셀의 미세구조를 SEM(주사전자현미경)으로 분석한 결과이다.
도 16 및 도 19은 본 발명의 비교예에 따른 씨스루형 박막 태양전지의 레이저 스크라이빙 공정을 개략적으로 도해하는 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 씨스루형 박막 태양전지 모듈의 구조를 개략적으로 도해하는 단면도와 상면도이다.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 씨스루형 박막 태양전지 모듈의 제조방법을 공정순서에 따라 도해하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실험예에 따른 씨스루형 박막 태양전지에서 후면전극의 두께에 따른 투광도를 측정한 결과이다.
도 12는 본 발명의 실험예에 따른 씨스루형 박막 태양전지에서 후면전극의 두께에 따른 광전발전효율을 측정한 결과이다.
도 13은 본 발명의 실험예에 따른 씨스루형 박막 태양전지에서 후면전극의 두께 및 조성을 관찰한 결과이다.
도 14a 내지 도 14d는 본 발명의 실험예에 따른 씨스루형 박막 태양전지에서 후면전극의 두께에 따른 셀의 미세구조를 TEM(투과전자현미경)으로 분석한 결과이다.
도 15a 내지 도 15c는 본 발명의 실험예에 따른 씨스루형 박막 태양전지에서 씨스루 어레이 형성시 후면전극의 두께에 따른 셀의 미세구조를 SEM(주사전자현미경)으로 분석한 결과이다.
도 16 및 도 19은 본 발명의 비교예에 따른 씨스루형 박막 태양전지의 레이저 스크라이빙 공정을 개략적으로 도해하는 단면도이다.
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 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 씨스루형 박막 태양전지의 구조 및 제 4 레이저 스크라이빙 패턴(P4)을 형성하는 과정을 개략적으로 도해하는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 제 4 레이저 스크라이빙 패턴(P4)을 형성하기 전의 씨스루형 박막 태양전지(100)는 투명 기판(10)의 제 1 면 상에 제 1 후면전극(22), 제 2 후면전극(24A), 광흡수층(40) 및 투명전극층(60)이 순서대로 적층된 구조를 갖는다.
제 2 후면전극(24A)는 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층 이거나 혹은 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층 하부에 몰리브데늄이 2nm 이하의 두께로 형성된 것일 수 있다. 제 2 후면전극(24A)은 두께가 1nm 내지 5nm의 두께 범위를 가질 수 있다.
투명 기판(10)의 제 2 면으로 레이저(L)를 입사시켜 패터닝을 수행함에 따라 제 2 후면전극(24A) 상부의 광흡수층(30) 및 투명전극층(60)의 일부가 선택적으로 제거되어 도 2와 같은 제 4 레이저 스크라이빙 패턴(P4)을 형성하게 된다.
본 발명의 실시예를 따르는 씨스루형 박막 태양전지(100)는 제 2 후면전극(24A)이 몰리브데늄 없이 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층으로만 이루어질 수 있다. 혹은 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층/몰리브데늄층의 2중층 구조를 이루어지더라도 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층 하부의 몰리브데늄층의 두께가 2nm 이하로 매우 얇게 형성되게 된다. 따라서 종래와 같이 10nm 두께 이상의 몰리브데늄을 제 2 후면전극으로 사용할 때와 같이 몰리브데늄에 의한 열 분산이 나타나지 않아 입사된 레이저가 광흡수층(40)과 제 2 후면전극(24A) 사이의 계면에 충분히 집속되게 된다. 따라서 충분히 집속된 영역에서 광흡수층(40)의 선택적인 제거가 이루어지면서 광흡수층의 잔유물이 남거나 혹은 제 2 후면전극(24A)이 손상되는 문제는 발생되지 않는다.
도 2에 도시된 것과 같이 제 4 레이저 스크라이빙 후 광흡수층(40) 및 투명전극층(60)이 선택적으로 제거됨에 따라, 제 4 레이저 스크라이빙 패턴(P4)의 바닥면에는 제 2 후면전극(24A)이 제거되지 않고 잔존하게 된다. 이는 후술하는 제 3 레이저 스크라이빙 패턴(P3)에서도 마찬가지이며, 광흡수층(40) 상부에 투명전극층(60)이 없는 제 2 레이저 스크라이빙 패턴(P2)을 형성시에도 마찬가지이다.
제 2 후면전극(24A)을 구성하는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층은 층상 조직을 가질 수 있으며, 이 경우 상부의 광흡수층(40)과의 접착력이 약해 광흡수층(40)의 선택적 제거가 용이하게 일어날 수 있다.
제 2 후면전극(24A)을 구성하는 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층은, 일예로서, 광흡수층(40)을 형성하기 위해서 수행되는 셀렌화 또는 황화 과정 중에 몰리브데늄(Mo)이 셀레늄(Se) 또는 황(S)와 반응하여 형성된 것일 수 있다. 다른 예로서, 물리적 증착 방법(PVD)이나 화학적 증착 방법(CVD), 원자층 증착법(ALD)과 같은 다양한 증착방식으로 형성될 수 있다. 상기 증착방식은 이미 공지된 것이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 씨스루형 박막 태양전지 모듈의 구조를 개략적으로 도해하는 단면도와 상면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 씨스루형 박막 태양전지 모듈(1000)은 투명 기판(10)의 제 1 면 상에 제 1 후면전극(22), 제 2 후면전극(24A), 광흡수층(40) 및 투명전극층(60)이 순차적으로 적층된 구조를 포함할 수 있다. 씨스루형 박막 태양전지 모듈(1000)은 제 1 후면전극(22) 및 제 2 후면전극(24A)의 적어도 어느 일부가 제거된 제 1 레이저 스크라이빙 패턴(P1)을 포함한다. 또한 제 1 레이저 스크라이빙 패턴(P1)과 소정의 거리만큼 이격된 영역에 광흡수층(40)의 적어도 어느 일부가 제거된 제 2 레이저 스크라이빙 패턴(P2)을 포함한다. 씨스루형 박막 태양전지 모듈(1000)은 제 2 레이저 스크라이빙 패턴(P2)과 소정의 거리만큼 이격된 영역에 광흡수층(40) 및 투명전극층(60)의 적어도 어느 일부가 제거된 제 3 레이저 스크라이빙 패턴(P3)을 포함한다.
또한, 씨스루형 박막 태양전지 모듈(1000)은 광흡수층(40) 및 투명전극층(60)이 제거된 씨스루 어레이(P4)를 더 포함한다. 씨스루 어레이(P4)는 광발전 영역(C)을 고려하여 형성되며, 홀(hole) 또는 라인(line) 형태의 패턴을 포함한다. 여기서, 상기 홀의 직경 또는 상기 라인의 폭은 200㎛ 이하를 만족할 수 있다. 바람직하게는 상기 홀의 직경 또는 상기 라인의 폭은 100㎛ 이하를 만족할 수 있다.
이하에서, 도 5 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 씨스루형 박막 태양전지 모듈(1000)을 제조하는 방법을 구체적으로 후술한다.
먼저, 도 5를 참조하면, 투명 기판(10)의 제 1 면 상에 투명한 제 1 후면전극(22)을 형성할 수 있다. 투명 기판(10)은 예를 들어, 유리 및 폴리머 재질 등과 같이 다양한 재료가 사용될 수 있으나, 레이저 가공을 이용하기 위해서, 상기 레이저가 투과될 수 있는 재질을 사용할 수 있다.
제 1 후면전극(22)은 50 내지 1000nm의 두께 범위로 형성된다. 제 1 후면전극(22)은 인듐의 산화물, 아연의 산화물 및 주석의 산화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 투명전도성산화물(TCO), TCO와 금속필름 또는 나노와이어층과 TCO로 구성된 다층구조 투명전극 및 그래핀, 카본나노튜브 중 적어도 어느 하나를 포함하는 카본소재가 분산된 투명전극 중에서 선택된 하나의 물질을 포함할 수 있다. 제 1 후면전극(22)은 가시광 또는 근적외선 대역에서 광흡수도가 20% 이하이고, 비저항이 1E-2 Ωcm 이하인 물질로 형성할 수 있다.
제 1 후면전극(22) 상에 몰리브데늄층을 제 2 예비후면전극(24a)으로 형성한다. 여기서 제 2 예비후면전극(24a)은 후속하는 공정 셀렌화 공정 또는 황화공정에서 셀레늄 또는 황과 반응하여 전부 혹은 일부가 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층으로 변환되는 층을 의미한다. 상기 몰리브데늄층은 전부 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층으로 변환되거나 일부가 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층으로 변환될 수 있다. 변환되지 않고 잔존하는 몰리브데늄 두께를 2nm 이하로 제어해야하는 점을 고려할 때 형성되는 몰리브데늄층의 두께는 0.1nm 내지 5nm 범위, 바람직하게는 0.5nm 내지 5nm 범위를 가질 수 있다.
이후에 제 1 후면전극(22) 및 제 2 예비후면전극(24a)의 이중층을 분리하기 위해 제 1 레이저 스크라이빙을 수행하여 제 1 레이저 스크라이빙 패턴(P1 패턴)을 형성한다.
다음 제 2 예비후면전극(24a) 상에 셀레늄(Se)을 포함하는 광흡수층(40)을 형성할 수 있다. 광흡수층(40)은 구리(Cu) 및 은(Ag) 중 적어도 하나, 인듐(In), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 주석(Sn) 중 적어도 하나, 셀레늄(Se) 또는 황(S)을 포함하는 물질로 형성된다. 광흡수층(40)을 형성하기 위해서 수행되는 셀렌화 또는 황화에 수반된 셀레늄 또는 황이 제 2 예비 후면전극(24a)과 반응함으로써, 도 9와 같이 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층을 포함하는 제 2 후면전극(24A)으로 변환된다.
상기 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층은 광흡수층(40)과 제 1 후면전극(22) 사이에 형성되어, 후술하는 레이저 스크라이빙 단계시 레이저가 입사되는 영역에서 광흡수층(40)만 선택적으로 제거되게 하는 일종의 이형층(releasing layer) 역할을 수행할 수 있다. ITO와 같은 투명전도체인 제 1 후면전극(22)과 CIGS와 같은 칼코지나이드 광흡수층(40)이 도 16과 같이 직접 접촉되어 있는 경우, 그 계면에서 광흡수층의 갈륨(Ga)과 투명전도체 내 산소가 서로 반응하여 갈륨 산화물(GaOx)가 형성될 수 있다. 이러한 계면에 형성된 갈륨 산화물로 인해 제 1 후면전극(22)과 광흡수층(40)의 접착력이 증가되며, 이러한 높은 접착력은 레이저 스크라이빙 시 광흡수층(40)이 제 1 후면전극(22)으로부터 깨끗하게 분리 및 제거되는 것을 방해하는 요인이 될 수 있다.
반면, 층상 조직을 가지는 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층은 그 상부의 광흡수층(40)과의 접착력이 우수하지 않다. 따라서 본 발명의 실시예와 같이 제 1 후면전극(22)와 광흡수층(40) 사이에 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층이 형성될 경우, 제 1 후면전극(22)과 광흡수층(40)의 접촉면적이 감소하면서 접착력이 낮은 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층의 면적이 증가함에 따라 광흡수층(40)의 제거는 그 만큼 용이하게 된다. 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층은 제 1 후면전극(22)과 광흡수층(40) 계면의 일부 영역에 불연속적으로 형성되거나 혹은 하나의 연속된 층으로 존재할 수 있다. 상기 계면에서 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층이 차지하는 면적에 따라 광흡수층(40)의 제거에 필요한 레이저 에너지를 적절하게 조절하는 것도 가능하게 된다.
한편, 제 2 예비 후면전극(24a)인 몰리브데늄층이 셀렌화 혹은 황화되는 과정에서 몰리브데늄층이 광흡수층(40)과 접촉하는 상부층의 일부만이 변환되고 그 하부층은 금속 상태로 유지될 수 있다. 이때 셀렌화 혹은 황화되지 않고 잔존하는 몰리브데늄의 두께는 광투과성을 고려하여 2nm 이하로 제어된다. 그 보다 더 두꺼운 두께에서는 광투과성의 감소가 나타날 수 있으며, 이 경우 후술하는 광투과를 위해 형성한 P4 패턴에서의 시인성이 악화될 수 있다. 광흡수층(40)의 형성이 완료된 후 제 2 후면전극(24A)의 두께는 1 내지 5nm 범위를 가질 수 있다.
변형된 실시예로서, 광흡수층(40)을 형성하기 이전에 제 1 후면전극(22) 상에 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층을 직접 형성하여 제 2 후면전극(24A)를 형성할 수 있다.
몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층은 물리적 증착 방법(PVD)이나 화학적 증착 방법(CVD), 원자층 증착법(ALD)과 같은 다양한 증착방식을 이용하여 형성될 수 있다. 증착된 MoSe2층의 두께는 단위 격자의 판상 면간거리가 12.9Å인 것을 감안할 때 1 내지 5nm, 바람직하게는 2 내지 5nm일 수 있다. 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층을 형성한 후 셀레늄(Se) 또는 황(S)을 포함하는 광흡수층(40)을 형성한다.
다음, 도 10을 참조하면, 광흡수층(40)을 분리하기 위해 투명 기판(10)의 제 2 면으로 레이저를 입사시켜 제 2 레이저 스크라이빙을 수행하여 제 2 레이저 스크라이빙 패턴(P2 패턴)을 형성한다. 이 경우, 제 2 레이저 스크라이빙 단계는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층 상부의 광흡수층(40)만 제거되고 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층은 잔존하도록 수행된다.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 광흡수층(40) 상에 버퍼층 및 고저항 윈도우층 중 적어도 어느 하나의 층을 증착하는 단계를 더 포함하고, 상기 적어도 어느 하나의 층은 제 2 레이저 스크라이빙 수행시 광흡수층(40)과 함께 제거될 수 있다. 버퍼층은 예를 들어, CdS, Zn(O,S), Sn-doped ZnOx, Ti-doped ZnOx, i-ZnOx 및 Mg-doped ZnOx, (Mg,Al)-doped ZnOx 중 어느 하나를 포함한다. 버퍼층의 종류 및 구성은 광흡수층(40)의 종류에 따라 선택된다. 밴드갭 조절을 위해서, 버퍼층을 적어도 2 이상으로 형성할 수도 있다.
도 8을 참조하면, 광흡수층(40) 상에 투명전극층(60)을 형성할 수 있다. 투명전극층(60)은 F-doped SnOx, (H, Mo, W)-doped InOx, Al-doped ZnOx, In-doped ZnOx, Ga-doped ZnOx, B-doped ZnOx, Ag nanowire, graphene, carbon nanotube, Ag, Mg:Ag 합금, Au 및 OMO(metal oxide/thin metal/metal oxide) 구조의 전극재료 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 광흡수층(40) 및 투명전극층(60)을 분리하기 위해 투명 기판(10)의 제 2 면으로 레이저를 입사시켜 제 3 레이저 스크라이빙을 수행하여 제 3 레이저 스크라이빙 패턴(P3 패턴)을 형성할 수 있다. 이 경우, 제 3 레이저 스크라이빙 단계는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층 상부의 광흡수층(40)만 제거되고 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층은 잔존하도록 수행된다.
도 10을 참조하면, 제 3 레이저 스크라이빙을 수행한 이후에, 시인성을 확보하기 위한 씨스루 어레이(see-through array) 패턴을 형성하는 제 4 레이저 스크라이빙을 수행한다. 제 4 레이저 스크라이빙은 투명 기판(10)의 제 2 면으로 레이저를 입사시켜 광 발전 영역에 형성된 광흡수층(40) 및 투명전극층(60)의 일부 영역을 제거하여 씨스루 어레이 패턴인 제 4 레이저 스크라이빙 패턴(P4 패턴)을 형성한다. 이 경우, 제 3 레이저 스크라이빙 단계와 마찬가기로 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층 상부의 광흡수층(40)만 제거되고 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층은 잔존하도록 수행된다.
그리드(미도시)가 형성된 부근에는 씨스루 어레이 가공영역이 중첩되지 않도록 한다. 씨스루 어레이는 홀(hole) 또는 라인(line) 형태의 패턴을 포함한다. 이 경우, 씨스루 패턴의 크기와 동일하게 형성되며, 홀의 직경 또는 라인의 폭은 200㎛ 이하로 제어된다. 선호되기로는 박막 태양전지의 광학적 특성 및 심미적 특성을 고려하여 100㎛ 이하 크기로 형성될 수 있다.
이 경우, 씨스루 어레이 영역에 해당하는 광전류 감소만을 유발하기 때문에, 씨스루형 박막 태양전지 모듈(1000) 구현 시 발생할 수 있는 광전압, 충진율 및 열화문제를 회피할 수 있다.
변형예로서, 상기 제 3 레이저 스크라이빙 단계 및 제 4 레이저 스크라이빙 단계를 동시에 진행되거나 혹은 순서를 바꿔 진행할 수 있다.
한편, 씨스루 어레이의 형태는 삼각형 등 다각형으로 제조할 수도 있으나, 레이저 빔의 크기 및 파장대역에 따라 상이하게 제어되며, 각 패턴의 크기는 200㎛ 이하(0초과)가 되도록 제어한다. 여기서, 씨스루 어레이의 크기를 조절하기 위해서는 씨스루 패턴의 크기 및 형상을 제어하면 된다.
씨스루 어레이는 제 1 레이저 스크라이빙 패턴(P1), 제 2 레이저 스크라이빙 패턴(P2) 및 제 3 레이저 스크라이빙 패턴(P3)과 중첩되지 않은 영역에 형성된다. 또는, 씨스루 어레이는 P1, P2, P3 패턴과 중첩될 수도 있다.
이렇게 구현된 씨스루형 박막 태양전지 모듈(1000)은 광전압과 충진율을 열화시키지 않으면서도, 씨스루 어레이, 즉, 개구율에 따라 투광도를 선택적으로 조절할 수 있는 장점을 가지고 있다. 또, 개구면적에 비례하여 광전류만 감소하기 때문에, 초박형화 방식 대비 투광도에 따른 광발전 효율의 감소가 적다.
이하에서는, 본 발명의 이해를 돕기 위한 실험예들을 설명한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험예들만으로 한정되는 것은 아니다.
유리 기판 상에 ITO를 증착한 후 몰리브데늄(Mo)을 각각 0.5nm, 1nm, 2nm의 두께로 스퍼터링으로 증착하였다. 이와 비교하기 위해서, 몰리브데늄(Mo) 없이 ITO만 있는 경우의 샘플도 제조하였다. 이후에 상기 샘플들에 대해서 투광도 시험을 진행하였다.
도 11은 본 발명의 실험예에 따른 씨스루형 박막 태양전지에서 후면전극의 두께에 따른 투광도를 측정한 결과이다.
도 11를 참조하면, ITO층만 존재하는 샘플, ITO층 상에 0.5nm 두께의 몰리브데늄이 증착된 샘플과 ITO층 상에 1nm 두께의 몰리브데늄이 증착된 샘플은 모두 투과도와 흡광도에 큰 변화가 없었다. 반면, ITO층 상에 2nm 두께의 몰리브데늄이 증착된 샘플의 경우, 투과도 및 흡광도에 변화가 발생한 것을 확인할 수 있었다. 이로부터 광 투과도를 확보하기 위해서는 몰리브데늄의 두께를 2nm 이하로 제어해야 하며, 그 보다 크게 할 경우에는 투과도가 크게 감소할 것을 유추할 수 있다.
셀 효율을 측정하여 비교하기 위해서, 상기 후면전극 샘플 상에 동일한 조건으로 CIGS 광흡수층을 형성하여 모듈을 제조하였다.
도 12는 본 발명의 실험예에 따른 씨스루형 박막 태양전지에서 후면전극의 두께에 따른 광전발전효율을 측정한 결과이며, 표 1에 그 결과를 정리하였다.
[표 1]
도 12 및 표 1을 참조하면, ITO층만 존재하는 샘플, ITO층 상에 0.5nm 두께의 몰리브데늄이 증착된 샘플, ITO층 상에 1nm 두께의 몰리브데늄이 증착된 샘플 및 ITO층 상에 2nm 두께의 몰리브데늄이 증착된 샘플은 모두 효율적인 측면에서 큰 변화가 없었다.
도 13은 CIGS 광흡수층을 형성한 샘플로서, ITO층만 존재하는 샘플, 몰리브데늄의 증착 두께가 0.5nm, 2nm인 샘플의 Mo, Ga의 조성을 분석한 결과이다.
도 13을 참조하면, ITO층만 존재하는 샘플의 경우에는 ITO와 그 상부의 CIGS 광흡수층 사이에 균일하게 갈륨산화물층이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이에 비해, ITO층 상에 2nm 두께의 몰리브데늄이 증착된 샘플의 경우, 변환된 MoSe2층에 의해서 갈륨 산화물이 형성되지 않고, MoSe2을 경계로 상부에만 갈륨이 함유된 것을 확인할 수 있었다. 0.5nm 두께의 몰리브데늄이 증착된 샘플은 ITO 및 CIGS 광흡수층 계면의 일부 영역에 갈륨 산화물층이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이로부터 ITO 및 CIGS 광흡수층 계면에 형성된 MoSe2층이 광흡수층의 갈륨(Ga)이 ITO층의 산소와 반응하는 것은 억제하는 확산방지층의 역할을 수행함을 확인할 수 있다.
도 14a 내지 도 14d는 CIGS 광흡수층을 형성한 샘플로서, 각각 ITO층만 존재하는 샘플, 몰리브데늄의 두께를 0.5nm, 2nm 및 10nm로 증착한 샘플의 미세구조를 TEM(투과전자현미경)으로 분석한 결과이다.
도 14a를 참조하면, MoSe2층이 없고 ITO층과 CIGS 광흡수층 사이에 Ga 산화물이 형성된 것을 알 수 있다. 도 14b 내지 도 14d를 참조하면, 증착된 몰리브데늄은 모두 층상의 MoSe2로 변환되었음 확인할 수 있다. 이는 광흡수층의 셀렌화 과정 중에 증착된 몰리브데늄이 셀레늄과 반응하여 층상의 MoSe2로 변환되었음을 의미하는 것이다. 도 14b 및 도 14c를 참조하면, 증착된 몰리브데늄의 두께가 2nm 이하인 경우에는 증착된 몰리브데늄이 모두 MoSe2층으로 변환된 것을 확인할 수 있다. 증착된 몰리브데늄의 두께가 0.5nm인 경우에는 ITO층 및 CIGS층 사이에 갈륨 산화물(GaOx) 및 MoSe2층이 같이 존재하는 것을 확인할 수 있다. 그러나 도 17d를 참조하면, 몰리브데늄을 10nm 증착한 샘플의 경우에는 2nm 내지 3nm 두께의 MoSe2층 하부에 약 7nm 내지 8nm 두께의 몰리브데늄층이 잔존하고 있음을 확인할 수 있다. 이렇게 잔존하는 몰리브데늄층은 상술한 바와 같이 입사 레이저의 열에너지를 주변으로 분산시킬 수 있으며, 따라서 레이저 패턴닝시 문제를 일으킬 수 있다. 실제로 예비 실험 단계에서 몰리브데늄이 10nm 증착된 샘플의 경우에는 레이저로 P2 패턴을 형성할 때 패턴닝의 상태가 양호하지 않고 정밀가공이 어려운 경우가 상술한 다른 샘플에 비해 상대적으로 자주 발생하였음을 확인하였다.
도 15a 내지 도 15c는 각각 ITO층만 존재하는 샘플, 몰리브데늄의 두께를 2nm 및 900nm로 증착한 샘플의 씨스루 어레이인 P4 레이저 패터닝 후의 표면을 광학현미경 및 SEM(주사현미경)으로 관찰한 결과이다.
도 15a 내지 도 15c를 참조하면, ITO층만 존재하는 샘플은 모두 씨스루 어레이 주변부에 CIGS 잔여물이 많이 존재하는 것을 확인할 수 있었다. 반면, ITO층 상에 2nm 두께의 몰리브데늄이 증착된 샘플의 경우, 씨스루 어레이 주변부에 CIGS 잔여물이 거의 없는 것을 확인할 수 있었다. 또, 몰리브데늄이 900nm로 두껍게 증착된 샘플의 경우에는 실질적으로 P4 가공이 거의 수행되지 않은 것을 확인할 수 있었다.
이로부터 2nm 두께의 층상구조를 가지는 MoSe2층은 그 상부의 CIGS 광흡수층과 접착력이 낮아 레이저 입사시 CIGS 광흡층만 선택적으로 제거할 수 있는 이형층으로서의 역할을 수행할 수 있음을 할 수 있다. 이러한 MoSe2층이 없는 경우에는 이형성의 부족으로 CIGS 광흡수층의 제거가 원활하게 일어나지 않게 된다. 또한 몰리브데늄층의 두께가 900nm로 두꺼울 경우에는 몰리브데늄에 의한 주변으로의 열전달로 인해 레이저의 집속이 어려워 레이저 가공 자체가 어려울 수도 있음을 알 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 : 투명 기판
22 : 제 1 후면전극
24a : 제 2 예비후면전극
24A : 제 2 후면전극
40 : 칼코지나이드 광흡수층
60 : 투명전극층
100 : 박막 태양전지
1000 : 박막 태양전지 모듈
22 : 제 1 후면전극
24a : 제 2 예비후면전극
24A : 제 2 후면전극
40 : 칼코지나이드 광흡수층
60 : 투명전극층
100 : 박막 태양전지
1000 : 박막 태양전지 모듈
Claims (16)
- 투명 기판;
상기 투명 기판의 제 1 면의 상부에 형성된 투명한 제 1 후면전극;
상기 제 1 후면전극의 상부에 형성되고 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층을 포함하는 제 2 후면전극;
상기 제 2 후면전극 상에 셀레늄(Se) 또는 황(S)을 포함하는 광흡수층;
상기 광흡수층의 상부에 형성된 투명전극층; 및
상기 광흡수층의 일부가 제거된 레이저 스크라이빙 패턴을 포함하고,
상기 제 2 후면전극의 두께는 1nm 내지 5nm 범위를 가지며,
상기 제 2 후면전극은 상기 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층 하부에 몰리브데늄층이 2nm 이하의 두께로 형성된 것이고,
상기 레이저 스크라이빙 패턴은, 광 발전 영역의 적어도 일부에 상기 광흡수층 및 상기 투명전극층을 제거한 씨스루 어레이 패턴을 포함하는,
씨스루형 박막 태양전지 모듈. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 스크라이빙 패턴의 바닥면에는 상기 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층이 존재하는,
씨스루형 박막 태양전지 모듈. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 후면전극은 인듐의 산화물, 아연의 산화물 및 주석의 산화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 투명전도성산화물(TCO), TCO와 금속필름 또는 나노와이어층과 TCO로 구성된 다층구조 투명전극 및 그래핀, 카본나노튜브 중 적어도 어느 하나를 포함하는 카본소재가 분산된 투명전극 중에서 선택된 하나의 물질을 포함하는,
씨스루형 박막 태양전지 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 투명전극층은 F-doped SnOx, (H, Mo, W)-doped InOx, Al-doped ZnOx, In-doped ZnOx, Ga-doped ZnOx, B-doped ZnOx, Ag nanowire, graphene, carbon nanotube, Ag, Mg:Ag 합금, Au 및 OMO(metal oxide/thin metal/metal oxide) 구조의 전극재료 중 어느 하나를 포함하는,
씨스루형 박막 태양전지 모듈. - 투명 기판의 제 1 면 상에 투명한 제 1 후면전극을 형성하는 단계;
상기 제 1 후면전극 상에 몰리브데늄(Mo)층을 제 2 예비후면전극으로 형성하는 단계;
상기 제 1 후면전극 및 제 2 예비후면전극의 이중층을 분리하기 위해 제 1 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계;
상기 제 2 예비후면전극 상에 셀레늄(Se) 또는 황(S)을 포함하는 광흡수층을 형성하되, 상기 광흡수층을 형성하기 위해서 수행되는 셀렌화 또는 황화 과정 중에 상기 몰리브데늄(Mo)을 상기 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응시켜 전부 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층으로 변환되게 하거나 혹은 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층 하부에 잔존하는 몰리브데늄(Mo)의 두께가 2nm 이하가 되도록 변환되게 하여 제 2 후면전극을 형성하는 단계;
상기 광흡수층을 분리하기 위해 제 2 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계;
상기 광흡수층 상에 투명전극층을 형성하는 단계;
상기 광흡수층 및 상기 투명전극층을 분리하기 위해 제 3 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계; 및
광 발전 영역에 형성된 상기 광흡수층 및 상기 투명전극층의 일부 영역을 제거하여 씨스루 어레이 패턴인 제 4 레이저 스크라이빙 패턴을 형성하는 제 4 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계를 포함하고,
상기 제 2 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계는, 상기 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층 상부의 광흡수층은 제거되고 상기 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층은 잔존하게 하며,
상기 제 3 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계 및 제 4 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계는, 상기 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층 상부의 광흡수층 및 투명전극층은 제거되고 상기 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층은 잔존하게 하고,
상기 제 2 예비후면전극은 0.1nm 내지 5nm의 두께 범위로 형성되며,
상기 제 2 후면전극은 1nm 내지 5nm의 두께 범위로 형성되는,
씨스루형 박막 태양전지 모듈의 제조방법. - 투명 기판의 제 1 면 상에 투명한 제 1 후면전극을 형성하는 단계;
상기 제 1 후면전극 상에 층상 구조를 갖는 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층으로 이루어진 제 2 후면전극을 형성하는 단계;
상기 제 1 후면전극 및 제 2 후면전극의 이중층을 분리하기 위해 제 1 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계;
상기 제 2 후면전극 상에 셀레늄(Se) 또는 황(S)을 포함하는 광흡수층을 형성하는 단계;
상기 광흡수층을 분리하기 위해 제 2 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계;
상기 광흡수층 상에 투명전극층을 형성하는 단계; 및
상기 광흡수층 및 상기 투명전극층을 분리하기 위해 제 3 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계; 및
광 발전 영역에 형성된 상기 광흡수층 및 상기 투명전극층의 일부 영역을 제거하여 씨스루 어레이 패턴인 제 4 레이저 스크라이빙 패턴을 형성하는 제 4 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계를 포함하고,
상기 제 2 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계는, 상기 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층 상부의 광흡수층은 제거되고 상기 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층은 잔존하게 하고,
상기 제 2 후면전극은 1nm 내지 5nm의 두께 범위로 형성되는 단계를 포함하는,
씨스루형 박막 태양전지 모듈의 제조방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 몰리브데늄(Mo)층이 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 반응하여 형성된 층은 물리적 증착 방법(PVD), 화학적 증착 방법(CVD) 및 원자층 증착법(ALD) 중 어느 하나의 방법으로 형성된 것인,
씨스루형 박막 태양전지 모듈의 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 광흡수층 상에 버퍼층 및 고저항 윈도우층 중 적어도 어느 하나의 층을 증착하는 단계를 더 포함하고,
상기 적어도 어느 하나의 층은 상기 제 2 레이저 스크라이빙 수행시 상기 광흡수층과 함께 제거되는,
씨스루형 박막 태양전지 모듈의 제조방법.
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