KR102471726B1 - 콘택홀을 적용한 고효율 태양전지 모듈 및 이의 제조 방법 - Google Patents

콘택홀을 적용한 고효율 태양전지 모듈 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR102471726B1
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배준호
김준석
이혜현
허재석
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Abstract

본 발명은 고효율 태양전지 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 제1 전극, 제1 전하수송층, 광활성층, 제2 전하수송층, 및 제2 전극을 구비하는 태양전지 셀이 기판 상에 다수개로 배치되어 각 셀이 전기적으로 직렬 연결되되, 제1 전극 상에 적층된 제1 전하수송층, 광활성층, 및 제2 전하수송층이 제1 전극의 일부가 노출되도록 적어도 하나의 콘택홀(Contact hole)을 포함하고, 제2 전극이 콘택홀 및 제2 전하수송층 상에 적층되며, 콘택홀을 중심으로 콘택홀 주변의 제1 전하수송층, 광활성층, 제2 전하수송층, 및 제2 전극을 식각패턴하여 콘택홀을 통해 각 셀의 제2 전극과 인접된 셀의 제1 전극이 통전되는 연결포인트를 형성하는 구성으로 공정의 단순화 및 공정시간 축소로 공정비용을 절감할 수 있으며, 태양전지 모듈의 패턴과정에서 식각으로 인한 손상 면적(Dead area)을 최소화하고, 광활성 면적 및 개구율(Geometric fill factor)의 확대로 광전효율을 향상시킬 수 있다.

Description

콘택홀을 적용한 고효율 태양전지 모듈 및 이의 제조 방법{HIGHLY EFFICIENT SOLAR MODULES WITH CONTACT HOLE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 콘택홀을 적용한 고효율 태양전지 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 가공 손상 면적(Dead area) 감소 및 광 활성 면적(또는 개구율, Geometric fill factor)이 향상된 페로브스카이트 태양전지 모듈에 관한 것이다.
태양전지(Solar Cells)는 태양으로부터 광 에너지를 흡수하여 전하를 생산하는 친환경 에너지 발전장치이다. 주로 실리콘을 기반으로 태양전지가 제조되었지만, 실리콘 기반 태양전지는 공정과정이 복잡하고 적용 분야가 한정적이어서 이를 대용하기 위한 노력이 이어졌다.
그 중에서 페로브스카이트(Perovskite) 태양전지는 실리콘 태양전지보다 비교적 쉽게 제조가 가능하고, 다양한 분야에 적용이 가능하며, 에너지 전환 효율이 높아 전 세계적으로 주목받고 있다.
종래의 페로브스카이트 태양전지는 음전극과 양전극 사이에 페로브스카이트 구조의 물질을 구비하고 이러한 구조를 가진 태양전지 셀들을 여러 개 연결하여 태양전지 모듈로 제조된다. 여기서, 각 태양전지 셀들을 각각 하나의 소자로 구동시키기 위해 상부 전극 전체를 각 셀단위별로 일직선으로 식각하여 직렬연결 형태로 배치시킨다.
그러나, 상부전극의 식각 과정에서 소자에 물리적 또는 화학적 손상으로 인한 효율 감소가 야기될 수 있으며, 식각된 상부전극으로 인해 광 활성 면적(또는 개구율, Geometric fill factor)이 줄어드는 문제가 있다.
따라서, 이를 해결하기 위해 상부 전극의 식각 공정으로 인한 각 태양전지 셀의 손상을 최소화하며, 광 활성 면적(또는 개구율, Geometric fill factor)을 넓힐 수 있는 기술의 개발이 시급하다.
대한민국 등록특허 제10-2261571호(2021.06.07.)
본 발명은, 콘택홀을 통해 광 활성 면적(또는 개구율, Geometric fill factor)을 증가시켜 광전효율을 향상시키고, 레이저 패터닝(Patterning)시 손상되는 영역(Dead area)을 줄일 수 있는 콘택홀을 적용한 고효율 태양전지 모듈 및 이의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 콘택홀을 적용한 고효율 태양전지 모듈은 제1 전극, 제1 전하수송층, 광활성층, 제2 전하수송층, 및 제2 전극을 포함하는 태양전지 셀이 기판 상에 다수개로 배치되어 각 셀이 전기적으로 직렬 연결되되, 상기 제1 전극 상에 적층된 제1 전하수송층, 광활성층, 및 제2 전하수송층은 제1 전극의 일부가 노출되는 적어도 하나의 콘택홀(Contact hole)을 포함하고, 상기 제2 전극은 상기 콘택홀 및 상기 제2 전하수송층 상에 적층되며, 상기 콘택홀을 중심으로 콘택홀 주변의 제1 전하수송층, 광활성층, 제2 전하수송층 및 제2 전극을 식각패턴하여 상기 콘택홀을 통해 각 셀의 제2 전극과 인접된 셀의 제1 전극이 통전되는 연결포인트를 형성한다.
바람직하게는, 상기 셀 각각은 식각패턴된 제1 전하수송층, 광활성층, 제2 전하수송층, 및 제2 전극이 서로 맞물린 형태일 수 있다.
바람직하게는, 상기 광활성층은 페로브스카이트(Perovskite) 구조의 물질일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 전하수송층 및 제2 전하수송층 중 어느 하나는 적어도 하나 이상의 층으로 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 연결포인트는 제2 전극과 제1 전극 사이에 콘택저항(Contact Resistance)을 저감하는 전도층을 구비할 수 있다.
바람직하게는, 상기 연결포인트는 상기 제2 전극이 인접된 셀의 콘택홀 부근까지 연장되는 제1 연결부 및 상기 콘택홀을 통해 상기 제1 연결부로부터 제1 전극까지 연결된 제2 연결부로 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 연결포인트는 적어도 하나의 콘택홀을 통해 제2 전극과 인접된 셀의 제1 전극이 접촉될 수 있다.
바람직하게는, 상기 콘택홀은 제1 전극의 배열 방향을 기준으로 하여 배열 방향에 교차하는 방향으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 콘택홀을 적용한 고효율 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제조 방법은 기판 상에 구비된 제1 전극이 소정 간격을 두고 형성되도록 식각패턴되는 제1 전극 형성 단계; 상기 제1 전극 상에 제1 전하수송층, 페로브스카이트 구조의 물질인 광활성층, 및 제2 전하수송층이 순차적으로 적층되는 전하수송층 및 광활성층 적층 단계; 상기 제1 전하수송층, 광활성층, 및 제2 전하수송층에 제1 전극의 배열 방향을 기준으로 하여 배열 방향에 교차하는 방향으로 상기 제1 전극의 일부가 노출되는 적어도 하나의 콘택홀이 형성되는 콘택홀 형성 단계; 상기 콘택홀 및 제2 전하수송층 상에 제2 전극이 적층되는 제2 전극 적층 단계; 및 상기 콘택홀을 중심으로 콘택홀 주변의 상기 제1 전하수송층, 광활성층, 제2 전하수송층, 및 제2 전극이 식각패턴되어 각 셀을 형성하되, 상기 콘택홀을 통해 각 셀의 제2 전극과 인접된 셀의 제1 전극이 통전되는 연결포인트로 전기적으로 직렬 연결되는 셀 형성 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 공정시간 단축으로 공정비용을 절감할 수 있으며, 태양전지 모듈의 패턴과정에서 식각으로 인한 손상 면적(Dead area)을 최소화하고, 광활성 면적 및 개구율(Geometric fill factor)의 확대로 광전효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 콘택홀을 적용한 고효율 페로브스카이트 태양전지 모듈의 입면도다.
도 2는 일 실시예에 따른 콘택홀을 적용한 고효율 페로브스카이트 태양전지 모듈의 분해도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 제2 전극과 제2 전하수송층을 확대한 분해도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 위에서 바라본 콘택홀이 형성된 태양전지를 도시한 단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 콘택홀이 형성된 태양전지의 입면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 위에서 바라본 태양전지 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 콘택홀을 적용한 고효율 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 콘택홀을 적용한 고효율 태양전지 모듈 및 이의 제조 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 콘택홀을 적용한 고효율 페로브스카이트 태양전지 모듈의 입면도다.
도 1에서 도시한 바와 같이, 일 실시예에 따른 콘택홀을 적용한 고효율 페로브스카이트 태양전지 모듈(100)은 제1 전극(120), 제1 전하수송층(130), 광활성층(140), 제2 전하수송층(150), 및 제2 전극(160)을 포함하는 태양전지 셀(10)이 기판(110) 상에 다수개로 배치되어 각 셀(10)이 전기적으로 직렬 연결된다.
여기서, 제1 전극(120)은 기판 상에 적층된 후 소정 간격을 두고 다수개로 형성되도록 식각패턴될 수 있다. 제1 전극(120)이 식각 패턴된 후 제1 전하수송층(130), 광활성층(140), 및 제2 전하수송층(150)이 순차적으로 적층될 수 있다.
상기 제1 전극(120) 상에 적층된 제1 전하수송층(130), 광활성층(140), 제2 전하수송층(150)은 제1 전극(120)의 일부가 노출되는 적어도 하나의 콘택홀(20)(Contact hole)을 포함하고, 상기 제2 전극(160)은 상기 콘택홀(20) 및 상기 제2 전하수송층(150) 상에 적층되며, 상기 콘택홀(20)을 중심으로 콘택홀(20) 주변의 제1 전하수송층(130), 광활성층(140), 제2 전하수송층(150), 및 제2 전극(160)을 식각패턴하여 상기 콘택홀(20)을 통해 각 셀(10)의 제2 전극(160)과 인접된 셀(10)의 제1 전극(120)이 통전되는 연결포인트(30)를 형성한다.
상기 셀(10) 각각은 식각패턴된 제1 전하수송층(130), 광활성층(140), 제2 전하수송층(150), 및 제2 전극(160)이 서로 맞물린 형태일 수 있다. 즉, 콘택홀(20) 및 제2 전하수송층(150) 상에 제2 전극(160)을 적층한 후, 각 셀(10)을 형성하기 위해 콘택홀(20)을 중심으로 콘택홀(20) 주변의 사각 면적의 4 면 중 적어도 3 면의 제1 전하수송층(130), 광활성층(140) 제2 전하수송층(150), 및 제2 전극(160)이 식각패턴되어 형성된 각 연결포인트(30) 사이에 인접된 셀(10)의 제1 전하수송층(130), 광활성층(140) 제2 전하수송층(150), 및 제2 전극(160)이 배치되어 지그재그 또는 맞물린 형태로 구비될 수 있다.
상기 광활성층은 페로브스카이트 구조의 물질일 수 있다. 페로브스카이트 구조의 물질로 형성된 광전변환층(140)은 AMX3의 화학조성을 지니는 물질로, A는 무기 원소 또는 유기 화합물 하나 이상, M은 금속 원자 중 어느 하나, 및 X는 산화물 또는 Cl(Chlorine), Br(Bromine), 및 I(Iodine)의 할로겐 원자 중 어느 하나 이상을 조합하여 형성될 수 있다. A원자는 입방 단위격자의 각 꼭지점에 위치하고 M원자는 체심(Body-center)위치로 중심에 자리를 잡으며, X원자는 면심(Face-center)위치로 각 면의 중심에 존재할 수 있다.
상기 제1 전하수송층 및 제2 전하수송층 중 어느 하나는 적어도 하나 이상의 층으로 구비될 수 있다.
상기 연결포인트(30)는 제2 전극(160)과 제1 전극(120) 사이에 콘택저항(Contact Resistance)을 저감하는 전도층을 구비할 수 있다. 여기서, 전도층은 탄소나노튜브(Carbon Nanotube), 산화탄소(Carbon oxide), 리튬 퀴놀레이트(Lithium quinolate), 플루오린화 리튬(Lithium Fluoride) 중 어느 하나로 구비될 수 있으나, 반드시 상술한 물질에 한정되는 것은 아니다.
상기 연결포인트(30)는 상기 제2 전극(160)이 인접된 셀(10)의 콘택홀(20) 부근까지 연장되는 제1 연결부 및 상기 콘택홀(20)을 통해 상기 제1 연결부로부터 제1 전극(120)까지 연결된 제2 연결부로 구비될 수 있다. 제1 연결부와 제2 연결부에 의해 각 셀이 전기적으로 직렬 연결된다.
상기 연결포인트(30)는 적어도 하나의 콘택홀(20)을 통해 제2 전극(160)과 가장 인접한 셀(10)의 제1 전극(120)이 접촉될 수 있다. 즉, 연결포인트(30)는 복수의 콘택홀(20)을 통해 각 셀(10)을 전기적으로 직렬 연결할 수 있으며, 복수개로 구비되는 경우 전기적으로 직렬 연결되는 각 셀의 전기 전도도를 향상시킬 수 있다.
상기 콘택홀(20)은 제1 전극(120)의 배열 방향을 기준으로 하여 배열 방향에 교차하는 방향으로 형성될 수 있다. 즉, 콘택홀(20)은 배열 방향에 교차하는 방향으로 소정 간격을 두고 형성될 수 있으며, 콘택홀(20)은 크기, 형태, 위치, 개수 중 적어도 하나가 각 셀(10)마다 서로 다르게 형성될 수 있다.
여기서, 콘택홀이 형성되는 교차 방향은 제1 전극(120)의 배열 방향을 x 축이라 하였을 때, x 축에 대하여 동일 선상으로 수직한 방향을 y 축이라 하고, 적층 방향으로 수직한 방향을 z 축이라고 가정하였을 때, 콘택홀(20)은 x 축에 대하여 y 축으로 수직한 방향으로 소정 간격을 두고 형성되는 것을 의미할 수 있다. 즉, 제1 전극(120)의 배열 방향을 가로 방향이라 가정하면, 콘택홀은 제1 전극(120)의 세로 방향으로 형성될 수 있다.
일 실시예의 태양전지 모듈(100)은 제1 전하수송층(130) 및 제2 전하수송층(150)을 포함하여 설명하나, 태양전지 모듈(100)이 반드시 제1 전하수송층(130) 및 제2 전하수송층(150)을 포함하여야 하는 것은 아니다.
도 2는 일 실시예에 따른 콘택홀을 적용한 고효율 태양전지 모듈의 분해도이다.
도 2에서 도시한 바와 같이, 일 실시예에 따른 고효율 태양전지 모듈(100)은 기판(110) 상에 제1 전극(120), 제1 전하수송층(130), 광활성층(140), 제2 전하수송층(150), 및 제2 전극(160)을 포함할 수 있다.
제1 전극(120)은 소정 간격을 두고 형성되도록 식각패턴되어 다수개로 구비될 수 있고, 제1 전극(120) 상에 제1 전하수송층(130), 광활성층(140), 제2 전하수송층(150)이 순차적으로 적층될 수 있으며, 순차적으로 적층된 제1 전하수송층(130), 광활성층(140), 제2 전하수송층(150)에 제1 전극(120)의 일부가 노출되는 적어도 하나의 콘택홀(20)을 형성할 수 있다.
콘택홀(20)을 형성한 후, 콘택홀(20) 및 콘택홀(20)이 형성된 제2 전하수송층(150) 상에 제2 전극(160)을 적층할 수 있고, 각 셀(10)이 형성되도록 제1 전하수송층(130), 광활성층(140), 제2 전하수송층(150), 및 제2 전극(160)을 식각패턴할 수 있다.
여기서, 각 셀(10)이 형성되도록 소정 간격을 두고 식각패턴된 제1 전극(120)의 소정 간격만큼 광활성 영역에서 제외되는 데드존(A1)(Deadzone)이 형성될 수 있으며, 제1 전하수송층(130), 광활성층(140), 제2 전하수송층(150), 및 제2 전극(160)이 식각패턴되는 패턴영역은 데드존(A1)을 기준으로 하여 데드존(A1)과 동일 선상에서 식각패턴되되, 콘택홀(20)을 중심으로 콘택홀(20) 주변의 제1 전하수송층(130), 광활성층(140), 제2 전하수송층(150), 및 제2 전극(160)을 에둘러서 식각패턴하여 콘택홀(20)에 적층된 제2 전극(160)이 인접된 셀(10)의 제1 전극(120)과 접촉된 연결포인트(30)가 형성되어 형성된 연결포인트(30)로 각 셀(10)이 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 제2 전극과 제2 전하수송층을 확대한 분해도이다.
도 3에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(100)은 제1 전극(120) 상에 제1 전하수송층(130), 광활성층(140), 제2 전하수송층(150)을 순차적으로 적층한 후, 제2 전하수송층(150) 상부에 제2 전극(160)이 적층되고, 제1 전하수송층(130), 광활성층(140), 제2 전하수송층(150), 및 제2 전극(160)을 식각패턴하여 각 셀(10)을 구분할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 위에서 바라본 콘택홀이 형성된 태양전지를 도시한 단면도이고, 도 5는 일 실시예에 따른 콘택홀이 형성된 태양전지의 입면도이다.
도 4 및 도 5에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 콘택홀(20)은 제1 전하수송층(130), 광활성층(140), 및 제2 전하수송층(150)을 적층한 후 형성될 수 있다. 콘택홀(20)은 건식 에칭(Dry-etching), 습식 에칭(Wet-etching), 레이저(Laser), 및 메카니컬(Mechanical) 가공 등의 물리적 및 화학적 방법으로 패턴될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 전하수송층(130), 광활성층(140), 제2 전하수송층(150)에 적어도 하나의 콘택홀(20)을 형성할 경우, 종래의 태양전지 셀(10)들이 전기적으로 연결되기 위해 일직선으로 식각패턴하는 방법보다 전하수송층 및 광활성층(140)에 가해지는 데미지를 최소화할 수 있다.
태양전지 모듈(100)은 각 태양전지 셀(10)의 제1 전하수송층(130), 광활성층(140), 및 제2 전하수송층(150)에 형성된 콘택홀(20)의 크기와 개수에 따라 형성되는 연결포인트(30)에 의해 전체 태양전지 모듈(100)의 전도도 및 접촉저항이 달라질 수 있다. 따라서, 콘택홀(20)의 크기는 0.1 μm 내지 100 μm로 형성하는 것이 바람직할 수 있고, 콘택홀(20)의 형태는 원형, 타원형, 바형, 및 다각형으로 형성되되, 다각형은 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형과 같이 적어도 세 개의 각 이상의 형태일 수 있다. 단, 콘택홀(20)이 반드시 상술한 크기 및 형태에 한정되는 것은 아니다.
또한, 콘택홀(20)의 개수는 하나의 태양전지 셀(10)에서 1 mm 내지 10 mm 간격 당 1 개로 형성할 수 있으나, 콘택홀(20)의 간격이 반드시 상술한 간격에 한정되는 것은 아니다.
도 6은 일 실시예에 따른 위에서 바라본 태양전지 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 6에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(100)은 각 태양전지 셀(10)이 구분되는 패턴영역(40)을 형성할 수 있다. 패턴영역(40)은 콘택홀(20)을 중심으로 콘택홀(20) 주변의 제1 전하수송층(130), 광활성층(140), 제2 전하수송층(150), 및 제2 전극(160)을 에둘러 식각패턴되어 패턴영역(40)이 지그재그 형태로 형성될 수 있으며, 패턴영역(40)에 의해 연결포인트(30)가 형성될 수 있다. 다시 말해, 패턴영역(40)은 각 셀(10)의 제1 전하수송층(130), 광활성층(140), 제2 전하수송층(150), 및 제2 전극(160)이 서로 맞물리는 형태로 구비될 수 있다.
제1 전극(120) 및 제2 전극(160)은 적어도 하나 이상의 층으로 구비될 수 있고, ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorine-doped tin oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), MoO3(Molybdenum trioxide), WoO3(tungsten trioxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IZTO(indium zinc-tin oxide), Metal NWs(Silver nanowires, Cupper nanowires 등), Carbon, graphene, r-GO(reduced grapheme oxide), PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) : poly(styrenesulfonate)), Al(Aluminum), Ag(Silver), Cu(Cupper), OMO(Oxide-metal-oxide) 및 Au(Gold) 중에서 선택될 수 있으나, 소재가 반드시 상술한 물질에 한정되는 것은 아니다.
태양전지 셀(10) 각각에 광 에너지가 입사되어 광활성층(140)으로 흡수되면 광활성층(140)에서 안정 상태를 유지하던 전자가 여기(excitation)되고, 여기된 전자와 여기된 전자로 인해 형성된 정공 각각은 인접한 전하수송층으로 이동하게 된다. 이때, 전자는 전자수송의 기능을 가지는 전하수송층(전자수송층)으로, 정공은 정공수송의 기능을 가지는 전하수송층(정공수송층)으로 이동한다.
제1 전하수송층(130) 및 제2 전하수송층(150)은 적어도 하나 이상의 층으로 구성될 수 있으며, 전자수송, 정공수송, 전자차단, 및 정공차단 기능을 갖는 물질 중 어느 하나로 구비될 수 있다. 이때, 전자수송, 전자차단, 정공수송, 및 정공차단의 기능을 갖는 물질은 물질이 가지는 에너지 준위(Energy level)에 따른 역할로써 정의하며, 제1 전하수송층(130)과 제2 전하수송층(150)은 서로 상반되는 기능의 물질로 구비될 수 있다.
예를 들어, 제1 전하수송층(130)과 제2 전하수송층(150)이 단일층으로 구비되는 경우에 제1 전하수송층(130)이 전자수송의 기능을 갖는 물질로 구비된다면, 제2 전하수송층(150)은 정공수송의 기능을 갖는 물질로 구비될 수 있으나, 여기에 국한되지 아니하고, 제1 전하수송층(130)이 정공수송의 기능을, 제2 전하수송층(150)이 전자수송의 기능을 갖는 물질로 구비될 수 있다.
또한, 제1 전하수송층(130)과 제2 전하수송층(150)이 적어도 하나의 층으로 구비되는 경우에 제1 전하수송층(130)이 전자수송의 기능을 갖는 물질로 구비된다면, 정공차단의 기능을 갖는 물질이 추가적으로 구비될 수 있고, 제2 전하수송층(150)은 정공수송의 기능을 갖는 물질로 구성된다면, 전자차단의 기능을 갖는 물질이 추가적으로 구비될 수 있다.
각 셀(10)을 형성하기 위해 식각패턴한 후 식각패턴된 패턴영역(40) 및 제2 전극(160) 상에 수분 및 산소가 소자 내부로 침투하는 것을 방지하는 봉지층이 적층될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 콘택홀을 적용한 고효율 태양전지 모듈의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 고효율 태양전지 모듈(100)의 제조 방법은 제1 전극 형성 단계(S100), 전하수송층 및 광활성층 적층 단계(S300), 콘택홀 형성 단계(S500), 제2 전극 적층 단계(S700), 및 셀 형성 단계(S900)를 포함한다.
제1 전극 형성 단계(S100)는 기판(110) 상에 구비된 제1 전극(120)이 소정 간격을 두고 형성되도록 식각패턴될 수 있다.
전하수송층 및 광활성층 적층 단계(S300)는 상기 제1 전극(120) 상에 제1 전하수송층(130), 페로브스카이트 구조의 물질인 광활성층(140), 및 제2 전하수송층(150)이 순차적으로 적층될 수 있다.
콘택홀 형성 단계(S500)는 상기 제1 전하수송층(130), 광활성층(140), 및 제2 전하수송층(150)에 제1 전극(120)의 배열 방향을 기준으로 하여 배열 방향에 교차하는 방향으로 상기 제1 전극(120)의 일부가 노출되는 적어도 하나 이상의 콘택홀(20)이 형성될 수 있다.
제2 전극 적층 단계(S700)는 상기 콘택홀(20) 및 상기 제2 전하수송층(150) 상에 제2 전극(160)이 적층될 수 있다.
셀 형성 단계(S900)는 상기 콘택홀(20)을 중심으로 콘택홀(20) 주변의 상기 제1 전하수송층(130), 광활성층(140), 제2 전하수송층(150), 및 제2 전극(160)이 식각패턴되어 각 셀(10)을 형성하되, 상기 콘택홀(20)을 통해 각 셀(10)의 제2 전극(160)과 인접된 셀(10)의 제1 전극(120)이 통전되는 연결포인트(30)로 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
100: 태양전지 모듈
110: 기판 120: 제1 전극
130: 제1 전하수송층 140: 광활성층
150: 제2 전하수송층 160: 제2 전극
10: 태양전지 셀 20: 콘택홀
30: 연결포인트 40: 패턴영역
A1: 데드존

Claims (9)

  1. 제1 전극, 제1 전하수송층, 광활성층, 제2 전하수송층, 및 제2 전극을 포함하는 태양전지 셀이 기판 상에 다수개로 배치되어 각 셀이 전기적으로 직렬 연결되는 고효율 태양전지 모듈에 있어서,
    상기 제1 전극 상에 적층된 제1 전하수송층, 광활성층, 및 제2 전하수송층은 제1 전극의 일부가 노출되는 적어도 하나의 콘택홀(Contact hole)을 포함하고,
    상기 제2 전극은 상기 콘택홀 및 상기 제2 전하수송층의 상에 적층되며,
    상기 콘택홀을 중심으로 콘택홀 주변의 제1 전하수송층, 광활성층, 제2 전하수송층, 및 제2 전극을 식각패턴하여 상기 콘택홀을 통해 각 셀의 제2 전극과 인접된 셀의 제1 전극이 통전되는 연결포인트를 형성하고,
    상기 연결포인트는 상기 제2 전극이 인접된 셀의 콘택홀 부근까지 연장되는 제1 연결부 및 상기 제2 전극이 콘택홀을 통해 상기 제1 연결부로부터 제1 전극까지 연결된 제2 연결부로 구비되고,
    상기 연결포인트는 제2 전극과 제1 전극 사이에 콘택저항(Contact Resistance)을 저감하는 전도층이 구비되고,
    상기 연결포인트는 각 셀의 직렬 연결되는 전기 전도도를 향상시키기 위해 적어도 하나 이상의 콘택홀을 통해 제2 전극과 인접된 셀의 제1 전극이 접촉되는 것을 특징으로 하는 고효율 태양전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀 각각은 식각패턴된 제1 전하수송층, 광활성층, 제2 전하수송층, 및 제2 전극이 서로 맞물린 형태인 것을 특징으로 하는 콘택홀을 적용한 고효율 태양전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광활성층은 페로브스카이트(Perovskite) 구조의 물질인 것을 특징으로 하는 콘택홀을 적용한 고효율 태양전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전하수송층 및 제2 전하수송층 중 어느 하나는 적어도 하나 이상의 층으로 구비되는 것을 특징으로 하는 콘택홀을 적용한 고효율 태양전지 모듈.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 콘택홀은 제1 전극의 배열 방향을 기준으로 하여 배열 방향에 교차하는 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 콘택홀을 적용한 고효율 태양전지 모듈.
  9. 고효율 태양전지 모듈의 제조 방법에 있어서,
    기판 상에 구비된 제1 전극이 소정 간격을 두고 형성되도록 식각패턴되는 제1 전극 형성 단계;
    상기 제1 전극 상에 제1 전하수송층, 페로브스카이트 구조의 물질인 광활성층, 및 제2 전하수송층이 순차적으로 적층되는 전하수송층 및 광활성층 적층 단계;
    상기 제1 전하수송층, 광활성층, 및 제2 전하수송층에 제1 전극의 배열 방향을 기준으로 하여 배열 방향에 교차하는 방향으로 상기 제1 전극의 일부가 노출되는 적어도 하나의 콘택홀이 형성되는 콘택홀 형성 단계;
    상기 콘택홀 및 제2 전하수송층 상에 제2 전극이 적층되는 제2 전극 적층 단계; 및
    상기 콘택홀을 중심으로 콘택홀 주변의 상기 제1 전하수송층, 광활성층, 제2 전하수송층, 및 제2 전극이 식각패턴되어 각 셀을 형성하되, 상기 콘택홀을 통해 각 셀의 제2 전극과 인접된 셀의 제1 전극이 통전되는 연결포인트를 통해 전기적으로 직렬 연결되는 셀 형성 단계를 포함하고,
    상기 셀 형성 단계는 상기 연결포인트가 상기 제2 전극이 인접된 셀의 콘택홀 부근까지 연장되는 제1 연결부 및 상기 제2 전극이 콘택홀을 통해 상기 제1 연결부로부터 제1 전극까지 연결된 제2 연결부로 구비되고,
    상기 셀 형성 단계는 상기 연결포인트가 제2 전극과 제1 전극 사이에 콘택저항(Contact Resistance)을 저감하는 전도층이 구비되고,
    상기 셀 형성 단계는 상기 연결포인트가 각 셀의 직렬 연결되는 전기 전도도를 향상시키기 위해 적어도 하나 이상의 콘택홀을 통해 제2 전극과 인접된 셀의 제1 전극이 접촉되는 것을 특징으로 하는 콘택홀을 적용한 고효율 태양전지 모듈의 제조 방법.
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