KR20090100705A - Solar cell with cis and cgs tandem-based absorber layer and the method thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A solar cell with CIS and CGS tandem-based absorber layer and the method thereof are provided to perform easily the composition and process control of the light absorption layer applied to the thin film type solar battery. CONSTITUTION: The back contact electrode(20), the light absorption layer, and buffer layer(40) and window layer(50) are deposited on the substrate(10). The light absorption layer includes the CIS light absorption layer(110), and the CGS system light absorption layer(120). The CIS light absorption layer is made of copper(Cu), and the indium(In) and selenium(Se). The CGS system light absorption layer is deposited by the tandem mode on the upper side of the CIS light absorption layer. The CGS system light absorption layer is made of copper(Cu), and gallium(Ga) and selenium(Se).

Description

텐덤 방식의 ＣＩＳ계 및 ＣＧＳ계 광흡수층을 갖는 박막형 태양전지 및 이의 제조 방법{Solar Cell with CIS and CGS tandem-based absorber layer and the method thereof}Thin-film solar cell having tandem type CIS-based and CCS-based light absorbing layers and a method of manufacturing the same {Solar Cell with CIS and CGS tandem-based absorber layer and the method}

본 발명은 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층을 갖는 박막형 태양전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 박막형 태양전지의 광흡수층으로서, 서로 다른 에너지밴드갭을 갖는 CIS(CuInSe2)계 화합물 및 CGS(CuGaSe2)계 화합물을 텐덤 방식으로 아래 위로 적층 형성하여, 높은 효율의 박막형 태양전지를 제공할 수 있으며, 비교적 조성제어가 쉬운 3원계 화합물을 단순 적층 형성함으로써, 제조 공정이 간단해 질 수 있는 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층을 갖는 박막형 태양전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a thin-film solar cell having a tandem-type CIS-based and CGS-based light-absorbing layer and a manufacturing method thereof, and more particularly, as a light absorbing layer of a thin-film solar cell, having a different energy band gap CIS (CuInSe 2 ) By stacking the compound-based compound and the CGS (CuGaSe 2 ) -based compound up and down in tandem, it is possible to provide a thin film solar cell with high efficiency, and by simply laminating the ternary compound with relatively easy composition control, the manufacturing process is simple. The present invention relates to a thin-film solar cell having a tandem type CIS-based and CGS-based light absorbing layer and a method of manufacturing the same.

전 세계 각 국에서는 화석연료에 대한 의존도를 줄이기 위해, 환경에 악영향을 끼치지 않으면서도 고갈될 염려도 없는 새로운 에너지원인 대체에너지 및 청정 에너지에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행 중이다.In order to reduce the dependence on fossil fuels, research and development are being actively conducted on alternative and clean energy sources, which are new energy sources without adversely affecting the environment and without being exhausted.

한때, 원자력발전이 현실성 있는 대체에너지로 개발되어 높은 기여도를 보이기도 하였지만, 불안정성과 사고로 인한 심각한 피해 등의 문제가 제기됨으로써, 점차 이에 대한 의존도를 줄이는 추세이며, 그 대신 청정의 무한한 에너지원이라는 측면에서 태양에너지를 현실적으로 활용할 수 있는 방안이 더욱 각광받고 있다. At one time, although nuclear power was developed as a viable alternative energy, it showed a high contribution, but problems such as instability and serious damage caused by accidents have been raised, and it is gradually decreasing its dependence on it. Instead, it is an infinite source of clean energy. Increasingly, the plan to utilize solar energy realistically is gaining more attention.

종래에는 이러한 태양에너지를 활용할 수 있는 방법 중 하나로써, 태양전지(Solar Cell)와 같은 반도체 소자를 이용하여, 태양광을 수광하고, 이를 다시 전기에너지로 변환하는 방법이 주를 이루었으나, 최근에는 이보다 태양광 흡수율이 높고, 태양광 또는 방사선에 대한 열화 현상이 적으며, 박막화가 가능하고, 제작상 재료비도 절감할 수 있는 CIGS계 박막형 태양전지가 등장하였다. Conventionally, as one of methods for utilizing such solar energy, a method of receiving sunlight and converting it into electrical energy using a semiconductor device such as a solar cell has been mainly used. CIGS-based thin-film solar cells that have higher solar absorption rate, less degradation of sunlight or radiation, can be thinned, and can reduce material costs in manufacturing.

CIGS계 박막형 태양전지란, CuIn1 - xGaxSe2로 조성된 4원계 화합물로 형성된 직접천이형 반도체로서, 에너지밴드갭이 대략 1.04eV 정도로 이상적인 값에 가깝고, 광흡수계수가 높으며, 안정성이 뛰어나, 박막형 태양전지로서 커다란 응용 잠재력을 가진 광흡수층(Absorber Layer) 재료이다.CIGS-based thin-film solar cell is a direct-transition semiconductor formed of a quaternary compound composed of CuIn 1 - x Ga x Se 2 , and has an energy band gap of approximately 1.04 eV, which is close to an ideal value, has a high light absorption coefficient, and is stable. It is an excellent thin-film solar cell and an absorber layer material with great application potential.

도 1은 종래의 박막형 태양전지를 도시한 개념도이다. 도 1을 참조하여 종래의 박막형 태양전지를 간략하게 설명하면, 기판(10, Substrate) 상부에서 이면전극(20, Back Contact), CIGS계 화합물로 형성된 광흡수층(30, Absorber Layer), 버퍼층(40, Buffer Layer) 및 윈도우층(50, Window Layer)이 순차로 적층 형성된다. 1 is a conceptual diagram illustrating a conventional thin film solar cell. Referring to FIG. 1, a thin film solar cell according to the related art is briefly described. The back electrode 20, a back absorber 20, an absorber layer 30 formed of a CIGS-based compound, and a buffer layer 40 are formed on a substrate 10. , A buffer layer) and a window layer 50 are sequentially stacked.

그런데 이러한 종래의 박막형 태양전지의 효율과 직접적인 상관관계가 있는 에너지밴드갭은 상기 광흡수층(30)을 이루는 CIGS계 화합물의 조성비, 즉 CuIn1-xGaxSe2에서 인듐(In) 및 갈륨(Ga)의 조성비에 따라 달라지는데, 대략 1.1 ~ 1.6 eV 사이의 에너지밴드갭을 얻을 수 있었다. 현재, 최고 효율을 기록한 태양전지의 CIGS계 광흡수층(30)은 대략 1.2eV의 에너지밴드갭을 가지며, 이때의 CIGS계 화합물의 조성비는 CuIn0.74Ga0.26Se2으로 알려져 있다. However, the energy band gap directly correlated with the efficiency of the conventional thin film solar cell is composed of the composition ratio of the CIGS-based compound constituting the light absorption layer 30, that is, indium (In) and gallium (Cu 1-x Ga x Se 2 ). Depending on the composition ratio of Ga), an energy band gap between approximately 1.1 and 1.6 eV was obtained. Currently, the CIGS light absorption layer 30 of the solar cell having the highest efficiency has an energy band gap of approximately 1.2 eV, and the composition ratio of the CIGS compound at this time is known as CuIn 0.74 Ga 0.26 Se 2 .

그런데 이러한 종래의 CIGS계 박막형 태양전지는 CIGS계 화합물이 4원계 화합물로서, 이를 이용하여 광흡수층(30)을 제조 시, 그 조성 및 공정 제어에 많은 어려움이 따르며, 아울러, 종래의 CIGS계 박막형 태양전지의 경우 단일의 에너지밴드갭을 갖는 광흡수층(30)을 이용하므로, 이에 해당되는 에너지밴드갭 이외의 파장을 그대로 통과시켜 버리게 되므로, 많은 부분의 태양광 손실이 발생되는 문제점이 있었다. However, in the conventional CIGS-based thin film solar cell, the CIGS-based compound is a quaternary compound, and when the light absorption layer 30 is manufactured using the same, the composition and process control of the CIGS-based thin film solar cell is difficult. Since the battery uses the light absorbing layer 30 having a single energy band gap, since a wavelength other than the energy band gap corresponding thereto is passed as it is, there is a problem in that a large portion of solar loss occurs.

따라서, 종래의 CIGS계 박막형 태양전지보다 높은 효율을 가지며, 조성 및 공정 제어가 보다 간단하고 용이한 박막형 태양전지에 대한 개발이 시급한 실정이다.Therefore, there is an urgent need to develop a thin-film solar cell having higher efficiency than the conventional CIGS-based thin-film solar cell and having simpler and easier composition and process control.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 대략 1.1eV의 에너지밴드갭을 갖는 CIS계 광흡수층과, 대략 1.6eV의 에너지밴드갭을 갖는 CGS계 광흡수층을 텐덤 방식으로 적층 형성한 광흡수층을 박막형 태양전지에 적용하여, 종래에 비해 높은 효율의 박막형 태양전지를 제공할 수 있음은 물론, 종래의 CIGS(CuIn1-xGaxSe2)계 화합물에 비해 비교적 조성 및 공정 제어가 용이한 3원계 화합물인 CIS(CuInSe2)계 및 CGS(CuGaSe2)계 화합물 각각을 광흡수층으로 적용한 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층을 갖는 박막형 태양전지 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼는다. In order to solve the above problems, the present invention provides a CIS light absorbing layer having an energy band gap of approximately 1.1 eV and a CGS light absorbing layer having an energy band gap of approximately 1.6 eV in a tandem manner. By applying to thin film solar cells, it is possible to provide a thin film solar cell with higher efficiency than the conventional one, as well as comparatively easier composition and process control compared to conventional CIGS (CuIn 1-x Ga x Se 2 ) -based compound 3 It is a technical object of the present invention to provide a thin-film solar cell having a tandem-type CIS-based and CGS-based light-absorbing layer in which CIS (CuInSe 2 ) -based compounds and CGS (CuGaSe 2 ) -based compounds, respectively, are used as light absorbing layers. .

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 사상에 따르면, 이면전극(Back Contact), 광흡수층(Absorber Layer), 버퍼층(Buffer Layer) 및 윈도우층(Window Layer)이 기판 위에 순차로 적층 형성된 박막형 태양전지에 있어서, 상기 광흡수층은, 구리(Cu), 인듐(In) 및 셀레늄(Se)이 적정 조성되어 형성된 CIS계 광흡수층; 및 상기 CIS계 광흡수층의 상부면 상에 텐덤(Tandem) 방식으로 적층 형성되며, 구리(Cu), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)이 적정 조성되어 형성된 CGS계 광흡수층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층을 갖는 박막형 태 양전지를 제공할 수 있다. According to the spirit of the present invention for achieving the above technical problem, a thin film solar cell in which a back electrode, an absorber layer, a buffer layer, and a window layer are sequentially stacked on a substrate. The light absorbing layer may include: a CIS light absorbing layer formed by properly forming copper (Cu), indium (In), and selenium (Se); And a CGS-based light absorbing layer formed on the upper surface of the CIS-based light absorbing layer in a tandem manner and formed by appropriately forming copper (Cu), gallium (Ga), and selenium (Se). It is possible to provide a thin-film solar cell having a tandem type CIS-based and CGS-based light absorbing layer.

이때, 상기 CIS계 광흡수층은 CuInSe2계 화합물이며, 상기 CGS계 광흡수층은 CuGaSe2계 화합물인 것이 바람직하다. In this case, the CIS-based light absorbing layer is a CuInSe 2- based compound, the CGS-based light absorbing layer is preferably a CuGaSe 2- based compound.

그리고 상기 CIS계 광흡수층의 두께는 1㎚~900㎛이고, 상기 CGS계 광흡수층의 두께는 1㎚~900㎛인 것이 바람직하다. The CIS light absorbing layer has a thickness of 1 nm to 900 μm, and the CGS light absorbing layer has a thickness of 1 nm to 900 μm.

바람직한 실시예에서, 상기 CIS계 광흡수층은 상기 이면전극의 상부면 상에 적층 형성될 수 있다. In a preferred embodiment, the CIS-based light absorption layer may be laminated on the upper surface of the back electrode.

또한, 본 발명의 다른 사상에 따르면, 기판 상부면에 이면전극(Back Contact)을 형성시키는 단계; 상기 이면전극의 상부면에 구리(Cu), 인듐(In) 및 셀레늄(Se)을 적정 조성 제어하여 CIS계 광흡수층을 적층 형성시키는 단계; 상기 CIS계 광흡수층의 상부면에 구리(Cu), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)을 적정 조성 제어하여 CGS계 광흡수층을 적층 형성시키는 단계; 상기 CGS계 광흡수층의 상부면에 버퍼층(Buffer Layer)을 적층 형성시키는 단계; 및 상기 버퍼층의 상부면에 윈도우층(Window Layer)을 적층 형성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층을 갖는 박막형 태양전지 제조 방법을 제공할 수 있다. In addition, according to another aspect of the invention, forming a back electrode (Back Contact) on the upper surface of the substrate; Stacking a CIS light absorption layer by appropriately controlling copper (Cu), indium (In), and selenium (Se) on an upper surface of the back electrode; Stacking and forming a CGS light absorbing layer by appropriately controlling copper (Cu), gallium (Ga), and selenium (Se) on an upper surface of the CIS light absorbing layer; Stacking a buffer layer on a top surface of the CGS light absorption layer; And stacking a window layer on an upper surface of the buffer layer, thereby providing a thin-film solar cell manufacturing method having a tandem-based CIS-based and CGS-based light absorbing layer.

바람직한 실시예에서, 상기 b) 단계 또는 상기 c)단계에서는 물리기상증착법(PVD), 용사(Spraying)법, 인쇄(Printing)법, 전착(Electrodeposition)법, 화학기상증착법(CVD) 중 어느 하나의 방법에 의해 상기 CIS계 광흡수층 또는 상기 CGS 계 광흡수층이 형성되는 것이 좋다. In a preferred embodiment, in step b) or step c), any one of physical vapor deposition (PVD), spraying, printing, electrodeposition, and chemical vapor deposition (CVD) The CIS light absorbing layer or the CGS light absorbing layer may be formed by a method.

상기와 같은 해결수단에 의해, 본 발명은 대략 1.1eV의 에너지밴드갭을 갖는 CIS계 광흡수층과, 대략 1.6eV의 에너지밴드갭을 갖는 CGS계 광흡수층을 포함하여, 이들 각각의 광흡수층을 텐덤 방식으로 적층 형성한 박막형 태양전지의 광흡수층(Absorber Layer)을 제공함으로써, 1.6eV 이상의 태양광 에너지는 CGS계 광흡수층에서 흡수 가능하게 하고, 1.1eV 이상 1.6eV 미만의 태양광 에너지는 CIS계 광흡수층에서 흡수 가능하게 하여, 종래의 박막형 태양전지에 비해 높은 효율을 갖게 되는 유리한 기술적 효과가 있다. By the above solution, the present invention includes a CIS light absorbing layer having an energy band gap of approximately 1.1 eV, and a CGS light absorbing layer having an energy band gap of approximately 1.6 eV, each of which has a tandem. By providing an absorber layer of a thin film solar cell laminated in a manner, solar energy of 1.6 eV or more can be absorbed by the CGS-based light absorption layer, and solar energy of 1.1 eV or more and less than 1.6 eV is CIS-based light. There is an advantageous technical effect of being able to absorb in the absorbing layer and thus having higher efficiency than the conventional thin film solar cell.

또한, 본 발명은 종래의 박막형 태양전지에 적용되었던 CIGS계 화합물에 의한 단일 광흡수층이 조성 및 공정 제어가 어려운 단점을 해결하기 위해, 3원계 화합물인 CIS계 및 CGS계 화합물을 각각 다른 광흡수층으로 구분시켜 텐덤 방식으로 적층 형성함으로써, 박막형 태양전지에 적용되는 광흡수층의 조성 및 공정 제어를 보다 간단하고 용이하게 할 수 있는 유리한 기술적 효과가 있다. In addition, the present invention, in order to solve the disadvantage that the composition and process control of the single light absorption layer by the CIGS-based compound applied to the conventional thin-film solar cell, the ternary compound, CIS-based and CGS-based compound to each other light absorption layer By separating and forming the tandem in a tandem manner, there is an advantageous technical effect that the composition and process control of the light absorption layer applied to the thin-film solar cell can be more simply and easily.

또한, 본 발명은 텐덤 방식으로 적층 형성되는 CIS계 및 CGS계 광흡수층 각각이 동일 구조의 화합물로 이루어져 계면간의 이질감이 발생하지 않으며, 오히려 계면에서의 상호반응에 의해 발생될 수도 있는 CuInGaSe2는 그 에너지밴드갭이 1.1 ~ 1.6eV 사이에서 선택된 임의의 값을 가질 수 있어, 이러한 범위 내에서 선택 된 임의의 값에 해당되는 태양광 에너지를 더욱 효율적으로 흡수할 수 있는 추가적인 기술적 효과가 제공될 수 있다. In addition, the present invention is that the CIS-based and CGS-based light absorbing layers laminated in a tandem method are each composed of a compound of the same structure does not cause heterogeneity between interfaces, rather CuInGaSe 2 that may be generated by the interaction at the interface is The energy band gap may have any value selected between 1.1 and 1.6 eV, thereby providing an additional technical effect to more efficiently absorb solar energy corresponding to any value selected within this range. .

본 발명에 따른 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층을 갖는 박막형 태양전지에 대한 실시예는 다양하게 적용될 수 있으나, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시예에 대해 설명하기로 한다. Embodiments of the thin film type solar cell having the tandem-type CIS-based and CGS-based light absorbing layers according to the present invention can be variously applied, but will be described below with reference to the accompanying drawings.

도면에서, 도 2는 본 발명에 따른 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층을 갖는 박막형 태양전지의 일 실시예의 구조를 도시한 개념도이고, 도 3은 도 2에 도시된 실시예에서 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층이 각각 다른 에너지밴드갭을 가짐으로써, 박막형 태양전지의 광 효율이 증가되는 것을 설명하기 위해 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층을 갖는 박막형 태양전지 제조 방법의 일 실시예를 도시한 순서도이다. 2 is a conceptual diagram showing the structure of an embodiment of a thin-film solar cell having a CIS-based and CGS-based light absorbing layer of the tandem method according to the present invention, Figure 3 is a tandem method of the embodiment shown in FIG. CIS and CGS-based light absorbing layer has a different energy band gap, respectively, to illustrate that the light efficiency of the thin-film solar cell is shown, Figure 4 is a tandem CIS and CGS-based tandem method 1 is a flowchart illustrating an embodiment of a method of manufacturing a thin film solar cell having a light absorption layer.

도 2 및 도 3을 병행 참조하여, 본 발명의 사상에 따른 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층을 갖는 박막형 태양전지의 바람직한 실시예에 대하여 설명하도록 한다. 2 and 3, a preferred embodiment of a thin film solar cell having a tandem type CIS-based and CGS-based light absorbing layer according to the spirit of the present invention will be described.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 사상에 따른 바람직한 실시예는 이면전극(20, Back Contact)과, CIS계 광흡수층(110, CIS Absorber Layer)과, CGS계 광흡수층(120, CGS Absorber Layer)과, 버퍼층(40, Buffer Layer) 및 윈도우층(50, Window Layer)이 기판(10, Substrate) 상에서 순차적으로 적층 형성된다. As shown in FIG. 2, a preferred embodiment according to the spirit of the present invention includes a back electrode 20, a CIS light absorber layer 110, and a CGS light absorber layer 120. Layer, a buffer layer 40 and a window layer 50 are sequentially stacked on the substrate 10.

여기서, CGS계 광흡수층(120)은 CIS계 광흡수층(110)의 상부면 상에서 텐덤(Tamdem) 방식으로 적층 형성되어 박막형 태양전지의 광흡수층(100)으로 작용하게 된다. Here, the CGS-based light absorbing layer 120 is laminated on the top surface of the CIS-based light absorbing layer 110 in a tandem manner to act as the light absorbing layer 100 of the thin film solar cell.

본 실시예에서, 상기 기판(10)은 소다라임 글래스(Sodalime Glass)를 이용할 수 있으며, 이 외에도 이와 동일 또는 유사한 각종 재질을 사용하여도 무방하다. In the present embodiment, the substrate 10 may use soda lime glass, and in addition to this, the same or similar various materials may be used.

그리고 이러한 기판(10) 상에는 이면전극(20)이 적층 형성된다. 이때, 상기 이면전극(20)의 소재는 특정의 소재로 제한할 필요가 없으며, 통상적으로 몰리브덴(Mo)이 주로 이용된다. The back electrode 20 is stacked on the substrate 10. In this case, the material of the back electrode 20 need not be limited to a specific material, and typically molybdenum (Mo) is mainly used.

본 실시예에서는 이러한 이면전극(20)을 상기 기판(10) 상에 대략 1㎛ 정도의 두께로 적층 형성시킬 수 있는데, 이때, 직류 다이오드 스퍼터링(DC diode sputtering) 방법을 이용하여, 상기 이면전극(20)을 상기 기판(10) 상에 증착시킨다.In the present exemplary embodiment, the back electrode 20 may be laminated on the substrate 10 with a thickness of about 1 μm. In this case, the back electrode 20 may be formed using a DC diode sputtering method. 20 is deposited on the substrate 10.

그리고 상기 이면전극(20)의 상부에는 본 발명의 사상에 따른 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층(100)이 적층 형성된다. In addition, tandem CIS-based and CGS-based light absorbing layers 100 according to the spirit of the present invention are stacked on the back electrode 20.

이때, 본 발명의 사상에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 광흡수층(100)은 CIS계 광흡수층(110)과 CGS계 광흡수층(120)이 텐덤 방식, 즉, 하부층을 형성하는 CIS계 광흡수층(110)과, 상부층을 형성하는 CGS계 광흡수층(120)이 복층으로 결합된 직렬 구조로 된 방식으로 형성된다. At this time, according to a preferred embodiment according to the spirit of the present invention, the light absorbing layer 100 is a CIS light absorbing layer 110 and the CGS-based light absorbing layer 120 is a tandem method, that is, a lower layer CIS-based light absorbing layer 110 and the CGS-based light absorbing layer 120 forming the upper layer are formed in a series structure in which multiple layers are combined.

여기서, CIS계 광흡수층(110)은 적정 조성 제어된 구리(Cu), 인듐(In) 및 셀 레늄(Se2)을 포함하는 3원계 화합물인 CuInSe2계 화합물로 형성되는 태양광 흡수 기능층으로서, 대략 1.1eV의 에너지밴드갭을 가지며, 4원계 화합물인 CuIn1-xGaxSe2로 형성되는 도 1의 광흡수층(30)에 비해 그 조성 및 공정 제어가 용이한 장점이 있다. Here, the CIS light absorption layer 110 is a solar absorption functional layer formed of a CuInSe 2- based compound which is a ternary compound containing appropriately controlled copper (Cu), indium (In), and selenium (Se 2 ). It has an energy bandgap of approximately 1.1 eV and has an advantage of easy composition and process control compared to the light absorption layer 30 of FIG. 1 formed of CuIn 1-x Ga x Se 2 , which is a quaternary compound.

그리고 CGS계 광흡수층(120)은 적정 조성 제어된 구리(Cu), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se2)을 포함하는 3원계 화합물인 CuGaSe2계 화합물로 형성되는 태양광 흡수 기능층으로서, 대략 1.6eV의 에너지밴드갭을 가지며, 이 역시 4원계 화합물인 CuIn1 -xGaxSe2로 형성되는 도 1의 광흡수층(30)에 비해 그 조성 및 공정 제어가 용이한 장점이 있다. The CGS-based light absorbing layer 120 is a solar absorption functional layer formed of a CuGaSe 2- based compound, which is a ternary compound containing appropriately controlled copper (Cu), gallium (Ga), and selenium (Se 2 ). It has an energy band gap of 1.6 eV, which is also advantageous in composition and process control compared to the light absorption layer 30 of FIG. 1 formed of CuIn 1- x Ga x Se 2 , which is a quaternary compound.

이러한 CIS계 광흡수층(110) 및 CGS계 광흡수층(120)의 두께는 일정 범위 내로 제한될 필요가 없으며, 각각이 서로 동일한 두께를 가질 필요도 없다. 즉, 다양한 실시예를 통해서 상기 CIS계 광흡수층(110)과 상기 CGS계 광흡수층(120)의 두께는 서로 종속되지 않으며 다양하게 실시될 수 있는데, 예를 들어, 상기 CIS계 광흡수층(110)의 두께가 500㎚이고, 상기 CGS계 광흡수층(120)의 두께가 500㎚일 수도 있으며, 상기 CIS계 광흡수층(110)의 두께가 900㎚이고, 상기 CGS계 광흡수층(120)의 두께가 100㎚이어도 무방하다. The thickness of the CIS-based light absorbing layer 110 and the CGS-based light absorbing layer 120 need not be limited within a predetermined range, and each of the CIS-based light absorbing layer 110 and the CGS-based light absorbing layer 110 does not have to have the same thickness. That is, the thicknesses of the CIS-based light absorbing layer 110 and the CGS-based light absorbing layer 120 may be variously implemented without being dependent on each other, for example, the CIS-based light absorbing layer 110. The thickness of 500nm, the thickness of the CGS-based light absorbing layer 120 may be 500nm, the thickness of the CIS-based light absorbing layer 110 is 900nm, the thickness of the CGS-based light absorbing layer 120 is 100 nm may be sufficient.

상기 CIS계 광흡수층(110)의 두께는 1㎚~900㎛의 범위 내에서 제한 없이 선택 가능하며, 상기 CGS계 광흡수층(120)의 두께 역시 1㎚~900㎛의 범위 내에서 제 한없이 선택 가능하다. The thickness of the CIS-based light absorbing layer 110 may be selected without limitation within the range of 1 nm to 900 μm, and the thickness of the CGS-based light absorbing layer 120 may also be selected without limitation within the range of 1 nm to 900 μm. Do.

그리고 이러한 각각의 두께 범위를 갖는 CIS계 광흡수층(110) 및 CGS계 광흡수층(120)으로 이루어진 본 실시예의 광흡수층(100)의 두께 역시 다양하게 실시 가능하다. And the thickness of the light absorbing layer 100 of the present embodiment consisting of the CIS-based light absorbing layer 110 and the CGS-based light absorbing layer 120 having each of these thickness range can be variously implemented.

상기 이면전극(20) 상부에서 상기 CIS계 광흡수층(110)과 상기 CGS계 광흡수층(120)은 텐덤 방식으로 적층 형성되는데, 상기 CGS계 광흡수층(120)이 상기 CIS계 광흡수층(110)의 상부에 배치될 수 있도록 형성된다. 이러한 CIS계 광흡수층(110) 및 CGS계 광흡수층(120)의 형성 방법은 스퍼터링(Sputtering)이나 진공 증착(Vacuum Evaporation) 등의 물리기상증착법(PVD: Physical Vapor Deposition)이나, CIS계 화합물 및 CGS계 화합물을 입자로 만들어 비진공 코팅하는 방법(예: 용사(Spraying), 인쇄(Printing), 전착(Electrodeposition))이나 금속 유기물 화학 기상증착(MOCVD)와 같은 화학기상증착법(CVD)을 적용할 수 있는데, 이 외에도 기타 다른 박막 공정 기술을 이용해도 무방하다. The CIS light absorbing layer 110 and the CGS light absorbing layer 120 are formed in a tandem manner on the back electrode 20, and the CGS light absorbing layer 120 is the CIS light absorbing layer 110. It is formed to be placed on top of. The CIS-based light absorbing layer 110 and the CGS-based light absorbing layer 120 may be formed by physical vapor deposition (PVD) such as sputtering or vacuum evaporation, CIS-based compounds and CGS. Chemical vapor deposition (CVD), such as spraying, printing, electrodeposition, or metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) can be applied to form non-vacuum coatings of particles into particles. In addition, other thin film processing techniques may be used.

도 3을 참조하여, 본 발명의 사상에 따른 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층(100)의 기능을 설명하면, 상부에 형성된 CGS계 광흡수층(120)은 대략 1.6eV의 에너지밴드갭을 가지며, 이의 하부에 형성된 CIS계 광흡수층(110)은 대략 1.1eV의 에너지밴드갭을 가진다. Referring to Figure 3, when explaining the function of the CIS-based and CGS-based light absorbing layer 100 of the tandem method according to the spirit of the present invention, the CGS-based light absorbing layer 120 formed on the top has an energy band gap of approximately 1.6 eV The CIS-based light absorbing layer 110 formed at the bottom thereof has an energy band gap of approximately 1.1 eV.

태양전지 상으로 입사된 태양광은 폭 넓은 에너지 영역을 가지는데, 그 중 1.6eV이상의 태양광 에너지는 상부에 위치된 CGS계 광흡수층(120)에서 먼저 흡수된다. The sunlight incident on the solar cell has a wide energy region, of which the solar energy of 1.6 eV or more is first absorbed by the CGS-based light absorbing layer 120 located above.

그리고 하부에 위치된 상기 CIS계 광흡수층(110)에서는 에너지밴드갭 차이에 의해 상기 CGS계 광흡수층(120)에서 흡수되지 못하고 통과하게 된 1.6eV미만의 태양광 에너지 중 1.1eV 이상 1.6eV미만의 태양광 에너지를 재흡수하게 된다.In the CIS-based light absorbing layer 110 positioned below, the energy absorption gap of the CIS-based light absorbing layer 120 is not absorbed by the CGS-based light absorbing layer 120, but is passed by 1.6 eV or less than 1.6 eV. Reabsorb solar energy.

따라서, 본 발명의 사상에 따른 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층(100)은 도 1에서 살펴본 종래의 CIGS계 광흡수층(30)에 비해 보다 많은 에너지 영역대의 태양광 에너지가 흡수될 수 있으며, 결과적으로 박막형 태양전지의 효율을 증대시킬 수 있게 된다. Therefore, the tandem CIS-based and CGS-based light absorbing layers 100 according to the spirit of the present invention may absorb more solar energy in the energy region than the conventional CIGS-based light absorbing layer 30 shown in FIG. 1. As a result, it is possible to increase the efficiency of the thin-film solar cell.

이러한 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층(100)의 상부에는 버퍼층(40, Buffer Layer)이 적층 형성되는데, 일반적으로 광전도셀의 소재로 이용되는 황화카드뮴(CdS) 등이 CBD(Chemical Bath Deposition)법에 의해 증착되어 형성 가능하다. A buffer layer 40 is formed on the tandem CIS-based and CGS-based light absorbing layer 100, and cadmium sulfide (CdS), which is generally used as a material of a photoconductive cell, is CBD (Chemical Bath). It is possible to form by depositing by the deposition method.

그리고 상기 버퍼층(40)의 상부에는 윈도우층(50, Window Layer)이 적층 형성되는데, 이는 전면 투명 전극의 기능을 하는 것으로서, 산화아연(ZnO) 또는 알루미늄(Al), ITO 등이 이용될 수 있다. A window layer 50 is stacked on the buffer layer 40, which functions as a front transparent electrode. Zinc oxide (ZnO), aluminum (Al), or ITO may be used. .

이때, 상기 버퍼층(40) 또는 상기 윈도우층(50)은 상기에 언급된 소재 또는 방법을 제외하고도 다양한 소재 또는 주지의 박막 공정 기술을 통해 다양하게 실시될 수 있음은 자명하다. At this time, it is apparent that the buffer layer 40 or the window layer 50 may be variously implemented through various materials or well-known thin film processing techniques except for the materials or methods mentioned above.

다음으로 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층을 갖는 박막형 태양전지 제조 방법의 바람직한 실시예를 설명하고자 한다.Next, with reference to Figure 4, it will be described a preferred embodiment of a thin-film solar cell manufacturing method having a tandem CIS-based and CGS-based light absorption layer according to the present invention.

먼저, 기판 상부면에 이면전극(Back Contact)을 형성시키고(S200), 상기 이면전극의 상부면에 구리(Cu), 인듐(In) 및 셀레늄(Se)을 적정 조성 제어하여 제조 된 CIS계 광흡수층을 적층 형성시킨다(S220). 그리고 이러한 CIS계 광흡수층의 상부면에 구리(Cu), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)을 적정 조성 제어하여 제조된 CGS계 광흡수층을 적층 형성시킨다(S240).First, a CIS-based light manufactured by forming a back electrode on a top surface of a substrate (S200), and appropriately controlling copper (Cu), indium (In), and selenium (Se) on a top surface of the back electrode. The absorbing layer is laminated and formed (S220). In addition, the CGS-based light absorbing layer prepared by controlling the appropriate composition of copper (Cu), gallium (Ga), and selenium (Se) on the upper surface of the CIS-based light absorbing layer is laminated (S240).

여기서, 상기 CIS계 광흡수층의 적층 형성 단계(S220)와 상기 CGS계 광흡수층의 적층 형성 단계(S240)에서는 물리기상증착법(PVD), 용사(Spraying)법, 인쇄(Printing)법, 전착(Electrodeposition)법, 화학기상증착법(CVD) 중 어떤 방법을 이용하여도 무방하다. Here, in the stack forming step (S220) of the CIS-based light absorbing layer and the stack forming step (S240) of the CGS-based light absorbing layer, physical vapor deposition (PVD), spraying, printing, and electrodeposition are performed. ) Or chemical vapor deposition (CVD) may be used.

이와 같이, 텐덤(Tandem) 형태로 상기 CIS계 광흡수층 및 상기 CGS계 광흡수층이 형성된 후, 상기 CGS계 광흡수층의 상부면에는 버퍼층(Buffer Layer)이 적층 형성되며(S260), 이러한 버퍼층 상부면에는 다시 윈도우층(Window Layer)이 적층 형성된다(S280). 이로써, 본 발명에 따른 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층을 갖는 박막형 태양전지가 제조될 수 있다.As such, after the CIS-based light absorbing layer and the CGS-based light absorbing layer are formed in a tandem form, a buffer layer is formed on the upper surface of the CGS-based light absorbing layer (S260). The window layer is stacked again in step S280. As a result, a thin-film solar cell having a tandem type CIS-based and CGS-based light absorbing layer according to the present invention can be manufactured.

이상에서 본 발명에 의한 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층을 갖는 박막형 태양전지 및 이의 제조 방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였다. In the above, a thin film solar cell having a tandem CIS-based and CGS-based light absorbing layer according to the present invention and a method of manufacturing the same have been described.

이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.Such a technical configuration of the present invention will be understood by those skilled in the art that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보 다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the above-described embodiments are to be understood in all respects as illustrative and not restrictive, and the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the foregoing detailed description, and the meanings of the claims. And all changes or modifications derived from the scope and equivalent concept thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

도 1은 종래의 CIGS계 박막형 태양전지의 구조를 도시한 개념도이다. 1 is a conceptual diagram showing the structure of a conventional CIGS-based thin-film solar cell.

도 2는 본 발명에 따른 텐덤 방식의 CIS계 및 CSG계 광흡수층을 갖는 박막형 태양전지의 일 실시예의 구조를 도시한 개념도이다. 2 is a conceptual diagram illustrating a structure of an embodiment of a thin film solar cell having a tandem type CIS-based and CSG-based light absorbing layer according to the present invention.

도 3은 도 2에 도시된 실시예에서 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층이 각각 다른 에너지밴드갭을 가짐으로써, 박막형 태양전지의 광 효율이 증가되는 것을 설명하기 위해 도시한 도면이다. FIG. 3 is a view illustrating that the light efficiency of the thin-film solar cell is increased by having a different energy band gap between the CIS-based and CGS-based light absorbing layers of the tandem method in FIG. 2.

도 4는 본 발명에 따른 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층을 갖는 박막형 태양전지 제조 방법의 일 실시예를 도시한 순서도이다. Figure 4 is a flow chart showing an embodiment of a thin-film solar cell manufacturing method having a CIS-based and CGS-based light absorption layer of the tandem method according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10: 기판(Substrate) 20: 이면전극(Back Contact)10: Substrate 20: Back electrode

40: 버퍼층(Buffer Layer) 50: 윈도우층(Window Layer)40: buffer layer 50: window layer

100: 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층100: Tandem CIS and CGS light absorption layer

110: CIS계 광흡수층 120: CGS계 광흡수층110: CIS light absorption layer 120: CGS light absorption layer

Claims (6)

이면전극(Back Contact), 광흡수층(Absorber Layer), 버퍼층(Buffer Layer) 및 윈도우층(Window Layer)이 기판 위에 순차로 적층 형성된 박막형 태양전지에 있어서,In a thin film solar cell in which a back electrode, an absorber layer, a buffer layer, and a window layer are sequentially stacked on a substrate, 상기 광흡수층은,The light absorption layer, 구리(Cu), 인듐(In) 및 셀레늄(Se)이 적정 조성되어 형성된 CIS계 광흡수층; 및A CIS light absorption layer formed by properly forming copper (Cu), indium (In), and selenium (Se); And 상기 CIS계 광흡수층의 상부면 상에 텐덤(Tandem) 방식으로 적층 형성되며, 구리(Cu), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)이 적정 조성되어 형성된 CGS계 광흡수층;을 포함하는 것을 특징으로 하는,And a CGS-based light absorbing layer formed on the upper surface of the CIS-based light absorbing layer in a tandem manner and formed by appropriately forming copper (Cu), gallium (Ga), and selenium (Se). doing, 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층을 갖는 박막형 태양전지.Thin-film solar cell having a tandem CIS-based and CGS-based light absorbing layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 CIS계 광흡수층은 CuInSe2계 화합물이며, 상기 CGS계 광흡수층은 CuGaSe2계 화합물인 것을 특징으로 하는,The CIS-based light absorbing layer is a CuInSe 2 -based compound, characterized in that the CGS-based light absorbing layer is a CuGaSe 2- based compound, 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층을 갖는 박막형 태양전지.Thin-film solar cell having a tandem CIS-based and CGS-based light absorbing layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 CIS계 광흡수층의 두께는 1㎚~900㎛이고, 상기 CGS계 광흡수층의 두께는 1㎚~900㎛인 것을 특징으로 하는,The CIS light absorption layer has a thickness of 1 nm to 900 μm, and the CGS light absorption layer has a thickness of 1 nm to 900 μm, 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층을 갖는 박막형 태양전지.Thin-film solar cell having a tandem CIS-based and CGS-based light absorbing layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 CIS계 광흡수층은,The CIS light absorption layer, 상기 이면전극의 상부면 상에 적층 형성되는 것을 특징으로 하는,Characterized in that the laminated on the upper surface of the back electrode, 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층을 갖는 박막형 태양전지.Thin-film solar cell having a tandem CIS-based and CGS-based light absorbing layer. a) 기판 상부면에 이면전극(Back Contact)을 형성시키는 단계;a) forming a back electrode on the upper surface of the substrate; b) 상기 이면전극의 상부면에 구리(Cu), 인듐(In) 및 셀레늄(Se)을 적정 조성 제어하여 CIS계 광흡수층을 적층 형성시키는 단계;b) stacking a CIS light absorption layer by appropriately controlling copper (Cu), indium (In), and selenium (Se) on the upper surface of the back electrode; c) 상기 CIS계 광흡수층의 상부면에 구리(Cu), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)을 적정 조성 제어하여 CGS계 광흡수층을 적층 형성시키는 단계;c) stacking a CGS light absorbing layer by appropriately controlling copper (Cu), gallium (Ga), and selenium (Se) on the upper surface of the CIS light absorbing layer; d) 상기 CGS계 광흡수층의 상부면에 버퍼층(Buffer Layer)을 적층 형성시키는 단계; 및d) stacking a buffer layer on a top surface of the CGS light absorbing layer; And e) 상기 버퍼층의 상부면에 윈도우층(Window Layer)을 적층 형성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,and e) laminating a window layer on an upper surface of the buffer layer. 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층을 갖는 박막형 태양전지 제조 방법.Thin-film solar cell manufacturing method having a tandem CIS-based and CGS-based light absorption layer. 제 5 항에 있어서, The method of claim 5, wherein 상기 b) 단계 또는 상기 c)단계에서,In step b) or c), 물리기상증착법(PVD), 용사(Spraying)법, 인쇄(Printing)법, 전착(Electrodeposition)법, 화학기상증착법(CVD) 중 어느 하나의 방법에 의해 상기 CIS계 광흡수층 또는 상기 CGS계 광흡수층이 형성되는 것을 특징으로 하는,The CIS light absorbing layer or the CGS light absorbing layer is formed by any one of physical vapor deposition (PVD), spraying, printing, electrodeposition, and chemical vapor deposition (CVD). Characterized in that formed, 텐덤 방식의 CIS계 및 CGS계 광흡수층을 갖는 박막형 태양전지 제조 방법.Thin-film solar cell manufacturing method having a tandem CIS-based and CGS-based light absorption layer.
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