KR20090069416A - 박막형 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 기판; 상기 기판 상에서 단위셀간 분리부를 사이에 두고 이격 배열되는 복수 개의 전면전극; 상기 전면전극 상에서 상기 분리부를 사이에 두고 이격 배열되는 복수 개의 반도체층; 상기 반도체층 상에서 상기 분리부를 사이에 두고 이격 배열되는 복수 개의 후면전극; 및 상기 전면전극 및 그와 이웃하는 상기 후면전극을 전기적으로 연결하기 위한 연결선을 포함하여 이루어지고, 상기 반도체층의 일측에는 콘택부가 형성되어 있어 상기 콘택부에 의해 상기 반도체층 아래의 전면전극이 노출되고, 상기 연결선은 상기 노출된 전면전극 및 그와 이웃하는 상기 후면전극을 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지, 및 그 제조방법에 관한 것으로서,
본 발명에 따르면, 레이저 스크라이빙 공정을 2회 이하로 줄임으로써, 레이저 스크라이빙 공정을 인한 기판 오염 문제 및 세정장비 추가로 인한 제조단가 상승 문제를 최소화할 수 있다.
박막형 태양전지, 레이저 스크라이빙, 보조전극

Description

박막형 태양전지 및 그 제조방법{Thin film type Solar Cell and Method for manufacturing the same}
본 발명은 박막형 태양전지(Thin film type Solar Cell)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 복수 개의 단위셀로 분리되는 박막형 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지의 구조 및 원리에 대해서 간단히 설명하면, 태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 되는 원리이다.
이와 같은 태양전지는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다.
상기 기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 기판형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수하기는 하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승되는 단점이 있다.
상기 박막형 태양전지는 상기 기판형 태양전지에 비하여 효율이 다소 떨어지기는 하지만, 얇은 두께로 제조가 가능하고 저가의 재료를 이용할 수 있어 제조비용이 감소되는 장점이 있어 대량생산에 적합하다.
상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 전면전극을 형성하고, 상기 전면전극 위에 반도체층을 형성하고, 상기 반도체층 위에 후면전극을 형성하여 제조된다. 여기서, 상기 전면전극은 광이 입사되는 수광면을 형성하기 때문에 상기 전면전극으로는 ZnO와 같은 투명도전물이 이용된다.
그러나, 기판이 대면적화됨에 따라 상기 투명도전물로 이루어진 전면전극의 저항이 증가되고 그로 인해 전력손실이 크게 되는 문제가 발생하게 된다.
따라서, 박막형 태양전지를 복수 개의 단위셀로 나누고 복수 개의 단위셀을 직렬로 연결하는 구조로 형성함으로써 투명도전물로 이루어진 전면전극의 저항을 최소화하는 방법이 고안되었다.
이하, 도면을 참조로 종래 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결된 구조를 갖는 박막형 태양전지의 제조방법에 대해서 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1f는 종래 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결된 구조를 갖는 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
우선, 도 1a에서 알 수 있듯이, 기판(10) 상에 ZnO와 같은 투명도전물을 이용하여 전면전극층(20a)을 형성한다.
다음, 도 1b에서 알 수 있듯이, 레이저 스크라이빙(Laser Scribing)법을 이용하여 상기 전면전극층(20a)의 소정부위를 제거하여, 소정 간격으로 이격되는 복수 개의 전면전극(20)을 형성한다.
다음, 도 1c에서 알 수 있듯이, 상기 기판(10) 전면에 반도체층(30a) 및 투명도전층(40a)을 차례로 형성한다.
다음, 도 1d에서 알 수 있듯이, 레이저 스크라이빙법을 이용하여 상기 반도체층(30a) 및 투명도전층(40a)의 소정부위를 제거하여 전극간 연결을 위한 콘택부(35)를 형성한다. 상기 콘택부(35)에 의해 소정 간격으로 이격되는 복수 개의 반도체층(30) 및 투명도전층(40)이 형성된다.
다음, 도 1e에서 알 수 있듯이, 상기 기판(10) 전면에 후면전극층(50a)을 형성한다.
다음, 도 1f에서 알 수 있듯이, 레이저 스크라이빙법을 이용하여 상기 후면전극층(50a)의 소정부위를 제거하여 태양전지를 단위셀로 분리하는 분리부(45)를 형성한다. 상기 분리부(45)에 의해 소정 간격으로 이격되는 복수 개의 후면전극(50)이 형성된다.
이상과 같이, 종래에는 박막 태양전지를 복수 개의 단위셀로 나누고 복수 개 의 단위셀을 직렬로 연결하도록 구성함으로써, 기판이 대면적화된다 하더라도 전면전극의 저항이 증가되지 않아 전력손실 문제가 발생하지 않았다.
그러나, 이와 같은 종래의 박막형 태양전지는 복수 개의 단위셀로 나누기 위해서 3회의 레이저 스크라이빙 공정을 수행하게 되는데, 이와 같이 레이저 스크라이빙 공정을 3회에 걸쳐 수행함으로 인해서 다음과 같은 문제점이 증폭된다.
레이저 스크라이빙 공정을 수행하게 되면 파티클(Particle)이 다량으로 발생하게 되어 기판이 오염되는 문제가 있고 또한 파티클로 인해 소자의 단락이 생기는 문제가 있다. 또한, 파티클로 인한 문제를 해결하기 위해서 레이저 스크라이빙 공정을 수행한 후 세정공정을 추가할 수 있는데, 이 경우 세정공정이 추가되어 공정이 복잡해지고 세정장비 등이 추가로 필요하게 되므로 제조단가가 상승하는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 종래의 박막형 태양전지의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서,
본 발명은 레이저 스크라이빙 공정을 최소화하면서 박막 태양전지를 단위셀로 분리함으로써 종래 레이저 스크라이빙 공정을 3회에 걸쳐 수행하여 발생하는 문제점을 최소화할 수 있는 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 기판; 상기 기판 상에서 단위셀간 분리부를 사이에 두고 이격 배열되는 복수 개의 전면전극; 상기 전면전극 상에서 상기 분리부를 사이에 두고 이격 배열되는 복수 개의 반도체층; 상기 반도체층 상에서 상기 분리부를 사이에 두고 이격 배열되는 복수 개의 후면전극; 및 상기 전면전극 및 그와 이웃하는 상기 후면전극을 전기적으로 연결하기 위한 연결선을 포함하여 이루어지고, 상기 반도체층의 일측에는 콘택부가 형성되어 있어 상기 콘택부에 의해 상기 반도체층 아래의 전면전극이 노출되고, 상기 연결선은 상기 노출된 전면전극 및 그와 이웃하는 상기 후면전극을 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지를 제공한다.
상기 콘택부에 의해 노출된 전면전극의 일부 영역 위에는 절연층이 형성되어 있고, 상기 연결선은 상기 콘택부에 의해 노출된 전면전극의 나머지 영역 위에서부 터 시작하여 상기 절연층의 상면을 경유하여 상기 이웃하는 후면전극까지 연장되어 형성될 수 있다.
상기 절연층은 상기 분리부에 추가로 형성될 수 있다.
상기 연결선의 단차를 줄이기 위해서, 상기 노출된 전면전극과 상기 연결선 사이에 도전성 부재가 추가로 형성될 수 있다.
상기 전면전극과 상기 반도체층 사이에 보조전극이 추가로 형성될 수 있다.
상기 보조전극은 상기 콘택부까지 연장되어 형성될 수 있다.
상기 후면전극 중 최외곽의 후면전극에는 외부의 회로와 연결하기 위한 제1 버스라인이 연결되어 있고, 상기 콘택부에 의해 노출된 전면전극 중 최외곽의 전면전극에는 외부의 회로와 연결하기 위한 제2 버스라인이 연결될 수 있다.
상기 반도체층과 후면전극 사이에 투명도전층이 추가로 형성될 수 있다.
본 발명은 기판 상에 전면전극층을 형성하는 공정; 상기 전면전극층 상에 반도체층을 형성하는 공정; 상기 반도체층의 소정영역을 제거하여 콘택부를 형성함으로써, 상기 반도체층 아래의 전면전극층을 노출하는 공정; 상기 전면전극층과 반도체층의 소정영역을 제거하여 분리부를 형성함으로써, 상기 분리부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 전면전극 및 반도체층을 형성하는 공정; 상기 반도체층 상에 후면전극을 형성하는 공정; 및 상기 콘택부에 의해 노출된 전면전극 및 그와 이웃하는 상기 후면전극을 전기적으로 연결하는 연결선을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 콘택부에 의해 노출된 전면전극의 일부 영역 위에 절연층을 형성하는 공정을 추가로 포함하고, 상기 연결선은 상기 콘택부에 의해 노출된 전면전극의 나머지 영역 위에서부터 시작하여 상기 절연층의 상면을 경유하여 상기 이웃하는 후면전극까지 연장되도록 형성할 수 있다.
상기 절연층은 상기 분리부에 추가로 형성할 수 있다.
상기 연결선의 단차를 줄이기 위해서, 상기 노출된 전면전극과 상기 연결선 사이에 도전성 부재를 추가로 형성할 수 있다.
상기 전면전극과 상기 반도체층 사이에 보조전극을 추가로 형성할 수 있다.
상기 보조전극은 상기 콘택부까지 연장되도록 형성할 수 있다.
외부의 회로와 연결하기 위해서, 상기 후면전극 중 최외곽의 후면전극에 연결되는 제1 버스라인 및 상기 콘택부에 의해 노출된 전면전극 중 최외곽의 전면전극에 연결되는 제2 버스라인을 추가로 형성할 수 있다.
상기 반도체층과 후면전극 사이에 투명도전층을 추가로 형성할 수 있다.
상기 반도체층 상에 후면전극을 형성하는 공정 이후에, 상기 콘택부 형성공정과 분리부 형성공정을 수행할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 레이저 스크라이빙 공정을 2회 이하로 줄임으로써, 레이저 스크라이빙 공정을 인한 기판 오염 문제 및 세정장비 추가로 인한 제조단가 상승 문제를 최소화할 수 있다.
둘째, 본 발명은 콘택부에 의해 노출된 전면전극과 연결선 사이에 도전성 부 재를 추가로 형성함으로써 연결선의 단차 문제를 해소할 수 있다.
셋째, 본 발명은 전면전극 상에 보조전극을 추가로 형성함으로써, 전면전극의 저항으로 인한 전력손실 문제를 극소화할 수 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
<박막형 태양전지>
제1실시예
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 박막형 태양 전지의 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 A-A라인의 단면도이고, 도 2c는 도 2a의 B-B라인의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2c, 특히, 도 2b에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제1실시예에 따른 박막형 태양전지는, 기판(100), 전면전극(200), 반도체층(300), 투명도전층(400), 절연층(500), 후면전극(600), 및 연결선(700)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판(100)은 유리 또는 투명한 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
상기 전면전극(200)은 상기 기판(100) 상에 형성되는데, 단위셀 간의 분리를 위한 분리부(450)를 사이에 두고 복수 개가 이격 배열되어 형성된다.
상기 전면전극(200)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, ZnO:H, SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다. 상기 전면전극(200)은 태양광이 입사되는 면에 형성되기 때문에 입사되는 태양광이 태양전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 하기 위해서 상기 전면전극(200)의 표면은 울퉁불퉁한 요철구조로 형성할 수 있다.
상기 반도체층(300)은 상기 전면전극(200) 상에 형성되는데, 상기 분리부(450)를 사이에 두고 복수 개가 이격 배열되어 형성된다. 또한, 상기 반도체층(300)의 일측에는 콘택부(350)가 형성되어 있어 상기 콘택부(350)에 의해 상기 반도체층(300) 아래의 전면전극(200)이 노출된다.
상기 반도체층(300)은 비정질 실리콘 또는 미세결정질 실리콘과 같은 실리콘계 반도체물질로 이루어질 수 있다. 상기 반도체층(300)은 P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성하며, 이 경우, I형 반도체층이 P형 반도체층과 N형 반도체층에 의해 공핍(depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(drift)되어 각각 P형 반도체층 및 N형 반도체층에서 수집되게 된다. 한편, 상기 반도체층(300)을 PIN구조로 형성할 경우에는 P형 반도체층을 먼저 형성하고, 그 후에 I형 반도체층 및 N형 반도체층을 순서대로 형성하는 것이 바람직한데, 그 이유는 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 의해 낮기 때문에 입사광에 의한 수집효율을 극대화하기 위해서 P형 반도체층을 수광면에 가깝게 형성하기 위함이다.
상기 투명도전층(400)은 상기 반도체층(300) 상에 형성되는데, 상기 분리부(450)를 사이에 두고 복수 개가 이격 배열되어 형성된다. 또한, 상기 투명도전층(400)의 일측에는 콘택부(350)가 형성되어 있어 상기 콘택부(350)에 의해 상기 반도체층(300) 아래의 전면전극(200)이 노출된다.
상기 투명도전층(400)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, ZnO:H, Ag와 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다. 상기 투명도전층(400)은 생략하는 것도 가능하지만, 태양전지의 효율증진을 위해서는 상기 투명도전층(400)을 형성하는 것이 바람직하다. 그 이유는 상기 투명도전층(400)을 형성하게 되면 상기 반도체층(300)을 투과한 태양광이 상기 투명도전층(400)을 통과하면서 산란을 통해 다양한 각으로 진행하게 되어, 상기 후면전극(600)에서 반사되어 상기 반도체층(300)으로 재입사되는 광의 비율이 증가될 수 있기 때문이다.
상기 절연층(500)은 상기 콘택부(350)에 의해 노출된 전면전극(200)의 일부 영역 위에 형성되어 상기 연결선(700) 형성시 쇼트(short)가 발생하는 것을 방지한다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다. 또한, 상기 절연층(500)은 상기 분리부(250) 내에 형성되어 단위셀 간의 분리를 강화할 수 있다. 도 2a에서 알 수 있듯이, 상기 콘택부(350) 및 분리부(250)에 형성되는 절연층(500)은 분리되지 않고 전체적으로 연결된 구조를 이루게 된다. 상기 절연층(500)은 광투과율 저하를 방지하기 위해서 SiO2, TiO2, SiNx, SiON와 같은 투명한 절연물질로 이루어질 수 있다.
상기 후면전극(600)은 상기 투명도전층(400) 상에 형성되는데, 상기 분리부(450)를 사이에 두고 복수 개가 이격 배열되어 형성된다. 상기 후면전극(600)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 연결선(700)은 도 2a 및 도 2c에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극(200) 및 그와 이웃하는 상기 후면전극(600)을 전기적으로 연결하여, 태양전지의 복수 개의 단위셀 들이 전체적으로 직렬로 연결될 수 있도록 한다. 상기 연결선(700)은, 상기 절연층(500)이 형성되지 않은 콘택부(350)에서부터 시작하여, 보다 구체적으로는, 상기 콘택부(350)에 의해 노출된 전면전극(200)의 상면에서부터 시작하여, 상기 절연층(500)의 상면을 경유하여 이웃하는 후면전극(600)까지 연장됨으로써, 상기 전면전극(200) 및 그와 이웃하는 상기 후면전극(600)을 전기적으로 연결한다. 여기서, 도 2c를 참조하면, 상기 절연층(500)이 형성되어 있지 않으면, 상기 연결선(700) 형성시 상기 전면전극(200) 간의 전기적 연결이 이루어져 쇼트가 발생할 우려가 있기 때문에, 전술한 바와 같이 상기 콘택부(350)에 의해 노출된 전면전극(200)의 일부 영역 위에 절연층(500)을 형성한 것이다.
상기 전면전극(200) 및 후면전극(600)은 각각 박막형 태양전지의 전극으로 기능하는 것으로서, 이와 같은 전면전극(200) 및 후면전극(600)은 외부의 회로와 연결되어 전지를 구성하게 된다. 따라서, 도 2a에서 알 수 있듯이, 상기 후면전극(600)을 외부의 회로와 연결하기 위해서 상기 후면전극(600) 중 최외곽의 후면전극(600)에는 제1 버스라인(800a)이 연결되어 있고, 상기 전면전극(200)을 외부의 회로와 연결하기 위해서 상기 콘택부(350)에 의해 노출된 전면전극(200) 중 최외곽의 전면전극(200)에는 제2 버스라인(800b)이 연결되어 있다.
이하에서 설명하는 제2실시예 및 제3실시예에서는 전술한 제1실시예에서와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
제2실시예
도 3a는 본 발명의 제2실시예에 따른 박막형 태양전지의 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 A-A라인의 단면도이고, 도 3c는 도 3a의 B-B라인의 단면도이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 박막형 태양전지는 연결선(700)의 단차를 줄이기 위해서 전면전극(200)과 연결선(700) 사이에 도전성 부재(210)가 추가로 형성된 것을 제외하고, 전술한 본 발명의 제1실시예에 따른 박막형 태양전지와 동일하다.
즉, 전술한 도 2c를 참조하면, 본 발명의 제1실시예의 경우는, 연결선(700)이 콘택부(350)에 의해 노출된 전면전극(200)의 상면에서부터 시작하여, 절연층(500)의 상면을 경유하여 이웃하는 후면전극(600)까지 연장됨으로써, 상기 전면전극(200)과 절연층(500) 사이의 높이차로 인하여 상기 연결선(700)에 단차가 생기게 된다.
이와 같은 단점을 해결하기 위해서, 본 발명의 제2실시예의 경우는, 도 3a 내지 도 3c, 특히, 도 3c에서 알 수 있듯이, 상기 콘택부(350)에 의해 노출된 전면전극(200)과 상기 연결선(700) 사이에 도전성 부재(210)를 추가로 형성함으로써, 연결선(700)의 단차 문제를 해소한 것이다.
제3실시예
도 4a는 본 발명의 제3실시예에 따른 박막형 태양전지의 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 A-A라인의 단면도이고, 도 4c는 도 4a의 B-B라인의 단면도이다.
본 발명의 제3실시예에 따른 박막형 태양전지는 전면전극(200)과 반도체층(300) 사이에 보조전극(250)이 추가로 형성된 것을 제외하고, 전술한 본 발명의 제1실시예에 따른 박막형 태양전지와 동일하다.
기판이 대면적화될 경우 비록 박막 태양전지를 단위셀로 분리한다 하더라도 전면전극(200)의 저항 증가로 인한 전력손실이 문제될 수 있기 때문에, 본 발명의 제3실시예의 경우는 상기 전면전극(200) 상에 보조전극(250)을 추가로 형성함으로써, 전면전극(200)의 저항 증가로 인한 전력손실 문제를 극소화하도록 한 것이다.
상기 보조전극(250)은, 도 4a에서 알 수 있듯이, 단위셀 마다 형성되며, 도 4a에 도시된 패턴만으로 한정되는 것은 아니고, 다양한 패턴으로 형성될 수 있다.
도 4a에는 상기 보조전극(250)이 콘택부(350)에는 형성되지 않은 모습을 도시하였지만, 상기 보조전극(250)을 콘택부(350)까지 연장되도록 형성할 수 있다. 이와 같이 보조전극(250)이 콘택부(350)까지 연장될 경우에는, 전면전극(200)과 연결되는 연결선(700)이 상기 보조전극(250)을 통해 상기 전면전극(200)과 연결되도록 구성할 수 있다. 즉, 도 4c에서, 상기 전면전극(200)과 연결선(700) 사이에 보조전극(250)이 추가로 형성될 수 있다.
상기 보조전극(250)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속을 이용할 수 있다.
한편, 본 발명은 전술한 제2실시예와 제3실시예를 조합한 박막형 태양전지를 포함한다. 즉, 연결선(700)의 단차를 줄이기 위해서 전면전극(200)과 연결선(700) 사이에 도전성 부재(210)가 추가로 형성됨과 더불어, 전면전극(200)의 저항으로 인 한 전력손실을 해소하기 위해서 전면전극(200)과 반도체층(300) 사이에 보조전극(250)이 추가로 형성될 수 있다.
<박막형 태양전지의 제조방법>
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 평면도이고, 도 6a 내지 도 6e는 각각 도 5a 내지 도 5e의 A-A라인에 해당하는 단면도이다.
도 5a 내지 도 5e, 및 도 6a 내지 도 6e에 따른 박막형 태양전지의 제조공정은 전술한 도 2a 내지 도 2c에 따른 박막형 태양전지의 제조공정에 대한 것이다.
우선, 도 5a 및 도 6a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 상에 전면전극층(200a)을 형성하고, 상기 전면전극층(200a) 상에 반도체층(300a)을 형성하고, 상기 반도체층(300a) 상에 투명도전층(400a)을 형성한다.
상기 전면전극층(200a)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide), 등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 태양광이 태양전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 하기 위해서 상기 전면전극(200)에 텍스처(texturing) 가공공정을 수행하여 그 표면을 요철구조로 형성할 수 있다.
상기 반도체층(300a)은 실리콘계 반도체물질을 플라즈마 CVD법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 투명도전층(400a)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, Ag와 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 투명도전층(400a)의 형성공정은 생략하는 것도 가능하다.
다음, 도 5b 및 도 6b에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(300a) 및 투명도전층(400a)의 소정영역을 제거하여 콘택부(350)를 형성하고, 상기 전면전극층(200a), 반도체층(300a) 및 투명도전층(400a)의 소정영역을 제거하여 분리부(450)를 형성한다.
상기 콘택부(350) 및 분리부(450)는 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 형성할 수 있다. 이때, 1회 레이저 스크라이빙 공정을 통해 상기 콘택부(350)를 먼저 형성하고 다음에 1회 레이저 스크라이빙 공정을 통해 상기 분리부(450)를 형성할 수 있다. 또한, 1회의 레이저 스크라이빙 공정을 통해 상기 콘택부(350)를 형성함과 동시에 상기 분리부(450) 중 반도체층(300a)과 투명도전층(400a)의 소정영역을 제거하고 다음에 상기 분리부(450) 중 전면전극층(200a)을 제거하여 분리부(450)를 완성할 수도 있다.
상기 콘택부(350)는 상기 반도체층(300a) 및 투명도전층(400a)의 일측에 형성하며, 상기 콘택부(350)에 의해서 상기 반도체층(300a) 아래의 전면전극(200)이 노출된다.
상기 분리부(450)는 상기 전면전극층(200a), 반도체층(300a) 및 투명도전층(400a)의 소정 영역에 형성하며, 상기 분리부(450)에 의해 기판(100)이 노출되어 박막 태양전지가 복수 개의 단위셀로 분리된다. 따라서, 상기 분리부(450)를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 전면전극(200), 반도체층(300) 및 투명도전층(400)이 형성된다.
상기 콘택부(350) 및 분리부(450)는 도 5b에서와 같이 서로 교차되도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 콘택부(350) 및 분리부(450)를 형성하기 전에 상기 투명도전층(400a)의 상면에 후면전극층을 형성하고, 그 후에 상기 콘택부(350) 및 분리부(450)를 형성할 수도 있으며, 이 경우에는 상기 반도체층(300a), 투명도전층(400a), 및 후면전극층의 소정영역을 제거하여 콘택부(350)를 형성하고, 상기 전면전극층(200a), 반도체층(300a), 투명도전층(400a), 및 후면전극층의 소정영역을 제거하여 분리부(450)를 형성한다. 상기 콘택부(350) 및 분리부(450)에 의해 소정 간격으로 이격되는 후면전극이 형성되게 되며, 후술하는 후면전극 형성공정(도 5d 및 도 6d공정)은 생략된다.
다음, 도 5c 및 도 6c에서 알 수 있듯이, 상기 콘택부(350)에 의해 노출된 전면전극(200)의 일부 영역 상면 및 상기 분리부(450) 내에 절연층(500)을 형성한다.
상기 전면전극(200)의 일부 영역 상면에 형성되는 절연층(500)은 후술하는 연결선(700) 형성시 연결선(700)이 이웃하는 전면전극(200)과 동시에 연결됨으로써 쇼트(short)가 발생하는 것을 방지하기 위한 것이고, 상기 분리부(450) 내에 형성되는 절연층(500)은 단위셀 간의 분리를 강화하기 위한 것임은 전술한 바와 동일하 다.
상기 절연층(500)은 SiO2, TiO2, SiNx, SiON와 같은 투명한 절연물질을 스크린인쇄법(screen printing), 잉크젯인쇄법(inkjet printing), 그라비아인쇄법(gravure printing) 또는 미세접촉인쇄법(microcontact printing)을 이용하여 형성할 수 있다.
다음, 도 5d 및 도 6d에서 알 수 있듯이, 상기 투명도전층(400) 위에 후면전극(600)을 형성한다.
상기 후면전극(600)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속을 스크린인쇄법(screen printing), 잉크젯인쇄법(inkjet printing), 그라비아인쇄법(gravure printing) 또는 미세접촉인쇄법(microcontact printing)을 이용하여 형성할 수 있다.
다음, 도 5e 및 도 6e에서 알 수 있듯이, 상기 콘택부(350)에 의해 노출된 전면전극(200) 및 그와 이웃하는 상기 후면전극(600)을 전기적으로 연결하는 연결선(700)을 형성하여, 도 2a 내지 도 2c에 따른 박막형 태양전지의 제조를 완성한다.
상기 연결선(700)은 상기 절연층(500)이 형성되지 않은 영역, 즉, 상기 콘택부(350)에 의해 노출된 전면전극(200)의 영역 위에서부터 시작하여 상기 절연층(500)의 상면을 경유하여 이웃하는 후면전극(600)까지 연장되도록 형성한다.
또한, 상기 연결선(700) 형성시, 외부의 회로와 연결하기 위해서 제1버스라 인 및 제2버스라인(800a, 800b)을 형성한다. 즉, 상기 후면전극(600) 중 최외곽의 후면전극(600)에 연결되는 제1 버스라인(800a)을 형성하고, 상기 콘택부(350)에 의해 노출된 전면전극(200) 중 최외곽의 전면전극(200)에 연결되는 제2 버스라인(800b)을 형성한다.
한편, 상기 연결선(700)의 단차를 줄이기 위해서, 상기 콘택부(350)에 의해 노출된 전면전극(200)과 상기 연결선(700) 사이에 도전성 부재(210)를 추가로 형성함으로써, 도 3a 내지 도 3c에 따른 박막형 태양전지를 제조할 수 있다.
즉, 도 5b(또는 도 6b) 공정 이후에, 상기 절연층(500)이 형성되지 않은 영역, 즉, 상기 콘택부(350)에 의해 노출된 전면전극(200)의 영역 위에 도전성 부재(210)를 형성하고, 그 후에 상기 도전성 부재(210) 위에 연결선(700)을 형성할 경우, 상기 연결선(700)의 단차 문제를 해소할 수 있다.
또한, 상기 전면전극(200)과 상기 반도체층(300) 사이에 보조전극(250)을 추가로 형성함으로써, 도 4a 내지 도 4c에 따른 박막형 태양전지를 제조할 수 있다.
즉, 도 5a(또는 도 6a) 공정시, 상기 전면전극층(200a)을 형성하고, 상기 전면전극층(200a)의 소정영역에 보조전극(250)을 형성하고, 그 후에 반도체층(300a)을 형성함으로써, 최종적으로 제조되는 박막형 태양전지가 도 4a 내지 도 4c와 같은 구조를 이루도록 할 수 있다. 이때, 상기 보조전극(250)을 상기 콘택부(350) 영역까지 연장형성함으로써, 상기 연결선(700)이 상기 보조전극(250)을 통해 상기 전면전극(200)과 연결되도록 구성할 수 있다.
도 1a 내지 도 1f는 종래 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결된 구조를 갖는 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 박막형 태양 전지의 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 A-A라인의 단면도이고, 도 2c는 도 2a의 B-B라인의 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 제2실시예에 따른 박막형 태양전지의 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 A-A라인의 단면도이고, 도 3c는 도 3a의 B-B라인의 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 제3실시예에 따른 박막형 태양전지의 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 A-A라인의 단면도이고, 도 4c는 도 4a의 B-B라인의 단면도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 평면도이다.
도 6a 내지 도 6e는 각각 도 5a 내지 도 5e의 A-A라인에 해당하는 단면도이다.
<도면의 주요부의 부호에 대한 설명>
100: 기판 200: 전면전극
210: 도전성 부재 250: 보조전극
300: 반도체층 350: 콘택부
400: 투명도전층 450: 분리부
500: 절연층 600: 후면전극
700: 연결선 800a, 800b: 제1, 제2버스라인

Claims (17)

  1. 기판;
    상기 기판 상에서 단위셀간 분리부를 사이에 두고 이격 배열되는 복수 개의 전면전극;
    상기 전면전극 상에서 상기 분리부를 사이에 두고 이격 배열되는 복수 개의 반도체층;
    상기 반도체층 상에서 상기 분리부를 사이에 두고 이격 배열되는 복수 개의 후면전극; 및
    상기 전면전극 및 그와 이웃하는 상기 후면전극을 전기적으로 연결하기 위한 연결선을 포함하여 이루어지고,
    상기 반도체층의 일측에는 콘택부가 형성되어 있어 상기 콘택부에 의해 상기 반도체층 아래의 전면전극이 노출되고, 상기 연결선은 상기 노출된 전면전극 및 그와 이웃하는 상기 후면전극을 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 콘택부에 의해 노출된 전면전극의 일부 영역 위에는 절연층이 형성되어 있고, 상기 연결선은 상기 콘택부에 의해 노출된 전면전극의 나머지 영역 위에서부터 시작하여 상기 절연층의 상면을 경유하여 상기 이웃하는 후면전극까지 연장되어 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 분리부에 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 연결선의 단차를 줄이기 위해서, 상기 노출된 전면전극과 상기 연결선 사이에 도전성 부재가 추가로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전면전극과 상기 반도체층 사이에 보조전극이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보조전극은 상기 콘택부까지 연장되어 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 후면전극 중 최외곽의 후면전극에는 외부의 회로와 연결하기 위한 제1 버스라인이 연결되어 있고,
    상기 콘택부에 의해 노출된 전면전극 중 최외곽의 전면전극에는 외부의 회로와 연결하기 위한 제2 버스라인이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층과 후면전극 사이에 투명도전층이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  9. 기판 상에 전면전극층을 형성하는 공정;
    상기 전면전극층 상에 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 반도체층의 소정영역을 제거하여 콘택부를 형성함으로써, 상기 반도체층 아래의 전면전극층을 노출하는 공정;
    상기 전면전극층과 반도체층의 소정영역을 제거하여 분리부를 형성함으로써, 상기 분리부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 전면전극 및 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 반도체층 상에 후면전극을 형성하는 공정; 및
    상기 콘택부에 의해 노출된 전면전극 및 그와 이웃하는 상기 후면전극을 전기적으로 연결하는 연결선을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 콘택부에 의해 노출된 전면전극의 일부 영역 위에 절연층을 형성하는 공정을 추가로 포함하고,
    상기 연결선은 상기 콘택부에 의해 노출된 전면전극의 나머지 영역 위에서부터 시작하여 상기 절연층의 상면을 경유하여 상기 이웃하는 후면전극까지 연장되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 분리부에 추가로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 연결선의 단차를 줄이기 위해서, 상기 노출된 전면전극과 상기 연결선 사이에 도전성 부재를 추가로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전면전극과 상기 반도체층 사이에 보조전극을 추가로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 보조전극은 상기 콘택부까지 연장되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  15. 제9항에 있어서,
    외부의 회로와 연결하기 위해서, 상기 후면전극 중 최외곽의 후면전극에 연결되는 제1 버스라인 및 상기 콘택부에 의해 노출된 전면전극 중 최외곽의 전면전극에 연결되는 제2 버스라인을 추가로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 반도체층과 후면전극 사이에 투명도전층을 추가로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 반도체층 상에 후면전극을 형성하는 공정 이후에, 상기 콘택부 형성공정과 분리부 형성공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
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