KR20100030188A - 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
태양전지 및 이의 제조방법이 개시되어 있다. 태양전지의 제조방법은 기판의 일 면을 표면처리하는 단계; 표면처리된 면 상에 후면전극을 형성하는 단계; 및 후면전극 상에 광 흡수층을 형성하는 단계를 포함한다. 표면처리된 면에 후면전극을 형성하므로, 기판과 후면전극 사이의 결합력이 향상된다.
표면, 거칠기, 전극, 기판, CIGS, 태양, 전지
Description
실시예는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지의 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지들에 대한 개발이 진행되고 있다.
특히, 유리기판, 금속 이면 전극층, p형 CIGS계 광 흡수층, 고 저항 버퍼층, n형 창층 등을 포함하는 기판 구조의 pn 헤테로 접합 장치인 CIGS계 태양전지가 널리 사용되고 있다.
이때, 유리기판 및 금속 이면 전극층 사이의 결합력이 약하여, 유리기판 및 금속 이면 전극층이 박리될 수 있다.
실시예는 기판 및 후면전극 사이의 결합력을 향상시키는 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 기판의 일 면을 표면처리하는 단계; 상기 표면처리된 면 상에 후면전극을 형성하는 단계; 및 상기 후면전극 상에 광 흡수층을 형성하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따른 태양전지는 다수 개의 제 1 요철들이 형성된 면을 포함하는 기판; 상기 제 1 요철들이 형성된 면 상에 배치되는 후면전극; 및 상기 전극 상에 배치되는 광 흡수층을 포함한다.
실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 기판의 일 면에 표면처리를 하고, 표면처리된 면에 후면전극을 형성한다. 즉, 기판의 일 면에는 표면처리에 의해서, 요철이 형성되고, 요철이 형성된 면에 금속 등이 증착되어, 후면전극이 형성된다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 기판과 후면전극 사이의 결합력이 향상되는 태양전지를 제공한다.
특히, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 후면전극과 기판의 결합력을 향상시키기 위한 추가적인 공정 없이, 태양전지를 제조할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 태양전지는 후면전극과 기판의 결합력을 향상시키기 위 해서, 후면전극을 두 개의 층으로 형성할 필요없다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지는 향상된 전기적인 특성을 가지는 후면전극을 포함하고, 향상된 성능을 가진다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 층, 막 또는 전극 등이 각 기판, 층, 막, 또는 전극 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1 내지 도 4는 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 기판(100)의 상면이 표면처리되어, 기판(100)의 상면에 제 1 요철(110)들이 형성된다. 상기 기판(100)은 소다 라임 유리기판(100) 일 수 있으며, 상기 표면처리 공정에 의해서, 상기 기판(100)의 상면의 표면 거칠기가 증가한다.
예를 들어, 상기 기판(100)의 상면의 표면 거칠기(surface roughness)는 약 5.0 내지 20 nm일 수 있다.
상기 기판(100)의 상면은 건식 또는 습식 식각 공정에 의해서 표면처리될 수 있다.
예를 들어, 상기 기판(100)의 상면은 플라즈마에 의해서 일부가 제거되고, 상기 기판(100)의 상면에 제 1 요철(110)들이 형성될 수 있다. 즉, 상기 기판(100)의 상면은 약 0.05 내지 10 W/㎠의 고주파 전력밀도에 의해서 형성된 아르곤 플라즈마에 의해서 식각될 수 있다.
또는, 상기 기판(100)의 상면에 식각 용액이 분사되고, 상기 기판(100)의 상면의 일부가 제거되고, 상기 제 1 요철(110)들이 형성될 수 있다.
상기 식각 용액으로 사용되는 물질의 예로서는 HF 용액, NH4F 용액, P 용액, B 용액 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있으며, 상기 식각 용액의 농도는 약 10 내지 80 mol% 일 수 있다.
이와는 다르게, 상기 기판(100)의 상면은 샌드 블라스트 공정에 의해서 표면처리될 수 있다.
즉, 상기 기판(100)의 상면에 미세한 입자들이 분사되어, 상기 기판(100)의 상면에 상기 제 1 요철(110)들이 형성될 수 있다.
이때, 상기 입자들로 사용되는 물질의 예로서는 ZrO2, Al2O3 및 Y2O3 등을 들 수 있으며, 상기 입자들의 평균 직경은 약 0.05 내지 1 ㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 입자들은 약 2 내지 50 kgf/㎠의 압력으로 분사된다.
도 2를 참조하면, 상기 표면처리된 상면에 후면전극(200)이 형성된다. 상기 후면전극(200)은 몰리브덴 타겟을 사용하여, 스퍼터링 공정에 의해서 형성된다. 상 기 후면전극(200)의 두께(T)는 약 0.3 내지 2.0㎛이다.
상기 후면전극(200)의 하면에는 상기 제 1 요철(110)들에 대응하여, 제 2 요철(210)들이 형성된다. 즉, 상기 후면전극(200)을 형성하는 과정에서, 상기 몰리브덴 타겟으로부터 떨어져 나간 몰리브덴 입자들이 상기 제 1 요철(110)들 사이에 배치되어, 상기 제 2 요철(210)들이 형성된다.
또한, 상기 후면전극(200) 및 상기 기판(100)은 서로 접촉하여 형성된다. 즉, 상기 제 1 요철(110)들 및 상기 제 2 요철(210)들을 서로 맞물리며, 서로 접촉한다.
도 3을 참조하면, 상기 후면전극(200) 상에 광 흡수층(300)이 형성된다. 상기 광 흡수층(300)을 형성하기 위해서, 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정에 의해서, 상기 후면전극(200) 상에 금속 프리커서 막이 형성된다.
이후, 상기 금속 프리커서 막은 셀레이제이션 공정에 의해서, 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(300)이 형성된다.
이와는 다르게, 상기 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 상기 셀레니제이션 공정은 동시에 진행될 수 있다.
이와는 다르게, 구리 타겟 및 인듐 타겟 만을 사용하거나, 구리 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 셀레니제이션 공정에 의해서, CIS계 또는 CIG계 광 흡수층(300)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 금속 프리커서 막을 형성하는 공정 및 셀레니제이션 공정 동안에, 상기 기판(100)에 포함된 나트륨이 상기 후면전극(200)을 통해서, 상기 금속 프리커서 막 및 상기 광 흡수층(300)에 확산된다.
나트륨은 태양전지의 개방전압과 충실도를 높이며, 상기 광 흡수층(300)의 그레인 크기를 향상시키고, 결정성을 향상시킨다.
도 4를 참조하면, 상기 광 흡수층(300) 상에 황화 카드뮴(CdS)을 포함하는 버퍼층(400)이 스퍼터링 공정에 의해서 형성된다.
이후, 상기 버퍼층(400) 상에 징크 옥사이드(ZnO)를 포함하는 고저항 버퍼층(500)이 스퍼터링 공정에 의해서 형성된다.
이후, 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 알루미늄 또는 알루미나로 도핑된 징크 옥사이드를 포함하는 투명전극층(600)이 스퍼터링 공정에 의해서 형성된다.
상기 기판(100)의 상면은 표면처리되기 때문에, 상기 기판(100) 및 상기 후면전극(200) 사이의 결합력은 향상된다.
즉, 상기 기판(100) 및 상기 후면전극(200) 사이의 접촉면적은 상기 제 1 요철(110)들 및 상기 제 2 요철(210)들에 의해서 향상된다.
상기 제 1 요철(110)들 및 상기 제 2 요철(210)들은 서로 접촉하고, 상기 기판(100) 및 상기 후면전극(200) 사이의 결합력은 향상된다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 상기 기판(100) 및 상기 후면전극(200)의 결합력을 향상시키기 위해서, 상기 기판(100)의 상면의 표면처리이외의 추가적인 공정을 필요로 하지 않는다.
특히, 후면전극(200)을 두 개의 층으로 나누어 형성하고, 하나의 층은 기판(100)과의 결합력을 향상시키고, 다른 하나의 층은 전기 전도도를 향상시킬 필요가 없다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 전기 전도도가 향상된 하나의 층의 후면전극(200)을 포함한다. 따라서, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 낮은 비저항을 가지는 후면전극(200)을 포함한다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 향상된 성능을 가지는 태양전지를 제공한다.
또한, 상기 기판(100) 및 상기 후면전극(200) 사이의 접촉면적이 증가됨에 따라서, 상기 기판(100)에 포함된 나트륨이 용이하게 상기 후면전극(200)으로 확산될 수 있다.
따라서, 상기 기판(100)에 포함된 나트륨은 상기 후면전극(200)을 통해서, 상기 광 흡수층(300)에 용이하게 확산될 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 상기 광 흡수층(300)에 많은 양의 나트륨을 확산시킬 수 있고, 이에 따라서, 상기 광 흡수층(300)의 결정성을 향상시키고, 상기 광 흡수층(300)의 그레인의 크기를 증가시킬 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 향상된 성능을 가지는 태양전지를 제공한다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실 시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1 내지 도 4는 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
Claims (8)
- 기판의 일 면을 표면처리하여 표면 거칠기를 향상시키는 단계;상기 표면처리된 면 상에 후면전극을 형성하는 단계; 및상기 후면전극 상에 광 흡수층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 표면처리하는 단계에서,상기 기판의 일 면은 5.0 내지 20 nm의 표면 거칠기를 가지도록 표면처리되는 태양전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 표면처리하는 단계에서,건식 식각, 습식 식각 또는 샌드 블라스트에 의해서, 상기 기판의 일 면이 표면처리되는 태양전지의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 표면처리하는 단계에서,상기 기판의 일 면은 0.05 내지 10 W/㎠의 고주파 전력밀도에 의해서 형성된 아르곤 플라즈마에 의해서 식각되는 태양전지의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 표면처리하는 단계에서,상기 기판의 일 면은 10 내지 80 mol%의 농도를 가지는 HF 용액, NH4F 용액, P 용액, B 용액 또는 이들의 혼합물에 의해서 식각되는 태양전지의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 표면처리 하는 단계에서,상기 기판의 일 면에 0.05 내지 1 ㎛의 평균 직경을 가지는 ZrO2 입자, Al2O3 입자 또는 Y2O3 입자를 분사하는 태양전지의 제조방법.
- 다수 개의 제 1 요철들이 형성된 면을 포함하는 기판;상기 제 1 요철들이 형성된 면 상에 배치되는 후면전극; 및상기 전극 상에 배치되는 광 흡수층을 포함하는 태양전지.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 요철들이 형성된 면의 표면 거칠기는 5.0 내지 20 nm인 태양전지.
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