KR102596328B1 - Preparation method for CZTS thin film solar cell absorbing layer, CZTS thin film solar cell absorbing layer prepared therefrom - Google Patents

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Abstract

본 발명은 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법, 이로부터 제조되는 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층에 관한 것으로, 상세하게는, ⅰ) 기판상에 제1 전극층을 형성하는 단계, ⅱ) 상기 제1 전극층 상에 아연(Zn) 전구체층을 형성하는 단계, ⅲ) 상기 아연(Zn) 전구체층 상에 구리(Cu) 전구체층을 형성하는 단계, ⅳ) 상기 구리(Cu) 전구체층 상에 주석(Sn) 전구체층을 형성하는 단계, 및 ⅴ)알칼리 금속 화합물층을 형성하는 단계,를 포함하는 전구체층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 알칼리 금속 화합물층을 형성하는 단계는, 상기 제1 전극층 및 아연(Zn) 전구체층 사이에 형성되는 제1 알칼리 금속 화합물층, 상기 아연(Zn) 전구체층 및 상기 구리(Cu) 전구체층 사이에 형성되는 제2 알칼리 금속 화합물층, 상기 구리(Cu) 전구체층 및 주석(Sn) 전구체층 사이에 형성되는 제3 알칼리 금속 화합물층 중 적어도 2개를 형성하는 것을 특징으로 하는, CZTS계 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a CZTS-based thin-film solar cell light-absorbing layer and a CZTS-based thin-film solar cell light-absorbing layer manufactured therefrom, specifically, i) forming a first electrode layer on a substrate, ii) the first electrode layer. 1 forming a zinc (Zn) precursor layer on the electrode layer, iii) forming a copper (Cu) precursor layer on the zinc (Zn) precursor layer, iv) tin on the copper (Cu) precursor layer ( Sn) forming a precursor layer, and v) forming an alkali metal compound layer, wherein forming the alkali metal compound layer includes the first electrode layer and zinc. A first alkali metal compound layer formed between the (Zn) precursor layers, a second alkali metal compound layer formed between the zinc (Zn) precursor layer and the copper (Cu) precursor layer, the copper (Cu) precursor layer, and tin ( Sn) relates to a method of manufacturing a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer, characterized in that at least two of the third alkali metal compound layers are formed between the precursor layers.

Description

CZTS계 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법, 이로부터 제조되는 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층{Preparation method for CZTS thin film solar cell absorbing layer, CZTS thin film solar cell absorbing layer prepared therefrom}Manufacturing method of CZTS thin film solar cell light absorption layer, CZTS thin film solar cell light absorption layer manufactured therefrom {Preparation method for CZTS thin film solar cell absorbing layer, CZTS thin film solar cell absorbing layer prepared therefrom}

본 발명은 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법, 이로부터 제조되는 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer, and a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer manufactured therefrom.

태양광으로부터 직접적으로 전기를 생산할 수 있는 태양전지는 청정에너지를 안전하게 생산할 수 있다는 점에서 가장 주목받는 미래 에너지 생산 방법이라고 할 수 있다. 이러한 태양전지에는 실리콘(Si)을 주 소재로 사용하는 실리콘 태양전지와 Cu(In,Ga)Se2의 조성을 갖는 CIS 또는 CIGS 박막 태양전지를 중심으로 개발되었으나, 이러한 실리콘 태양전지 및 박막 태양전지보다 공정이 용이하여 제조 단가를 낮고 동시에 다양한 형태로의 응용이 가능한, 유연 박막 태양전지에 대한 관심이 대두되고 있다.Solar cells, which can produce electricity directly from sunlight, can be said to be the most attracting future energy production method because they can safely produce clean energy. These solar cells have been developed focusing on silicon solar cells using silicon (Si) as the main material and CIS or CIGS thin-film solar cells with a composition of Cu(In,Ga)Se 2. However, they are more advanced than these silicon solar cells and thin-film solar cells. There is growing interest in flexible thin-film solar cells, which are easy to process, have low manufacturing costs, and can be applied in various forms.

유연 박막 태양전지는 얇고 가볍기 때문에 건물, 자동차 등에 적용이 가능하고 운반이나 설치가 수월해, 건물 일체형 태양 전지 (Building Integrated Photovoltaics, BIPV), 모바일 분야와 같은 응용 분야의 확대 적용이 가능하다. 또한, 저가의 유연 기판 채택을 통해서 제조 단가를 낮출 수 있으며, 이는 energy pay-back time 단축을 통해 신재생 에너지 시장 확대에 기여할 수 있다.Flexible thin-film solar cells are thin and light, so they can be applied to buildings and automobiles, and are easy to transport and install, enabling expanded application in application fields such as building integrated photovoltaics (BIPV) and mobile fields. In addition, manufacturing costs can be lowered by adopting low-cost flexible substrates, which can contribute to the expansion of the renewable energy market by shortening energy pay-back time.

하지만, 유연화 형태의 박막 태양전지를 낮은 제조 비용을 구현하기 위해서는 유연 기판 외에도 저가의 물질 적용이 필요하다. However, in order to realize a low manufacturing cost of a flexible thin film solar cell, the application of low-cost materials in addition to a flexible substrate is necessary.

이와 관련하여, CIS 또는 CIGS 박막 태양전지에서 사용되는 고가의 원료인 인듐(In) 및 갈륨(Ga) 대신, 매장량이 풍부한 원소이고, 상대적으로 저가인 아연(Zn) 및 주석(Sn)이 포함된 화합물인 Cu2ZnSnS4(CZTS) 또는 Cu2ZnSnSe4(CZTSe)등의 구리아연주석황셀렌(CZTS, CZTSe, CZTSSe)계(이하, CZTS계) 물질이 태양전지의 광흡수층 물질로서 각광받고 있다.In this regard, instead of indium (In) and gallium (Ga), which are expensive raw materials used in CIS or CIGS thin film solar cells, zinc (Zn) and tin (Sn), which are elements with abundant reserves and are relatively inexpensive, are used. Copper-zinc-tin-sulfur-selenium (CZTS, CZTSe, CZTSSe)-based (hereinafter referred to as CZTS-based) materials, such as Cu 2 ZnSnS 4 (CZTS) or Cu 2 ZnSnSe 4 (CZTSe), are attracting attention as materials for the light absorption layer of solar cells. .

하지만, 이러한 CZTS계 물질을 광흡수층으로 사용한 태양전지는 저가로 제조될 수 있는 장점을 갖는 반면, 광 효율이 낮아, 이를 개선시키기 위한 연구가 진행되고 있다. However, while solar cells using CZTS-based materials as light absorption layers have the advantage of being manufactured at low cost, their light efficiency is low, and research is being conducted to improve this.

CZTS계 물질을 광흡수층으로 사용한 태양전지의 효율 향상을 위해서는 광흡수층 내의 이차 상의 제어가 필요하다. 광흡수층 내 생성되는 이차상은 소자 내부에서 광생성 전류의 또 다른 전류 통로(current pass)가 될 수 있으며, 그 결과로 션트 저항(shunt resistance)이 감소하게 되며, 이는 충진률의 저하로 나타나, 궁극적으로 효율을 저하시키게 된다. 이러한 이차상 생성을 억제시키기 위한 방법으로, 알칼리 금속 원소는 CZTS계 광흡수층 형성 공정 중, 구리의 격자 자리를 차지함으로써 이차 상의 생성을 억제시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. In order to improve the efficiency of solar cells using CZTS-based materials as the light absorption layer, control of the secondary phase within the light absorption layer is necessary. The secondary phase generated within the light absorption layer can become another current pass for the light-generated current inside the device, and as a result, the shunt resistance decreases, which results in a decrease in the filling rate, ultimately leading to a decrease in the shunt resistance. This reduces efficiency. As a method to suppress the generation of such secondary phases, it is known that alkali metal elements can suppress the generation of secondary phases by occupying lattice sites of copper during the CZTS-based light absorption layer formation process.

이와 관련된 종래의 기술로, 대한민국 공개특허 제10-2018-0034248호에서는 수산화나트륨을 이용한 유연 CZTS계 박막 태양전지 및 이의 제조방법으로, 상세하게는, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 후면 전극을 형성하는 단계; 및 상기 후면 전극을 나트륨(Na)이 포함된 용액으로 도핑하는 단계를 포함하는 CZTS계 박막 태양전지의 제조방법을 개시하며, 상기 방법을 통해 CZTS계 전구체 박막을 형성하기 전, 몰리브덴 전극이 형성된 나트륨 무함유 기판을 나트륨 함유 용액을 이용하여 간단하게 도핑처리함으로써 태양전지의 광흡수층인 CZTS계 박막의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 효과를 개시한다.As a related conventional technology, Korean Patent Publication No. 10-2018-0034248 discloses a flexible CZTS-based thin film solar cell using sodium hydroxide and a method for manufacturing the same, specifically comprising the steps of preparing a substrate; forming a rear electrode on the substrate; and doping the back electrode with a solution containing sodium (Na). Before forming the CZTS precursor thin film through the method, the sodium electrode on which the molybdenum electrode is formed is disclosed. The effect of improving the electrical properties of a CZTS-based thin film, which is the light absorption layer of a solar cell, is disclosed by simply doping a sodium-free substrate using a sodium-containing solution.

하지만, CZTS계 박막 태양전지의 시장 진입을 위해서는 보다 고효율화를 위한 기술 개발이 더욱 필요하다. However, in order for CZTS-based thin film solar cells to enter the market, further technology development for higher efficiency is needed.

CZTS계 광흡수층의 형성 공정 중에 알칼리 금속 원소가 광흡수층 전체에 균일하게 분포하지 않을 경우에는 이차상 생성 억제 효과가 떨어질 수 있다. 따라서 CZTS계 광흡수층의 형성 공정 중에 알칼리 금속 원소가 균일하게 분포될 수 있도록 전구체 형성 공정 과정에서 알칼리 금속 화합물층을 균일하게 분포하는 것은 고효율화를 위해서 매우 중요하다. If the alkali metal element is not uniformly distributed throughout the light absorption layer during the formation process of the CZTS-based light absorption layer, the effect of suppressing secondary phase generation may be reduced. Therefore, it is very important for high efficiency to uniformly distribute the alkali metal compound layer during the precursor formation process so that the alkali metal element can be uniformly distributed during the formation process of the CZTS-based light absorption layer.

본 발명자들은 이를 해결하기 위해 다층 구조의 알칼리 금속 화합물층을 포함하도록 전구체층을 설계하여 광흡수층을 제조하고, 이를 통한 광전변환효율이 향상된 CZTS계계 박막태양전지를 개발하고 본 발명을 완성하였다. To solve this problem, the present inventors designed a precursor layer to include an alkali metal compound layer in a multi-layer structure to manufacture a light absorption layer, developed a CZTS-based thin film solar cell with improved photoelectric conversion efficiency, and completed the present invention.

대한민국 공개특허 제10-2018-0034248호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0034248

본 발명의 목적은 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법, 이로부터 제조되는 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층을 제공하는 데 있다.The purpose of the present invention is to provide a method for manufacturing a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer and a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer manufactured therefrom.

상기 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above purpose,

본 발명의 일 측면에서는In one aspect of the present invention

ⅰ) 기판상에 제1 전극층을 형성하는 단계, ⅱ) 상기 제1 전극층 상에 아연(Zn) 전구체층을 형성하는 단계, ⅲ) 상기 아연(Zn) 전구체층 상에 구리(Cu) 전구체층을 형성하는 단계, ⅳ) 상기 구리(Cu) 전구체층 상에 주석(Sn) 전구체층을 형성하는 단계, 및 ⅴ) 알칼리 금속 화합물층을 형성하는 단계,를 포함하는 전구체층을 형성하는 단계;를 포함하며, i) forming a first electrode layer on a substrate, ii) forming a zinc (Zn) precursor layer on the first electrode layer, iii) forming a copper (Cu) precursor layer on the zinc (Zn) precursor layer. forming a precursor layer comprising, iv) forming a tin (Sn) precursor layer on the copper (Cu) precursor layer, and v) forming an alkali metal compound layer. ,

상기 알칼리 금속 화합물층을 형성하는 단계는, The step of forming the alkali metal compound layer is,

상기 제1 전극층 및 아연(Zn) 전구체층 사이에 형성되는 제1 알칼리 금속 화합물층, 상기 아연(Zn) 전구체층 및 상기 구리(Cu) 전구체층 사이에 형성되는 제2 알칼리 금속 화합물층, 상기 구리(Cu) 전구체층 및 주석(Sn) 전구체층 사이에 형성되는 제3 알칼리 금속 화합물층 중 적어도 2개를 형성하는 것을 특징으로 하는, CZTS계 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법이 제공된다.A first alkali metal compound layer formed between the first electrode layer and the zinc (Zn) precursor layer, a second alkali metal compound layer formed between the zinc (Zn) precursor layer and the copper (Cu) precursor layer, and the copper (Cu ) A method for manufacturing a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer is provided, characterized in that at least two of the third alkali metal compound layer formed between the precursor layer and the tin (Sn) precursor layer are formed.

이때, 상기 알칼리 금속 화합물층을 형성하는 단계는At this time, the step of forming the alkali metal compound layer is

상기 제1 알칼리 금속 화합물층 또는 상기 제2 알칼리 금속 화합물층을 형성하고, 상기 제3 알칼리 금속 화합물층을 형성할 수 있다.The first alkali metal compound layer or the second alkali metal compound layer may be formed, and the third alkali metal compound layer may be formed.

또한, 상기 알칼리 금속 화합물층을 형성하는 단계는In addition, the step of forming the alkali metal compound layer is

상기 제1 알칼리 금속 화합물층 및 상기 제3 알칼리 금속 화합물층을 형성할 수 있다.The first alkali metal compound layer and the third alkali metal compound layer may be formed.

또한, 상기 알칼리 금속 화합물층을 형성하는 단계는,In addition, the step of forming the alkali metal compound layer,

상기 주석(Sn) 전구체층상에 제4 알칼리 금속 화합물층을 더 형성할 수 있다.A fourth alkali metal compound layer may be further formed on the tin (Sn) precursor layer.

상기 알칼리 금속 화합물층은 리튬(Li), 나트륨(Na), 포타슘(K), 루비듐(Rb) 및 세슘(Cs)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 알칼리 금속을 포함할 수 있다.The alkali metal compound layer may include one or more alkali metals selected from the group consisting of lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), and cesium (Cs).

상기 알칼리 금속 화합물층은 2 nm 내지 20 nm의 두께를 가질 수 있다.The alkali metal compound layer may have a thickness of 2 nm to 20 nm.

상기 기판은 유연 기판일 수 있다.The substrate may be a flexible substrate.

상기 제조방법은 상기 전구체층을 황(S) 및 셀렌(Ce) 중 적어도 하나가 공급되는 분위기에서 열처리하여 광흡수층을 제조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The manufacturing method may further include manufacturing a light absorption layer by heat-treating the precursor layer in an atmosphere in which at least one of sulfur (S) and selenium (Ce) is supplied.

상기 제조방법은 기판상에 제1 전극층을 형성하기 전, 기판에 대하여 산소 제거를 위한 전처리를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.The manufacturing method may further include performing pretreatment to remove oxygen on the substrate before forming the first electrode layer on the substrate.

상기 제조방법은 구리아연주석황화계(CZTS), 구리아연주석셀렌계(CZTSe) 및 구리아연주석황셀렌계(CZTSSe)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 광흡수층을 형성할 수 있다.The manufacturing method can form at least one light absorption layer selected from the group consisting of copper zinc tin sulfide (CZTS), copper zinc tin selenium (CZTSe), and copper zinc tin sulfur (CZTSSe).

상기 제조방법은 0.3μm 내지 3μm 두께의 광흡수층을 형성할 수 있다.The above manufacturing method can form a light absorption layer with a thickness of 0.3 μm to 3 μm.

또한, 본 발명의 다른 측면에서는,Additionally, in another aspect of the present invention,

제1 전극이 형성된 기판상에 배치된 아연(Zn) 전구체층; 상기 아연(Zn) 전구체 상에 배치된 구리(Cu) 전구체층; 상기 구리(Cu) 전구체 상에 배치된 주석 (Zn) 전구체층; 및 알칼리 금속 화합물층을 포함하고, A zinc (Zn) precursor layer disposed on the substrate on which the first electrode is formed; A copper (Cu) precursor layer disposed on the zinc (Zn) precursor; A tin (Zn) precursor layer disposed on the copper (Cu) precursor; And an alkali metal compound layer,

상기 알칼리 금속 화합물층은, The alkali metal compound layer is,

상기 제1 전극층 및 아연(Zn) 전구체층 사이에 배치된 제1 알칼리 금속 화합물층, 상기 아연(Zn) 전구체층 및 상기 구리(Cu) 전구체층 사이에 배치된 제2 알칼리 금속 화합물층, 상기 구리(Cu) 전구체층 및 주석(Sn) 전구체층 사이에 배치된 제3 알칼리 금속 화합물층 중 적어도 2개를 포함하는 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층 제조용 전구체 구조물이 제공된다.A first alkali metal compound layer disposed between the first electrode layer and the zinc (Zn) precursor layer, a second alkali metal compound layer disposed between the zinc (Zn) precursor layer and the copper (Cu) precursor layer, and the copper (Cu ) A precursor structure for manufacturing a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer is provided, including at least two of the third alkali metal compound layer disposed between the precursor layer and the tin (Sn) precursor layer.

이때, 상기 전구체 구조물은 상기 주석 (Zn) 전구체층 상에 배치되는 제4 알칼리 금속 화합물층을 더 포함할 수 있다.At this time, the precursor structure may further include a fourth alkali metal compound layer disposed on the tin (Zn) precursor layer.

상기 아연(Zn) 전구체층의 두께는 60 nm 내지 310 nm이고, 상기 구리(Cu) 전구체층의 두께는 40 nm 내지 220 nm이고, 상기 주석(Sn) 전구체층의 두께는 70 nm 내지 370 nm일 수 있다.The thickness of the zinc (Zn) precursor layer is 60 nm to 310 nm, the thickness of the copper (Cu) precursor layer is 40 nm to 220 nm, and the thickness of the tin (Sn) precursor layer is 70 nm to 370 nm. You can.

상기 전구체 구조물은 아연(Zn) 및 주석(Sn) 대비 구리(Cu)의 원소비인 Cu/Zn+Sn가 0.6 내지 1.0일 수 있다.The precursor structure may have Cu/Zn+Sn, an element ratio of copper (Cu) to zinc (Zn) and tin (Sn), of 0.6 to 1.0.

상기 주석(Sn) 대비 아연(Zn)의 원소비인 Zn/Sn가 1.0 내지 1.6일 수 있다.Zn/Sn, the elemental ratio of zinc (Zn) to tin (Sn), may be 1.0 to 1.6.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에서는,Additionally, in another aspect of the present invention,

상기 제조방법으로 제조되며, 구리아연주석황화계(CZTS), 구리아연주석셀렌계(CZTSe) 및 구리아연주석황셀렌계(CZTSSe)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는, CZTS계 박막 태양전지 광흡수층이 제공된다.A CZTS-based thin film manufactured by the above manufacturing method and comprising at least one member selected from the group consisting of copper zinc tin sulfide (CZTS), copper zinc tin selenium (CZTSe), and copper zinc tin sulfur (CZTSSe). A solar cell light absorption layer is provided.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에서는,Additionally, in another aspect of the present invention,

상기 광흡수층을 포함하는 CZTS계 박막 태양전지가 제공된다.A CZTS-based thin film solar cell including the light absorption layer is provided.

이때, 상기 CZTS계 박막 태양전지는 유연 기판상에 형성된 유연 박막 태양전지일 수 있다.At this time, the CZTS-based thin film solar cell may be a flexible thin film solar cell formed on a flexible substrate.

본 발명은 광흡수층을 제조하기 위한 전구체 층, 다층 구조의 알칼리 금속 화합물층이 포함됨으로써 황화(S), 셀렌화(Se) 및 황화와 셀렌화 열처리 공정 후 형성되는 광흡수층 내 이차상의 생성을 억제하고, CZTS계 광흡수층이 균일하게 형성되게 함으로써 CZTS계 박막 태양전지의 효율 향상을 구현할 수 있다.The present invention includes a precursor layer for manufacturing a light absorption layer and an alkali metal compound layer with a multi-layer structure, thereby suppressing the generation of sulfuride (S), selenide (Se), and secondary phases in the light absorption layer formed after the sulfurization and selenization heat treatment process. , By ensuring that the CZTS-based light absorption layer is formed uniformly, the efficiency of the CZTS-based thin film solar cell can be improved.

또한, 상기 CZTS계 광흡수층을 유연 기판상에 형성함으로써, CZTS계 유연 박막 태양전지를 형성할 수 있다.Additionally, by forming the CZTS-based light absorption layer on a flexible substrate, a CZTS-based flexible thin film solar cell can be formed.

도 1은 본 발명의 실시 예 1의 CZTS계 박막 태양전지의 광흡수층를 제조하는 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예 1의 CZTS계 박막 태양전지를 제조하기 위한 전구체 구조물을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예 2의 CZTS계 박막 태양전지의 광흡수층를 제조하는 공정 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예 2의 CZTS계 박막 태양전지를 제조하기 위한 전구체 구조물을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예 3의 CZTS계 박막 태양전지의 광흡수층를 제조하는 공정 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예 3의 CZTS계 박막 태양전지를 제조하기 위한 전구체 구조물을 개략적으로 나타낸 단면도이다
도 7은 본 발명의 실시 예 4의 CZTS계 박막 태양전지의 광흡수층를 제조하는 공정 순서도이다.
도 8는 본 발명의 실시 예 4의 CZTS계 박막 태양전지를 제조하기 위한 전구체 구조물을 개략적으로 나타낸 단면도이다
도 9는 본 발명의 실시 예 5의 CZTS계 박막 태양전지의 광흡수층를 제조하는 공정 순서도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예 5의 CZTS계 박막 태양전지를 제조하기 위한 전구체 구조물을 개략적으로 나타낸 단면도이다
도 11은 본 발명의 비교 예 내지 실시 예에 따른 유연 박막 태양전지의 제조방법 순서도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 CZTS계 박막 태양전지를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 13은 본 발명의 비교 예 1에 따른 박막 태양전지의 제조방법 순서도이다.
도 14는 본 발명의 비교 예 1에 따른 박막 태양전지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 15는 본 발명의 비교 예 2에 따른 박막 태양전지의 제조방법 순서도이다.
도 16은 본 발명의 비교 예 2에 따른 박막 태양전지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 17은 본 발명의 실시 예 1에 따른 박막 태양전지에 포함되는 전구체층의 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM)에 의한 단면 이미지와 에너지 분산 분광법 (energy dispersive spectroscopy, EDS)에 의한 원소 조성 분포에 대한 분석 이미지 및 그래프이다.
도 18은 본 발명의 실시 예 2에 따른 박막 태양전지에 포함되는 전구체층의 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM)에 의한 단면 이미지와 에너지 분산 분광법 (energy dispersive spectroscopy, EDS)에 의한 원소 조성 분포에 대한 분석 이미지 및 그래프이다.
도 19는 본 발명의 실시 예 3에 따른 박막 태양전지에 포함되는 전구체층의 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM)에 의한 단면 이미지와 에너지 분산 분광법 (energy dispersive spectroscopy, EDS)에 의한 원소 조성 분포에 대한 분석 이미지 및 그래프이다.
도 20은 본 발명의 실시 예 4에 따른 박막 태양전지에 포함되는 전구체층의 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM)에 의한 단면 이미지와 에너지 분산 분광법 (energy dispersive spectroscopy, EDS)에 의한 원소 조성 분포에 대한 분석 이미지 및 그래프이다.
도 21은 본 발명의 실시 예 5에 따른 박막 태양전지에 포함되는 전구체층의 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM)에 의한 단면 이미지와 에너지 분산 분광법 (energy dispersive spectroscopy, EDS)에 의한 원소 조성 분포에 대한 분석 이미지 및 그래프이다.
도 22는 비교 예 1에 따른 박막 태양전지에 포함되는 전구체층의 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM)에 의한 단면 이미지와 에너지 분산 분광법 (energy dispersive spectroscopy, EDS)에 의한 원소 조성 분포에 대한 분석 이미지 및 그래프이다.
도 23은 비교 예 2에 따른 박막 태양전지에 포함되는 전구체층의 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM)에 의한 단면 이미지와 에너지 분산 분광법 (energy dispersive spectroscopy, EDS)에 의한 원소 조성 분포에 대한 분석 이미지 및 그래프이다.
도 24은 본 발명의 비교 예 내지 실시 예의 각각의 최고 효율 샘플의 전류-전압 특성 그래프이다.
도 25은 본 발명의 비교 예의 4개 샘플, 실시 예 1의 4개 샘플, 실시 예 2의 4개 샘플, 실시 예 3의 4개 샘플, 실시 예 4의 4개 샘플, 실시 예 5의 4개 샘플에 따른 효율에 대한 통계적 분석 그래프이다.
도 26는 본 발명의 비교 예의 4개 샘플, 실시 예 1의 4개 샘플, 실시 예 2의 4개 샘플, 실시 예 3의 4개 샘플, 실시 예 4의 4개 샘플, 실시 예 5의 4개 샘플에 따른 개방 전압에 대한 통계적 분석 그래프이다.
도 27은 본 발명의 비교 예의 4개 샘플, 실시 예 1의 4개 샘플, 실시 예 2의 4개 샘플, 실시 예 3의 4개 샘플, 실시 예 4의 4개 샘플, 실시 예 5의 4개 샘플에 따른 단락 전류에 대한 통계적 분석 그래프이다.
도 28은 본 발명의 비교 예의 4개 샘플, 실시 예 1의 4개 샘플, 실시 예 2의 4개 샘플, 실시 예 3의 4개 샘플, 실시 예 4의 4개 샘플, 실시 예 5의 4개 샘플에 따른 충진률에 대한 통계적 분석 그래프이다.
Figure 1 is a process flow chart for manufacturing a light absorption layer of a CZTS-based thin film solar cell according to Example 1 of the present invention.
Figure 2 is a cross-sectional view schematically showing a precursor structure for manufacturing a CZTS-based thin film solar cell in Example 1 of the present invention.
Figure 3 is a process flow chart for manufacturing the light absorption layer of the CZTS-based thin film solar cell of Example 2 of the present invention.
Figure 4 is a cross-sectional view schematically showing a precursor structure for manufacturing a CZTS-based thin film solar cell in Example 2 of the present invention.
Figure 5 is a process flow chart for manufacturing the light absorption layer of the CZTS-based thin film solar cell in Example 3 of the present invention.
Figure 6 is a cross-sectional view schematically showing a precursor structure for manufacturing a CZTS-based thin film solar cell in Example 3 of the present invention.
Figure 7 is a process flow chart for manufacturing the light absorption layer of the CZTS-based thin film solar cell in Example 4 of the present invention.
Figure 8 is a cross-sectional view schematically showing a precursor structure for manufacturing a CZTS-based thin film solar cell in Example 4 of the present invention.
Figure 9 is a process flow chart for manufacturing the light absorption layer of the CZTS-based thin film solar cell in Example 5 of the present invention.
Figure 10 is a cross-sectional view schematically showing a precursor structure for manufacturing a CZTS-based thin film solar cell in Example 5 of the present invention.
Figure 11 is a flow chart of a manufacturing method of a flexible thin film solar cell according to comparative examples and examples of the present invention.
Figure 12 is a side view schematically showing a CZTS-based thin film solar cell according to an embodiment of the present invention.
Figure 13 is a flowchart of the manufacturing method of a thin film solar cell according to Comparative Example 1 of the present invention.
Figure 14 is a cross-sectional view schematically showing a thin film solar cell according to Comparative Example 1 of the present invention.
Figure 15 is a flowchart of the manufacturing method of a thin film solar cell according to Comparative Example 2 of the present invention.
Figure 16 is a cross-sectional view schematically showing a thin film solar cell according to Comparative Example 2 of the present invention.
Figure 17 shows a cross-sectional image of the precursor layer included in the thin film solar cell according to Example 1 of the present invention by transmission electron microscopy (TEM) and elemental composition distribution by energy dispersive spectroscopy (EDS). These are analysis images and graphs.
Figure 18 shows a cross-sectional image of the precursor layer included in the thin film solar cell according to Example 2 of the present invention by transmission electron microscopy (TEM) and elemental composition distribution by energy dispersive spectroscopy (EDS). These are analysis images and graphs.
Figure 19 shows a cross-sectional image of the precursor layer included in the thin film solar cell according to Example 3 of the present invention by transmission electron microscopy (TEM) and elemental composition distribution by energy dispersive spectroscopy (EDS). These are analysis images and graphs.
Figure 20 shows a cross-sectional image of the precursor layer included in the thin film solar cell according to Example 4 of the present invention by transmission electron microscopy (TEM) and elemental composition distribution by energy dispersive spectroscopy (EDS). These are analysis images and graphs.
Figure 21 shows a cross-sectional image of the precursor layer included in the thin film solar cell according to Example 5 of the present invention by transmission electron microscopy (TEM) and elemental composition distribution by energy dispersive spectroscopy (EDS). These are analysis images and graphs.
Figure 22 shows a cross-sectional image of the precursor layer included in the thin film solar cell according to Comparative Example 1 by transmission electron microscopy (TEM) and analysis of elemental composition distribution by energy dispersive spectroscopy (EDS). Images and graphs.
Figure 23 shows a cross-sectional image of the precursor layer included in the thin film solar cell according to Comparative Example 2 by transmission electron microscopy (TEM) and analysis of elemental composition distribution by energy dispersive spectroscopy (EDS). Images and graphs.
Figure 24 is a current-voltage characteristic graph of each of the highest efficiency samples of Comparative Examples to Examples of the present invention.
25 shows 4 samples of the comparative example of the present invention, 4 samples of Example 1, 4 samples of Example 2, 4 samples of Example 3, 4 samples of Example 4, and 4 samples of Example 5. This is a statistical analysis graph of efficiency according to sample.
26 shows 4 samples of the comparative example of the present invention, 4 samples of Example 1, 4 samples of Example 2, 4 samples of Example 3, 4 samples of Example 4, and 4 samples of Example 5. This is a statistical analysis graph of open-circuit voltage according to sample.
27 shows 4 samples of the comparative example of the present invention, 4 samples of Example 1, 4 samples of Example 2, 4 samples of Example 3, 4 samples of Example 4, and 4 samples of Example 5. This is a statistical analysis graph of short-circuit current according to the sample.
28 shows 4 samples of the comparative example of the present invention, 4 samples of Example 1, 4 samples of Example 2, 4 samples of Example 3, 4 samples of Example 4, and 4 samples of Example 5. This is a statistical analysis graph of the filling rate according to the sample.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다. 그러나 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다. 덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Additionally, the embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those with average knowledge in the relevant technical field. Accordingly, the shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer explanation, and elements indicated by the same symbol in the drawings are the same element. In addition, the same symbols are used throughout the drawings for parts that perform similar functions and actions. In addition, throughout the specification, “including” a certain element means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.

본 발명의 일 측면에서는,In one aspect of the present invention,

ⅰ) 기판상에 제1 전극층을 형성하는 단계, ⅱ) 상기 제1 전극층 상에 아연(Zn) 전구체층을 형성하는 단계, ⅲ) 상기 아연(Zn) 전구체층 상에 구리(Cu) 전구체층을 형성하는 단계, ⅳ) 상기 구리(Cu) 전구체층 상에 주석(Sn) 전구체층을 형성하는 단계, 및 ⅴ)알칼리 금속 화합물층을 형성하는 단계,를 포함하는 전구체층을 형성하는 단계;를 포함하며, i) forming a first electrode layer on a substrate, ii) forming a zinc (Zn) precursor layer on the first electrode layer, iii) forming a copper (Cu) precursor layer on the zinc (Zn) precursor layer. forming a precursor layer comprising, iv) forming a tin (Sn) precursor layer on the copper (Cu) precursor layer, and v) forming an alkali metal compound layer. ,

상기 알칼리 금속 화합물층을 형성하는 단계는, The step of forming the alkali metal compound layer is,

상기 제1 전극층 및 아연(Zn) 전구체층 사이에 형성되는 제1 알칼리 금속 화합물층, 상기 아연(Zn) 전구체층 및 상기 구리(Cu) 전구체층 사이에 형성되는 제2 알칼리 금속 화합물층, 상기 구리(Cu) 전구체층 및 주석(Sn) 전구체층 사이에 형성되는 제3 알칼리 금속 화합물층 중 적어도 2개를 형성하는 것을 특징으로 하는, CZTS계 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법이 제공된다.A first alkali metal compound layer formed between the first electrode layer and the zinc (Zn) precursor layer, a second alkali metal compound layer formed between the zinc (Zn) precursor layer and the copper (Cu) precursor layer, and the copper (Cu ) A method for manufacturing a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer is provided, characterized in that at least two of the third alkali metal compound layer formed between the precursor layer and the tin (Sn) precursor layer are formed.

이하, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of the CZTS-based thin film solar cell light absorption layer provided in one aspect of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 11는 CZTS계 박막 태양전지의 제조방법 순서도이고, 도 12는 상기 도 11의 방법으로 제조되는 CZTS계 박막 태양전지를 개략적으로 나타낸 모식도이다. FIG. 11 is a flowchart of a manufacturing method of a CZTS-based thin film solar cell, and FIG. 12 is a schematic diagram schematically showing a CZTS-based thin film solar cell manufactured by the method of FIG. 11.

도 11을 참조하면 상기 기판(100)상에 제1 전극(200)을 형성하고 상기 제 1 전극(200)상에 전구체층(300)을 형성한 후, 상기 전구체층(300)으로부터 광흡수층(400)을 형성함으로써, 도 12에서와 같이, 기판(100), 상기 기판(100)상에 배치되는 제1 전극(200), 상기 제1 전극(200)상에 배치되는 광흡수층(400), 상기 광흡수층(400) 상에 배치되는 제2 전극(700)을 포함하는 CZTS계 박막 태양전지를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 11, after forming a first electrode 200 on the substrate 100 and forming a precursor layer 300 on the first electrode 200, a light absorption layer ( 400), as shown in FIG. 12, a substrate 100, a first electrode 200 disposed on the substrate 100, a light absorption layer 400 disposed on the first electrode 200, A CZTS-based thin film solar cell including a second electrode 700 disposed on the light absorption layer 400 can be formed.

본 발명의 일 측면에서 제공되는 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법은 상기 전구체층(300)을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 전구체층(300)을 형성하는 단계 ⅰ) 기판상에 제1 전극층을 형성하는 단계, ⅱ) 상기 제1 전극층 상에 아연(Zn) 전구체층을 형성하는 단계, ⅲ) 상기 아연(Zn) 전구체층 상에 구리(Cu) 전구체층을 형성하는 단계, ⅳ) 상기 구리(Cu) 전구체층 상에 주석(Sn) 전구체층을 형성하는 단계, 및 ⅴ)알칼리 금속 화합물층을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer provided in one aspect of the present invention includes forming the precursor layer 300, wherein the precursor layer 300 is formed by forming a first layer on a substrate. forming an electrode layer, ii) forming a zinc (Zn) precursor layer on the first electrode layer, iii) forming a copper (Cu) precursor layer on the zinc (Zn) precursor layer, iv) It includes forming a tin (Sn) precursor layer on a copper (Cu) precursor layer, and v) forming an alkali metal compound layer.

도 1 내지 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 광흡수층를 제조하는 공정 순서도 또는 상기 광흡수층을 제조하기 위한 전구체 구조물을 개략적으로 나타낸 단면도이다.1 to 10 are cross-sectional views schematically showing a process flow chart for manufacturing a light-absorbing layer according to an embodiment of the present invention or a precursor structure for manufacturing the light-absorbing layer.

상기 전구체를 형성하는 단계는 ⅰ) 기판(100)상에 제1 전극층(200)을 형성하는 단계를 포함한다.The step of forming the precursor includes i) forming the first electrode layer 200 on the substrate 100.

이때, 상기 기판(100)은 유연성(flexible) 기판일 수 있다. 예를 들어, 몰리브데넘 호일(Mo foil), 티타늄 호일(Ti foil) 및 스테인리스강(SUS)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어질 수 있다.At this time, the substrate 100 may be a flexible substrate. For example, it may be made of one or more types selected from the group consisting of molybdenum foil (Mo foil), titanium foil (Ti foil), and stainless steel (SUS).

상기 기판(100)은 불화암모늄(Ammonium Fluoride, NH4F) 용액 및 불화수소산(Hydrofluoric Acid, HF) 용액 중 적어도 하나를 이용하여 전처리된 기판일 수 있다.The substrate 100 may be a substrate that has been pretreated using at least one of an ammonium fluoride (NH 4 F) solution and a hydrofluoric acid (HF) solution.

상기 기판의 전처리 공정은 불화암모늄(Ammonium Fluoride, NH4F) 용액과 불화수소산(Hydrofluoric Acid, HF) 용액을 일정 비율 혼합한 용액에 의한 전처리 공정일 수 있다.The pretreatment process for the substrate may be a pretreatment process using a solution in which an ammonium fluoride (NH 4 F) solution and a hydrofluoric acid (HF) solution are mixed at a certain ratio.

상기 기판을 전처리하는 방법은 불화암모늄(Ammonium Fluoride, NH4F) 용액과 불화수소산(Hydrofluoric Acid, HF) 용액을 일정 비율 혼합한 용액에 의한 전처리 공정일 수 있다. The method of pretreating the substrate may be a pretreatment process using a solution in which an ammonium fluoride (NH 4 F) solution and a hydrofluoric acid (HF) solution are mixed at a certain ratio.

이때, 상기 불화암모늄(Ammonium Fluoride, NH4F) 용액은, 불화암모늄(Ammonium Fluoride, NH4F)을 20 중량% 내지 50 중량%의 비율로 탈이온수(deionized water, DIW)에 혼합한 용액일 수 있다. At this time, the ammonium fluoride (NH 4 F) solution is a solution in which ammonium fluoride (NH 4 F) is mixed with deionized water (DIW) at a ratio of 20% to 50% by weight. You can.

또한, 상기 불화수소산(Hydrofluoric Acid, HF) 용액은, 불화수소산(Hydrofluoric Acid, HF)을 1 중량% 내지 10 중량%의 비율로 탈이온수(deionized water, DIW)에 혼합한 용액일 수 있다. Additionally, the hydrofluoric acid (HF) solution may be a solution in which hydrofluoric acid (HF) is mixed with deionized water (DIW) at a ratio of 1% to 10% by weight.

상기 전처리 용액은 상기 불화암모늄(Ammonium Fluoride, NH4F) 용액과 상기 불화수소산(Hydrofluoric Acid, HF) 용액을 4:1 내지 8:1의 비율로 혼합한 용액일 수 있다. The pretreatment solution may be a solution in which the ammonium fluoride (NH4F) solution and the hydrofluoric acid (HF) solution are mixed at a ratio of 4:1 to 8:1.

이는 상기 전처리 용액을 통해 기판 표면의 산소를 제거하되 과도한 식각을 방지하기 위한 것으로, 만약, 상기 혼합 비율이 4:1 미만일 경우, 기판(100)의 산소가 제거되지 않는 문제가 발생될 수 있고, 8:1을 초과할 경우, 기판(100) 표면이 과도하게 식각되어 박막 태양전지의 저항 특성이 저하되는 문제가 발생될 수 있다. This is to remove oxygen from the surface of the substrate through the pretreatment solution and prevent excessive etching. If the mixing ratio is less than 4:1, a problem may occur in which oxygen from the substrate 100 is not removed, If it exceeds 8:1, the surface of the substrate 100 may be excessively etched, which may cause a problem in which the resistance characteristics of the thin film solar cell deteriorate.

또한, 상기 전처리 용액의 온도는 20℃ 내지 30 ℃일 수 있고, 전처리 시간은 10초 내지 40초 일 수 있다. Additionally, the temperature of the pretreatment solution may be 20°C to 30°C, and the pretreatment time may be 10 to 40 seconds.

이는 상기 전처리 용액을 통해 기판 표면의 산소를 제거하되 과도한 식각을 방지하기 위한 것으로, 만약 상기 전처리 공정 온도 및 시간이 상기 범위 미만일 경우 기판(100)의 산소가 제거되지 않을 수 있고, 상기 온도 및 시간이 상기 범위를 초과할 경우, 기판(100) 표면이 과도하게 식각되어 박막 태양전지의 저항 특성이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.This is to remove oxygen from the substrate surface through the pretreatment solution and prevent excessive etching. If the pretreatment process temperature and time are below the above range, oxygen from the substrate 100 may not be removed, and the temperature and time may not be removed. If this range is exceeded, the surface of the substrate 100 may be excessively etched, which may cause a problem in which the resistance characteristics of the thin film solar cell deteriorate.

상기 제1 전극(200)은 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti) 또는 이들의 합금 중에서 적어도 하나일 수 있으며 바람직하게는, 몰리브덴(Mo)일 수 있다. 몰리브덴(Mo)은 높은 전기전도성과 CZTS계 광흡수층과의 오믹 접합(Ohmic contact)이 가능하고 내열특성 및 계면 접착력이 우수한 특성이 있다. 상기 제1 전극(200)의 두께는 0.2 μm 내지 5 μm일 수 있으며, 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있다.The first electrode 200 may be made of at least one of molybdenum (Mo), titanium (Ti), or an alloy thereof, and is preferably made of molybdenum (Mo). Molybdenum (Mo) has high electrical conductivity, allows ohmic contact with a CZTS-based light absorption layer, and has excellent heat resistance and interfacial adhesion. The thickness of the first electrode 200 may be 0.2 μm to 5 μm, and may be formed through a sputtering process.

상기 전구체(300)를 형성하는 단계는 ⅱ) 상기 제1 전극층(200) 상에 아연(Zn) 전구체층(310)을 형성하는 단계, ⅲ) 상기 아연(Zn) 전구체층(310) 상에 구리(Cu) 전구체층(320)을 형성하는 단계, ⅳ) 상기 구리(Cu) 전구체층(320) 상에 주석(Sn) 전구체층(330)을 형성하는 단계를 포함한다.Forming the precursor 300 includes ii) forming a zinc (Zn) precursor layer 310 on the first electrode layer 200, and iii) forming copper on the zinc (Zn) precursor layer 310. It includes forming a (Cu) precursor layer 320, iv) forming a tin (Sn) precursor layer 330 on the copper (Cu) precursor layer 320.

상기 전구체 층(300)은 상기 제1 전극(200) 상에 아연 (Zn) 전구체 층(310), 구리 (Cu) 전구체 층(320) 및 주석 (Sn) 전구체 층을 순차적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.The precursor layer 300 is characterized in that a zinc (Zn) precursor layer 310, a copper (Cu) precursor layer 320, and a tin (Sn) precursor layer are sequentially formed on the first electrode 200. do.

이때, 상기 아연(Zn) 전구체층(310)은 바람직하게는 아연(Zn) 금속층으로, 그 두께가 60 nm 내지 310 nm 범위에서 형성될 수 있다. At this time, the zinc (Zn) precursor layer 310 is preferably a zinc (Zn) metal layer, and may be formed with a thickness in the range of 60 nm to 310 nm.

만약, 상기 아연(Zn) 전구체층의 두께가 60 nm 이하이거나 310 nm 이상일 경우, 전구체 층(300)으로부터 형성되는 광흡수층(400)의 결정 성장이 잘 형성되지 않을 수 있고, 광흡수층(400)의 두께가 너무 얇거나 두꺼워져서 효율 특성이 나타나지 않는 문제가 발생될 수 있다. If the thickness of the zinc (Zn) precursor layer is 60 nm or less or 310 nm or more, crystal growth of the light absorption layer 400 formed from the precursor layer 300 may not be formed well, and the light absorption layer 400 may not be formed well. If the thickness becomes too thin or too thick, a problem may occur in which efficiency characteristics are not displayed.

상기 구리(Cu) 전구체 층(320)은 바람직하게는 구리(Cu) 금속층으로, 그 두께가 40 nm 내지 220 nm 범위에서 형성될 수 있다. The copper (Cu) precursor layer 320 is preferably a copper (Cu) metal layer, and may be formed with a thickness in the range of 40 nm to 220 nm.

만약, 상기 구리(Cu) 전구체 층의 두께가 40 nm 이하이거나 220 nm 이상일 경우, 전구체 층(300)으로부터 형성되는 광흡수 층(400)의 결정 성장이 잘 형성되지 않을 수 있고, 광흡수 층(400)의 두께가 너무 얇거나 두꺼워져서 효율 특성이 나타나지 않는 문제가 발생될 수 있다. If the thickness of the copper (Cu) precursor layer is 40 nm or less or 220 nm or more, crystal growth of the light absorption layer 400 formed from the precursor layer 300 may not be formed well, and the light absorption layer ( If the thickness of 400) becomes too thin or too thick, a problem may occur in which efficiency characteristics do not appear.

상기 주석(Sn) 전구체 층(330)은 바람직하게는 주석(Sn) 금속층으로, 그 두께가 70 nm 내지 370 nm 범위에서 형성될 수 있다. The tin (Sn) precursor layer 330 is preferably a tin (Sn) metal layer, and may be formed with a thickness in the range of 70 nm to 370 nm.

만약, 주석 (Sn) 금속 층의 두께가 70 nm 이하이거나 370 nm 이상일 경우, 전구체 층(300)으로부터 형성되는 광흡수층(400)의 결정 성장이 잘 형성되지 않을 수 있고, 광흡수층(400)의 두께가 너무 얇거나 두꺼워져서 효율 특성이 나타나지 않는 문제가 발생될 수 있다.If the thickness of the tin (Sn) metal layer is 70 nm or less or 370 nm or more, crystal growth of the light absorption layer 400 formed from the precursor layer 300 may not be formed well, and the light absorption layer 400 may not be formed well. If the thickness becomes too thin or too thick, a problem may occur in which efficiency characteristics are not displayed.

또한, 상기 전구체층(300)은 아연(Zn) 및 주석(Sn) 대비 구리(Cu)의 원소비인 Cu/Zn+Sn가 0.6 내지 1.0이고, 상기 주석(Sn) 대비 아연(Zn)의 원소비인 Zn/Sn가 1.0 내지 1.6가 되도록 상기 아연(Zn) 전구체 층(310), 구리(Cu) 전구체 층(320) 및 주석(Sn) 전구체 층의 두께가 조절될 수 있다.In addition, the precursor layer 300 has an element ratio of copper (Cu) to zinc (Zn) and tin (Sn), Cu/Zn+Sn, of 0.6 to 1.0, and the source of zinc (Zn) to tin (Sn) is 0.6 to 1.0. The thicknesses of the zinc (Zn) precursor layer 310, the copper (Cu) precursor layer 320, and the tin (Sn) precursor layer may be adjusted so that the consumption Zn/Sn is 1.0 to 1.6.

상기 전구체층(300)의 상기 아연(Zn) 전구체 층(310), 구리(Cu) 전구체 층(320) 및 주석(Sn) 전구체 층의 형성은 스퍼터링법(sputtering) 및 동시증발증착법(Co-evaporation) 중에서 어느 하나의 방법에 의하여 형성될 수 있다.The zinc (Zn) precursor layer 310, copper (Cu) precursor layer 320, and tin (Sn) precursor layer of the precursor layer 300 are formed using sputtering and co-evaporation methods. ) can be formed by any one of the following methods.

또한, 상기 전구체층(300)은 상기 아연 (Zn) 전구체 층(310), 구리 (Cu) 전구체 층(320) 및 주석 (Sn) 전구체 층 사이에 적어도 2개의 알칼리 금속 화합물층(340)이 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the precursor layer 300 has at least two alkali metal compound layers 340 formed between the zinc (Zn) precursor layer 310, the copper (Cu) precursor layer 320, and the tin (Sn) precursor layer. It is characterized by

본 발명의 일 측면에서 제공되는 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법은 알칼리 금속 화합물층을 전구체층에 형성시킴으로써, CZTS계 광흡수층을 형성하기 위한 황화 처리 또는 셀렌화 처리 또는 황화-셀렌화 처리 공정시 이차상 생성을 억제하고 균일한 광흡수층을 형성할 수 있는 효과가 있다.The method for manufacturing a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer provided in one aspect of the present invention includes forming an alkali metal compound layer on a precursor layer, thereby forming a CZTS-based light absorption layer. It has the effect of suppressing the creation of secondary images and forming a uniform light absorption layer.

또한, 본 발명에서는 알칼리 금속 화합물층을 다층으로 형성함으로써, 단층으로 형성한 경우 대비 광효율 향상효과가 현저히 우수한 특징이 있다.In addition, in the present invention, by forming the alkali metal compound layer as a multi-layer, the light efficiency improvement effect is significantly superior compared to the case where the alkali metal compound layer is formed as a single layer.

이를 위해, 상기 알칼리 금속 화합물층의 두께는 2 nm 내지 20 nm 일 수 있다. 만약, 상기 알칼리 금속 화합물층의 두께가 2 nm 미만인 경우, 알칼리 금속의 효과가 미비할 수 있고, 20 nm를 초과할 경우, 상기 전구체층(300)의 황화 또는 셀렌화 또는 황화-셀렌화 공정 후 형성된 광흡수층(400)이 상기 기판(100)으로부터 박리되는 문제가 발생될 수 있다.For this purpose, the thickness of the alkali metal compound layer may be 2 nm to 20 nm. If the thickness of the alkali metal compound layer is less than 2 nm, the effect of the alkali metal may be insignificant, and if it exceeds 20 nm, the thickness of the precursor layer 300 is formed after the sulfurization or selenization or sulfurization-selenization process. A problem may occur in which the light absorption layer 400 is peeled off from the substrate 100.

또한, 상기 알칼리 금속 화합물층을 단계에서는, 상기 제1 전극층 및 아연(Zn) 전구체층 사이에 형성되는 제1 알칼리 금속 화합물층, 상기 아연(Zn) 전구체층 및 상기 구리(Cu) 전구체층 사이에 형성되는 제2 알칼리 금속 화합물층, 상기 구리(Cu) 전구체층 및 주석(Sn) 전구체층 사이에 형성되는 제3 알칼리 금속 화합물층 중 적어도 2개가 형성할 수 있다.In addition, in the step of forming the alkali metal compound layer, a first alkali metal compound layer is formed between the first electrode layer and the zinc (Zn) precursor layer, and a first alkali metal compound layer is formed between the zinc (Zn) precursor layer and the copper (Cu) precursor layer. At least two of the second alkali metal compound layer and the third alkali metal compound layer formed between the copper (Cu) precursor layer and the tin (Sn) precursor layer may be formed.

상기 알칼리 금속 화합물층은 도 1에서와 같이, 상기 제1 알칼리 금속 화합물층 및 상기 제2 알칼리 금속 화합물층을 형성할 수 있고, 바람직하게는, 상기 제1 알칼리 금속 화합물층 또는 상기 제2 알칼리 금속 화합물층을 형성하고, 상기 제3 알칼리 금속 화합물층을 형성할 수 있다. 즉, 도 3에서와 같이, 상기 제1 알칼리 금속 화합물층 및 상기 제3 알칼리 금속 화합물층을 형성할 수 있고, 도 5에서와 같이, 상기 제2 알칼리 금속 화합물층 및 상기 제3 알칼리 금속 화합물층을 형성할 수 있다. 또한, 보다 바람직하게는, 도 7에서와 같이, 상기 제1 알칼리 금속 화합물층, 상기 제2 알칼리 금속 화합물층 및 상기 제3 알칼리 금속 화합물층을 형성할 수 있고, 도 9에서와 같이, 도 7의 구조에 주석(Sn) 전구체층상에 제4 알칼리 금속 화합물층을 더 형성할 수 있다. The alkali metal compound layer may form the first alkali metal compound layer and the second alkali metal compound layer, as shown in FIG. 1, and preferably forms the first alkali metal compound layer or the second alkali metal compound layer. , it is possible to form the third alkali metal compound layer. That is, as shown in FIG. 3, the first alkali metal compound layer and the third alkali metal compound layer can be formed, and as shown in FIG. 5, the second alkali metal compound layer and the third alkali metal compound layer can be formed. there is. In addition, more preferably, as shown in FIG. 7, the first alkali metal compound layer, the second alkali metal compound layer, and the third alkali metal compound layer may be formed, and as shown in FIG. 9, the structure of FIG. 7 A fourth alkali metal compound layer may be further formed on the tin (Sn) precursor layer.

이때, 상기 제1 내지 제4 알칼리 금속 화합물층은 리튬(Li), 나트륨(Na), 포타슘(K), 루비듐(Rb) 또는 세슘(Cs)과 불소(F)의 화합물 중 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 각각의 층에 동일한 알칼리 금속이 포함될 수 있으나, 이에 제한된 것은 아니며, 서로 다른 알칼리 금속이 포함될 수 있다.At this time, the first to fourth alkali metal compound layers may be any one selected from the group consisting of lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), or cesium (Cs) and fluorine (F). The same alkali metal may be included in each layer, but the layer is not limited thereto, and different alkali metals may be included.

또한, 상기 제1 내지 제4 알칼리 금속 화합물층은 스퍼터링법(sputtering) 및 동시증발증착법(Co-evaporation) 중에서 어느 하나의 방법에 의하여 형성될 수 있다.Additionally, the first to fourth alkali metal compound layers may be formed by any one of sputtering and co-evaporation.

이에, 종래의 경우, 전구체층의 금속에 알칼리 금속을 도핑하기 위해 용액공정으로 알칼리 금속을 도핑할 경우, 전구체층의 일부가 에칭되는 등의 문제가 발생되지 않는 장점이 있다.Accordingly, in the conventional case, when doping an alkali metal into the metal of the precursor layer through a solution process, there is an advantage that problems such as etching of a part of the precursor layer do not occur.

본 발명의 일 측면에서 제공되는 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법은 상기 전구체층을 황(S) 및 셀렌(Ce) 중 적어도 하나가 공급되는 분위기에서 열처리하여 광흡수층(400)을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for manufacturing a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer provided in one aspect of the present invention is to manufacture the light absorption layer 400 by heat treating the precursor layer in an atmosphere in which at least one of sulfur (S) and selenium (Ce) is supplied. Additional steps may be included.

상기 광흡수층(400)은 구리아연주석황화계(CZTS), 구리아연주석셀렌계(CZTSe) 및 구리아연주석황셀렌계(CZTSSe)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 광흡수층인 것을 특징으로 한다. The light absorption layer 400 is characterized in that it is one or more types of light absorption layers selected from the group consisting of copper zinc tin sulfide (CZTS), copper zinc tin selenium (CZTSe), and copper zinc tin sulfur selenide (CZTSSe). .

상기 광흡수층(400)은 빛을 흡수하여 전자-정공 쌍을 형성하고, 전자와 정공을 각각 다른 전극으로 전달하여 전류를 흐르게 하는 역할을 수행한다.The light absorption layer 400 absorbs light to form electron-hole pairs, and transfers electrons and holes to different electrodes to allow current to flow.

상기 광흡수층(400)은 전구체층을 형성한 후 이를 황화 또는 셀렌화 또는 황화-셀렌화 공정을 동시에 처리하여 형성될 수 있다. The light absorption layer 400 may be formed by forming a precursor layer and simultaneously subjecting it to a sulfurization, selenization, or sulfurization-selenization process.

상기 적층된 전구체 층은 후속으로 황화 처리 또는 셀렌화 처리 또는 황화-셀렌화 처리가 수행될 수 있고, 셀레늄 또는 황 원소를 효과적으로 침투시키기 위해 상기 황화 처리 또는 셀렌화 처리 또는 황화-셀렌화 처리 공정은 밀폐된 챔버 내에서 불활성 기체 분위기하에서 수행될 수 있다.The laminated precursor layer may subsequently be subjected to sulfurization treatment or selenization treatment or sulfurization-selenization treatment, and the sulfurization treatment or selenization treatment or sulfurization-selenization treatment process may be performed to effectively penetrate selenium or sulfur elements. It can be performed under an inert gas atmosphere in a closed chamber.

이때, 상기 불활성 기체는 아르곤(Ar)일 수 있으나, 상기 불활성 기체가 이에 제한되는 것은 아니다. At this time, the inert gas may be argon (Ar), but the inert gas is not limited thereto.

이때, 상기 광흡수층(400)은 0.3 ㎛ 내지 3.0 ㎛의 두께로 형성될 수 있다.At this time, the light absorption layer 400 may be formed to have a thickness of 0.3 ㎛ to 3.0 ㎛.

본 발명의 다른 일 측면에서는 In another aspect of the present invention

제1 전극이 형성된 기판상에 배치된 아연(Zn) 전구체층; 상기 아연(Zn) 전구체 상에 배치된 구리(Cu) 전구체층; 상기 구리(Cu) 전구체 상에 배치된 주석 (Zn) 전구체층;을 포함하고, A zinc (Zn) precursor layer disposed on the substrate on which the first electrode is formed; A copper (Cu) precursor layer disposed on the zinc (Zn) precursor; It includes a tin (Zn) precursor layer disposed on the copper (Cu) precursor,

상기 제1 전극층 및 아연(Zn) 전구체층 사이, 상기 아연(Zn) 전구체층 및 상기 구리(Cu) 전구체층 사이, 상기 구리(Cu) 전구체층 및 주석(An) 전구체층 사이 중 적어도 2곳에 배치된 알칼리 금속 화합물층;을 포함하는 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층 제조용 전구체 구조물이 제공될 수 있다.disposed at least two of between the first electrode layer and the zinc (Zn) precursor layer, between the zinc (Zn) precursor layer and the copper (Cu) precursor layer, and between the copper (Cu) precursor layer and the tin (An) precursor layer. A precursor structure for manufacturing a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer including an alkali metal compound layer may be provided.

상기 전구체 구조물은 본 발명의 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층을 제조하기 위한 전구체 구조물로, 상기 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법 중 전구체를 제조하는 단계를 통해 제조된 구조물일 수 있다.The precursor structure is a precursor structure for manufacturing the CZTS-based thin film solar cell light absorption layer of the present invention, and may be a structure manufactured through the step of manufacturing a precursor in the method of manufacturing the CZTS-based thin film solar cell light absorption layer.

상기 전구체 구조물은 상기 제1 전극(200) 상에 아연 (Zn) 전구체 층(310), 구리 (Cu) 전구체 층(320) 및 주석 (Sn) 전구체 층을 순차적으로 형성된 구조물로, 바람지직하게는, 60 nm 내지 310 nm 두께의 아연(Zn) 전구체층, 40 nm 내지 220 nm두께의 구리(Cu) 전구체층, 70 nm 내지 370 nm 두께의 주석(Sn) 전구체층을 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 아연(Zn) 및 주석(Sn) 대비 구리(Cu)의 원소비인 Cu/Zn+Sn가 0.6 내지 1.0이고, 상기 주석(Sn) 대비 아연(Zn)의 원소비인 Zn/Sn가 1.0 내지 1.6가 되도록 상기 아연(Zn) 전구체 층(310), 구리(Cu) 전구체 층(320) 및 주석(Sn) 전구체 층의 두께가 조절될 수 있다.The precursor structure is a structure in which a zinc (Zn) precursor layer 310, a copper (Cu) precursor layer 320, and a tin (Sn) precursor layer are sequentially formed on the first electrode 200, preferably. , may include a zinc (Zn) precursor layer with a thickness of 60 nm to 310 nm, a copper (Cu) precursor layer with a thickness of 40 nm to 220 nm, and a tin (Sn) precursor layer with a thickness of 70 nm to 370 nm, and is more preferred. Specifically, the element ratio of copper (Cu) to zinc (Zn) and tin (Sn), Cu/Zn+Sn, is 0.6 to 1.0, and the element ratio of zinc (Zn) to tin (Sn), Zn/Sn, is 1.0. The thicknesses of the zinc (Zn) precursor layer 310, copper (Cu) precursor layer 320, and tin (Sn) precursor layer may be adjusted to range from 1.6 to 1.6.

또한, 상기 전구체 구조물은 상기 제1 전극층 및 아연(Zn) 전구체층 사이에 배치된 제1 알칼리 금속 화합물층, 상기 아연(Zn) 전구체층 및 상기 구리(Cu) 전구체층 사이에 배치된 제2 알칼리 금속 화합물층, 상기 구리(Cu) 전구체층 및 주석(Sn) 전구체층 사이에 배치된 제3 알칼리 금속 화합물층 중 적어도 2개를 포함한다.In addition, the precursor structure includes a first alkali metal compound layer disposed between the first electrode layer and the zinc (Zn) precursor layer, and a second alkali metal compound layer disposed between the zinc (Zn) precursor layer and the copper (Cu) precursor layer. It includes at least two of a compound layer and a third alkali metal compound layer disposed between the copper (Cu) precursor layer and the tin (Sn) precursor layer.

본 발명의 일 측면에서 제공되는 전구체 구조물은 상기와 같이, 다층의 알칼리 금속 화합물층을 포함함으로써, CZTS계 광흡수층을 형성하기 위한 열처리 공정 시, 이차상 생성이 억제되고 균일한 광흡수층을 형성될 수 있어, 광효율이 향상된 CZTS계 박막 태양전지를 형성할 수 있다.The precursor structure provided in one aspect of the present invention includes a multi-layered alkali metal compound layer as described above, so that during the heat treatment process for forming the CZTS-based light absorption layer, secondary phase generation can be suppressed and a uniform light absorption layer can be formed. Therefore, it is possible to form a CZTS-based thin film solar cell with improved luminous efficiency.

상기 다층의 알칼리 금속 화합물층은 도 1에서와 같이, 상기 제1 알칼리 금속 화합물층 및 상기 제2 알칼리 금속 화합물층을 형성할 수 있고, 도 3에서와 같이, 상기 제1 알칼리 금속 화합물층 및 상기 제3 알칼리 금속 화합물층이 형성할 수 있고, 도 5에서와 같이, 상기 제2 알칼리 금속 화합물층 및 상기 제3 알칼리 금속 화합물층을 형성할 수 있다. 또한, 보다 바람직하게는, 도 7에서와 같이, 상기 제1 알칼리 금속 화합물층, 상기 제2 알칼리 금속 화합물층 및 상기 제3 알칼리 금속 화합물층을 형성할 수 있고, 도 9에서와 같이, 도 7의 구조에 주석(Sn) 전구체층상에 제4 알칼리 금속 화합물층을 더 형성할 수 있다. As shown in FIG. 1, the multi-layered alkali metal compound layer may form the first alkali metal compound layer and the second alkali metal compound layer, and as shown in FIG. 3, the first alkali metal compound layer and the third alkali metal compound layer. A compound layer can be formed, and as shown in FIG. 5, the second alkali metal compound layer and the third alkali metal compound layer can be formed. In addition, more preferably, as shown in FIG. 7, the first alkali metal compound layer, the second alkali metal compound layer, and the third alkali metal compound layer may be formed, and as shown in FIG. 9, the structure of FIG. 7 A fourth alkali metal compound layer may be further formed on the tin (Sn) precursor layer.

이때, 상기 제1 내지 제4 알칼리 금속 화합물층 각각은 2 nm 내지 20 nm 두께를 가질 수 있다.At this time, each of the first to fourth alkali metal compound layers may have a thickness of 2 nm to 20 nm.

이때, 상기 제1 내지 제4 알칼리 금속 화합물층은 리튬(Li), 나트륨(Na), 포타슘(K), 루비듐(Rb) 또는 세슘(Cs)과 불소(F)의 화합물 중 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 각각의 층에 동일한 알칼리 금속이 포함될 수 있으나, 이에 제한된 것은 아니며, 서로 다른 알칼리 금속이 포함될 수 있다.At this time, the first to fourth alkali metal compound layers may be any one selected from the group consisting of lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), or cesium (Cs) and fluorine (F). The same alkali metal may be included in each layer, but the layer is not limited thereto, and different alkali metals may be included.

본 발명의 다른 일 측면에서는In another aspect of the present invention

상기 광흡수층의 제조방법으로 제조되며, 구리아연주석황화계(CZTS), 구리아연주석셀렌계(CZTSe) 및 구리아연주석황셀렌계(CZTSSe)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는, CZTS계 박막 태양전지 광흡수층이 제공된다.It is manufactured by the method of manufacturing the light absorption layer, and includes at least one selected from the group consisting of copper zinc tin sulfide (CZTS), copper zinc tin selenium (CZTSe), and copper zinc tin sulfur (CZTSSe), A CZTS-based thin film solar cell light absorption layer is provided.

또한, 본 발명의 또 다른 일 측면에서는 상기 광흡수층을 포함하는 CZTS계 박막 태양전지가 제공된다.In addition, in another aspect of the present invention, a CZTS-based thin film solar cell including the light absorption layer is provided.

이때, 상기 CZTS계 박막 태양전지는 유연 박막 태양전지일 수 있다.At this time, the CZTS-based thin film solar cell may be a flexible thin film solar cell.

도 12를 참조하면, 상기 CZTS계 박막 태양전지는 Referring to Figure 12, the CZTS-based thin film solar cell is

기판(100);Substrate 100;

상기 기판(100) 상에 배치되는 제 1 전극(200); a first electrode 200 disposed on the substrate 100;

상기 기판(100) 상에 배치되는 상기 제조방법으로 제조된 광흡수층(400);A light absorption layer 400 manufactured using the above manufacturing method is disposed on the substrate 100;

상기 광흡수층(400) 상에 배치되는 버퍼층(500);A buffer layer 500 disposed on the light absorption layer 400;

상기 버퍼층(500) 상에 배치되는 윈도우층(600); 및a window layer 600 disposed on the buffer layer 500; and

상기 윈도우층(600) 상에 배치되는 제 2 전극(700);을 포함한다.It includes a second electrode 700 disposed on the window layer 600.

이하, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 CZTS계 박막 태양전지를 각 구성별로 상세히 설명한다.Hereinafter, a CZTS-based thin film solar cell according to another aspect of the present invention will be described in detail for each configuration.

상기 기판(100)은 유연성(flexible) 재질의 기판을 사용할 수 있다. 예를 들어, 몰리브덴 호일(Mo foil), 티타늄 호일(Ti foil), 또는 스테인리스강(SUS) 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. The substrate 100 may be made of a flexible material. For example, at least one of molybdenum foil (Mo foil), titanium foil (Ti foil), or stainless steel (SUS) may be used.

상기 기판(100)은 표면의 산소를 제거하기 위해, 불화암모늄(Ammonium Fluoride, NH4F) 용액 및 불화수소산(Hydrofluoric Acid, HF) 용액 중 적어도 하나를 이용하여 전처리된 기판일 수 있다.The substrate 100 may be a substrate that has been pretreated using at least one of an ammonium fluoride (NH 4 F) solution and a hydrofluoric acid (HF) solution to remove oxygen from the surface.

상기 제1 전극(200)은 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti) 또는 이들의 합금 중에서 적어도 하나일 수 있으며, CZTS계 광흡수층과 오믹 접합이 가능하고 내열측성 및 계면 접착력이 우수한 몰리브덴(Mo)을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. The first electrode 200 may be at least one of molybdenum (Mo), titanium (Ti), or an alloy thereof, and is made of molybdenum (Mo), which is capable of ohmic bonding with a CZTS-based light absorption layer and has excellent heat resistance and interfacial adhesion. It may be desirable to use

상기 광흡수층(400)은 구리아연주석황화계(CZTS), 구리아연주석셀렌계(CZTSe) 및 구리아연주석황셀렌계(CZTSSe)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 층으로, 상기 제1 전극(200) 상에 순차적으로 형성된, 아연 (Zn) 전구체 층(310), 구리 (Cu) 전구체 층(320) 및 주석 (Sn) 전구체 층과 상기 아연 (Zn) 전구체 층(310), 구리 (Cu) 전구체 층(320) 및 주석 (Sn) 전구체 층 사이에 배치되는 2개 이상의 알칼리 금속 화합물층을 황(S) 및 셀렌(Ce) 중 적어도 하나가 공급되는 분위기에서 열처리하여 형성됨으로써, 상기 광흡수층(400) 내에 알칼리 금속 원소가 균일하게 분포되어 있을 수 있다.The light absorption layer 400 is a layer containing at least one member selected from the group consisting of copper zinc tin sulfide (CZTS), copper zinc tin selenium (CZTSe), and copper zinc tin sulfur selenide (CZTSSe), A zinc (Zn) precursor layer 310, a copper (Cu) precursor layer 320, and a tin (Sn) precursor layer sequentially formed on the first electrode 200 and the zinc (Zn) precursor layer 310, It is formed by heat treating two or more alkali metal compound layers disposed between the copper (Cu) precursor layer 320 and the tin (Sn) precursor layer in an atmosphere in which at least one of sulfur (S) and selenium (Ce) is supplied, Alkali metal elements may be uniformly distributed within the light absorption layer 400.

상기 광흡수층(400) 상에 배치되는 버퍼층(500)은 윈도우층(500)및 광흡수층(400) 사이의 높은 밴드 갭을 완화시키기 위한 층으로, CdS, ZnS, Zn(O,S), CdZnS 및 ZnSe로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The buffer layer 500 disposed on the light absorption layer 400 is a layer to alleviate the high band gap between the window layer 500 and the light absorption layer 400, and is composed of CdS, ZnS, Zn(O,S), and CdZnS. and ZnSe, but is not limited thereto.

상기 버퍼층(400)은 진공공정, 열 증착공정 및 화학적 용액 성장법(Chemical Bath Deposition) 등으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The buffer layer 400 may be formed by a vacuum process, thermal deposition process, chemical bath deposition, etc., but is not limited thereto.

상기 버퍼층(400)의 두께는 10 내지 200nm일 수 있다. The thickness of the buffer layer 400 may be 10 to 200 nm.

만약, 상기 버퍼층(400)의 두께가 10 nm 미만이거나 200nm를 초과하는 경우에는 광투과율이 감소하며, 공핍층 폭의 증가로 인해 전자가 상부 전극으로 전달되기 어려운 문제점이 있을 수 있다.If the thickness of the buffer layer 400 is less than 10 nm or more than 200 nm, light transmittance decreases, and there may be a problem in which electrons are difficult to transfer to the upper electrode due to an increase in the width of the depletion layer.

상기 버퍼층(500) 상에 배치되는 윈도우층(600)은 태양전지의 전면의 투명전극으로 기능하는 층으로, ZnO:Al, ZnO:AZO, ZnO:B(BZO) 및 ZnO:Ga(GZO)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한된 것은 아니며, 광투과율이 높고 전기전도성이 우수한 재료를 적절히 선택하여 사용할 수 있다.The window layer 600 disposed on the buffer layer 500 is a layer that functions as a transparent electrode on the front of the solar cell, and is composed of ZnO:Al, ZnO:AZO, ZnO:B (BZO), and ZnO:Ga (GZO). It may be one or more types selected from the group consisting of, but is not limited to, materials having high light transmittance and excellent electrical conductivity may be appropriately selected and used.

상기 윈도우층(600)은 스퍼터링법(sputtering) 및 열 증착공정 등의 방법으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The window layer 600 may be formed by a method such as sputtering or thermal deposition, but is not limited thereto.

상기 윈도우층(600)의 두께는 100 내지 1000nm일 수 있다. 만약, 상기 윈도우층(600)의 두께가 100nm 미만이거나 1000nm 를 초과하는 경우에는 광투과율의 감소와 전류-전압 특성의 저하로 소자의 광효율이 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.The thickness of the window layer 600 may be 100 to 1000 nm. If the thickness of the window layer 600 is less than 100 nm or more than 1000 nm, a problem may occur in which the light efficiency of the device is reduced due to a decrease in light transmittance and a decrease in current-voltage characteristics.

상기 윈도우층(600) 상에 배치되는 제 2 전극(700)은 태양전지의 표면에서 전류 수집을 위한 기능을 하며, 하기 실시 예에서는 알루미늄을 사용하였으나, 당업계에서 사용하는 전극이라면 그 종류를 특별히 제한하는 것은 아니다.The second electrode 700 disposed on the window layer 600 functions to collect current from the surface of the solar cell. In the examples below, aluminum is used, but the type of electrode used in the industry must be specifically selected. It is not limiting.

이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시 예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are for illustrating the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

<실시 예 1> CZTS계 박막 태양전지 (1)<Example 1> CZTS-based thin film solar cell (1)

단계 1: 몰리브덴 호일 (Mo foil) 기판을 아세톤, 메탄올로 각각 300℃ 초음파로 10분씩 세척 후 증류수로 세척하고, 세척한 몰리브덴 호일(Mo foil) 기판을 이하의 방법으로 제조한 전처리 용액에 침지하여 30도에서 20초 동안 전처리를 수행했다. 이후 상기 전처리가 적용된 기판 위에 제 1 전극을 두께 0.5 μm로 스퍼터링 공정을 적용하여 형성하였다.Step 1: Wash the molybdenum foil (Mo foil) substrate with acetone and methanol for 10 minutes each at 300°C ultrasonically, then wash with distilled water, and immerse the washed molybdenum foil (Mo foil) substrate in the pretreatment solution prepared by the following method. Pretreatment was performed at 30 degrees for 20 seconds. Afterwards, a first electrode with a thickness of 0.5 μm was formed on the substrate to which the above pretreatment was applied by applying a sputtering process.

(기판 전처리 용액 제조)(Preparation of substrate pretreatment solution)

불화암모늄(Ammonium Fluoride, NH4F) 33.5 무게 %와 탈이온수(deionized water, DIW) 66.5 무게 %를 혼합하여 불화암모늄 용액을 만들었다. 이후 불화수소산(Hydrofluoric Acid, HF) 7 무게 %와 탈이온수(deionized water, DIW) 93 무게 %를 혼합하여 불화수소산 용액을 만들었다. 이렇게 만든 불화암모늄 용액과 블화수소산을 6 : 1의 비율로 혼합하여 기판 전처리 용액을 만들었다.An ammonium fluoride solution was prepared by mixing 33.5% by weight of ammonium fluoride (NH 4 F) and 66.5% by weight of deionized water (DIW). Afterwards, 7% by weight of Hydrofluoric Acid (HF) and 93% by weight of deionized water (DIW) were mixed to create a hydrofluoric acid solution. A substrate pretreatment solution was prepared by mixing the ammonium fluoride solution and hydrofluoric acid in a ratio of 6:1.

단계 2: 상기 제 1 전극 상에 제1 NaF 층 5 nm, 아연 217 nm, 제 2 NaF 층 5 nm, 구리 164 nm, 주석 274 nm의 순서로 증착하여 전구체층을 형성하였다.Step 2: A precursor layer was formed by depositing a first NaF layer of 5 nm, zinc of 217 nm, a second NaF layer of 5 nm, copper of 164 nm, and tin of 274 nm on the first electrode in that order.

단계 3: 상기 전구체층을 급속 열처리 공정 (Rapid Thermal Process, RTP)을 통해 480℃에서 황화-셀렌화공정을 적용해서 Cu2ZnSn(S,Se)4 광흡수층을 형성하였다.Step 3: A Cu 2 ZnSn(S,Se) 4 light absorption layer was formed by applying a sulfide-selenide process to the precursor layer at 480°C through a rapid thermal process (RTP).

단계 4: 상기 광흡수층 상에 약 50nm 두께의 CdS 버퍼층을 형성한 후, 약 50nm 두께의 ZnO와 약 0.3 μm 두께의 알루미늄이 도핑된 ZnO을 윈도우층으로 형성한 후 약 0.5μm 두께의 알루미늄 제 2 전극을 형성하여 CZTS계 박막 태양전지를 완성하였다.Step 4: After forming a CdS buffer layer with a thickness of about 50 nm on the light absorption layer, ZnO with a thickness of about 50 nm and aluminum-doped ZnO with a thickness of about 0.3 μm are formed as a window layer, and then a second aluminum layer with a thickness of about 0.5 μm is formed. By forming electrodes, a CZTS-based thin film solar cell was completed.

상기 방법으로 총 4개의 샘플을 제작했고, 각각의 셀을 실시 예 1-1 내지 실시 예 1-4로 만들었다.A total of four samples were produced using the above method, and each cell was made according to Examples 1-1 to 1-4.

<실시 예 2><Example 2>

상기 실시 예 1의 단계 2를 하기와 같이 변경하는 것을 제외하고, 상기 실시 예 1과 동일한 방법을 수행하여 CZTS계 박막 태양전지를 제조하였다.A CZTS-based thin film solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that step 2 of Example 1 was changed as follows.

단계 2: 제 1 전극 상에 제1 NaF 층 5 nm, 아연 217 nm, 구리 164 nm, 제 3 NaF 층 5 nm, 주석 274 nm의 순서로 증착하여 전구체층을 형성하였다.Step 2: A precursor layer was formed by depositing 5 nm of the first NaF layer, 217 nm of zinc, 164 nm of copper, 5 nm of the third NaF layer, and 274 nm of tin on the first electrode in this order.

<실시 예 3><Example 3>

상기 실시 예 1의 단계 2를 하기와 같이 변경하는 것을 제외하고, 상기 실시 예 1과 동일한 방법을 수행하여 CZTS계 박막 태양전지를 제조하였다.A CZTS-based thin film solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that step 2 of Example 1 was changed as follows.

단계 2: 제 1 전극 상에 아연 217 nm, 제2 NaF 층 5 nm, 구리 164 nm, 제 3 NaF 층 5 nm, 주석 274 nm의 순서로 증착하여 전구체층을 형성하였다.Step 2: A precursor layer was formed by depositing 217 nm of zinc, 5 nm of the second NaF layer, 164 nm of copper, 5 nm of the third NaF layer, and 274 nm of tin on the first electrode in this order.

<실시 예 4><Example 4>

상기 실시 예 1의 단계 2를 하기와 같이 변경하는 것을 제외하고, 상기 실시 예 1과 동일한 방법을 수행하여 CZTS계 박막 태양전지를 제조하였다.A CZTS-based thin film solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that step 2 of Example 1 was changed as follows.

단계 2: 제1 전극 상에 제1 NaF 층 4 nm, 아연 217 nm, 제2 NaF 층 3 nm, 구리 164 nm, 제3 NaF 층 3 nm, 주석 274 nm의 순서로 증착하여 전구체층을 형성하였다.Step 2: A precursor layer was formed by depositing 4 nm of the first NaF layer, 217 nm of zinc, 3 nm of the second NaF layer, 164 nm of copper, 3 nm of the third NaF layer, and 274 nm of tin on the first electrode in this order. .

<실시 예 5><Example 5>

상기 실시 예 1의 단계 2를 하기와 같이 변경하는 것을 제외하고, 상기 실시 예 1과 동일한 방법을 수행하여 CZTS계 박막 태양전지를 제조하였다.A CZTS-based thin film solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that step 2 of Example 1 was changed as follows.

단계 2: 제 1 전극 상에 제1 NaF 층 3 nm, 아연 217 nm, 제2 NaF 층 3 nm, 구리 164 nm, 제3 NaF 층 2 nm, 주석 274 nm, 제4 NaF 층 2 nm 의 순서로 증착하여 전구체층을 형성하였다.Step 2: On the first electrode, in the following order: first NaF layer 3 nm, zinc 217 nm, second NaF layer 3 nm, copper 164 nm, third NaF layer 2 nm, tin 274 nm, fourth NaF layer 2 nm. A precursor layer was formed by vapor deposition.

<비교 예 1><Comparative example 1>

상기 실시 예 1의 단계 2를 하기와 같이 변경하는 것을 제외하고, 상기 실시 예 1과 동일한 방법을 수행하여 CZTS계 박막 태양전지를 제조하였다.A CZTS-based thin film solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that step 2 of Example 1 was changed as follows.

단계 2: 제 1 전극 상에 아연 217 nm, 구리 164 nm, 주석 274 nm의 순서로 증착하여 전구체층을 형성하였다.Step 2: A precursor layer was formed by depositing 217 nm of zinc, 164 nm of copper, and 274 nm of tin in that order on the first electrode.

<비교 예 2><Comparative example 2>

상기 실시 예 1의 단계 2를 하기와 같이 변경하는 것을 제외하고, 상기 실시 예 1과 동일한 방법을 수행하여 CZTS계 박막 태양전지를 제조하였다.A CZTS-based thin film solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that step 2 of Example 1 was changed as follows.

단계 2: 제 1 전극 상에 제1 NaF 층 10 nm, 아연 217 nm, 구리 164 nm, 주석 274 nm의 순서로 증착하여 전구체층을 형성하였다.Step 2: A precursor layer was formed by depositing a first NaF layer of 10 nm, zinc 217 nm, copper 164 nm, and tin 274 nm in that order on the first electrode.

상기 실시 예 1 내지 5 및 비교 예 1 및 비교 예 2의 전구체 구조를 하기 표 1에 나타내었다.The precursor structures of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 1 below.

전구체층 구조Precursor layer structure 실시 예 1Example 1 Mo foil / Mo 전극 /제 1 NaF 5 nm / Zn 217 nm /제2 NaF 5 nm / Cu 164 nm / Sn 274 nmMo foil / Mo electrode / 1st NaF 5 nm / Zn 217 nm / 2nd NaF 5 nm / Cu 164 nm / Sn 274 nm 실시 예 2Example 2 Mo foil / Mo 전극 /제 1 NaF 5 nm / Zn 217 nm / Cu 164 nm /제3 NaF 5 nm / Sn 274 nmMo foil / Mo electrode / 1st NaF 5 nm / Zn 217 nm / Cu 164 nm / 3rd NaF 5 nm / Sn 274 nm 실시 예 3Example 3 Mo foil / Mo 전극 / Zn 217 nm /제2 NaF 5 nm / Cu 164 nm/ 제3 NaF 5 nm / Sn 274 nmMo foil / Mo electrode / Zn 217 nm / 2nd NaF 5 nm / Cu 164 nm / 3rd NaF 5 nm / Sn 274 nm 실시 예 4Example 4 Mo foil / Mo 전극 /제 1 NaF 4 nm /Zn 217 nm /제2 NaF 3 nm / Cu 164nm/제3 NaF 3 nm / Sn 274 nmMo foil / Mo electrode / 1st NaF 4 nm / Zn 217 nm / 2nd NaF 3 nm / Cu 164 nm / 3rd NaF 3 nm / Sn 274 nm 실시 예 5Example 5 Mo foil / Mo 전극 /제 1 NaF 3 nm /Zn 217 nm /제2 NaF 3 nm / Cu 164 nm/ 제3 NaF 2 nm / Sn 274 nm / 제4 NaF 2nmMo foil / Mo electrode / 1st NaF 3 nm / Zn 217 nm / 2nd NaF 3 nm / Cu 164 nm / 3rd NaF 2 nm / Sn 274 nm / 4th NaF 2nm 비교 예 1Comparison example 1 Mo foil / Mo 전극 / Zn 217 nm / Cu 164 nm / Sn 274 nmMo foil / Mo electrode / Zn 217 nm / Cu 164 nm / Sn 274 nm 비교 예 2Comparison example 2 Mo foil / Mo 전극 /제 1 NaF 10 nm / Zn 217 nm / Cu 164 nm / Sn 274 nmMo foil / Mo electrode / 1st NaF 10 nm / Zn 217 nm / Cu 164 nm / Sn 274 nm

도 17은 본 발명의 실시 예 1에 따른 박막 태양전지에 포함되는 전구체층의 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM)에 의한 단면 이미지와 에너지 분산 분광법(energy dispersive spectroscopy, EDS)에 의한 원소 조성 분포에 대한 분석 이미지 및 그래프이다.Figure 17 shows a cross-sectional image of the precursor layer included in the thin film solar cell according to Example 1 of the present invention by transmission electron microscopy (TEM) and elemental composition distribution by energy dispersive spectroscopy (EDS). These are analysis images and graphs.

도 17을 참조하면, 실시 예 1에 대해서 Zn와 Cu 사이에 적용된 제2 NaF 5 nm에 의해 Cu와 Zn의 상호 확산이 억제되어 Cu5Zn8와 같은 합금상의 생성이 억제되었음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 17, it can be seen that in Example 1, mutual diffusion of Cu and Zn was suppressed by the second NaF 5 nm applied between Zn and Cu, thereby suppressing the creation of an alloy phase such as Cu 5 Zn 8 .

도 18은 본 발명의 실시 예 2에 따른 박막 태양전지에 포함되는 전구체층의 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM)에 의한 단면 이미지와 에너지 분산 분광법(energy dispersive spectroscopy, EDS)에 의한 원소 조성 분포에 대한 분석 이미지 및 그래프이다.Figure 18 shows a cross-sectional image of the precursor layer included in the thin film solar cell according to Example 2 of the present invention by transmission electron microscopy (TEM) and elemental composition distribution by energy dispersive spectroscopy (EDS). These are analysis images and graphs.

도 18을 참조하면, 실시 예2에 대해서 Zn와 Cu의 사이의 상호 확산에 의해서 Cu5Zn8와 같은 합금상이 생성되고, Cu와 Sn 사이에 적용된 제3 NaF 5 nm에 의해 Cu6Sn5와 같은 합금상의 생성이 억제되었음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 18, in Example 2, an alloy phase such as Cu 5 Zn 8 is created by mutual diffusion between Zn and Cu, and Cu 6 Sn 5 and Cu 6 Sn 5 are formed by the third NaF 5 nm applied between Cu and Sn. It can be confirmed that the formation of the same alloy phase was suppressed.

도 19는 본 발명의 실시 예 3에 따른 박막 태양전지에 포함되는 전구체층의 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM)에 의한 단면 이미지와 에너지 분산 분광법 (energy dispersive spectroscopy, EDS)에 의한 원소 조성 분포에 대한 분석 이미지 및 그래프이다.Figure 19 shows a cross-sectional image of the precursor layer included in the thin film solar cell according to Example 3 of the present invention by transmission electron microscopy (TEM) and elemental composition distribution by energy dispersive spectroscopy (EDS). These are analysis images and graphs.

도 19를 참조하면, 실시 예3에 대해서 Zn와 Cu 사이에 적용된 제2 NaF 5 nm에 의해 Cu와 Zn의 상호 확산이 억제되어 Cu5Zn8와 같은 합금상의 생성이 억제되었고, Cu와 Sn 사이에 적용된 제3 NaF 5 nm에 의해 Cu6Sn5와 같은 합금상의 생성이 억제되었음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 19, in Example 3, mutual diffusion of Cu and Zn was suppressed by the second NaF 5 nm applied between Zn and Cu, thereby suppressing the creation of alloy phases such as Cu 5 Zn 8, and the formation of alloy phases such as Cu 5 Zn 8 was suppressed. It can be confirmed that the formation of alloy phases such as Cu 6 Sn 5 was suppressed by the third NaF 5 nm applied.

도 20은 본 발명의 실시 예 4에 따른 박막 태양전지에 포함되는 전구체층의 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM)에 의한 단면 이미지와 에너지 분산 분광법 (energy dispersive spectroscopy, EDS)에 의한 원소 조성 분포에 대한 분석 이미지 및 그래프이다.Figure 20 shows a cross-sectional image of the precursor layer included in the thin film solar cell according to Example 4 of the present invention by transmission electron microscopy (TEM) and elemental composition distribution by energy dispersive spectroscopy (EDS). These are analysis images and graphs.

도 20을 참조하면, 실시 예4에 대해서 Zn와 Cu 사이에 적용된 제2 NaF 3 nm에 의해 Cu와 Zn의 상호 확산이 억제되어 Cu5Zn8와 같은 합금상의 생성이 억제되었고, Cu와 Sn 사이에 적용된 제3 NaF 3 nm에 의해 Cu6Sn5와 같은 합금상의 생성이 억제되었음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 20, in Example 4, mutual diffusion of Cu and Zn was suppressed by the second NaF 3 nm applied between Zn and Cu, thereby suppressing the generation of alloy phases such as Cu 5 Zn 8, and the formation of alloy phases such as Cu 5 Zn 8 was suppressed. It can be confirmed that the formation of alloy phases such as Cu 6 Sn 5 was suppressed by the third NaF 3 nm applied.

도 21은 본 발명의 실시 예 5에 따른 박막 태양전지에 포함되는 전구체층의 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM)에 의한 단면 이미지와 에너지 분산 분광법 (energy dispersive spectroscopy, EDS)에 의한 원소 조성 분포에 대한 분석 이미지 및 그래프이다.Figure 21 shows a cross-sectional image by transmission electron microscopy (TEM) and elemental composition distribution by energy dispersive spectroscopy (EDS) of the precursor layer included in the thin film solar cell according to Example 5 of the present invention. These are analysis images and graphs.

도 21을 참조하면, 실시 예5에 대해서 Zn와 Cu 사이에 제2 NaF 3 nm가 적용되었으나 Zn와 Cu의 사이의 상호 확산에 의해서 Cu5Zn8와 같은 합금상이 생성되고, Cu와 Sn 사이에 제3 NaF 2 nm가 적용되었으나 Cu와 Sn의 상호 확산에 의해서 Cu6Sn5와 같은 합금상의 생성되었음을 확인할 수 있다.Referring to Figure 21, for Example 5, a second NaF of 3 nm was applied between Zn and Cu, but an alloy phase such as Cu 5 Zn 8 was created due to mutual diffusion between Zn and Cu, and an alloy phase such as Cu 5 Zn 8 was created between Cu and Sn. Although the third NaF 2 nm was applied, it can be confirmed that an alloy phase such as Cu 6 Sn 5 was created due to mutual diffusion of Cu and Sn.

따라서, 실시 예4와 실시 예 5의 결과와 같이, Zn와 Cu 사이에 제2 NaF층이 동일하게 3 nm가 적용되었으나, 실시 예4에서는 Cu와 Zn의 확산이 억제되었고, 실시 예 5에서는 Cu와 Zn가 상호 확산되었음을 알 수 있다. 따라서 Cu와 Zn의 상호 확산 억제 효과의 재현성을 위해서 NaF층의 두께는 4 nm 이상이 바람직하다.Therefore, as in the results of Examples 4 and 5, the second NaF layer was equally 3 nm thick between Zn and Cu, but diffusion of Cu and Zn was suppressed in Example 4, and in Example 5, Cu It can be seen that and Zn were mutually diffused. Therefore, in order to reproducibly suppress the mutual diffusion of Cu and Zn, the thickness of the NaF layer is preferably 4 nm or more.

다만, 실시 예 5에서 Cu와 Zn가 상호 확산되었다는 의미는, Cu와 Zn의 상호 확산이 완전히 억제되지는 않아, 극소의 합금상이 생성되었다는 의미로, 비교 예 1 및 2 대비 합금상의 생성을 억제하는 효과는 크다.However, in Example 5, the mutual diffusion of Cu and Zn means that the mutual diffusion of Cu and Zn was not completely suppressed and a very small alloy phase was created, which suppresses the creation of the alloy phase compared to Comparative Examples 1 and 2. The effect is great.

도 22는 비교 예 1에 따른 박막 태양전지에 포함되는 전구체층의 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM)에 의한 단면 이미지와 에너지 분산 분광법 (energy dispersive spectroscopy, EDS)에 의한 원소 조성 분포에 대한 분석 이미지 및 그래프이다.Figure 22 shows a cross-sectional image of the precursor layer included in the thin film solar cell according to Comparative Example 1 by transmission electron microscopy (TEM) and analysis of elemental composition distribution by energy dispersive spectroscopy (EDS). Images and graphs.

도 22를 참조하면, 비교 예1에 대해서 Zn와 Cu의 사이의 상호 확산에 의해서 Cu5Zn8와 같은 합금상이 생성되고, Cu와 Sn의 상호 확산에 의해서 Cu6Sn5와 같은 합금상의 생성되었음을 확인할 수 있다.Referring to Figure 22, with respect to Comparative Example 1, an alloy phase such as Cu 5 Zn 8 was created by mutual diffusion between Zn and Cu, and an alloy phase such as Cu 6 Sn 5 was created by mutual diffusion between Cu and Sn. You can check it.

도 23은 비교 예 2에 따른 박막 태양전지에 포함되는 전구체층의 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM)에 의한 단면 이미지와 에너지 분산 분광법 (energy dispersive spectroscopy, EDS)에 의한 원소 조성 분포에 대한 분석 이미지 및 그래프이다.Figure 23 shows a cross-sectional image of the precursor layer included in the thin film solar cell according to Comparative Example 2 by transmission electron microscopy (TEM) and analysis of elemental composition distribution by energy dispersive spectroscopy (EDS). Images and graphs.

도 23을 참조하면, 비교 예2에 대해서 Zn와 Cu의 사이의 상호 확산에 의해서 Cu5Zn8와 같은 합금상이 생성되고, Cu와 Sn의 상호 확산에 의해서 Cu6Sn5와 같은 합금상의 생성되었음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 23, in Comparative Example 2, an alloy phase such as Cu 5 Zn 8 was created by mutual diffusion between Zn and Cu, and an alloy phase such as Cu 6 Sn 5 was created by mutual diffusion between Cu and Sn. You can check it.

상기 실시 예 1 내지 실시 예 4 및 비교 예 1 및 비교 예 2 각각에서 준비된 4개의 셀에 대해, 태양전지 특성을 평가하여 하기 표 2 내지 표 8, 및 도 24 내지 21에 나타냈다.The solar cell characteristics of the four cells prepared in each of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were evaluated and shown in Tables 2 to 8 and Figures 24 to 21 below.

효율
(%)
efficiency
(%)
개방 전압
VOC (V)
open voltage
V OC (V)
단락 전류
JSC (mA/cm2)
short circuit current
J SC (mA/ cm2 )
충진률
FF (%)
Filling rate
FF(%)
실시 예 1-1Example 1-1 7.277.27 0.440.44 30.8430.84 54.0754.07 실시 예 1-2Example 1-2 6.346.34 0.420.42 29.5229.52 51.1051.10 실시 예 1-3Example 1-3 7.057.05 0.420.42 31.1331.13 53.5553.55 실시 예 1-4Example 1-4 6.356.35 0.420.42 30.6630.66 49.7249.72 평균average 6.756.75 0.420.42 30.5430.54 52.1152.11

효율
(%)
efficiency
(%)
개방 전압
VOC (V)
open voltage
V OC (V)
단락 전류
JSC (mA/cm2)
short circuit current
J SC (mA/ cm2 )
충진률
FF (%)
Filling rate
FF(%)
실시 예 2-1Example 2-1 7.587.58 0.440.44 31.0931.09 55.2555.25 실시 예 2-2Example 2-2 8.088.08 0.450.45 31.6431.64 57.1757.17 실시 예 2-3Example 2-3 7.987.98 0.450.45 31.5231.52 56.4956.49 실시 예 2-4Example 2-4 7.187.18 0.430.43 29.9829.98 55.5755.57 평균average 7.707.70 0.440.44 31.0631.06 56.1256.12

효율
(%)
efficiency
(%)
개방 전압
VOC (V)
open voltage
V OC (V)
단락 전류
JSC (mA/cm2)
short circuit current
J SC (mA/ cm2 )
충진률
FF (%)
Filling rate
FF(%)
실시 예 3-1Example 3-1 7.357.35 0.430.43 31.1431.14 54.3854.38 실시 예 3-2Example 3-2 6.916.91 0.440.44 29.1329.13 53.8353.83 실시 예 3-3Example 3-3 7.857.85 0.450.45 30.3130.31 57.1857.18 실시 예 3-4Example 3-4 7.637.63 0.440.44 30.9030.90 55.8655.86 평균average 7.447.44 0.440.44 30.3730.37 55.3155.31

효율
(%)
efficiency
(%)
개방 전압
VOC (V)
open voltage
V OC (V)
단락 전류
JSC (mA/cm2)
short circuit current
J SC (mA/ cm2 )
충진률
FF (%)
Filling rate
FF(%)
실시 예 4-1Example 4-1 8.408.40 0.450.45 31.3831.38 59.9259.92 실시 예 4-2Example 4-2 8.658.65 0.450.45 32.6832.68 58.7658.76 실시 예 4-3Example 4-3 8.758.75 0.450.45 32.4332.43 60.0660.06 실시 예 4-4Example 4-4 8.568.56 0.450.45 31.6231.62 60.4560.45 평균average 8.598.59 0.450.45 32.0332.03 59.8059.80

효율
(%)
efficiency
(%)
개방 전압
VOC (V)
open voltage
V OC (V)
단락 전류
JSC (mA/cm2)
short circuit current
J SC (mA/ cm2 )
충진률
FF (%)
Filling rate
FF(%)
실시 예 5-1Example 5-1 8.488.48 0.440.44 31.5831.58 61.1261.12 실시 예 5-2Example 5-2 8.638.63 0.450.45 30.8130.81 62.5662.56 실시 예 5-3Example 5-3 8.628.62 0.450.45 31.3431.34 51.5851.58 실시 예 5-4Example 5-4 8.528.52 0.440.44 32.1232.12 59.9359.93 평균average 8.568.56 0.440.44 31.4631.46 61.3061.30

효율
(%)
efficiency
(%)
개방 전압
VOC (V)
open voltage
V OC (V)
단락 전류
JSC (mA/cm2)
short circuit current
J SC (mA/ cm2 )
충진률
FF (%)
Filling rate
FF(%)
비교 예 1-1Comparative example 1-1 5.965.96 0.460.46 31.6831.68 41.3241.32 비교 예 1-2Comparative example 1-2 6.186.18 0.460.46 30.9130.91 43.5943.59 비교 예 1-3Comparative Example 1-3 5.015.01 0.420.42 29.9929.99 39.5139.51 비교 예 1-4Comparative Example 1-4 5.895.89 0.450.45 30.1530.15 43.3343.33 평균average 5.765.76 0.450.45 30.6830.68 41.9441.94

효율
(%)
efficiency
(%)
개방 전압
VOC (V)
open voltage
V OC (V)
단락 전류
JSC (mA/cm2)
short circuit current
J SC (mA/ cm2 )
충진률
FF (%)
Filling rate
FF(%)
비교 예 2-1Comparative example 2-1 5.725.72 0.450.45 30.4030.40 42.0742.07 비교 예 2-2Comparative example 2-2 6.746.74 0.470.47 31.0931.09 45.9745.97 비교 예 2-3Comparative example 2-3 5.195.19 0.430.43 29.8329.83 40.6040.60 비교 예 2-4Comparative example 2-4 6.466.46 0.470.47 31.3131.31 43.5743.57 평균average 6.036.03 0.450.45 30.7330.73 53.0553.05

도 24는 실시 예 1 내지 실시 예 4, 비교 예 1 및 비교 예 2의 각각의 샘플 4개 중에서 최고 효율을 나타내는 실시 예 1-1, 실시 예 2-2, 실시 예 3-3, 실시 예 4-3, 실시 예 5-2, 비교 예 1-2, 비교 예 2-2 샘플에 대한 전류-전압 특성을 비교한 그래프이다. Figure 24 shows the highest efficiency among the four samples of Examples 1 to 4, Comparative Examples 1 and 2, Examples 1-1, 2-2, 3-3, and 4. This is a graph comparing the current-voltage characteristics for the samples -3, Example 5-2, Comparative Example 1-2, and Comparative Example 2-2.

도 25은 실시 예 1 내지 실시 예 4에 의해 준비된 각각 4개의 셀과 비교 예 1 및 비교 예 2에 의해 준비된 4개의 셀에 대한 유연 박막 태양전지의 효율 특성을 비교한 통계적 분석 그래프이다.Figure 25 is a statistical analysis graph comparing the efficiency characteristics of the flexible thin film solar cell for each of the four cells prepared in Examples 1 to 4 and the four cells prepared in Comparative Examples 1 and 2.

도 26는 실시 예 1 내지 실시 예 4에 의해 준비된 각각 4개의 셀과 비교 예 1 및 비교 예 2에 의해 준비된 4개의 셀에 대한 유연 박막 태양전지의 개방 전압 특성을 비교한 통계적 분석 그래프이다.Figure 26 is a statistical analysis graph comparing the open-circuit voltage characteristics of the flexible thin film solar cell for each of the four cells prepared in Examples 1 to 4 and the four cells prepared in Comparative Examples 1 and 2.

도 27은 실시 예 1 내지 실시 예 4에 의해 준비된 각각 4개의 셀과 비교 예 1 및 비교 예 2에 의해 준비된 4개의 셀에 대한 유연 박막 태양전지의 단락 전류 특성을 비교한 통계적 분석 그래프이다.Figure 27 is a statistical analysis graph comparing the short-circuit current characteristics of the flexible thin film solar cell for each of the four cells prepared in Examples 1 to 4 and the four cells prepared in Comparative Examples 1 and 2.

도 28은 실시 예 1 내지 실시 예 4에 의해 준비된 각각 4개의 셀과 비교 예 1 및 비교 예 2에 의해 준비된 4개의 셀에 대한 유연 박막 태양전지의 충진률 특성을 비교한 통계적 분석 그래프이다.Figure 28 is a statistical analysis graph comparing the filling rate characteristics of the flexible thin film solar cell for each of the four cells prepared in Examples 1 to 4 and the four cells prepared in Comparative Examples 1 and 2.

상기 표 2 내지 표 7, 도 24 내지 도 28를 참조하면, 실시 예 1 내지 실시 예 5의 전구체 구조에서 비교 예 1 및 2보다 효율 및 충진률 특성이 향상되었음을 알 수 있다. 이러한 결과는 실시 예 1 내지 실시 예 5에 의한 전구체 구조에서 소자의 저항 특성이 향상된 결과로 충진률이 향상된 광흡수층이 형성되어 유연 박막 태양전지의 효율 특성이 향상되었음을 의미한다.Referring to Tables 2 to 7 and Figures 24 to 28, it can be seen that the efficiency and filling rate characteristics of the precursor structures of Examples 1 to 5 were improved compared to Comparative Examples 1 and 2. These results mean that the resistance characteristics of the device were improved in the precursor structures according to Examples 1 to 5, resulting in the formation of a light absorption layer with an improved filling factor, thereby improving the efficiency characteristics of the flexible thin film solar cell.

또한, 실시 예 1 내지 5 에서, 실시 예 5 > 실시 예 4> 실시 예 2> 실시 예 3 > 실시 예 1의 순으로 효율 특성이 향상되었음을 알 수 있다.In addition, in Examples 1 to 5, it can be seen that the efficiency characteristics were improved in the order of Example 5 > Example 4 > Example 2 > Example 3 > Example 1.

이를 통해, 다층의 알칼리 금속 화합물층을 포함할 때, 특히, 상기 구리(Cu) 전구체층 및 주석(Sn) 전구체층 사이에 제3 알칼리 금속 화합물층을 형성(실시 예 2 내지 5)할 때, 효율 향상 효과가 우수함을 알 수 있다. Through this, efficiency is improved when including a multi-layer alkali metal compound layer, especially when forming a third alkali metal compound layer between the copper (Cu) precursor layer and the tin (Sn) precursor layer (Examples 2 to 5). It can be seen that the effect is excellent.

또한, 상기 제3 알칼리 금속 화합물층과 함께, 상기 제1 전극층 및 아연(Zn) 전구체층 사이에 제1 알칼리 금속 화합물층 형성(실시 예 2, 4 및 5)할 때 효율 향상 효과가 더욱 우수하게 나타나며, 상기 제 1 알칼리 금속 화합물층, 상기 제 2 알칼리 금속 화합물층과 함께 상기 아연(Zn) 전구체층 및 상기 구리(Cu) 전구체층 사이에 제2 알칼리 금속 화합물층(실시 예 4 및 5)을 형성할 때, 보다 우수한 효율 향상 효과가 나타남을 알 수 있다.In addition, when forming a first alkali metal compound layer between the first electrode layer and the zinc (Zn) precursor layer together with the third alkali metal compound layer (Examples 2, 4, and 5), the efficiency improvement effect is more excellent, When forming a second alkali metal compound layer (Examples 4 and 5) between the first alkali metal compound layer and the second alkali metal compound layer and the zinc (Zn) precursor layer and the copper (Cu) precursor layer, It can be seen that an excellent efficiency improvement effect appears.

실시 예와 비교 예에 따르는 전구체 구조로부터 광흡수층 형성 시 다층 알칼리 금속 층 구조의 효과는 다음과 같이 설명될 수 있다. Cu, Zn, Sn으로 형성된 금속 전구체의 광흡수층 형성 공정 시의 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있다.The effect of the multilayer alkali metal layer structure when forming the light absorption layer from the precursor structure according to the examples and comparative examples can be explained as follows. The reaction during the light absorption layer formation process of the metal precursor formed of Cu, Zn, and Sn can be expressed as follows.

(1) 6Cu (고체) + 5Sn (고체) → Cu6Sn5 (고체) → Cu6Sn5 (액체) (at 400℃) (1) 6Cu (solid) + 5Sn (solid) → Cu 6 Sn 5 (solid) → Cu 6 Sn 5 (liquid) (at 400℃)

(2) Cu6Sn5 (액체) (at 400℃) → 2Cu3Sn (고체) + 3Sn (액체) (2) Cu 6 Sn 5 (liquid) (at 400℃) → 2Cu 3 Sn (solid) + 3Sn (liquid)

(3) 4Cu3Sn (고체) + 3S2 (Se2) (기체) → 6Cu2S (Cu2Se) (고체) + 4Sn (액체) (3) 4Cu 3 Sn (solid) + 3S 2 (Se 2 ) (gas) → 6Cu 2 S (Cu 2 Se) (solid) + 4Sn (liquid)

(4) 5Cu (고체) + 8Zn (고체) → Cu5Zn8 (고체)(4) 5Cu (solid) + 8Zn (solid) → Cu 5 Zn 8 (solid)

(5) 4Cu5Zn8 (고체) + 21S2 (Se2) (기체) → 10Cu2S (Cu2Se) (고체) + 32ZnS (ZnSe) (고체) (5) 4Cu 5 Zn 8 (solid) + 21S 2 (Se 2 ) (gas) → 10Cu 2 S (Cu 2 Se) (solid) + 32ZnS (ZnSe) (solid)

(6) 2Cu2S (Cu2Se) (고체) + ZnS (ZnSe) (고체) + 2Sn (액체) + 2S2 (Se2) (기체) → Cu2ZnSnS4 (Cu2ZnSnSe4) (고체) + Cu2SnS3 (Cu2SnSe3) (고체) (6) 2Cu 2 S (Cu 2 Se) (solid) + ZnS (ZnSe) (solid) + 2Sn (liquid) + 2S 2 (Se 2 ) (gas) → Cu 2 ZnSnS 4 (Cu 2 ZnSnSe 4 ) (solid ) + Cu 2 SnS 3 (Cu 2 SnSe 3 ) (solid)

이때 전구체 상의 Cu, Sn, Zn의 상호 확산 (inter-diffusion)에 의해 상기 식 (1)의 Cu6Sn5, 식 (5)의 Cu5Zn8와 같은 합금상(alloy phase)이 전구체 상태에서 생성될 수 있다. 이러한 합금상은 상기 광흡수층 형성 공정에서 상기 식 (5)의 + ZnS (ZnSe) (고체) 및 식 (6)의 Cu2SnS3 (Cu2SnSe3) (고체)와 같은 이차상을 형성시킬 수 있다.At this time, an alloy phase such as Cu 6 Sn 5 in formula (1) and Cu 5 Zn 8 in formula (5) is formed in the precursor state by inter-diffusion of Cu, Sn, and Zn in the precursor phase. can be created. This alloy phase can form secondary phases such as +ZnS (ZnSe) (solid) in formula (5) and Cu 2 SnS 3 (Cu 2 SnSe 3 ) (solid) in formula (6) in the light absorption layer formation process. there is.

도 2와 같이 실시 예 1에서, 제1 NaF 층은 Zn가 제1 전극으로의 확산을 억제하고, 제2 NaF 층은 Zn와 Cu의 상호 확산을 억제해서 Cu5Zn8와 같은 합금상의 생성을 억제할 수 있다.In Example 1, as shown in Figure 2, the first NaF layer suppresses diffusion of Zn into the first electrode, and the second NaF layer suppresses mutual diffusion of Zn and Cu to produce an alloy phase such as Cu 5 Zn 8 . It can be suppressed.

도 4와 같이 실시 예 2에서, 제1 NaF 층은 Zn가 제 1 전극으로의 확산을 억제하고, 제 2 NaF 층은 Cu와 Sn의 상호 확산을 억제해서 Cu6Sn5와 같은 합금상의 생성을 억제할 수 있다.In Example 2, as shown in FIG. 4, the first NaF layer suppresses diffusion of Zn into the first electrode, and the second NaF layer suppresses mutual diffusion of Cu and Sn to produce an alloy phase such as Cu 6 Sn 5 It can be suppressed.

도 6과 같이 실시 예 3에서, 제1 NaF 층은 Zn와 Cu의 상호 확산을 억제해서 Cu5Zn8와 같은 합금상의 생성을 억제할 수 있고, 제2 NaF 층은 Cu와 Sn의 상호 확산을 억제해서 Cu6Sn5와 같은 합금상의 생성을 억제할 수 있다.In Example 3, as shown in Figure 6, the first NaF layer can suppress the mutual diffusion of Zn and Cu, thereby suppressing the creation of an alloy phase such as Cu 5 Zn 8 , and the second NaF layer can suppress the mutual diffusion of Cu and Sn. By suppressing this, the formation of alloy phases such as Cu 6 Sn 5 can be suppressed.

도 8과 같이 실시 예 4에서, 제1 NaF 층은 Zn가 제1 전극으로의 확산을 억제하고, 제2 NaF 층은 Zn와 Cu의 상호 확산을 억제해서 Cu5Zn8와 같은 합금상의 생성을 억제할 수 있고, 제3 NaF 층은 Cu와 Sn의 상호 확산을 억제해서 Cu6Sn5와 같은 합금상의 생성을 억제할 수 있다.In Example 4, as shown in Figure 8, the first NaF layer suppresses diffusion of Zn into the first electrode, and the second NaF layer suppresses mutual diffusion of Zn and Cu to produce an alloy phase such as Cu 5 Zn 8 . The third NaF layer can suppress the mutual diffusion of Cu and Sn, thereby suppressing the creation of an alloy phase such as Cu 6 Sn 5 .

도 10와 같이 실시 예 5에서, 제1 NaF 층의 두께는 3 nm이며, 이 때 제1 NaF 층의 두께가 얇아서 Zn가 제1 전극으로의 확산을 억제하는 효과는 다소 감소될 수 있다. 또한 제2 NaF 층의 두께는 3 nm이며, 이 때 제2 NaF 층의 두께가 얇아서 Zn와 Cu의 상호 확산을 억제해서 Cu5Zn8와 같은 합금상의 생성을 억제하는 효과가 다소 감소될 수 있다.In Example 5, as shown in FIG. 10, the thickness of the first NaF layer is 3 nm. At this time, the thickness of the first NaF layer is thin, so the effect of suppressing the diffusion of Zn into the first electrode may be somewhat reduced. In addition, the thickness of the second NaF layer is 3 nm, and at this time, the thickness of the second NaF layer is thin, so the effect of suppressing the creation of alloy phases such as Cu 5 Zn 8 by suppressing mutual diffusion of Zn and Cu may be somewhat reduced. .

또한, 제3 NaF 층의 두께는 2 nm이며, 이 때 제1 NaF 층의 두께가 얇아서 Cu와 Sn의 상호 확산을 억제해서 Cu6Sn5와 같은 합금상의 생성을 억제할 수 있는 효과가 다소 감소될 수 있다.In addition, the thickness of the third NaF layer is 2 nm, and at this time, the thickness of the first NaF layer is thin, so the effect of suppressing the creation of an alloy phase such as Cu 6 Sn 5 by suppressing mutual diffusion of Cu and Sn is somewhat reduced. It can be.

따라서, 실시 예 5에서, 제1 NaF 층 내지 제3 NaF 층은 합금상의 생성을 완전히 억제하지는 않아, 극소의 합금상을 형성할 수 는 있으나, 비교 예 1 및 2 대비 합금상의 생성 억제 효과는 월등히 향상될 수 있다.Therefore, in Example 5, the first NaF layer to the third NaF layer did not completely suppress the generation of the alloy phase, and although a very small alloy phase could be formed, the effect of suppressing the generation of the alloy phase was significantly greater than that of Comparative Examples 1 and 2. It can be improved.

제4 NaF 층은 상기 반응식 (3) 및 (4)에서의 Sn (액체) 생성에 의한 Sn 손실을 억제할 수 있다. 또한 제4 NaF 층은 전구체의 황화-셀렌화 공정 중에 전구체 표면에서 S 또는 Se의 화학적 흡착 (chemisorption)을 원활하게 해서 액체상의 Na2Sx 또는 Na2Sex를 형성하게 되고, S 또는 Se의 전구체층으로 확산을 촉진시켜서 광흡수층 결정 성장을 향상시킬 수 있다.The fourth NaF layer can suppress Sn loss due to Sn (liquid) generation in Reaction Formulas (3) and (4). In addition, the fourth NaF layer facilitates chemisorption of S or Se on the surface of the precursor during the sulfurization-selenization process of the precursor to form liquid Na 2 S By promoting diffusion into the precursor layer, crystal growth in the light absorption layer can be improved.

이와 같이 전구체 층에 다층의 알칼리 금속 층을 도입함으로써, 광흡수층 형성 전에 전구체에서의 합금상의 생성 억제를 통한 이차상의 생성 억제로 소자에서의 저항 특성이 개선될 수 있다. 저항 특성의 개선은 도 28과 같이 충진률 향상에 직접적으로 영향을 주게 되어 효율 향상이 가능하게 된다.In this way, by introducing a multi-layer alkali metal layer into the precursor layer, resistance characteristics in the device can be improved by suppressing the production of secondary phases through suppressing the production of an alloy phase in the precursor before forming the light absorption layer. Improvements in resistance characteristics directly affect the improvement in filling rate, as shown in Figure 28, making it possible to improve efficiency.

본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiments and attached drawings, but is intended to be limited by the attached claims. Accordingly, various forms of substitution, modification, and change may be made by those skilled in the art without departing from the technical spirit of the present invention as set forth in the claims, and this also falls within the scope of the present invention. something to do.

100: 기판
200: 제1 전극
310: 아연(Zn) 전구체층
320: 구리(Cu) 전구체층
330: 주석(Sn) 전구체층
340: 알칼리 금속 화합물층
341: 제1 알칼리 금속 화합물층
342: 제2 알칼리 금속 화합물층
343: 제2 알칼리 금속 화합물층
344: 제4 알칼리 금속 화합물층
400: 광흡수층
500: 버퍼층
500: 윈도우층
700: 제2 전극
100: substrate
200: first electrode
310: Zinc (Zn) precursor layer
320: Copper (Cu) precursor layer
330: Tin (Sn) precursor layer
340: Alkali metal compound layer
341: First alkali metal compound layer
342: Second alkali metal compound layer
343: Second alkali metal compound layer
344: Fourth alkali metal compound layer
400: Light absorption layer
500: buffer layer
500: Window layer
700: second electrode

Claims (20)

ⅰ) 기판상에 제1 전극층을 형성하는 단계, ⅱ) 상기 제1 전극층 상에 아연(Zn) 전구체층을 형성하는 단계, ⅲ) 상기 아연(Zn) 전구체층 상에 구리(Cu) 전구체층을 형성하는 단계, ⅳ) 상기 구리(Cu) 전구체층 상에 주석(Sn) 전구체층을 형성하는 단계, 및 ⅴ)알칼리 금속 화합물층을 형성하는 단계,를 포함하는 전구체층을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 알칼리 금속 화합물층을 형성하는 단계는,
상기 제1 전극층 및 아연(Zn) 전구체층 사이에 형성되는 제1 알칼리 금속 화합물층, 상기 아연(Zn) 전구체층 및 상기 구리(Cu) 전구체층 사이에 형성되는 제2 알칼리 금속 화합물층, 상기 구리(Cu) 전구체층 및 주석(Sn) 전구체층 사이에 형성되는 제3 알칼리 금속 화합물층 중 적어도 2개를 형성하고,
상기 기판상에 제1 전극층을 형성하기 전에 상기 기판에 불화암모늄(Ammonium Fluoride, NH4F) 용액과 불화수소산(Hydrofluoric Acid, HF) 용액을 혼합한 용액에 의한 전처리를 진행하여 상기 기판 표면의 산소를 제거하며,
상기 제1 알칼리 금속 화합물층 내지 제3 알칼리 금속 화합물층의 두께는 2 nm 내지 20 nm인 것을 특징으로 하는, CZTS계 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법.
i) forming a first electrode layer on a substrate, ii) forming a zinc (Zn) precursor layer on the first electrode layer, iii) forming a copper (Cu) precursor layer on the zinc (Zn) precursor layer. forming a precursor layer comprising, iv) forming a tin (Sn) precursor layer on the copper (Cu) precursor layer, and v) forming an alkali metal compound layer. ,
The step of forming the alkali metal compound layer is,
A first alkali metal compound layer formed between the first electrode layer and the zinc (Zn) precursor layer, a second alkali metal compound layer formed between the zinc (Zn) precursor layer and the copper (Cu) precursor layer, and the copper (Cu ) Forming at least two of the third alkali metal compound layers formed between the precursor layer and the tin (Sn) precursor layer,
Before forming the first electrode layer on the substrate, the substrate is pretreated with a mixture of an ammonium fluoride (NH 4 F) solution and a hydrofluoric acid (HF) solution to remove oxygen on the surface of the substrate. removes,
A method of manufacturing a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer, characterized in that the thickness of the first to third alkali metal compound layers is 2 nm to 20 nm.
제 1 항에 있어서,
상기 알칼리 금속 화합물층을 형성하는 단계는
상기 제1 알칼리 금속 화합물층 또는 상기 제2 알칼리 금속 화합물층을 형성하고, 상기 제3 알칼리 금속 화합물층을 형성하는 것을 특징으로 하는 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법.
According to claim 1,
The step of forming the alkali metal compound layer is
A method of manufacturing a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer, characterized in that forming the first alkali metal compound layer or the second alkali metal compound layer, and forming the third alkali metal compound layer.
제 1 항에 있어서,
상기 알칼리 금속 화합물층을 형성하는 단계는
상기 제1 알칼리 금속 화합물층 및 상기 제3 알칼리 금속 화합물층을 형성하는 것을 특징으로 하는 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법.
According to claim 1,
The step of forming the alkali metal compound layer is
A method of manufacturing a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer, characterized in that forming the first alkali metal compound layer and the third alkali metal compound layer.
제 3 항에 있어서,
상기 알칼리 금속 화합물층을 형성하는 단계는
상기 제2 알칼리 금속 화합물층을 형성하는 것을 특징으로 하는, CZTS계 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법.
According to claim 3,
The step of forming the alkali metal compound layer is
A method of manufacturing a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer, characterized by forming the second alkali metal compound layer.
제 4 항에 있어서,
상기 알칼리 금속 화합물층을 형성하는 단계는,
상기 주석(Sn) 전구체층상에 제4 알칼리 금속 화합물층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는, CZTS계 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법.
According to claim 4,
The step of forming the alkali metal compound layer is,
A method of manufacturing a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer, characterized in that further forming a fourth alkali metal compound layer on the tin (Sn) precursor layer.
제 1 항에 있어서,
상기 알칼리 금속 화합물층은 리튬(Li), 나트륨(Na), 포타슘(K), 루비듐(Rb) 및 세슘(Cs)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 알칼리 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법.
According to claim 1,
The alkali metal compound layer is a CZTS-based thin film characterized in that it contains one or more alkali metals selected from the group consisting of lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), and cesium (Cs). Manufacturing method of solar cell light absorption layer.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 기판은 유연 기판인 것을 특징으로 하는 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법.
According to claim 1,
A method of manufacturing a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer, wherein the substrate is a flexible substrate.
제 1 항에 있어서,
상기 제조방법은
상기 전구체층을 황(S) 및 셀렌(Ce) 중 적어도 하나가 공급되는 분위기에서 열처리하여 광흡수층을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법.
According to claim 1,
The manufacturing method is
manufacturing a light absorption layer by heat-treating the precursor layer in an atmosphere supplied with at least one of sulfur (S) and selenium (Ce).
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제조방법은
구리아연주석황화계(CZTS), 구리아연주석셀렌계(CZTSe) 및 구리아연주석황셀렌계(CZTSSe)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 광흡수층을 형성하는 것을 특징으로 하는 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법.
According to claim 1,
The manufacturing method is
A CZTS-based thin film solar cell, characterized in that it forms at least one type of light absorption layer selected from the group consisting of copper zinc tin sulfide (CZTS), copper zinc tin selenium (CZTSe), and copper zinc tin sulfur (CZTSSe). Method for manufacturing a light absorption layer.
제 1 항에 있어서,
상기 제조방법은
0.3 μm 내지 3 μm 두께의 광흡수층을 형성하는 것을 특징으로 하는 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법.
According to claim 1,
The manufacturing method is
A method of manufacturing a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer, characterized by forming a light absorption layer with a thickness of 0.3 μm to 3 μm.
제1 전극이 형성된 기판상에 배치된 아연(Zn) 전구체층; 상기 아연(Zn) 전구체 상에 배치된 구리(Cu) 전구체층; 상기 구리(Cu) 전구체 상에 배치된 주석 (Zn) 전구체층; 및 알칼리 금속 화합물층을 포함하고,
상기 알칼리 금속 화합물층은,
상기 제1 전극층 및 아연(Zn) 전구체층 사이에 배치된 제1 알칼리 금속 화합물층, 상기 아연(Zn) 전구체층 및 상기 구리(Cu) 전구체층 사이에 배치된 제2 알칼리 금속 화합물층, 상기 구리(Cu) 전구체층 및 주석(Sn) 전구체층 사이에 배치된 제3 알칼리 금속 화합물층 중 적어도 2개를 포함하며,
상기 기판은 불화암모늄(Ammonium Fluoride, NH4F) 용액 및 불화수소산(Hydrofluoric Acid, HF) 용액을 혼합한 용액을 이용하여 전처리된 기판이고,
상기 제1 알칼리 금속 화합물층 내지 제3 알칼리 금속 화합물층의 두께는 2 nm 내지 20 nm인 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층 제조용 전구체 구조물.
A zinc (Zn) precursor layer disposed on the substrate on which the first electrode is formed; A copper (Cu) precursor layer disposed on the zinc (Zn) precursor; A tin (Zn) precursor layer disposed on the copper (Cu) precursor; And an alkali metal compound layer,
The alkali metal compound layer is,
A first alkali metal compound layer disposed between the first electrode layer and the zinc (Zn) precursor layer, a second alkali metal compound layer disposed between the zinc (Zn) precursor layer and the copper (Cu) precursor layer, and the copper (Cu ) It includes at least two of the third alkali metal compound layer disposed between the precursor layer and the tin (Sn) precursor layer,
The substrate is pretreated using a mixed solution of ammonium fluoride (NH 4 F) solution and hydrofluoric acid (HF) solution,
A precursor structure for manufacturing a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer, wherein the first to third alkali metal compound layers have a thickness of 2 nm to 20 nm.
제 13 항에 있어서,
상기 전구체 구조물은
상기 주석 (Zn) 전구체층 상에 배치되는 제4 알칼리 금속 화합물층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층 제조용 전구체 구조물.
According to claim 13,
The precursor structure is
A precursor structure for manufacturing a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer, further comprising a fourth alkali metal compound layer disposed on the tin (Zn) precursor layer.
제 13 항에 있어서,
상기 아연(Zn) 전구체층의 두께는 60 nm 내지 310 nm,
상기 구리(Cu) 전구체층의 두께는 40 nm 내지 220 nm,
상기 주석(Sn) 전구체층의 두께는 70 nm 내지 370 nm인 것을 특징으로 하는 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층 제조용 전구체 구조물.
According to claim 13,
The thickness of the zinc (Zn) precursor layer is 60 nm to 310 nm,
The thickness of the copper (Cu) precursor layer is 40 nm to 220 nm,
A precursor structure for manufacturing a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer, wherein the tin (Sn) precursor layer has a thickness of 70 nm to 370 nm.
제 13 항에 있어서,
상기 전구체 구조물은
아연(Zn) 및 주석(Sn) 대비 구리(Cu)의 원소비인 Cu/Zn+Sn가 0.6 내지 1.0인 것을 특징으로 하는 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층 제조용 전구체 구조물.
According to claim 13,
The precursor structure is
A precursor structure for manufacturing a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer, characterized in that Cu/Zn+Sn, the element ratio of copper (Cu) to zinc (Zn) and tin (Sn), is 0.6 to 1.0.
제 13 항에 있어서,
상기 주석(Sn) 대비 아연(Zn)의 원소비인 Zn/Sn가 1.0 내지 1.6인 것을 특징으로 하는 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층 제조용 전구체 구조물.
According to claim 13,
A precursor structure for manufacturing a CZTS-based thin film solar cell light absorption layer, characterized in that Zn/Sn, the elemental ratio of zinc (Zn) to tin (Sn), is 1.0 to 1.6.
제 1 항의 제조방법으로 제조되며, 구리아연주석황화계(CZTS), 구리아연주석셀렌계(CZTSe) 및 구리아연주석황셀렌계(CZTSSe)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는, CZTS계 박막 태양전지 광흡수층.
CZTS, which is manufactured by the manufacturing method of claim 1 and includes at least one member selected from the group consisting of copper zinc tin sulfide (CZTS), copper zinc tin selenium (CZTSe), and copper zinc tin sulfur (CZTSSe). Light absorption layer of thin film solar cell.
제 18 항의 CZTS계 박막 태양전지 광흡수층을 포함하는 CZTS계 박막 태양전지.
A CZTS-based thin-film solar cell including the CZTS-based thin-film solar cell light absorption layer of claim 18.
제 19 항에 있어서,
상기 CZTS계 박막 태양전지는 유연 기판상에 형성된 유연 박막 태양전지인 것을 특징으로 하는 CZTS계 박막 태양전지.
According to claim 19,
The CZTS-based thin-film solar cell is a CZTS-based thin-film solar cell, characterized in that it is a flexible thin-film solar cell formed on a flexible substrate.
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