KR102523303B1 - 박막형 태양전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 상에 제1 전극층을 형성하는 공정; 상기 제1 전극층에 제1 분리부를 형성하여 상기 제1 분리부를 사이에 두고 이격되는 복수의 제1 전극을 형성하는 공정; 상기 제1 전극 상에 반도체 물질층을 형성하는 공정; 상기 반도체 물질층에 콘택부를 형성하여 상기 콘택부를 사이에 두고 이격되는 복수의 반도체층을 형성하는 공정; 상기 반도체층 상에 제2 전극층을 형성하는 공정; 상기 반도체층 및 상기 제2 전극층에 광 투과부를 형성하여 상기 광 투과부에 의해 상기 제1 전극을 노출시키는 공정; 및 상기 광 투과부를 형성하는 공정 이후에, 상기 반도체층 및 상기 제2 전극층에 제2 분리부를 형성하여 상기 제2 분리부를 사이에 두고 이격되는 복수의 제2 전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조 방법 및 그에 의해 제조된 박막형 태양전지를 제공한다.
Description
본 발명은 박막형 태양전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 씨쓰루(see-through) 구조를 가지는 박막형 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN 접합 구조를 하고 있다. 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole)과 전자(electron)가 발생한다. 이때, 상기 PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생 되고, 그에 따라 전력을 생산할 수 있게 된다.
상기 태양전지는 박막형 태양전지(Thin film type solar cell)와 웨이퍼형 태양전지(Wafer type solar cell)로 구분할 수 있다.
상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 웨이퍼형 태양전지는 실리콘 웨이퍼 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 웨이퍼형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 효율이 우수하기는 하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승하는 단점이 있다.
상기 박막형 태양전지는 씨쓰루(see-through) 형태의 광 투과영역 확보가 가능하기 때문에 건축물의 유리창 또는 차량의 선루프 등에 용이하게 적용될 수 있다.
이하, 도면을 참조로 종래의 씨쓰루 형태의 박막형 태양전지에 대해서 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1h는 종래의 씨쓰루 형태의 박막형 태양전지의 제조 공정을 도시한 공정 단면도이다.
우선, 도 1a에서 알 수 있듯이, 기판(10) 상에 투명 도전물을 이용하여 전면 전극층(20a)을 형성한다.
다음, 도 1b에서 알 수 있듯이, 상기 전면 전극층(20a)에 제1 분리부(P1)를 형성한다. 그리하면, 상기 제1 분리부(P1)를 사이에 두고 이격되는 복수의 전면 전극(20)의 패턴이 얻어진다.
다음, 도 1c에서 알 수 있듯이, 상기 복수의 전면 전극(20) 상에 반도체 물질층(30a)을 형성한다.
다음, 도 1d에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 물질층(30a)에 콘택부(P2)를 형성한다. 그리하면, 상기 콘택부(P2)를 사이에 두고 이격되는 복수의 반도체층(30)의 패턴이 얻어진다.
다음, 도 1e에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(30) 상에 후면 전극층(40a)을 형성한다.
다음, 도 1f에서 알 수 있듯이, 상기 후면 전극층(40a)에 제2 분리부(P3)를 형성한다. 그리하면, 상기 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 이격되는 복수의 후면 전극(40)의 패턴이 얻어진다.
다음, 도 1g에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(30)과 상기 후면 전극(40)에 광 투과부(P5)를 형성한다. 상기 광 투과부(P5)는 상기 반도체층(30) 및 상기 후면 전극(40)의 소정 영역이 제거되어 마련된다. 이와 같은 광 투과부(P5)에 의해서 씨쓰루(see-through) 영역이 확보될 수 있다.
다음, 도 1h에서 알 수 있듯이, 기판(10)의 최외곽 단위셀에 위치하는 전면 전극(20), 반도체층(30) 및 후면 전극(40)에 제3 분리부(P4)를 형성하여, 기판(10)의 최외곽 부분을 전기적으로 절연시킨다.
이와 같은 종래의 박막형 태양전지는 상기 광 투과부(P5)를 형성하는 공정 중에 상기 제2 분리부(P3) 영역에 결함(defect)이 발생하여 태양전지의 효율이 저하되는 문제가 있는데, 이에 대해서 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 종래의 씨쓰루 형태의 박막형 태양전지의 개략적인 평면도이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 기판(10) 상에는 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 및 제2 분리부(P3)가 반복 배열되어 있다. 상기 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 및 제2 분리부(P3)의 반복 단위에 의해서 복수 개의 단위 셀들이 구분될 수 있고 또한 복수 개의 단위 셀들이 직렬로 연결될 수 있다.
또한, 상기 기판(10)의 외곽에는 제3 분리부(P4)가 형성되어 있어, 상기 제3 분리부(P4)에 의해서 상기 기판(10)의 최외곽 영역이 절연되어 있다.
또한, 상기 기판(10) 상에는 씨쓰루 영역을 확보하기 위해서 광 투과부(P5)가 형성되어 있다. 상기 광 투과부(P5)는 상기 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 및 제2 분리부(P3)와 교차하는 방향으로 배열되어 있다.
전술한 바와 같이, 상기 광 투과부(P5)는 상기 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 및 제2 분리부(P3)를 모두 형성한 이후에 형성한다. 이때, 상기 제2 분리부(P3)는 복수 개의 단위셀들을 최종적으로 분리하는 역할을 하기 때문에 높은 정밀도가 요구된다. 그에 반하여, 상기 광 투과부(P5)는 씨쓰루(see-through) 영역을 확보하기 위한 것이기 때문에 높은 정밀도가 요구되지 않는다.
따라서, 정밀한 패턴으로 상기 제2 분리부(P3)를 형성한 이후에 상대적으로 정밀하지 않은 패턴으로 상기 광 투과부(P5)를 형성하게 되는데, 이때, 상기 제2 분리부(P3)와 상기 광 투과부(P5)가 서로 교차하는 영역(도 2의 A영역 참조)에서 상기 제2 분리부(P3)의 패턴이 무너지는 문제가 발생할 수 있다 .
이와 같이, 상기 제2 분리부(P3)의 패턴이 무너지게 되면 복수 개의 단위셀들 사이에 전력 편차가 발생할 수도 있고 복수 개의 단위셀들 사이에 쇼트가 발생하여 태양전지의 전력 손실이 발생할 수도 있다.
본 발명은 전술한 종래의 박막형 태양전지의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 복수 개의 단위셀들 사이를 분리하는 제2 분리부의 패턴 정밀도를 유지할 수 있는 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 기판 상에 제1 전극층을 형성하는 공정; 상기 제1 전극층에 제1 분리부를 형성하여 상기 제1 분리부를 사이에 두고 이격되는 복수의 제1 전극을 형성하는 공정; 상기 제1 전극 상에 반도체 물질층을 형성하는 공정; 상기 반도체 물질층에 콘택부를 형성하여 상기 콘택부를 사이에 두고 이격되는 복수의 반도체층을 형성하는 공정; 상기 반도체층 상에 제2 전극층을 형성하는 공정; 상기 반도체층 및 상기 제2 전극층에 광 투과부를 형성하여 상기 광 투과부에 의해 상기 제1 전극을 노출시키는 공정; 및 상기 광 투과부를 형성하는 공정 이후에, 상기 반도체층 및 상기 제2 전극층에 제2 분리부를 형성하여 상기 제2 분리부를 사이에 두고 이격되는 복수의 제2 전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조 방법을 제공한다.
상기 제1 분리부, 상기 콘택부, 및 상기 제2 분리부는 제1 방향으로 형성하고 상기 광 투과부는 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 형성하여, 상기 광 투과부와 상기 제2 분리부가 서로 교차하도록 형성할 수 있다.
상기 광 투과부의 폭은 상기 제2 분리부의 폭보다 넓게 형성할 수 있다.
상기 광 투과부는 갈바노 거울을 이용한 레이저 스크라이빙 공정으로 형성할 수 있다.
상기 제1 분리부는 적외선 파장 범위의 레이저를 이용한 레이저 스크라이빙 공정으로 형성하고, 상기 콘택부, 상기 제2 분리부 및 상기 광 투과부는 녹색 파장 범위의 레이저를 이용한 레이저 스크라이빙 공정으로 형성할 수 있다.
상기 제2 전극을 형성하는 공정 이후에 상기 기판의 외곽에 제3 분리부를 형성하여 상기 기판을 노출시키는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 기판; 상기 기판 상에 제1 분리부를 사이에 두고 이격되는 복수의 제1 전극; 상기 복수의 제1 전극 상에서 콘택부 및 제2 분리부를 사이에 두고 이격되는 복수의 반도체층; 및 상기 복수의 반도체층 상에서 상기 콘택부를 통해 상기 복수의 제1 전극과 연결되며 상기 제2 분리부를 사이에 두고 이격되는 복수의 제2 전극을 포함하여 이루어지며, 상기 복수의 반도체층 및 상기 복수의 제2 전극에는 상기 제2 분리부와 교차하는 광 투과부가 구비되어 있고, 상기 제2 분리부와 상기 광 투과부가 교차하는 영역에는 상기 광 투과부의 레이저 스팟은 형성되고 상기 제2 분리부의 레이저 스팟은 형성되지 않는 박막형 태양전지를 제공한다.
상기 광 투과부의 폭은 상기 제2 분리부의 폭보다 넓을 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 분리부(P3)를 형성한 이후에 광 투과부(P5)를 형성하는 것이 아니라, 광 투과부(P5)를 형성한 이후에 제2 분리부(P3)를 형성하기 때문에, 상기 광 투과부(P5)를 형성하는 공정 중에서 상기 제2 분리부(P3)의 패턴이 무너지는 문제가 방지될 수 있다. 따라서, 상기 제2 분리부(P3)의 패턴이 무너지게 되어 복수 개의 단위셀들 사이에 전력 편차가 발생하는 종래의 문제 및 복수 개의 단위셀들 사이에 쇼트가 발생하여 태양전지의 전력 손실이 발생하는 종래의 문제가 해소될 수 있다.
도 1a 내지 도 1h는 종래의 씨쓰루 형태의 박막형 태양전지의 제조 공정을 도시한 공정 단면도이다.
도 2는 종래의 씨쓰루 형태의 박막형 태양전지의 개략적인 평면도이다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 평면도이다.
도 5는 종래의 제조 공정으로 제조한 박막형 태양전지의 SEM 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 공정으로 제조한 박막형 태양전지의 SEM 사진이다.
도 2는 종래의 씨쓰루 형태의 박막형 태양전지의 개략적인 평면도이다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 평면도이다.
도 5는 종래의 제조 공정으로 제조한 박막형 태양전지의 SEM 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 공정으로 제조한 박막형 태양전지의 SEM 사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 단면도이다.
우선, 도 3a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 상에 투명 도전물을 이용하여 제1 전극층(200a)을 형성한다.
상기 기판(100)으로는 유리 또는 투명한 플라스틱을 이용할 수 있다.
상기 제1 전극층(200a)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide)등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 제1 전극층(200a)은 태양광이 입사되는 전면 전극층으로 기능할 수 있으며, 이 경우 입사되는 태양광이 태양전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 하기 위해서 상기 제1 전극층(200a)의 표면에 요철 구조를 형성하는 텍스처(texturing) 가공 공정을 추가로 수행할 수 있다.
다음, 도 3b에서 알 수 있듯이, 상기 제1 전극층(200a)에 제1 분리부(P1)를 형성한다.
상기 제1 분리부(P1)를 형성함으로써 상기 제1 분리부(P1)를 사이에 두고 이격되는 복수의 제1 전극(200)의 패턴을 얻을 수 있다. 상기 제1 분리부(P1)가 형성된 영역에서는 상기 제1 전극층(200a)의 소정 영역이 제거되고 그에 따라 상기 기판(100)의 상면이 노출된다.
상기 제1 분리부(P1)를 형성하는 공정은 레이저 스크라이빙 공정으로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 레이저 스크라이빙 공정은 적외선 파장 범위의 레이저를 이용할 수 있다. 상기 적외선 파장 범위의 레이저를 이용하여 레이저 스크라이빙 공정을 수행하면 레이저가 조사된 상기 제1 전극층(200a)의 소정 영역이 녹으면서 상기 제1 분리부(P1)를 형성할 수 있다.
다음, 도 3c에서 알 수 있듯이, 상기 제1 전극(200) 상에 반도체 물질층(300a)을 형성한다.
상기 반도체 물질층(300a)은 도시된 바와 같이 상기 제1 분리부(P1) 영역에도 형성한다.
상기 반도체 물질층(300a)은 실리콘계 반도체물질을 플라즈마 CVD법 등을 이용하여 형성할 수 있으며, 상기 실리콘계 반도체물질로는 비정질 실리콘(a-Si:H) 또는 미세결정질 실리콘(μc-Si:H) 등을 이용할 수 있다.
상기 반도체 물질층(300a)은 P(Positive)형 반도체층, I(Intrinsic)형 반도체층 및 N(Negative)형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성할 수 있다. 이와 같이 상기 반도체 물질층(300a)을 PIN구조로 형성하게 되면, I형 반도체층이 P형 반도체층과 N형 반도체층에 의해 공핍(depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(drift)되어 각각 P형 반도체층 및 N형 반도체층에서 수집되게 된다.
상기 P형 반도체층은 비정질 실리콘에 P형 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있고, 상기 I형 반도체층은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있고, 상기 N형 반도체층은 비정질 실리콘에 N형 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
상기 반도체 물질층(300a)을 PIN구조로 형성할 경우에는 태양광이 입사되는 쪽에서 가까운 위치에 P형 반도체층을 형성하고 이어서 I형 반도체층 및 N형 반도체층을 형성하는 것이 바람직하다. 그 이유는 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 의해 낮기 때문에 입사광에 의한 캐리어의 수집효율을 극대화하기 위해서 P형 반도체층을 수광면에 가깝게 형성하기 위함이다.
다음, 도 3d에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 물질층(300a)에 콘택부(P2)를 형성한다. 그리하면, 상기 콘택부(P2)를 사이에 두고 이격되는 복수의 반도체층(300)의 패턴이 얻어진다.
상기 콘택부(P2)가 형성된 영역에서는 상기 반도체 물질층(300a)의 소정 영역이 제거되고 그에 따라 상기 제1 전극(200)의 상면이 노출된다.
상기 콘택부(P2)를 형성하는 공정은 레이저 스크라이빙 공정으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 레이저 스크라이빙 공정은 녹색(Green) 파장 범위의 레이저를 이용할 수 있다.
상기 녹색 파장 범위의 레이저를 이용하여 레이저 스크라이빙 공정을 수행하면 레이저가 조사된 상기 반도체 물질층(300a)의 영역이 제거되면서 상기 콘택부(P2)를 형성할 수 있다.
다음, 도 3e에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(300) 상에 제2 전극층(400a)을 형성한다.
상기 제2 전극층(400a)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide)등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 상기 제2 전극층(400a)은 Ag, Al, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu 등과 같은 금속물질을 스퍼터링(Sputtering)법 등을 이용하여 형성하는 것도 가능하다.
상기 제2 전극층(400a)은 태양광이 입사되는 면의 반대면에 해당하는 후면 전극으로 기능할 수 있다. 따라서, 상기 제2 전극층(400a)은 불투명 도전물질로 이루어질 수 있지만, 투명 도전물질로 이루어질 수도 있다. 상기 제2 전극층(400a)이 투명 도전물질로 이루어진 경우에는 투명한 박막 태양전지의 구현이 가능하다.
다음, 도 3f에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(300) 및 상기 제2 전극층(400a)에 광 투과부(P5)를 형성한다.
상기 광 투과부(P5)가 형성된 영역에서는 상기 제1 전극(200)이 노출된다. 이와 같은 광 투과부(P5)에 의해서 씨쓰루(see-through) 영역이 확보될 수 있다.
상기 광 투과부(P5)를 형성하는 공정은 레이저 스크라이빙 공정으로 이루어질 수 있다. 이때, 레이저는 녹색(Green) 파장 범위의 레이저를 이용할 수 있다.
상기 녹색 파장 범위의 레이저를 이용하여 레이저 스크라이빙 공정을 수행하면 레이저가 조사된 상기 반도체층(300)의 소정 영역이 제거되면서 그 상부의 제2 전극층(400a)의 소정 영역도 함께 제거될 수 있다. 즉, 상기 기판(100)의 하부 방향에서 녹색 파장 범위의 레이저를 조사하면 레이저가 조사된 상기 반도체층(300)의 소정 영역이 상부 방향으로 제거되고 그때 상기 제거되는 반도체층(300)의 위쪽에 위치하는 제2 전극층(400a)의 소정 영역도 함께 제거된다.
상기 레이저 스크라이빙 공정시 갈바노 거울(Galvano-Mirror)을 이용함으로써 제1 폭(W1)을 가지는 광 투과부(P5)를 형성할 수 있다. 상기 광 투과부(P5)의 제1 폭(W1)은 후술하는 제2 분리부(P3)의 제2 폭(W2)보다 넓게 된다. 상기 갈바노 거울을 이용할 경우 상대적으로 넓은 제1 폭(W1)을 가지는 광 투과부(P5)를 보다 용이하게 형성할 수 있다.
다음, 도 3g에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(300) 및 상기 제2 전극층(400a)에 제2 분리부(P3)를 형성한다.
상기 제2 분리부(P3)를 형성함으로써 상기 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 이격되는 복수의 제2 전극(400)의 패턴을 얻을 수 있다. 상기 제2 분리부(P3)가 형성된 영역에서는 상기 제1 전극(200)이 노출된다. 상기 제2 분리부(P3)에 의해서 복수 개의 단위셀들이 분리될 수 있다.
상기 제2 분리부(P3)를 형성하는 공정은 레이저 스크라이빙 공정으로 이루어질 수 있다. 이때, 레이저는 녹색(Green) 파장 범위의 레이저를 이용할 수 있다.
상기 녹색 파장 범위의 레이저를 이용하여 레이저 스크라이빙 공정을 수행하면 레이저가 조사된 상기 반도체층(300)의 소정 영역이 제거되면서 그 상부의 제2 전극층(400a)의 소정 영역도 함께 제거될 수 있다.
다음, 도 3h에서 알 수 있듯이, 상기 기판(100)의 최외곽 단위셀에 위치하는 제1 전극(200), 반도체층(300) 및 제2 전극(400)에 제3 분리부(P4)를 형성하여, 기판(100)의 최외곽 부분을 전기적으로 절연시킨다.
상기 제3 분리부(P4)가 형성된 영역에서는 상기 기판(100)이 노출된다.
이와 같이 상기 제3 분리부(P4)를 통해서 기판(100)의 외곽 부분을 전기적으로 절연시키면, 박막 태양전지를 모듈화하는 공정에서 소정의 하우징을 박막 태양전지에 연결하게 될 때 상기 하우징과 박막 태양전지 사이에 쇼트가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 분리부(P3)를 형성한 이후에 광 투과부(P5)를 형성하는 것이 아니라, 광 투과부(P5)를 형성한 이후에 제2 분리부(P3)를 형성하기 때문에, 상기 광 투과부(P5)를 형성하는 공정 중에서 상기 제2 분리부(P3)의 패턴이 무너지는 문제가 방지될 수 있다. 따라서, 상기 제2 분리부(P3)의 패턴이 무너지게 되어 복수 개의 단위셀들 사이에 전력 편차가 발생하는 종래의 문제 및 복수 개의 단위셀들 사이에 쇼트가 발생하여 태양전지의 전력 손실이 발생하는 종래의 문제가 해소될 수 있다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 평면도이다. 도 4a 내지 도 4e는 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 제2 분리부(P3), 제3 분리부(P4), 및 광 투과부(P5)의 형성 공정만을 도시하였다. 전술한 실시예와 동일한 사항에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 4a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 상에 제1 방향, 예로서, 세로 방향으로 제 1 분리부(P1)를 형성한다.
다음, 도 4b에서 알 수 있듯이, 상기 기판(100) 상에 상기 제1 방향으로 상기 콘택부(P2)를 형성한다. 상기 콘택부(P2)는 상기 제1 분리부(P1)와 평행하게 형성한다.
다음, 도 4c에서 알 수 있듯이, 상기 기판(100) 상에 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로, 예로서 가로 방향으로 광 투과부(P5)를 형성한다. 상기 광 투과부(P5)는 상기 제1 분리부(P1) 및 상기 콘택부(P2)와 교차하게 형성하며, 예로서 상기 제1 분리부(P1) 및 상기 콘택부(P2)와 90도로 교차하게 형성한다.
다음, 도 4d에서 알 수 있듯이, 상기 기판(100) 상에 상기 제1 방향으로 제2 분리부(P3)를 형성한다. 상기 제2 분리부(P3)는 상기 콘택부(P2) 및 상기 제1 분리부(P1)와 평행하게 형성한다.
다음, 도 4e에서 알 수 있듯이, 상기 기판(100) 상에 제3 분리부(P4)를 형성한다. 상기 제3 분리부(P4)는 상기 기판(100)의 외곽에서 상기 기판(100)의 형상과 대응하는 형상으로 형성한다. 즉, 상기 제3 분리부(P4)는 상기 기판(100)의 끝단과 소정 거리를 두면서 상기 기판(100)의 끝단을 따라 연장되면서 사각형 구조로 형성될 수 있다.
이상의 제조 방법에 따라 제조된 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지는 전술한 도 3h 및 도 4e에서 알 수 있듯이, 기판(100), 복수의 제1 전극(200), 복수의 반도체층(300), 및 복수의 제2 전극(400)을 포함하여 이루어진다. 상기 복수의 제1 전극(200)은 상기 기판(100) 상에서 제1 분리부(P1)를 사이에 두고 이격되어 있고, 상기 복수의 반도체층(300)은 상기 복수의 제1 전극(200) 상에서 콘택부(P2) 및 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 이격되어 있고, 상기 복수의 제2 전극(400)은 상기 복수의 반도체층(300) 상에서 상기 콘택부(P2)를 통해 상기 복수의 제1 전극(200)과 연결되며 상기 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 이격되어 있다. 또한, 상기 복수의 반도체층(300) 및 상기 복수의 제2 전극(400)에는 상기 제2 분리부(P3)와 교차하는 광 투과부(P5)가 구비되어 있다.
도 5는 종래의 제조 공정으로 제조한 박막형 태양전지의 SEM 사진이다. 즉, 도 5는 전술한 도 1a 내지 도 1h에 따른 방법으로 제조된 비교예에 따른 박막형 태양전지의 SEM 사진으로서, 21㎛의 선폭을 가지는 제1 분리부(P1)를 세로 방향으로 형성하고, 그 후, 91㎛의 선폭을 가지는 콘택부(P2)를 세로 방향으로 형성하고, 그 후, 94㎛의 선폭을 가지는 제2 분리부(P3)를 세로 방향으로 형성하고, 그 후, 180㎛의 선폭을 가지는 광 투과부(P5)를 가로 방향으로 형성한 것이다. 이때, 상기 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 제2 분리부(P3), 및 광 투과부(P5) 각각은 레이저 스크라이빙 공정에 의해 형성하였고, 따라서 복수의 레이저 스팟(Laser spot)으로 이루어진다. 상기 선폭은 레이저 스팟의 최대 폭에 해당한다.
도 5의 붉은 원으로 표기된 부분에서 알 수 있듯이, 종래의 제조 공정으로 제조한 비교예의 경우에는, 제2 분리부(P3)와 광 투과부(P5)의 중첩 영역에서 제3 분리부(P3)의 레이저 스팟의 형태가 일부 형성되어 있음을 알 수 있다. 이는 상기 제3 분리부(P3)의 레이저 스팟이 상기 광 투과부(P5)의 레이저 스팟에 의해 무너지면서 상기 제3 분리부(P3)의 레이저 스팟 일부가 잔존한 것으로 해석될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 공정으로 제조한 박막형 태양전지의 SEM 사진이다. 즉, 도 6은 전술한 도 3a 내지 도 3h에 따른 방법으로 제조된 실시예에 따른 박막형 태양전지의 SEM 사진으로서, 21㎛의 선폭을 가지는 제1 분리부(P1)를 세로 방향으로 형성하고, 그 후, 91㎛의 선폭을 가지는 콘택부(P2)를 세로 방향으로 형성하고, 그 후, 180㎛의 선폭을 가지는 광 투과부(P5)를 가로 방향으로 형성하고, 그 후, 94㎛의 선폭을 가지는 제2 분리부(P3)를 세로 방향으로 형성한 것이다. 전술한 도 5와 마찬가지로, 상기 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 제2 분리부(P3), 및 광 투과부(P5) 각각은 레이저 스크라이빙 공정에 의해 형성하였고, 따라서 복수의 레이저 스팟(Laser spot)으로 이루어진다. 또한, 상기 선폭은 레이저 스팟의 최대 폭에 해당한다.
도 6의 붉은 원으로 표기된 부분에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 공정으로 제조한 실시예의 경우에는, 제2 분리부(P3)와 광 투과부(P5)의 중첩 영역에서 상기 광 투과부(P5)의 레이저 스팟은 형성되어 있지만 상기 제3 분리부(P3)의 레이저 스팟은 형성되지 않음을 알 수 있다. 이는 상기 광 투과부(P5)의 레이저 스팟이 형성된 이후에 상기 광 투과부(P5)의 레이저 스팟 영역 안쪽에 상기 제3 분리부(P3)의 레이저 스팟이 조사되기 때문에 상기 제3 분리부(P3)의 형태가 관찰되지 않는 것이다. 따라서 제2 분리부(P3)와 광 투과부(P5)의 중첩 영역에서 상기 제3 분리부(P3)가 무너지지 않게 되고 결국 복수 개의 단위셀들 사이에 전력 편차나 쇼트가 발생하지 않게 된다.
아래 표 1은 전술한 도 5의 비교예에 따른 박막형 태양전지와 전술한 도 6의 본 발명의 방법으로 제조된 실시예에 따른 박막형 태양전지 사이의 특성 차이를 보여주는 것이다. 특히, 아래 표 1의 비교예 및 실시예는 광 투과부를 박막형 태양전지의 전체 면적 대비 15% 형성하여 실험한 것이다.
표 1
위 표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 방법으로 제조된 실시예에 따른 박막형 태양전지가 종래의 방법으로 제조된 비교예에 따른 박막형 태양전지에 비하여, 최대출력(Pmax), 효율(Eff.), 개방전류(Isc), 필팩터(fill factor), 및 저항(Rs) 모두에서 향상된 특성을 가짐을 알 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 기판 200a, 200: 제1 전극층, 제1 전극
300a, 300: 반도체 물질층, 반도체층 400a, 400: 제2 전극층, 제2 전극
P1: 제1 분리부 P2: 콘택부
P3: 제2 분리부 P4: 제3 분리부
P5: 광 투과부
300a, 300: 반도체 물질층, 반도체층 400a, 400: 제2 전극층, 제2 전극
P1: 제1 분리부 P2: 콘택부
P3: 제2 분리부 P4: 제3 분리부
P5: 광 투과부
Claims (8)
- 기판 상에 제1 전극층을 형성하는 공정;
상기 제1 전극층에 제1 방향으로 제1 분리부를 형성하여 상기 제1 분리부를 사이에 두고 이격되는 복수의 제1 전극을 형성하는 공정;
상기 제1 전극 상에 반도체 물질층을 형성하는 공정;
상기 반도체 물질층에 상기 제1 방향으로 콘택부를 형성하여 상기 콘택부를 사이에 두고 이격되는 복수의 반도체층을 형성하는 공정;
상기 반도체층 상에 제2 전극층을 형성하는 공정;
상기 반도체층 및 상기 제2 전극층에 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 광 투과부를 형성하여 상기 광 투과부에 의해 상기 제1 전극을 노출시키는 공정; 및
상기 광 투과부를 형성하는 공정 이후에, 상기 반도체층 및 상기 제2 전극층에 상기 제1 방향으로 제2 분리부를 형성하여 상기 제2 분리부를 사이에 두고 이격되는 복수의 제2 전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 광 투과부의 폭은 상기 제2 분리부의 폭보다 넓게 형성하는 박막형 태양전지의 제조 방법. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제2 전극을 형성하는 공정 이후에 상기 기판의 외곽에 제3 분리부를 형성하여 상기 기판을 노출시키는 공정을 추가로 포함하는 박막형 태양전지의 제조 방법. - 기판;
상기 기판 상에 제1 분리부를 사이에 두고 이격되는 복수의 제1 전극;
상기 복수의 제1 전극 상에서 콘택부 및 제2 분리부를 사이에 두고 이격되는 복수의 반도체층; 및
상기 복수의 반도체층 상에서 상기 콘택부를 통해 상기 복수의 제1 전극과 연결되며 상기 제2 분리부를 사이에 두고 이격되는 복수의 제2 전극을 포함하여 이루어지며,
상기 복수의 반도체층 및 상기 복수의 제2 전극에는 상기 제2 분리부와 교차하는 광 투과부가 구비되어 있고,
상기 제2 분리부와 상기 광 투과부가 교차하는 영역에는 상기 광 투과부의 레이저 스팟은 형성되고 상기 제2 분리부의 레이저 스팟은 형성되지 않고,
상기 광투과부의 레이저 스팟의 크기가 상기 제2 분리부의 레이저 스팟의 크기보다 큰 박막형 태양전지. - 제7항에 있어서,
상기 광 투과부의 폭은 상기 제2 분리부의 폭보다 넓은 박막형 태양전지.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |