KR20090098244A - 광전소자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
광전소자의 제조방법에 있어서, 기판 위에 투명 도전막을 형성하고, 투명 도전막 측으로 플루오르화수소(HF)를 포함하는 식각액을 이용하여 투명 도전막을 부분적으로 식각한다. 그 결과 표면에 요철 패턴이 형성된 투명 전극이 형성된다. 투명 도전막을 부분적으로 식각할 때, 투명 도전막이 식각되는 시간을 조절하여 반도체층의 광전변환 효율을 증가시키는 투명 전극의 헤이즈를 조절할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서는, 식각액이 투명 도전막 측으로 분사되어 투명 도전막을 식각시킬 수 있으므로, 기판의 크기가 증가하더라도, 투명 전극의 표면에 요철 패턴을 용이하게 식각시킬 수 있다.
Description
본 발명은 광전소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 광전변환 효율을 향상시키는 전극을 보다 용이하게 형성할 수 있는 광전 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
광전소자는 광에너지를 전기에너지로 변환하는 소자로, 광전소자의 하나인 태양 전지는 태양의 광에너지를 전기에너지로 변환한다. 태양 전지는 P형 반도체 및 N형 반도체가 접합된 구조로 이루어지거나, P형 반도체, N형 반도체 및 상기 P형 반도체 및 상기 N형 반도체 사이에 개재되는 진성 반도체가 상호 접합된 구조로 이루어진다. 반도체층들은 태양광의 에너지를 흡수하여 광전효과(photoelectric effect)를 일으켜 전자 및 정공을 발생시키고, 상기 태양 전지에 바이어스를 제공하면, 상기 전자 및 상기 정공에 의해 상기 태양 전지는 외부로 전류를 제공할 수 있다.
태양전지의 일반적인 제조방법 중 하나는, 유리 기판 위에 제 1 전극, 반도체층, 및 제 2 전극을 순차적으로 형성하는 방법이다. 상기 전극들 중 적어도 하나는 투명 도전막으로 이루어져 외부의 광은 상기 유리 기판 및 상기 투명 도전막을 통해 상기 반도체층으로 제공되고, 상기 반도체층은 상기 광의 에너지를 이용하여 광전변환을 일으킨다.
한편, 상기 태양전지의 광전효율은 상기 태양전지에 제공되는 광의 양 대비 상기 태양전지에 의해 생성되는 전류의 양으로 결정될 수 있고, 상기 반도체층에서 일어나는 광전변환 효율을 향상시키기 위해서 상기 반도체층의 두께를 증가시키거나, 상기 투명 도전막을 투과하는 광을 산란시켜 상기 반도체층 내에서 광의 경로를 증가시킨다.
상기 반도체층 내에서 광의 경로를 증가시키기 위하여 기판 위에 APCVD 또는 LPCVD법을 이용하여 표면에 요철에 갖는 투명 도전막을 형성할 수 있다. LPCVD법을 이용하여 투명도전막을 형성하는 경우에, 반응가스 또는 공정조건을 조절하여 투명 도전막 표면에 요철을 형성할 수 있다. 또한, 기판 위에 sputtering법을 이용하여 투명 도전막을 형성하고, 상기 투명 도전막을 소정의 시간 동안 습식 식각하여 상기 투명 도전막 표면에 요철 패턴을 형성할 수도 있다.
상기 반도체층 내에서 광의 경로를 증가시키기 위하여 상기 투명 도전막 표면에 형성된 요철 패턴의 형상에 따른 투명 도전막의 헤이즈를 조절하는 방안과, 대면적 기판에 형성하기 용이한 투명 도전막의 제조 방법에 대한 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 광전변환 효율을 향상시키는 전극을 보다 용이하게 형성할 수 있는 광전 소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 일 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 광전소자의 제조 방법은 다음과 같다. 기판 위에 제 1 전극을 형성하고, 상기 제 1 전극을 플루오르화수소(HF)를 포함하는 식각액을 이용하여 기 설정된 공정시간 동안 상기 제 1 전극을 부분적으로 식각하고, 그 결과, 상기 제 1 전극 표면에 요철패턴이 형성된다. 상기 제 1 전극 표면에 요철 패턴을 형성한 후, 상기 제 1 전극 위에 상기 기판을 통해 입사되는 광을 이용하여 광전변환을 일으키는 반도체층을 형성하고, 상기 반도체층 위에 제 2 전극을 형성한다.
상기 요철 패턴은 상기 기판을 통해 상기 반도체층으로 입사되는 광을 산란시켜 상기 반도체층 내에서 광의 경로를 증가시키고, 그 결과 상기 반도체층이 광전변환 효율이 증가한다.
또한, 상기 요철 패턴은 상기 제 1 전극 측으로 상기 식각액을 분사하여 형성될 수 있다. 따라서, 상기 기판의 크기가 증가하더라도, 상기 기판 위에 형성된 상기 제 1 전극에 상기 식각액을 용이하게 제공할 수 있어 상기 제 1 전극 표면에 상기 요철 패턴을 용이하게 형성할 수 있다.
상기한 일 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 광전소자의 다른 제조 방법은 다음과 같다. 기판 위에 제 1 전극을 형성하고, 상기 제 1 전극 위에 상기 제 1 전극과 접촉하는 면과 마주보는 면을 통해 입사하는 광을 이용하여 광전변환을 일으키는 반도체층을 형성하고, 상기 반도체층 위에 제 2 전극을 형성한다.
상기 반도체층 위에 상기 제 2 전극을 형성한 후에, 상기 제 2 전극 측으로 플루오르화수소(HF)를 포함하는 식각액을 이용하여 기 설정된 공정시간 동안 상기 제 2 전극을 부분적으로 식각한다. 그 결과, 상기 제 2 전극 표면에 요철패턴이 형성된다.
광전소자의 제조 방법에서, 기판 위에 형성된 투명 전극의 표면에 요철 패턴을 형성하기 위해서 기판 위에 투명 도전막을 형성한 후, 기 설정된 공정시간 동안 식각액을 이용하여 투명 도전막을 식각한다. 본 발명의 실시예에서는, 투명 도전막은 스퍼터링 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 따라서, 화학기상증착법(chemical vapor deposition, CVD)을 이용하여 투명 도전막을 형성하는 것보다, 스퍼터링 방법을 이용하면 기판 위에 투명 도전막을 보다 용이하게 형성할 수 있다.
보다 상세하게는, 투명 도전막을 화학기상증착법을 이용하여 형성할 때, 공정 조건, 예컨대 공정온도를 균일하게 유지하기가 용이하지 않아 투명 도전막의 텍스쳐를 조절하기가 용이하지 않을 수 있다. 하지만, 스터퍼링 방법을 이용하여 기판 위에 투명 도전막을 균일하게 형성하고, 투명 도전막을 습식 식각법으로 식각하면, 대면적 기판 위에 요철이 형성된 투명 전극을 용이하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 습식 식각 시간을 조절하여 투명 전극의 헤이즈를 조절할 수 있다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 살펴보기로 한다. 상기한 본 발명의 목적, 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련된 실시예들을 통 해서 용이하게 이해될 것이다. 다만 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다양한 형태로 응용되어 변형될 수도 있다. 오히려 아래의 실시예들은 본 발명에 의해 개시된 기술 사상을 보다 명확히 하고 나아가 본 발명이 속하는 분야에서 평균적인 지식을 가진 당업자에게 본 발명의 기술 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이다. 따라서 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다. 한편, 하기 실시예와 함께 제시된 도면은 명확한 설명을 위해서 다소 간략화되거나 과장된 것이며, 도면상에 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 공정을 나타내는 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 기판(100) 위에 투명 도전막(105)을 형성한다. 상기 기판(100)은 유리기판 또는 금속판일 수 있고, 상기 투명 도전막(105)의 제 1 두께(T1)는 10000Å 내지 12000Å일 수 있다. 상기 투명 도전막(105)은 스퍼터링 공정을 이용하여 형성될 수 있고, 상기 스퍼터링 공정에서는, ZnO 및 Al2O3를 각각 98중량% 및 2중량%로 포함하는 재료가 타겟으로 사용될 수 있다. 상기 스퍼터링 공정이 종료된 후에, 상기 기판(100) 위에는 알루미늄이 도핑된 ZnO를 포함하는 상기 투명 도전막(105)이 형성된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 투명 도전막(105)이 형성된 기판(100) 측으로 식각액(205)을 제공하여 기 설정된 식각시간 동안 상기 투명 도전막(105)의 표면을 부분적으로 식각한다. 그 결과, 상기 투명 도전막(105)이 상기 식각액(205)에 의해 식각되어 요철 패턴(118)이 형성된 투명 전극(110)이 형성된다.
상기 식각액(205)은 플루오르화수소(HF) 및 탈이온수(deionized water, DI)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 식각액(205)은 상기 탈이온수로 희석된 상기 플루오르화수소를 포함하는 용액일 수 있다. 상기 식각액(205)에서 상기 플루오르화 수소 및 상기 탈이온수는 1:10 내지 1:1000 중량비로 혼합될 수 있고, 본 발명의 실시예에서는, 상기 식각액(205)에서 상기 플루오르화 수소 및 상기 탈이온수는 1:400 중량비로 혼합된다.
상기 식각액(205)은 제 1 분사기들(200)에 의해 상기 투명 도전막(105) 측으로 제공된다. 상기 제 1 분사기들(200)은 상기 투명 도전막(105)의 상부에 위치하여 상기 식각액(205)을 상기 투명 도전막(105)의 전면에 균일하게 제공한다. 따라서, 상기 기판(100)의 크기가 증가하더라도, 상기 제 1 분사기들(200)의 개수를 증가시켜 상기 기판(100) 위에 형성된 상기 투명 도전막(105) 측으로 상기 식각액(205)을 균일하게 제공할 수 있다.
한편, 상기 기판(100)을 상기 식각액(205)이 수용된 용기 내에 침지시켜 상기 투명 도전막(105)을 식각할 수도 있다.
도 3을 참조하면, 요철 패턴(118)이 형성된 투명 전극(110) 측으로 세정액(215)을 제공하여 상기 투명 전극(110)을 세정한다. 상기 세정액(215)은 탈이온수를 포함할 수 있고, 상기 세정액(215)은 제 2 분사기들(210)에 의해 상기 투명 전극(110) 전면에 균일하게 제공될 수 있다.
도 4를 참조하면, 투명전극(110) 위에 반도체층(120)을 형성하고, 상기 반도체층(120) 위에 금속 전극(130)을 형성하여 태양전지(300)를 완성한다.
상기 반도체층(120)은 실리콘, CdTe, CIGS(Copper Indium Galium Selenide), CIS(Copper Indium Selenide), 및 GaAs와 같은, 반도체 물질을 포함하고, 광의 에너지를 흡수하여 광전변환을 일으킨다. 상기 반도체층(120)은 P형 반도체층 및 N형 반도체층이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있고, 또한 상기 반도체층(120)은 상기 P형 반도체층 및 N형 반도체층 사이에 진성 반도체층을 더 형성하여 형성될 수도 있다. 상기 반도체층(120)이 P형 반도체층, 진성 반도체층, 및 N형 반도체층으로 이루어지는 경우에, 상기 P형 반도체층 및 상기 진성 반도체층 사이에는 버퍼층(미도시)이 더 형성되어 상기 P형 반도체층 및 상기 진성 반도체층 간의 계면 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 금속 전극(130)은, 예컨대 Al, Ag, Cu 및 Pt와 같은, 전기 전도도가 우수한 금속을 포함할 수 있다. 상기 금속 전극(130)은 상기 반도체층(120) 위에 형성되어 상기 투명 전극(110)과 함께 상기 반도체층(120)에서 광전변환에 의해 발생된 전자 및 정공을 분리시킨다.
한편, 앞서 상술한 바와 같이, 상기 반도체층(120)과 인접한 상기 투명 전극(110)의 표면에는 요철 패턴(118)이 형성된다. 상기 요철 패턴(118)은 외부로부터 제공되는 광을 산란시켜 상기 반도체층(120) 내에서 광경로(light path)를 증가시킨다. 그 결과, 상기 증가된 광경로에 대응하여 상기 반도체층(120)은 더 많은 양의 광에너지를 광전변환에 사용할 수 있으므로 상기 반도체층(120)의 광전변환 효율이 증가한다.
보다 상세하게는, 외부로부터 제공되어 상기 요철 패턴(118)에 의해 산란되는 광을 제 1 광(L1)으로 정의하면, 상기 제 1 광(L1)은 상기 요철 패턴(118)에 의해 진행 경로가 변경되어 상기 반도체층(120) 내에서 상기 제 1 광(L1)의 광경로는 제 1 길이(ℓ1)이다. 또한, 외부로부터 제공되어 상기 요철 패턴(118)에 의해 진행 경로가 변경되지 않는 광을 제 2 광(L2)으로 정의하면, 상기 반도체층(120) 내에서 상기 제 2 광(L2)의 광경로는 상기 제 1 길이(ℓ1) 보다 작은 제 2 길이(ℓ2)이다.
따라서, 상기 요철 패턴(118)은 외부로부터 상기 반도체층(120) 측으로 제공되는 광이 산란되는 것을 증가시켜 상기 반도체층(120)을 투과하는 광의 광경로를 증가시킨다. 앞서 상술한 바와 같이, 상기 반도체층(120) 내에서 광경로가 증가하면, 상기 반도체층(120)의 광전변환 효율이 증가하므로 상기 요철 패턴(118)은 상기 반도체층(120)의 광전변환 효율을 증가시킨다.
도 5는 도 4에 도시된 태양전지로 이루어지는 태양전지 모듈을 형성하는 방법을 나타내는 도면이다. 보다 상세하게는, 도 5는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 태양 전지의 제조 방법을 적용하여 기판 위에 형성된 다수의 태양 전지들을 서로 전기적으로 연결하는 방법을 나타낸다. 따라서, 앞서 상술된 구성 요소들에 대해서는, 도면 부호를 병기하고, 상기 구성 요소들에 대한 설명은 생략된다.
도 5를 참조하면, 기판(100) 위에 투명 도전막(미도시)을 형성한 후, 상기 투명 도전막을 부분적으로 식각하여 요철 패턴(108)을 형성한다. 상기 기판 위에 상기 투명 도전막을 형성한 후, 레이저 스크라이버(250)를 이용하여 상기 투명 도 전막을 패터닝하여 상기 기판(100) 위에 제 1 홈(H1)에 의해 서로 이격된 제 1 투명전극(111a) 및 제 2 투명전극(111b)을 형성한다.
상기 제 1 투명 전극(111a) 및 상기 제 2 투명전극(111b)을 형성한 후에, 상기 제 1 투명 전극(111a) 및 상기 제 2 투명 전극(111b)을 커버하는 반도체막(미도시)을 형성한다. 상기 반도체막을 형성한 후에, 상기 레이저 스크라이버(250)를 이용하여 서로 이격되는 제 1 반도체층(120a) 및 제 2 반도체층(120b)을 형성한다. 상기 제 1 반도체층(120a) 및 상기 제 2 반도체층(120b)은 제 2 홈(H2)에 의해 상호 이격되고, 상기 제 2 홈(H2)은 상기 제 2 투명 전극(111b)이 노출되도록 형성된다.
상기 제 1 반도체층(120a) 및 상기 제 2 반도체층(120b)을 형성한 후, 상기 제 1 반도체층(120a) 및 상기 제 2 반도체층(120b)을 커버하는 금속 도전막(미도시)을 형성한다. 상기 금속 도전막을 형성한 후, 상기 레이저 스크라이버(250)를 이용하여 제 3 홈(H3)에 의해 상호 이격되는 제 1 금속 전극(130a) 및 제 2 금속 전극(130b)을 형성한다. 그 결과, 상기 기판(100) 위에 상기 제 1 투명전극(111a), 상기 제 1 반도체층(120a) 및 상기 제 1 금속 전극(130a)을 포함하는 제 1 태양 전지(300a)가 형성된다. 또한, 상기 기판(100) 위에 상기 제 2 투명전극(111b), 상기 제 2 반도체층(120b), 및 상기 제 2 금속 전극(130b)을 포함하는 제 2 태양 전지(300b)가 형성된다.
한편, 상기 제 1 금속 전극(130a)은 상기 제 2 홈(H2)을 통해 상기 제 2 투명 전극(111b)과 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 제 1 태양전지(300a)는 상기 제 2 태양전지(300b)와 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는, 도 3에 도시된 투명 전극을 확대하여 나타낸 단면도들이다. 보다 상세하게는, 도 6a, 도 6b 및 도 6c 각각은 식각액(도2의 205)을 이용하여 투명 도전막(도2의 105)을 각각 30초, 60초, 및 80초 동안 식각하여 형성된 투명 전극들의 형상을 나타낸다.
도 2 및 도 6a를 참조하면, 투명 도전막(105)을 30초 동안 식각액(205)을 이용하여 식각하면, 상기 투명 도전막(105)은 부분적으로 제 1 깊이(D1) 만큼 제거되어 제 1 예비 요철패턴(118a)을 갖는 제 1 예비 투명 전극(110a)이 형성된다. 상기 투명 도전막(105)을 30초 동안 식각하여 형성된 상기 제 1 예비 투명 전극(110a)의 제 2 두께(T2)는 대략적으로 9700Å 이다.
도 2 및 도 6b를 참조하면, 투명 도전막(105)을 60초 동안 식각액(105)을 이용하여 식각하면, 상기 투명 도전막(105)은 부분적으로 상기 제 1 깊이(D1)보다 큰 제 2 깊이(D2) 만큼 제거되어 제 2 예비 요철패턴(118b)을 갖는 제 2 예비 투명 전극(110b)이 형성된다. 상기 투명 도전막(105)을 60초 동안 식각하여 형성된 상기 제 2 예비 투명 전극(110b)의 제 3 두께(T3)는 대략적으로 8000Å 이다.
도 2 및 도 6c를 참조하면, 투명 도전막(105)을 80초 동안 식각액(205)을 이용하여 식각하면, 상기 투명 도전막(105)은 부분적으로 상기 제 2 깊이(D2)보다 큰 제 3 깊이(D3) 만큼 제거되어 제 3 예비 요철패턴(118c)을 갖는 제 3 예비 투명 전극(110c)이 형성된다. 상기 투명 도전막(105)을 80초 동안 식각하여 형성된 상기 제 3 예비 투명 전극(110b)의 제 3 두께(T4)는 대략적으로 7800Å 이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c를 참조하여 설명된 내용을 정리하면, 상기 투명 도전막(105)을 식각하는 식각시간이 증가할수록, 상기 투명 도전막(105)의 표면에 형성된 요철 패턴을 정의하는 거칠기(roughness)가 증가하여 상기 투명 도전막(105)의 평균 두께는 감소한다. 따라서, 상기 투명 도전막(105)을 식각하는 식각시간을 조절하면, 상기 투명 전극(110)의 두께 및 거칠기를 조절할 수 있다.
상기한 내용을 검증하는 실험 결과가 도 7 내지 도 9에 도시된다. 도 7은 식각 시간에 따른 도 3에 도시된 투명 전극의 두께를 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 투명 도전막(도 2의 105)을 식각하여 투명 전극(도3의 110)을 형성할 때, 상기 투명 도전막을 식각하는 식각시간이 증가할수록, 상기 투명 전극의 두께는 감소한다. 도 7에 도시된 그래프를 참조하면, 상기 식각시간을 조절하여 상기 투명 전극을 원하는 두께로 형성할 수 있다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 헤이즈를 산술하기 위하여 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 8a를 참조하면, 태양전지(300)는 기판(100) 위에 형성되는 투명 전극(110)을 포함한다. 상기 투명 전극(110)은 기판(100) 위에 투명 도전막(105)를 형성한 후, 상기 투명 도전막(105) 측으로 식각액(도2의 205)을 제공하여 상기 투명 전극(110)은 표면에 요철 패턴(118)을 갖도록 형성된다.
본 발명의 실시예에서는, 상기 투명 도전막(105)은 가로 및 세로의 길이가 각각 300mm 및 400mm인 상기 기판(100) 위에 스퍼터링 공정을 이용하여 형성된다. 상기 스퍼터링 공정은 ZnO 및 Al2O3 를 각각 98중량% 및 2중량% 포함하는 시료를 타겟으로 이용한다. 상기 스퍼터링 공정이 완료된 후에, 상기 기판(100) 위에는 상기 투명 도전막(105)이 대략적으로 1마이크로 미터로 형성된다.
상기 기판(100) 위에 상기 투명 도전막(105)을 형성한 후에, 플루오르화수소(HF) 및 탈이온수(deionized water, DI)가 각각 1:400의 중량비로 혼합된 식각액을 이용하여 30초 내지 80초 동안 상기 투명 도전막(105)를 식각하여 표면에 요철 패턴(118)을 갖는 상기 투명 전극(110)이 형성된다. 상기 요철 패턴(118)은 상기 투명 전극(110)을 투과하는 광을 산란시켜 반도체층(120) 내에서 광의 경로를 증가시킨다.
한편, 상기 투명 전극(110)의 헤이즈는 상기 투명 전극(110)을 투과하는 광량에서 상기 투명 전극(110)에 의해 산란되는 광량의 비율을 나타내고, 상기 헤이즈의 크기는 상기 투명 도전막(105)이 식각액에 식각되는 시간에 따라 조절될 수 있다. 상기 투명 전극(110)의 헤이즈를 산술하는 수학식은 아래와 같다.
상기 수학식 1에서, 상기 TT는 헤이즈를 측정하고자 하는 물체를 투과하는 광량이고, TD는 상기 물체에 의해 산란되는 광량이다. 또한, PT는 상기 물체를 투과한 후, 상기 물체에 의해 진행방향이 변경되지 않는 광량이다.
상기 수학식 1을 참조하면, 상기 TT는 제 3 광(L3)의 광량이고, 상기 TD는 제 4광(L4)의 광량이고, 상기 PT는 제 5광(L5)의 광량이다.
도 8b는 식각 시간에 따른 도 8a에 도시된 투명 전극의 헤이즈(haze)를 나타내는 그래프이다.
도 1 및 도 8b를 참조하면, 투명 도전막(105)을 식각하여 상기 투명 전극(110)을 형성할 때, 상기 투명 도전막(105)을 식각하는 식각 시간이 증가할수록, 상기 투명 전극(110)의 헤이즈는 증가한다. 바꾸어 말하면, 상기 식각 시간을 변경하여 상기 투명 전극의 헤이즈를 조절할 수 있다.
따라서, 상기 투명 도전막이 식각되는 시간이 증가할수록, 상기 헤이즈가 증가하는 것은 상기 투명 전극(110)에 의해 산란되는 광량의 증가함을 의미한다. 따라서, 상기 식각 시간을 조절하여 상기 헤이즈를 원하는 값, 예를 들어 10% 내지 40% 정도로 조절할 수 있다.
도 9는 식각 시간에 따른 도 3에 도시된 투명 전극의 표면 거칠기를 원자력 현미경(AFM:Atomic Force Microscopy)을 이용해 측정한 표면 거칠기 제곱 평균값으로 나타내는 그래프이다.
도 9을 참조하면, 투명 도전막(도 2의 105)을 식각하여 투명 전극(도3의 110)을 형성할 때, 상기 투명 도전막을 식각하는 식각시간에 따른 표면 거칠기(roughness)가 나타난다. 식각 시간이 0초 내지 50초일 때, 상기 표면 거칠기의 제곱 평균값(root mean square)은 증가한다. 하지만, 상기 식각 시간이 50초 내지 80초 일 때, 상기 표면 거칠기의 제곱 평균값은 더 이상 증가하지 않고, 30nm 내지 35nm 가 된다. 따라서, 상기 식각 시간을 조절하면, 상기 투명 전극이 갖는 상기 표면 거칠기의 제곱 평균값을 35nm이하인 범위 내에서 조절할 수 있다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조 공정을 나타내는 단면도들이다. 도 10 내지 도 13을 설명함에 있어서, 앞선 실시예의 설명에서 설명된 동일한 구성요소들에 대해서는 도면부호를 병기하고, 상기 구성요소들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 10을 참조하면, 기판(100) 위에 금속 전극(130)을 형성하고, 상기 금속 전극(130) 위에 반도체층(120) 및 투명 도전막(105)을 순차적으로 형성한다.
본 발명의 실시예에서와 같이, 상기 반도체층(120) 위에 상기 투명 도전막(105)이 형성되는 경우, 상기 반도체층(120)은 상기 투명 도전막(105)을 통해 입사되는 광의 에너지를 이용하여 광전변환을 일으킨다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 반도체층(120) 위에 상기 투명 도전막(105)을 형성한 후, 상기 투명 도전막(105) 측으로 제 1 분사기들(200)을 이용하여 식각액(205)을 제공하여 기 설정된 식각시간 동안 상기 투명 도전막(105)의 표면을 부분적으로 식각한다. 그 결과, 상기 기판(100) 위에 표면에 요철 패턴(118)이 형성된 투명 전극(110)이 형성된다.
상기 투명 전극(110)을 형성한 후에, 상기 투명 전극(110) 측으로 제 2 분사기들(210)을 이용하여 세정액(215)을 제공하여 상기 투명 전극(110)을 세정한다. 그 결과, 기판(100), 금속 전극(130), 반도체층(120), 및 투명 전극(110)을 포함하는 태양 전지(301)가 완성된다.
상기 투명 전극(110)에 표면에 형성된 상기 요철 패턴(118)은, 상기 투명 전 극(110)을 투과하여 상기 반도체층(120) 측으로 진행하는 광의 경로를 변경시킨다. 보다 상세하게는, 외부로부터 제공되어 상기 요철 패턴(118)에 의해 산란되는 광을 제 1 광(L1)으로 정의하면, 상기 제 1 광(L1)은 상기 요철 패턴(118)에 의해 진행 경로가 변경되고, 그 결과 상기 반도체층(120) 내에서 상기 제 1 광(L1)의 광경로는 제 1 길이(ℓ1)이다. 또한, 외부로부터 제공되어 상기 요철 패턴(118)에 의해 진행 경로가 변경되지 않는 광을 제 2 광(L2)으로 정의하면, 상기 반도체층(120) 내에서 상기 제 2 광(L2)의 광경로는 상기 제 1 길이(ℓ1) 보다 작은 제 2 길이(ℓ2)이다.
따라서, 상기 요철 패턴(118)은 외부로부터 상기 반도체층(120) 측으로 제공되는 광이 산란되는 것을 증가시켜 상기 반도체층(120)을 투과하는 광의 광경로를 증가시킨다. 앞서 상술한 바와 같이, 상기 반도체층(120) 내에서 광경로가 증가하면, 상기 반도체층(120)의 광전변환 효율이 증가하므로 상기 요철 패턴(118)은 상기 반도체층(120)의 광전변환 효율을 증가시킨다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 공정을 나타내는 단면도들이다.
도 5는 도 4에 도시된 태양전지로 이루어지는 태양전지 모듈을 형성하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6b는 도 3에 도시된 투명 전극의 표면을 확대한 단면도들이다.
도 7은 식각 시간에 따른 도 3에 도시된 투명 전극의 두께를 나타내는 그래프이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 헤이즈를 산술하기 위하여 나타낸 도면이다.
도 8b는 식각 시간에 따른 도 8a에 도시된 투명 전극의 헤이즈를 나타내는 그래프이다.
도 9는 식각 시간에 따른 도 3에 도시된 투명 전극의 표면 거칠기 제곱 평균값을 나타내는 그래프이다.
도 10 내지 도 13는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조 공정을 나타내는 단면도들이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100 -- 기판 110 -- 투명 전극
118 -- 요철 패턴 120 -- 반도체층
130 -- 금속 전극 205 -- 식각액
215 -- 세정액 300 -- 태양전지
Claims (18)
- 기판 위에 제 1 전극을 형성하는 단계;상기 제 1 전극을 플루오르화수소(HF)를 포함하는 식각액을 이용하여 기 설정된 공정시간 동안 상기 제 1 전극을 부분적으로 식각하고, 상기 제 1 전극 표면에 요철패턴을 형성하는 단계;상기 제 1 전극 위에 상기 기판을 통해 입사되는 광을 이용하여 광전변환을 일으키는 반도체층을 형성하는 단계; 및상기 반도체층 위에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 식각액은 분사되어 상기 제 1 전극 측으로 제공되는 것을 특징으로 하는 광전소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극은 스퍼터링법을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광전소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극은 상기 제 1 전극의 중량을 기준으로 하여 적어도 80중량%인 ZnO를 포함하고, 상기 ZnO에는 알루미늄 또는 갈륨이 도핑된 것을 특징으로 하는 광전소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 식각액은 탈이온수를 더 포함하고,상기 식각액에서 상기 플루오르화 수소 및 상기 탈이온수는 1:10 내지 1:1000 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 광전소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극의 헤이즈는 5% 내지 60%이고, 상기 헤이즈는 상기 공정시간을 변경하여 조절되는 것을 특징으로 하는 광전소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극의 표면 거칠기 제곱 평균값은 10nm 내지 200nm이고, 상기 표면 거칠기 제곱 평균값은 상기 공정시간을 변경하여 조절되는 것을 특징으로 하는 광전소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 반도체층은 실리콘, CdTe, CIGS(Copper Indium Galium Selenide), CIS(Copper Indium Selenide), 및 GaAs 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전소자의 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 1 전극 표면에 요철패턴을 형성한 후에, 세정액을 이용하여 상기 제 1 전극을 세정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전소자의 제조 방법.
- 기판 위에 제 1 전극을 형성하는 단계;상기 제 1 전극 위에 상기 제 1 전극과 접촉하는 면과 마주보는 면을 통해 입사하는 광을 이용하여 광전변환을 일으키는 반도체층을 형성하는 단계;상기 반도체층 위에 제 2 전극을 형성하는 단계; 및상기 제 2 전극 측으로 플루오르화수소(HF)를 포함하는 식각액을 이용하여 기 설정된 공정시간 동안 상기 제 2 전극을 부분적으로 식각하고, 상기 제 2 전극 표면에 요철패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전소자의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 식각액은 분사되어 상기 제 1 전극 측으로 제공되는 것을 특징으로 하는 광전소자의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 전극은 스퍼터링법을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광전소자의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 전극은 상기 제 2 전극의 중량을 기준으로 하여 적어도 80중량%인 ZnO를 포함하고, 상기 ZnO에는 알루미늄 또는 갈륨이 도핑 된 것을 특징으로 하는 광전소자의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 식각액은 탈이온수를 더 포함하고,상기 식각액에서 상기 플루오르화 수소 및 상기 탈이온수는 1:10 내지 1:1000 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 광전소자의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 전극의 헤이즈는 5% 내지 60%이고, 상기 헤이즈는 상기 공정시간을 변경하여 조절되는 것을 특징으로 하는 광전소자의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 전극의 표면 거칠기 제곱 평균값은 10nm 내지 200nm이고, 상기 표면 거칠기 제곱 평균값은 상기 공정시간을 변경하여 조절되는 것을 특징으로 하는 광전소자의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 반도체층은 실리콘, CdTe, CIGS(Copper Indium Galium Selenide), CIS(Copper Indium Selenide), 및 GaAs 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전소자의 제조 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 제 2 전극 표면에 요철패턴을 형성한 후에, 세정액을 이용하여 상기 제 2 전극이 형성된 상기 기판을 세정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전소자의 제조 방법.
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