KR20100055153A - 태양 전지의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대면적의 태양 전지 제조 공정에서 CIGS 화합물층과 전극 사이의 컨택 효율을 향상하는 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 기판 위에 제1 전극을 형성하는 단계, 제1 전극 위에 P층을 형성하는 단계, P층 위에 N층을 형성하는 단계, 그리고 N층 위에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, P층을 형성하는 단계는, 제1 전극 위에 증발 증착법을 통하여 제1층을 형성하는 단계, 제1층 위에 스퍼터링법을 통하여 제2층을 형성하는 단계, 박막 구조물을 포함하는 기판을 고온 열처리하는 단계를 포함한다.
이와 같이, CIGS 화합물로 P층을 형성 시 CIGS 화합물을 증발 증착법을 사용하여 씨드 층을 얇게 형성한 후, 구리/갈륨 합금 및 인듐을 스퍼터링법을 사용하여 증착한 다음, 셀레늄화수소로 고온 열처리를 실시함으로써, 대면적의 태양 전지에서 P층과 전극의 컨택 효율이 향상된다.
태양 전지, CIGS, 증발증착(evaporation), 스퍼터링(sputtering)
Description
본 발명은 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
태양 전지는 태양 빛의 에너지를 전기에너지로 바꾸는 것으로 CO2 배출에 따른 온실 효과를 일으키는 화석 에너지와 방사성 폐기물에 의한 대기 오염 등의 지구 환경을 오염시키는 원자력 에너지 등을 대체할 수 있는 청정 에너지 또는 차세대 에너지로 중요하다.
태양 전지는 기본적으로 P형 반도체와 N형 반도체라고 하는 2종류의 반도체를 사용하여 전기를 일으키며, 광흡수층으로 사용되면 물질에 따라 다양한 종류로 구분된다.
일반적인 태양 전지의 구조는 기판 위에 전면 투명 전도막, PN막, 후면 반사 전극막 순으로 증착된다. 이러한 구조의 태양 전지에 태양광이 입사되면 전자는 N층, 정공은 P층으로 수집되어 전류를 발생하게 된다.
화합물 태양 전지(CIGS)는 유리 기판은 물론 스테인리스, 알루미늄 등 유연한 기판 위에 형성된 전극 위에 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se) 화합 물을 증착하는 방식으로 기존 실리콘 계열 태양 전지와 달리 실리콘을 전혀 사용하지 않으면서도 태양광을 전기로 변환해주는 효율이 높은 것이 특징이다.
여기서, CIGS(Cu, In, Ga, Se) 화합물을 증착할 때, 증발 증착법(evaporation) 또는 스퍼터링법(sputtering)을 실시하는데, 대면적의 태양 전지에는 증발 증착법 보다 스퍼터링법이 유리하지만, 스퍼터링법은 전극과 CIGS 화합물층 사이에 보이드(void)가 발생하여 CIGS 화합물층과 전극의 컨택(contact) 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 대면적의 태양 전지 제조 공정에서 CIGS 화합물층과 전극 사이의 컨택 효율을 향상하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 기판 위에 제1 전극을 형성하는 단계, 제1 전극 위에 P층을 형성하는 단계, P층 위에 N층을 형성하는 단계, 그리고 N층 위에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, P층을 형성하는 단계는, 제1 전극 위에 증발 증착법을 통하여 제1층을 형성하는 단계, 제1층 위에 스퍼터링법을 통하여 제2층을 형성하는 단계, 박막 구조물을 포함하는 기판을 고온 열처리하는 단계를 포함한다.
기판을 고온 열처리하는 단계 이전에 제2층 위에 스퍼터링법을 통하여 제3층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제1층의 두께는 0.1 내지 0.5 ㎛ 일 수 있다.
제1층은 구리, 인듐, 갈륨 및 셀레늄의 화합물로 형성할 수 있다.
제2층은 구리 및 갈륨의 합금으로 형성할 수 있다.
제3층은 인듐으로 형성할 수 있다.
고온 열처리하는 단계는 셀레늄화수소를 사용하여 500 내지 600℃ 에서 실시할 수 있다.
P층의 두께는 1.5㎛ 내지 2.5㎛ 일 수 있다.
제1 전극은 반사 전도성 금속으로 형성할 수 있다.
제2 전극은 투명 전도성 금속으로 형성할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, CIGS 화합물로 P층을 형성 시 CIGS 화합물을 증발 증착법을 사용하여 씨드 층을 얇게 형성한 후, 구리/갈륨 합금 및 인듐을 스퍼터링법을 사용하여 증착한 다음, 셀레늄화수소로 고온 열처리를 실시함으로써, 대면적의 태양 전지에서 P층과 전극의 컨택 효율이 향상된다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는 제1 기판(100) 위에 적층되어 있는 반사 전극(110)을 포함한다. 반사 전극(110)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 같은 반사 전도성 금속으로 형성한다.
반사 전극(110) 위에는 P층(120) 및 N층(130)이 차례로 적층되어 있다. P층(120)은 CIGS(CuInGaSe2) 화합물로 이루어져 있고, N층(130)은 CdS 층으로 이루어져 있다. 여기서, P층(120)이 광 흡수층이 된다.
N층(130) 위에는 투명 전극(210)이 형성되어 있다. 투명 전극(210)은 ZnO, ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 같은 투명한 전도성 금속으로 이루어져 있다. 투명 전극(210)의 상부면은 태양 전지 표면에서의 광반사를 줄여 태양 전지 내부로 흡수되는 유효광량을 증가 시키기 위하여 텍스처(texture)링 될 수 있다.
투명 전극(210) 위에는 제2 기판(200)이 형성되어 있다.
이와 같이, 태양 전지는 태양 전지 내부에 흡수된 태양광에 의해 전자 는 N층(130), 정공은 P층(120)으로 수집되어 전류를 발생하게 된다.
그러면 도 1에 도시한 태양 전지의 제조 방법에 대하여 도 2 내지 도 5를 참고하여 설명한다.
도 2 내지 도 5는 도 1의 태양 전지의 제조 방법을 차례로 도시한 단면도이다.
먼저, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 기판(100) 위에 몰리브덴, 알루미늄 또는 구리 같은 반사 전도성 금속으로 반사 전극(110)을 증착하고, 반사 전극(110) 위에 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se)을 증발 증착하여 제1층(121)을 형성한다. 이 때, 제1층(121)의 두께는 0.1 내지 0.5 ㎛ 로 한다. 이와 같이, 제1층(121)을 증발 증착법으로 형성하여 제1층(121)이 반사 전극(110)에 보이드(void) 없이 컨택(contact)되게 한다.
이어서, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1층(121) 위에 구리, 갈륨의 합금을 스퍼터링하여 0.1 내지 0.3 ㎛의 두께로 제2층(122)을 형성한다.
이어서, 도 4에 도시한 바와 같이, 제2층(122) 위에 인듐을 스퍼터링하여 0.1 내지 0.4 ㎛의 두께로 제3층(123)을 형성한다. 그 다음, 제3층(123) 전면에 셀레늄화수소(H2Se)로 500 내지 600 ℃에서 고온 열처리를 실시한다.
셀레늄화수소(H2Se)로 고온 열처리를 실시하면, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1층(121), 제2층(122), 제3층(123)에 셀레늄이 혼합되어 P층(120)이 형성된다. P층(120)의 두께는 1.5㎛ 내지 2.5㎛일 수 있고, 특히 2 ㎛에서 태양 전지의 효율 이 가장 좋을 수 있다.
그 다음, 도 1에 도시한 바와 같이, CdS를 증착하여 N층(130)을 형성하고, N층(130) 위에 투명 전극(210)을 형성한다. 투명 전극(210)은 ZnO, ITO 또는 IZO 같은 투명한 전도성 금속을 사용하여 형성한다. 이 때, 투명 전극(210)의 상부면을 에칭하여 요철을 형성하는 텍스처링을 할 수 있다. 텍스처링을 실시하는 이유는 태양 전지 표면에서의 광반사를 줄여 태양 전지 내부로 흡수되는 유효광량을 증가 시키기 위함이다.
그 후에, 투명 전극(210) 위에 제2 기판(200)을 형성한다.
이와 같이, CIGS 화합물로 P층(120)을 형성 시 CIGS 화합물을 증발 증착법을 사용하여 제1층(121)을 얇게 형성한 후, 구리/갈륨 합금 및 인듐을 스퍼터링법을 사용하여 증착한 다음, 셀레늄화수소(H2Se)로 고온 열처리를 실시함으로써, 대면적의 태양 전지에서 P층(120)과 반사 전극(110)의 컨택 효율이 향상된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지를 나타내는 단면도이다.
도 2 내지 도 5은 도 1의 태양 전지의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 반사 전극 120: P층
121: 제1층 122: 제2층
123: 제3층 130: N층
210: 투명 전극
Claims (12)
- 기판 위에 제1 전극을 형성하는 단계,상기 제1 전극 위에 P층을 형성하는 단계,상기 P층 위에 N층을 형성하는 단계, 그리고상기 N층 위에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고,상기 P층을 형성하는 단계는,상기 제1 전극 위에 증발 증착법을 통하여 제1층을 형성하는 단계,상기 제1층 위에 스퍼터링법을 통하여 제2층을 형성하는 단계,박막 구조물을 포함하는 상기 기판을 고온 열처리하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제1항에서,상기 기판을 고온 열처리하는 단계 이전에 상기 제2층 위에 스퍼터링법을 통하여 제3층을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제2항에서,상기 제1층의 두께는 0.1 내지 0.5 ㎛ 인 태양 전지의 제조 방법.
- 제3항에서,상기 제1층은 구리, 인듐, 갈륨 및 셀레늄의 화합물로 형성하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제4항에서,상기 제2층은 구리 및 갈륨의 합금으로 형성하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제5항에서,상기 제3층은 인듐으로 형성하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제6항에서,상기 고온 열처리하는 단계는 셀레늄화수소를 사용하여 500 내지 600℃ 에서 실시하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제1항에서,상기 제1층의 두께는 0.1 내지 0.5 ㎛ 인 태양 전지의 제조 방법.
- 제8항에서,상기 제1층은 구리, 인듐, 갈륨 및 셀레늄의 화합물로 형성하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제1항에서,상기 P층의 두께는 1.5㎛ 내지 2.5㎛인 태양 전지의 제조 방법.
- 제1항에서,상기 제1 전극은 반사 전도성 금속으로 형성하는 태양 전지의 제조 방법.
- 제1항에서,상기 제2 전극은 투명 전도성 금속으로 형성하는 태양 전지의 제조 방법.
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| CN104051571A (zh) * | 2014-06-09 | 2014-09-17 | 山东力诺太阳能电力股份有限公司 | 一种晶体硅太阳能电池的加工方法 |
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