KR20100080304A - 박막형 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판; 상기 기판 위에서 소정 간격으로 이격 형성되는 전면전극; 상기 전면전극 위에서 콘택부 또는 분리부를 사이에 두고 이격되는 반도체층; 및 상기 콘택부를 통해 상기 전면전극과 연결되며, 상기 분리부를 사이에 두고 이격되는 후면전극을 포함하여 이루어지며, 이때, 광투과영역을 증진시키기 위해서 소정 부분에 광투과부가 구비되도록 상기 후면전극이 패턴 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서,
본 발명에 따른 박막형 태양전지는 후면전극 내에 광투과부를 패턴 형성하기 때문에 상기 광투과부를 통해 태양광이 투과될 수 있어, 종래의 박막형 태양전지에 비하여 광투과영역이 증가되어 유리창 대용으로 사용하기에 충분한 가시권을 확보할 수 있다.
박막형 태양전지, 광투과, 가시권

Description

박막형 태양전지 및 그 제조방법{Thin film type Solar Cell, and Method for manufacturing the same}
본 발명은 박막형 태양전지(Solar Cell)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 건축물의 유리창 대용으로 사용가능하도록 넓은 광투과영역이 확보된 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 있 다.
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 있으며, 광투과영역 확보가 어려워 건축물의 유리창 대용으로 사용하기 어렵다.
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 적합하며, 광투과영역 확보가 상대적으로 용이하여 건축물의 유리창 대용으로 사용할 수 있다.
이하, 도면을 참조로 종래의 박막형 태양전지에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 박막형 태양전지의 개략적인 사시도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 종래의 박막형 태양전지는 기판(10) 상에 소정 간격으로 전면전극(20)이 형성되어 있고, 상기 전면전극(20) 위에 반도체층(30) 및 투명도전층(40)이 차례로 형성되어 있다. 상기 반도체층(30) 및 투명도전층(40) 각각에는 콘택부(35) 및 분리부(55)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 투명도전층(40) 위에 후면전극(50)이 형성되어 있는데, 상기 후면전극(50)은 상기 콘택부(35)를 통해 상기 전면전극(20)과 전기적으로 연결되어 있고, 상기 분리부(55)에 의해 소정 간 격으로 이격 형성되어 있다.
이와 같은 종래의 박막형 태양전지를 건축물의 유리창 대용으로 사용함에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 건축물의 유리창은 가시권이 보장되어야 하므로, 건축물의 유리창 대용으로 박막형 태양전지를 사용하기 위해서는 어느 정도의 광투과영역을 확보하여야 한다. 그런데, 상기 전면전극(20)은 투명금속을 이용하지만 상기 후면전극(50)은 불투명금속을 이용하기 때문에, 종래의 박막형 태양전지에서 광투과영역은 상기 후면전극(50)들 사이의 영역인 분리부(55)에 한정된다. 따라서, 종래의 경우 광투과영역이 매우 한정되어 가시권이 보장되지 않는 문제점이 있다.
둘째, 광투과영역을 증가시키기 위해서 상기 후면전극(50)들 사이의 영역인 분리부(55)의 폭을 증가시킬 수 있지만, 이 경우에는 전지효율이 저하되는 문제점과 공정시간이 오래 걸리는 문제점이 있다. 즉, 상기 분리부(55)의 폭을 증가시키게 되면, 그 만큼 전력생산을 위한 유효영역이 감소하게 되어 전지효율이 저하되게 되며, 또한, 상기 분리부(55)는 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 형성하므로 분리부(55)의 폭을 증가시키기 위해서는 레이저 스크라이빙 공정을 여러번 수행해야 하고, 그에 따라 공정시간이 오래 걸리게 된다.
본 발명은 전술한 종래의 박막형 태양전지의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서,
본 발명은 전지효율이 저하되지 않고 공정시간이 오래 걸리지도 않으면서 넓은 광투과영역을 확보할 수 있어 건축물의 유리창 대용으로 용이하게 사용할 수 있는 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 기판; 상기 기판 위에서 소정 간격으로 이격 형성되는 전면전극; 상기 전면전극 위에서 콘택부 또는 분리부를 사이에 두고 이격되는 반도체층; 및 상기 콘택부를 통해 상기 전면전극과 연결되며, 상기 분리부를 사이에 두고 이격되는 후면전극을 포함하여 이루어지며, 이때, 광투과영역을 증진시키기 위해서 소정 부분에 광투과부가 구비되도록 상기 후면전극이 패턴 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지를 제공한다.
상기 광투과부에는 상기 반도체층이 노출되어 있을 수 있고, 상기 노출되어 있는 반도체층이 제거되어 상기 광투과부에는 상기 전면전극이 노출되어 있을 수 있다.
상기 반도체층 위에 투명도전층이 추가로 형성되어 있고, 상기 광투과부에는 상기 투명도전층이 노출되어 있을 수 있고, 상기 노출되어 있는 투명도전층이 제거되어 상기 광투과부에는 상기 반도체층이 노출되어 있을 수 있고, 상기 노출되어 있는 반도체층이 제거되어 상기 광투과부에는 상기 전면전극이 노출되어 있을 수 있다.
상기 광투과부는 직선형 패턴, 곡선형 패턴, 문자 패턴, 또는 기호 패턴으로 이루어질 수 있다.
상기 반도체층은 제1반도체층, 버퍼층, 및 제2반도체층이 순서대로 적층되어 형성될 수 있다.
본 발명은 기판 위에 소정 간격으로 이격되는 전면전극을 형성하는 공정; 상기 전면전극을 포함한 기판 전면에 반도체층을 형성하는 공정; 상기 반도체층의 소정영역을 제거하여 콘택부 및 분리부를 형성하는 공정; 및 상기 콘택부를 통해 상기 전면전극과 연결되고, 상기 분리부를 사이에 두고 이격 형성되며, 그 내부에 광투과영역을 증진시키기 위한 광투과부가 구비되도록 후면전극을 패턴형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 광투과부에 상기 전면전극이 노출될 수 있도록 상기 광투과부에 형성된 반도체층을 제거하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
상기 반도체층 형성공정 이후에 상기 반도체층 상에 투명도전층을 형성하는 공정을 추가로 포함하고, 상기 콘택부 및 분리부 형성공정시 상기 반도체층과 상기 투명도전층의 소정영역을 함께 제거할 수 있고, 이때, 상기 광투과부에 상기 반도체층이 노출될 수 있도록 상기 광투과부에 형성된 투명도전층을 제거하는 공정을 추가로 포함할 수 있고, 또는, 상기 광투과부에 상기 전면전극이 노출될 수 있도록 상기 광투과부에 형성된 투명도전층 및 반도체층을 제거하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
상기 광투과부에 형성된 투명도전층 또는 반도체층을 제거하는 공정은 건식 식각 공정을 이용하여 수행할 수 있고, 이때, 상기 광투과부에 형성된 투명도전층을 건식 식각 공정을 이용하여 제거하는 공정은, CH4, C2H6, BCl3, Cl2, Ar, 및 H2 중에서 적어도 하나의 가스를 이용하여 수행할 수 있고, 상기 광투과부에 형성된 반도체층을 건식 식각 공정을 이용하여 제거하는 공정은, 플루오르계 가스, 염소계 가스, 또는 플루오르계 가스와 염소계 가스의 혼합가스를 이용하여 수행할 수 있다.
상기 콘택부 및 분리부는 동시에 형성할 수 있다.
본 발명은 또한, 기판 위에 소정 간격으로 이격되는 전면전극을 형성하는 공정; 상기 전면전극을 포함한 기판 전면에 반도체층을 형성하는 공정; 상기 반도체층의 소정영역을 제거하여 콘택부를 형성하는 공정; 상기 콘택부를 통해 상기 전면전극과 연결되고, 분리부를 사이에 두고 이격 형성되며, 그 내부에 광투과영역을 증진시키기 위한 광투과부가 구비되도록 후면전극을 패턴형성하는 공정; 및 상기 후면전극을 마스크로 하여, 상기 광투과부 내의 반도체층을 건식식각 공정으로 제거함과 더불어 상기 분리부 내의 반도체층을 건식식각 공정으로 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 반도체층 형성공정 이후에 상기 반도체층 상에 투명도전층을 형성하는 공정을 추가로 포함하고, 상기 콘택부 형성공정시 상기 반도체층 및 상기 투명도전층의 소정영역을 함께 제거하고, 상기 광투과부 및 상기 분리부 내의 반도체층을 건식식각공정으로 제거하는 공정시 상기 투명도전층의 소정영역도 함께 제거할 수 있다.
상기 후면전극은 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 그라비아 오프셋 프린팅, 리버스 오프셋 프린팅, 플렉소 프린팅, 또는 마이크로 콘택 프린팅 방법을 이용하여 소정 패턴으로 형성할 수 있다.
상기 반도체층을 형성하는 공정은 제1반도체층, 버퍼층, 및 제2반도체층을 순서대로 적층하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명에 따른 박막형 태양전지는 후면전극 내에 광투과부를 패턴 형성하기 때문에 상기 광투과부를 통해 태양광이 투과될 수 있어, 종래의 박막형 태양전지에 비하여 광투과영역이 증가되어 유리창 대용으로 사용하기에 충분한 가시권을 확보할 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 박막형 태양전지는 다양한 인쇄방법을 이용하여 후면전극을 패턴 형성하기 때문에 종래의 레이저 스크라이빙 공정을 통해 패턴형성하는 경우에 비하여 공정이 단순화되고 기판이 오염될 우려가 줄어들게 된다. 또한, 인쇄방법을 이용하여 후면전극을 패턴 형성하기 때문에 광투과부의 전체 면적을 용이하게 조절할 수 있어 태양전지의 광투과영역을 원하는 범위로 용이하게 설정할 수 있게 되어 필요에 따라 가시 영역을 적절히 변경할 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 박막형 태양전지는 상기 광투과부에 노출되는 투명도전층과 반도체층을 제거하여 상기 광투과부에 전면전극이 노출되도록 함으로써 기판 하부에서 입사되는 태양광이 상기 광투과부를 통해 투과될 때 기판과 전면전극 만을 경유하게 되어 광의 투과율이 증진될 수 있다. 또한, 상기 광투과부에 노출되는 투명도전층과 반도체층을 적절한 식각가스를 이용하여 건식식각함으로써 투명도전층과 반도체층을 용이하게 제거할 수 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
<박막형 태양전지>
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 사시도이고, 도 3a는 도 2의 A-A라인의 단면도이고, 도 3b는 도 2의 B-B라인의 단면도이고, 도 3c는 도 2의 C-C라인의 단면도이다.
도 2, 및 도 3a 내지 도 3c에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지는, 기판(100), 전면전극(200), 반도체층(300), 투명도전층(400), 및 후면전극(500)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판(100)은 유리 또는 투명한 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
상기 전면전극(200)은 상기 기판(100) 상에서 소정 간격으로 이격 형성되며, ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전 물질로 이루어질 수 있다. 상기 전면전극(200)은 태양광이 입사되는 면이기 때문에 입사되는 태양광이 태양전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 하는 것이 중요하며, 이를 위해서 상기 전면전극(200)은 요철구조로 형성될 수 있다. 상기 전면전극(200)이 요철구조로 형성될 경우 입사되는 태양광이 태양전지 외부로 반사되는 비율은 감소하게 되며, 그와 더불어 입사되는 태양광의 산란에 의해 태양전지 내부로 태양광이 흡수되는 비율은 증가하게 되어, 태양전지의 효율이 증진되는 효과가 있다.
상기 반도체층(300)은 상기 전면전극(200) 위에서 콘택부(350) 또는 분리부(550)를 사이에 두고 이격 형성된다. 상기 반도체층(300)은 실리콘계 반도체물질로 이루어질 수 있으며, P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성될 수 있다. 이와 같이 상기 반도체층(300)이 PIN구조로 형성되면, 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)이 PIN구조로 형성될 경우에는 상기 전면전극(200) 상부에 P형 반도체층을 형성하고 이어서 I형 반도체층 및 N형 반도체층을 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.
한편, 상기 반도체층(300)은 도 2의 확대도에서 알 수 있듯이, 제1반도체 층(310), 버퍼층(320), 및 제2반도체층(330)이 순서대로 적층되어 소위 탠덤(tandem)구조로 형성될 수 있다.
상기 제1반도체층(310) 및 제2반도체층(330)은 모두 P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성된다.
상기 제1반도체층(310)은 PIN구조의 비정질 반도체물질로 이루어지고, 상기 제2반도체층(330)은 PIN구조의 미세결정질 반도체물질로 이루어질 수 있다.
상기 비정질 반도체물질은 단파장의 광을 잘 흡수하고 상기 미세결정질 반도체물질은 장파장의 광을 잘 흡수하는 특성이 있기 때문에, 비정질 반도체물질과 미세결정질 반도체물질을 조합할 경우 광흡수효율이 증진될 수 있다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 제1반도체층(310)으로서 비정질반도체/게르마늄, 미세결정질 반도체 물질 등 다양하게 변경 이용할 수 있고, 상기 제2반도체층(330)으로서 비정질 반도체물질, 비정질반도체/게르마늄 등 다양하게 변경 이용할 수 있다.
상기 버퍼층(320)은 상기 제1반도체층(310) 및 제2반도체층(330)의 사이에서 터널접합을 통해 정공 및 전자의 이동을 원활히 하는 역할을 하는 것으로서, ZnO와 같은 투명한 물질로 이루어진다.
또한, 상기 반도체층(300)은 탠덤(tandem)구조 이외에, 제1반도체층, 제2반도체층, 제3반도체층, 및 각각의 반도체층 사이에 형성된 버퍼층을 포함하는 트리플(triple) 구조로 형성될 수도 있다.
상기 투명도전층(400)은 상기 반도체층(300) 위에서 상기 반도체층(300)과 동일한 패턴으로 형성된다. 즉, 상기 투명도전층(400)도 콘택부(350) 또는 분리부(550)를 사이에 두고 이격 형성된다. 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(500)에서 반사되어 상기 반도체층(300)으로 재입사되는 광의 비율이 증가될 수 있기 때문이다.
상기 콘택부(350)와 분리부(550)는 상기 반도체층(300) 및 투명도전층(400)의 소정영역이 제거되어 형성되며, 서로 이격되면서 반복 형성된다.
상기 후면전극(500)은 상기 콘택부(350)를 통해 상기 전면전극(200)과 연결되며, 상기 분리부(550)를 사이에 두고 이격 형성된다. 상기 후면전극(500)은 Ag, Al, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu 등과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 후면전극(500)은 소정 부분에 광투과부(570)가 구비되도록 패턴 형성되어 있다. 상기 광투과부(570)는 상기 후면전극(500)을 구성하는 금속이 형성되지 않은 영역이다. 따라서, 상기 광투과부(570)에는 상기 투명도전층(400)이 노출되어 있고, 상기 노출된 투명도전층(400) 아래에는 태양광이 투과할 수 있는 반도체층(300), 전면전극(200) 및 기판(100)이 순서대로 형성되어 있다. 결국, 기판(100) 하부에서 입사되는 태양광은 상기 광투과부(570)를 통해 투과될 수 있기 때문에 태양전지의 광투과영역이 증진되게 된다. 여기서, 만약 상기 반도체층(300) 상에 투 명도전층(400)이 형성되지 않고 생략된 경우에는, 상기 광투과부(570)에는 반도체층(300)이 노출되게 될 것이다.
상기 광투과부(570)는 도 2와 같이 직선형 패턴으로 형성될 수도 있지만, 그에 한정되지 않고, 상기 후면전극(500) 내에서 다양한 패턴으로 형성될 수 있다. 도 4a 및 도 4b는 상기 광투과부(570)의 다양한 패턴을 보여주기 위한 도면으로서 이는 도 2의 평면도에 해당한다. 상기 광투과부(570)는 도 4a와 같이 곡선형 패턴으로 형성될 수도 있고, 도 4b와 같이 문자 패턴으로 형성될 수도 있다. 또한, 도시하지는 않았지만, 상기 광투과부(570)는 기호 패턴으로 형성될 수도 있으며, 필요에 따라 다양하게 변경하여 형성될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지는, 상기 분리부(550)와 더불어 상기 광투과부(570)를 통해 태양광이 투과될 수 있기 때문에 광투과영역이 종래에 비하여 증가되어 유리창 대용으로 적용하기에 충분한 가시권을 확보할 수 있게 된다. 특히, 상기 광투과부(570)의 전체 면적을 조절하여 태양전지의 광투과영역을 설정할 수 있기 때문에, 필요에 따라 가시 영역을 적절히 변경할 수 있게 된다. 또한, 상기 광투과부(570)를 문자 패턴 또는 기호 패턴으로 형성함으로써 필요에 따라 광고효과도 구현할 수 있게 된다.　
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 사시도이고, 도 6a는 도 5의 A-A라인의 단면도이고, 도 6b는 도 5의 B-B라인의 단면도이고, 도 6c는 도 5의 C-C라인의 단면도이다. 도 5에 따른 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지는, 전술한 도 2에 따른 박막형 태양전지에서 광투과부(570) 내에 노출된 투명도전층(400) 및 그 하부의 반도체층(300)을 제거함으로써 광투과율을 더욱 증진시킨 것이다. 상기 광투과부(570) 내에서의 구성을 제외하고 다른 구성은 전술한 도 2에 따른 박막형 태양전지와 동일하며, 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 5 및 도 6a 내지 도 6c에서 알 수 있듯이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지는, 상기 후면전극(500) 내에 광투과부(570)가 구비되어 있고, 상기 광투과부(570)에는 전면전극(200)이 노출되어 있다. 따라서, 기판(100) 하부에서 입사되는 태양광이 상기 광투과부(570)를 통해 투과될 때, 태양광이 상기 기판(100)과 전면전극(200) 만을 경유하기 때문에 전술한 도 2에 따른 박막형 태양전지에 비하여 광의 투과율이 증진될 수 있게 된다.
한편, 도 5에는 광투과부(570) 내의 투명도전층(400) 및 그 하부의 반도체층(300)이 함께 제거되어 상기 광투과부(570)에 전면전극(200)이 노출된 모습을 도시하였는데, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 광투과부(570) 내의 투명도전층(400) 만이 제거되어 상기 광투과부(570)에 반도체층(300)이 노출되도록 형성할 수 있다.
<박막형 태양전지 제조방법>
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양 전지의 제조공정을 도시한 사시도로서, 이는 전술한 도 2에 따른 박막형 태양전지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
우선, 도 7a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 위에 소정 간격으로 이격되는 전 면전극(200)을 형성한다.
상기 전면전극(200)을 형성하는 공정은 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 기판(100) 전면에 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질층을 형성한 후 레이저 스크라이빙법을 이용하여 상기 도전물질층의 소정영역을 제거하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 전면전극(200)은 태양광이 입사되는 면이기 때문에 입사되는 태양광이 태양전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 하기 위해서 텍스처(texturing) 가공공정을 통해 요철구조로 형성할 수 있다. 상기 텍스처 가공공정이란 물질 표면을 울퉁불퉁한 요철구조로 형성하여 마치 직물의 표면과 같은 형상으로 가공하는 공정으로서, 포토리소그라피법(photolithography)을 이용한 식각공정, 화학용액을 이용한 이방성 식각공정(anisotropic etching), 또는 기계적 스크라이빙(mechanical scribing)을 이용한 홈 형성 공정 등을 통해 수행할 수 있다.
다음, 도 7b에서 알 수 있듯이, 상기 기판(100) 전면에 반도체층(300) 및 투명도전층(400)을 차례로 형성한다.
상기 반도체층(300)은 실리콘계 반도체물질을 플라즈마 CVD법 등을 이용하여 PIN구조로 형성할 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 전술한 도 2의 확대도에서와 같이, 제1반도체층(310), 버퍼층(320), 및 제2반도체층(330)을 순서대로 적층하여 소위 탠 덤(tandem)구조로 반도체층(300)을 형성할 수 있다.
상기 투명도전층(400)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(400)은 생략할 수 있다.
다음, 도 7c에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(300) 및 투명도전층(400)의 소정영역을 제거하여 콘택부(350) 및 분리부(550)를 형성한다.
상기 콘택부(350) 및 분리부(550)를 형성하는 공정은 레이저 스크라이빙법을 이용하여 수행할 수 있다. 상기 콘택부(350)를 먼저 형성하고 상기 분리부(550)를 나중에 형성할 수도 있고, 상기 분리부(550)를 먼저 형성하고 상기 콘택부(350)를 나중에 형성할 수도 있으며, 상기 콘택부(350)와 분리부(550)를 동시에 형성할 수도 있다.
특히, 1회의 레이저 빔을 조사하여 상기 콘택부(350)와 분리부(550)를 동시에 형성할 수 있는데, 이에 대해서 도 8를 참조로 설명하면 하기와 같다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 스크라이빙 장비의 개략적인 모식도로서, 도 8에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 레이저 스크라이빙 장비는 레이저 발진기(600), 제1미러(610), 제2미러(630), 제1렌즈(650), 및 제2렌즈(670)로 이루어진다. 상기 레이저 발진기(600)에서 레이저 빔이 방출되면, 방출된 레이저 빔이 상기 제1미러(610)로 입사된다. 이때, 상기 제1미러(610)는 입사되는 레이저 빔의 일부, 바람직하게는 절반은 통과시키고 입사되는 레이저 빔의 나머지는 반사시킨다. 따라서, 상기 제1미러(610)에서 통과된 레이저 빔은 상기 제1렌즈(650)를 통해 대상물에 조사되고, 상기 제1미러(610)에서 반사된 레이저 빔은 상기 제2미러(630)를 거쳐 상기 제2렌즈(670)를 통해 대상물에 조사된다. 이때, 상기 제2미러(630)는 입사되는 레이저 빔의 전부를 반사시킨다.
결국, 상기 1개의 레이저 발진기(600)에서 방출된 레이저 빔은 2개로 분할되어 조사되기 때문에, 이와 같이 2개로 분할된 레이저 빔에 의해 상기 콘택부(350) 및 분리부(550)를 동시에 형성할 수 있게 된다.
다음, 도 7d에서 알 수 있듯이, 후면전극(500)을 패턴 형성하여 전술한 도 2에 따른 박막형 태양전지를 완성한다.
상기 후면전극(500)은 상기 콘택부(350)를 통해 상기 전면전극(200)과 연결되고, 상기 분리부(550)를 사이에 두고 서로 이격되며, 그 내부에는 광투과영역을 증진시키기 위해서 광투과부(570)가 구비되도록 패턴형성된다.
이와 같은 패턴의 후면전극(500)은 인쇄법을 이용하여 한 번의 공정으로 형성할 수 있다. 즉, 상기 후면전극(500)은 Ag, Al, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu 등과 같은 금속 페이스트(Paste)를 이용하여 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 그라비아 프린팅(gravure printing), 그라비아 오프셋 프린팅(gravure offset printing), 리버스 오프셋 프린팅(reverse offset printing, 플렉소 프린팅(flexo printing), 또는 마이크로 콘택 프린팅(microcontact printing)공정으로 패턴 형성할 수 있다.
이와 같이, 인쇄법을 이용하여 후면전극(500)을 패턴 형성할 경우 공정이 단순해지고 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 패턴 형성하는 경우에 비하여 기판이 오염될 우려가 줄어들고 기판의 오염 방지를 위한 세정공정 또한 줄어들게 된다.
도 9a 내지 도 9e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양 전지의 제조공정을 도시한 사시도로서, 이는 전술한 도 5에 따른 박막형 태양전지를 제조하는 방법에 관한 것이다. 전술한 실시예를 통해 제조된 박막형 태양전지는 상기 광투과부(570)에 투명도전층(400)이 노출되게 되므로(만약, 투명도전층(400)을 형성하지 않은 경우에는 반도체층(300)이 노출됨), 본 실시예는 상기 광투과부(570)에 노출되는 투명도전층(400)과 반도체층(300)을 추가로 제거함으로써 광투과율이 증진된 박막형 태양전지를 얻을 수 있도록 한 것이다. 이하, 전술한 실시예와 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.　
우선, 도 9a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 위에 소정 간격으로 이격되는 전면전극(200)을 형성한다.
다음, 도 9b에서 알 수 있듯이, 상기 기판(100) 전면에 반도체층(300) 및 투명도전층(400)을 차례로 형성한다. 상기 투명도전층(400)은 생략할 수 있다.
다음, 도 9c에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(300) 및 투명도전층(400)의 소정영역을 제거하여 콘택부(350) 및 분리부(550)를 형성한다.
다음, 도 9d에서 알 수 있듯이, 상기 콘택부(350)를 통해 상기 전면전극(200)과 연결되고, 상기 분리부(550)를 사이에 두고 서로 이격되며, 그 내부에는 광투과영역을 증진시키기 위해서 광투과부(570)가 구비되도록 후면전극(500)을 패턴형성된다.
다음, 도 9e에서 알 수 있듯이, 상기 광투과부(570) 내에 노출된 투명도전 층(400) 및 그 하부의 반도체층(300)을 제거하여 전술한 도 5에 따른 박막형 태양전지를 완성한다.
상기 광투과부(570)에 노출된 투명도전층(400) 및 반도체층(300)을 제거하는 공정은 건식 식각 공정을 이용하여 수행할 수 있는데, 식각 가스를 조절하여 상기 투명도전층(400)과 반도체층(300)을 동시에 제거할 수도 있고, 식각 가스를 두번에 걸처 공급함으로써 상기 투명도전층(400)을 먼저 제거한 후, 그 후에 반도체층(300)을 제거할 수도 있다.
상기 투명도전층(400)을 제거하기 위한 식각 가스로는 CH4, C2H6, BCl3, Cl2, Ar, 및 H2 중에서 적어도 하나의 가스를 이용할 수 있다.
상기 반도체층(300)을 제거하기 위한 식각 가스로는, 플루오르계 가스, 염소계 가스, 또는 플루오르계 가스와 염소계 가스의 혼합가스를 이용할 수 있다. 이때, 상기 플루오르계 가스는 C2F6, SF6, CF4, 및 C4F8 중 적어도 하나의 가스를 이용할 수 있고, 상기 염소계 가스는 Cl2, BCl3, 및 SiCl4 중 적어도 하나의 가스를 이용할 수 있다.
이와 같이, 건식식각 공정을 통해 상기 투명도전층(400) 및 반도체층(300)을 제거한 후에는 대략 80 ~ 150℃ 범위의 오븐에서 건조하는 공정을 수행할 수 있지만, 상기 건조공정을 생략할 수도 있다.
한편, 도 9e에 따른 공정에서는 상기 광투과부(570) 내의 투명도전층(400) 및 그 하부의 반도체층(300)을 함께 제거하여 상기 광투과부(570)에 전면전극(200) 이 노출되도록 하는 모습에 대해서 도시하였는데, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 광투과부(570) 내의 투명도전층(400) 만을 제거함으로써 상기 광투과부(570)에 반도체층(300)이 노출되도록 하는 것도 가능하다.
또한, 전술한 도 9b공정에서 투명도전층(400)을 형성하지 않고 생략한 경우에는, 도 9d공정을 완료한 경우 상기 광투과부(570)에는 반도체층(300)이 노출되어 있게 되고, 따라서 도 9e공정에서는 상기 광투과부(570)에 노출된 반도체층(300)을 제거함으로써 상기 광투과부(570)에 전면전극(200)이 노출되도록 할 수 있다.
도 10a 내지 도 10e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양 전지의 제조공정을 도시한 사시도로서, 이는 전술한 도 5에 따른 박막형 태양전지의 제조공정에 관한 것이다. 이하, 전술한 실시예와 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.　
우선, 도 10a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 위에 소정 간격으로 이격되는 전면전극(200)을 형성한다.
다음, 도 10b에서 알 수 있듯이, 상기 기판(100) 전면에 반도체층(300) 및 투명도전층(400)을 차례로 형성한다. 상기 투명도전층(400)은 생략이 가능하다.
다음, 도 10c에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(300) 및 투명도전층(400)의 소정영역을 제거하여 콘택부(350)를 형성한다. 상기 콘택부(350)를 형성하는 공정은 레이저 스크라이빙법을 이용하여 수행할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 반도체층(300) 및 투명도전층(400)에 콘택부(350)를 형성하는 공정시 분리부(도 9c의 도면부호 550 참 조)를 형성하지 않는다. 따라서, 분리부(550) 형성공정이 생략됨으로써, 레이저 스크라이빙 장비를 줄일 수 있고 공정이 단순화되는 장점이 있다.
다음, 도 10d에서 알 수 있듯이, 후면전극(500)을 패턴 형성한다.　
상기 후면전극(500)은 상기 콘택부(350)를 통해 상기 전면전극(200)과 연결되고, 분리부(550)를 사이에 두고 서로 이격되며, 그 내부에는 광투과영역을 증진시키기 위해서 광투과부(570)가 구비되도록 패턴형성된다.
다음, 도 10e에서 알 수 있듯이, 상기 후면전극(500)을 마스크로 이용하여, 상기 광투과부(570) 내의 투명도전층(400) 및 그 하부의 반도체층(300)을 제거한다. 그리하면, 상기 광투과부(570) 내에 상기 전면전극(200)이 노출되게 된다. 또한, 상기 후면전극(500)을 마스크로 이용하기 때문에, 상기 광투과부(570) 내의 투명도전층(400) 및 그 하부의 반도체층(300) 뿐만아니라, 상기 분리부(550) 내의 투명도전층(400) 및 그 하부의 반도체층(300)도 함께 제거된다. 따라서, 도 5에 따른 박막형 태양전지가 완성된다. 상기 투명도전층(400) 및 그 하부의 반도체층(300)의 제거공정은 전술한 건식식각공정을 이용한다.
도 1은 종래의 박막형 태양전지의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 사시도이다.
도 3a는 도 2의 A-A라인의 단면도이고, 도 3b는 도 2의 B-B라인의 단면도이고, 도 3c는 도 2의 C-C라인의 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 광투과부의 다양한 패턴을 보여주기 위한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 사시도이다.
도 6a는 도 5의 A-A라인의 단면도이고, 도 6b는 도 5의 B-B라인의 단면도이고, 도 6c는 도 5의 C-C라인의 단면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양 전지의 제조공정을 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 스크라이빙 장비의 개략적인 모식도이다.
도 9a 내지 도 9e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양 전지의 제조공정을 도시한 사시도이다.
도 10a 내지 도 10e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양 전지의 제조공정을 도시한 사시도이다.
<도면의 주요부의 부호에 대한 설명>
100: 기판 200: 전면전극 300: 반도체층
350: 콘택부 400: 투명도전층 500: 후면전극
550: 분리부 570: 광투과부

Claims (21)

  1. 기판;
    상기 기판 위에서 소정 간격으로 이격 형성되는 전면전극;
    상기 전면전극 위에서 콘택부 또는 분리부를 사이에 두고 이격되는 반도체층; 및
    상기 콘택부를 통해 상기 전면전극과 연결되며, 상기 분리부를 사이에 두고 이격되는 후면전극을 포함하여 이루어지며,
    이때, 광투과영역을 증진시키기 위해서 소정 부분에 광투과부가 구비되도록 상기 후면전극이 패턴 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광투과부에는 상기 반도체층이 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 노출되어 있는 반도체층이 제거되어, 상기 광투과부에는 상기 전면전극이 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층 위에 투명도전층이 추가로 형성되어 있고, 상기 광투과부에는 상기 투명도전층이 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 노출되어 있는 투명도전층이 제거되어, 상기 광투과부에는 상기 반도체층이 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 노출되어 있는 반도체층이 제거되어, 상기 광투과부에는 상기 전면전극이 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광투과부는 직선형 패턴, 곡선형 패턴, 문자 패턴, 또는 기호 패턴으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층은 제1반도체층, 버퍼층, 및 제2반도체층이 순서대로 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  9. 기판 위에 소정 간격으로 이격되는 전면전극을 형성하는 공정;
    상기 전면전극을 포함한 기판 전면에 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 반도체층의 소정영역을 제거하여 콘택부 및 분리부를 형성하는 공정; 및
    상기 콘택부를 통해 상기 전면전극과 연결되고, 상기 분리부를 사이에 두고 이격 형성되며, 그 내부에 광투과영역을 증진시키기 위한 광투과부가 구비되도록 후면전극을 패턴형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광투과부에 상기 전면전극이 노출될 수 있도록 상기 광투과부에 형성된 반도체층을 제거하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 반도체층 형성공정 이후에 상기 반도체층 상에 투명도전층을 형성하는 공정을 추가로 포함하고, 상기 콘택부 및 분리부 형성공정시 상기 반도체층과 상기 투명도전층의 소정영역을 함께 제거하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광투과부에 상기 반도체층이 노출될 수 있도록 상기 광투과부에 형성된 투명도전층을 제거하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 광투과부에 상기 전면전극이 노출될 수 있도록 상기 광투과부에 형성된 투명도전층 및 반도체층을 제거하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  14. 제10항, 제12항 및 제13항 중 한 항에 있어서,
    상기 광투과부에 형성된 투명도전층 또는 반도체층을 제거하는 공정은 건식 식각 공정을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 광투과부에 형성된 투명도전층을 건식 식각 공정을 이용하여 제거하는 공정은, CH4, C2H6, BCl3, Cl2, Ar, 및 H2 중에서 적어도 하나의 가스를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 광투과부에 형성된 반도체층을 건식 식각 공정을 이용하여 제거하는 공정은, 플루오르계 가스, 염소계 가스, 또는 플루오르계 가스와 염소계 가스의 혼합가스를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 콘택부 및 분리부는 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  18. 기판 위에 소정 간격으로 이격되는 전면전극을 형성하는 공정;
    상기 전면전극을 포함한 기판 전면에 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 반도체층의 소정영역을 제거하여 콘택부를 형성하는 공정;
    상기 콘택부를 통해 상기 전면전극과 연결되고, 분리부를 사이에 두고 이격 형성되며, 그 내부에 광투과영역을 증진시키기 위한 광투과부가 구비되도록 후면전극을 패턴형성하는 공정; 및
    상기 후면전극을 마스크로 하여, 상기 광투과부 내의 반도체층을 건식식각 공정으로 제거함과 더불어 상기 분리부 내의 반도체층을 건식식각 공정으로 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 반도체층 형성공정 이후에 상기 반도체층 상에 투명도전층을 형성하는 공정을 추가로 포함하고, 상기 콘택부 형성공정시 상기 반도체층 및 상기 투명도전층의 소정영역을 함께 제거하고, 상기 광투과부 및 상기 분리부 내의 반도체층을 건식식각공정으로 제거하는 공정시 상기 투명도전층의 소정영역도 함께 제거하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  20. 제9항 또는 제18항에 있어서,
    상기 후면전극은 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 그라비아 오프셋 프린팅, 리버스 오프셋 프린팅, 플렉소 프린팅, 또는 마이크로 콘택 프린팅 방법을 이용하여 소정 패턴으로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  21. 제9항 또는 제18항에 있어서,
    상기 반도체층을 형성하는 공정은 제1반도체층, 버퍼층, 및 제2반도체층을 순서대로 적층하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
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