KR20100109314A - 태양광 발전장치 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
태양광 발전장치 및 이의 제조방법이 개시된다. 태양광 발전장치는 기판; 상기 기판 상에 배치되며, 제 1 관통홈이 형성되는 전극층; 상기 전극층 상에 배치되며, 상기 제 1 관통홈에 중첩하는 제 2 관통홈이 형성되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되며, 상기 제 2 관통홈에 중첩하는 제 3 관통홈이 형성되는 윈도우층을 포함한다. 태양광 발전장치는 데드 존을 감소시키고, 향상된 발전 효율을 가진다.
태양광 발전장치, CIGS, dead, zone
Description
실시예는 태양광 발전장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지의 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지에 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.
또한, 이러한 태양전지를 형성하기 위해서, 기계적인 패터닝 공정이 수행될 수 있다. 이때, 패터닝에 의해서 형성되어, 발전에 사용되지 않는 데드 존에 의해서, 태양전지의 발전효율이 감소될 수 있다.
실시예는 향상된 발전 효율을 가지는 태양광 발전장치를 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 태양광 발전장치는 기판; 상기 기판 상에 배치되며, 제 1 관통홈이 형성되는 전극층; 상기 전극층 상에 배치되며, 상기 제 1 관통홈에 중첩하는 제 2 관통홈이 형성되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되며, 상기 제 2 관통홈에 중첩하는 제 3 관통홈이 형성되는 윈도우층을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제 2 관통홈의 일부가 상기 제 1 관통홈에 중첩하고, 상기 제 3 관통홈의 전체가 상기 제 2 관통홈에 중첩할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 윈도우층으로부터 연장되며, 상기 제 1 관통홈 및 상기 제 2 관통홈 내측에 배치되는 접속부를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 전극층은 서로 이격되며, 단차를 가지는 제 1 이면전극 및 제 2 이면전극을 포함하고, 상기 윈도우층은 상기 제 1 이면전극에 대향하는 제 1 윈도우 및 상기 제 2 이면전극에 대향하는 제 2 윈도우를 포함하고, 상기 접속부는 상기 제 1 윈도우 및 상기 제 2 이면전극을 연결한다.
일 실시예에서, 상기 접속부는 상기 제 2 이면전극의 상면 및 측면에 접촉할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전극층의 저항은 상기 윈도우층의 저항보다 낮을 수 있다.
일 실시예에 따른 태양광 발전장치는 기판; 상기 기판 상에 배치되며, 서로 이격되는 제 1 이면전극 및 제 2 이면전극; 상기 제 1 이면전극 상에 배치되는 제 1 광 흡수부; 상기 제 1 광 흡수부 상에 배치되는 제 1 윈도우; 및 상기 제 1 윈도우으로부터 연장되며, 상기 제 2 이면전극의 측면 및 상면에 접촉하는 접속부를 포함한다.
일 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 제 2 이면전극 상에 배치되며, 상기 제 1 광 흡수부에 이격되는 제 2 광 흡수부; 및 상기 제 2 광 흡수부 상에 배치되며, 상기 제 1 윈도우에 이격되는 제 2 윈도우를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제 2 이면전극은 단차를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 접속부의 일부는 상기 제 1 이면전극 및 상기 제 2 이면전극 사이에 배치된다.
일 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법은 기판 상에 전극층을 형성하는 단계; 상기 전극층의 일부를 제거하여 제 1 관통홈을 형성하는 단계; 상기 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층의 일부를 제거하여, 상기 제 1 관통홈에 중첩하는 제 2 관통홈을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 상에 윈도우층을 형성하는 단계; 및 상기 윈도우층의 일부를 제거하여, 상기 제 2 관통홈에 중첩하는 제 3 관통홈을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 관통홈을 형성하는 단계에서, 상기 전극층의 일부가 제거될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 광 흡수층을 형성하는 단계에서, 상기 제 1 관통홈 내측에 반도체 물질이 채워지고, 상기 제 2 관통홈을 형성하는 단계에서, 상기 제 1 관통홈 내측에 채워진 반도체 물질의 일부가 제거될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 윈도우층을 형성하는 단계에서, 상기 제 1 관통홈 내측 및 상기 제 2 관통홈 내측에 도전 물질이 채워지고, 상기 제 3 관통홈을 형성하는 단계에서, 상기 제 2 관통홈 내측에 채워진 도전 물질의 일부가 제거될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 2 관통홈을 형성하는 단계는 상기 광 흡수층의 일부를 제거하는 단계; 및 상기 제 1 관통홈 내측에 채워진 반도체 물질의 일부를 제거하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 광 흡수층의 일부를 제거하는 단계 및 상기 제 1 관통홈 내측에 채워진 반도체 물질의 일부를 제거하는 단계는 동시에 진행될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 2 관통홈을 형성하는 단계에서, 상기 전극층의 일부가 제거될 수 있다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 제 1 관통홈 및 상기 제 2 관통홈이 중첩되고, 상기 제 2 관통홈 및 상기 제 3 관통홈이 중첩되어 형성된다. 이때, 상기 제 1 관통홈은 서로 인접하는 셀들에 포함된 전극들을 각각 이격시키기 위한 홈이고, 상기 제 2 관통홈은 상기 셀들에 포함된 전극들을 연결하기 위한 홈이고, 상기 제 3 관통홈은 서로 인접하는 셀들을 분리하기 위한 홈일 수 있다.
또한, 상기 제 1 관통홈, 상기 제 2 관통홈 및 상기 제 3 관통홈은 광을 전기에너지로 변환시킬 수 없는 비활성영역이다. 이때, 상기 제 1 관통홈 및 상기 제 2 관통홈이 서로 중첩되고, 상기 제 2 관통홈 및 상기 제 3 관통홈은 서로 중첩되 기 때문에, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 비활성영역의 면적을 감소시킬 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 향상된 발전 효율을 가진다.
또한, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 제 1 윈도우으로부터 연장되며, 상기 제 2 이면전극의 측면 및 상면에 접촉하는 접속부를 포함한다.
따라서, 상기 접속부 및 상기 제 2 이면전극의 접촉면적이 상승하고, 상기 제 1 윈도우 및 상기 제 2 이면전극 사이의 단락이 방지되고, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 낮은 접촉저항을 가진다.
또한, 상기 제 1 이면전극 및 상기 제 2 이면전극 사이의 간격이 증가되어, 상기 제 1 이면전극 및 상기 제 2 이면전극 사이의 쇼트가 방지된다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 향상된 효율을 가지고, 낮은 불량률을 구현한다.
또한, 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법은 상기 제 2 관통홈에 중첩하여 상기 제 3 관통홈을 형성한다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법은 셀들을 분리하기 위해서, 다수의 층들을 패터닝할 필요가 없다. 즉, 상기 제 2 관통홈에 상기 윈도우층을 이루는 물질이 채워지고, 상기 제 3 관통홈을 형성하기 위해서, 상기 윈도우층을 이루는 물질만으로 이루진 층이 제거된다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법은 하나의 물질로 이루어진 층을 제거하여, 상기 제 2 관통홀을 형성할 수 있으므로, 레이저 등을 사용되어, 효율적으로 상기 제 3 관통홀을 형성할 수 있다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 막, 전극, 홈 또는 층 등이 각 기판, 전극, 막, 홈 또는 층 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 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 평면도이다. 도 2는 도 1에서 A부분을 확대하여 도시한 도면이다. 도 3은 도 2에서 B-B`선을 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 태양광 발전장치는 지지기판(100), 이면전극층(200), 광 흡수층(310), 버퍼층(320), 고저항 버퍼층(330), 윈도우층(400) 및 접속부(500)를 포함한다.
상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 이면전극층(200), 상기 광 흡수층(310), 상기 버퍼층(320), 상기 고저항 버퍼층(330), 상기 윈도우층(400) 및 상기 접속부(500)를 지지한다.
상기 지지기판(100)은 절연체일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 유리기판, 플라스틱기판 또는 금속기판일 수 있다. 더 자세하게, 상기 지지기판(100)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 투명할 수 있다. 상기 지지기판(100)은 리지드하거나 플렉서블할 수 있다.
상기 이면전극층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 이면전극층(200)은 도전층이다. 상기 이면전극층(200)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴 등의 금속을 들 수 있다.
또한, 상기 이면전극층(200)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
상기 이면전극층(200)에는 제 1 관통홈(TH1)이 형성된다. 상기 제 1 관통홈(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 상기 제 1 관통홈(TH1)은 평면에서 보았을 때, 일 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 관통홈(TH1)의 폭은 약 80㎛ 내지 200㎛ 일 수 있다.
상기 제 1 관통홈(TH1)에 의해서, 상기 이면전극층(200)은 다수 개의 이면전극들(210, 220...)로 구분된다. 즉, 상기 제 1 관통홈(TH1)에 의해서, 상기 이면전극들(210, 220...)이 정의된다. 도 3에서는 상기 이면전극들(210, 220...) 중 제 1 이면전극(210) 및 제 2 이면전극(220)이 도시된다.
상기 이면전극들(210, 220...)은 상기 제 1 관통홈(TH1)에 의해서 서로 이격된다. 상기 이면전극들(210, 220...)은 스트라이프 형태로 배치된다.
이와는 다르게, 상기 이면전극들(210, 220...)은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 관통홈(TH1)은 평면에서 보았을 때, 격자 형태로 형성될 수 있다.
상기 이면전극들(210, 220...)은 단차를 가진다. 더 자세하게, 상기 이면전극들(210, 220...)은 후술된 제 2 관통홈(TH2)에 대응하여 일부가 제거된 단차를 가진다.
상기 광 흡수층(310)은 상기 이면전극층(200) 상에 배치된다. 또한, 상기 광 흡수층(310)에 포함된 물질은 상기 제 1 관통홈(TH1)에 채워진다.
상기 광 흡수층(310)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 계 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(310)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계) 결정 구조, 구리-인듐-셀레나이드계 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다.
상기 광 흡수층(310)의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1eV 내지 1.8eV일 수 있다.
상기 버퍼층(320)은 상기 광 흡수층(310) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(320)은 황화 카드뮴(CdS)를 포함하며, 상기 버퍼층(320)의 에너지 밴드갭은 약 2.2eV 내지 2.4eV이다.
상기 고저항 버퍼층(330)은 상기 버퍼층(320) 상에 배치된다. 상기 고저항 버퍼층(330)은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층(330)의 에너지 밴드갭은 약 3.1eV 내지 3.3eV이다.
상기 광 흡수층(310), 상기 버퍼층(320) 및 상기 고저항 버퍼층(330)에는 제 2 관통홈(TH2)이 형성된다. 상기 제 2 관통홈(TH2)은 상기 광 흡수층(310), 상기 버퍼층(320) 및 상기 고저항 버퍼층(330)을 관통한다. 또한, 상기 제 2 관통홈(TH2)은 상기 이면전극층(200)의 상면을 노출하는 오픈영역이다.
상기 제 2 관통홈(TH2)은 상기 제 1 관통홈(TH1)에 중첩하여 형성된다. 즉, 상기 제 2 관통홈(TH2)의 일부는 평면에서 보았을 때, 상기 제 1 관통홈(TH1)에 중첩된다.
상기 제 2 관통홈(TH2)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
또한, 상기 광 흡수층(310)은 상기 제 2 관통홈(TH2)에 의해서, 다수 개의 광 흡수부들(311, 312...)을 정의한다. 즉, 상기 광 흡수층(310)은 상기 제 2 관통홈(TH2)에 의해서, 상기 광 흡수부들(311, 312...)로 구분된다.
마찬가지로, 상기 버퍼층(320)은 상기 제 2 관통홈(TH2)에 의해서, 다수 개의 버퍼들(321, 322...)로 정의되고, 상기 고저항 버퍼층(330)은 상기 제 2 관통홈(TH2)에 의해서, 다수 개의 고저항 버퍼들(331, 332...)로 정의된다.
도 3에서는 제 1 광 흡수부(311), 제 2 광 흡수부(312), 제 1 버퍼(321), 제 2 버퍼(322), 제 1 고저항 버퍼(331) 및 제 2 고저항 버퍼(332)가 도시된다.
상기 윈도우층(400)은 상기 고저항 버퍼층(330) 상에 배치된다. 상기 윈도우층(400)은 투명하며, 도전층이다. 또한, 상기 윈도우층(400)의 저항은 상기 이면전극층(200)의 저항보다 높다. 예를 들어, 상기 윈도우층(400)의 저항은 상기 이면전극층(200)의 저항보다 약 10 내지 200배 더 클 수 있다. 상기 윈도우층(400)으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드(Al doped ZnO;AZO) 등을 들 수 있다.
상기 윈도우층(400)에는 제 3 관통홈(TH3)이 형성된다. 상기 제 3 관통홈(TH3)은 상기 이면전극층(200)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 상기 제 3 관 통홈(TH3)의 폭은 상기 제 2 관통홈(TH2)의 폭보다 작다. 예를 들어, 상기 제 3 관통홈(TH3)의 폭은 약 40㎛ 내지 약 100㎛일 수 있다.
상기 제 3 관통홈(TH3)은 상기 제 2 관통홈(TH2)에 대응되는 위치에 형성된다. 더 자세하게, 상기 제 3 관통홈(TH3)은 상기 제 2 관통홈(TH2)에 중첩된다. 즉, 평면에서 보았을 때, 상기 제 3 관통홈(TH3)의 일부 또는 전부가 상기 제 2 관통홈(TH2)에 중첩한다.
또한, 상기 제 3 관통홈(TH3) 및 상기 제 1 관통홈(TH1)은 서로 중첩되지 않는다.
또한, 상기 제 3 관통홈(TH3)의 내측면 중 일부는 상기 제 2 관통홈(TH2)의 내측면 중 일부와 동일한 평면에 배치된다. 예를 들어, 상기 제 3 관통홈(TH3)의 한쪽 내측면(401)은 상기 제 2 관통홈(TH2)의 한쪽 내측면(301)과 서로 일치한다.
상기 제 3 관통홈(TH3)에 의해서, 상기 윈도우층(400)은 다수 개의 윈도우들(410, 420...)로 구분된다. 즉, 상기 윈도우들(410, 420...)은 상기 제 3 관통홈(TH3)에 의해서 정의된다.
상기 윈도우들(410, 420...)은 상기 이면전극들(210, 220...)과 대응되는 형상을 가진다. 즉, 상기 윈도우들(410, 420...)은 스트라이프 형태로 배치된다. 이와는 다르게, 상기 윈도우들(410, 420...)은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
또한, 상기 제 3 관통홈(TH3)에 의해서, 다수 개의 셀들(C1, C2...)이 정의된다. 더 자세하게, 상기 제 2 관통홈(TH2) 및 상기 제 3 관통홈(TH3)에 의해서, 상기 셀들(C1, C2...)이 정의된다. 즉, 상기 제 2 관통홈(TH2) 및 상기 제 3 관통 홈(TH3)에 의해서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 셀들(C1, C2...)로 구분된다.
즉, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 다수 개의 셀들(C1, C2...)을 포함한다. 예를 들어, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 지지기판(100) 상에 배치되는 제 1 셀(C1) 및 제 2 셀(C2)을 포함한다.
상기 제 1 셀(C1)은 상기 제 1 이면전극(210), 상기 제 1 광 흡수부(311), 상기 제 1 버퍼(321), 상기 제 1 고저항 버퍼(331) 및 상기 제 1 윈도우(410)를 포함한다.
상기 제 1 이면전극(210)은 상기 지지기판(100) 상에 배치되고, 상기 제 1 광 흡수부(311), 상기 제 1 버퍼(321) 및 상기 제 1 고저항 버퍼(331)는 상기 제 1 이면전극(210) 상에 차례로 적층되어 배치된다. 상기 제 1 윈도우(410)는 상기 제 1 고저항 버퍼(331) 상에 배치된다.
즉, 상기 제 1 이면전극(210) 및 상기 제 1 윈도우(410)는 상기 제 1 광 흡수부(311)를 사이에 두고 서로 마주본다.
도면에서 도시되지 않았지만, 상기 제 1 광 흡수부(311) 및 상기 제 1 윈도우(410)는 상기 제 1 이면전극(210)의 상면의 일부가 노출하면서, 상기 제 1 이면전극(210)을 덮는다.
상기 제 2 셀(C2)은 상기 제 1 셀(C1)에 인접하여 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 제 2 셀(C2)은 상기 제 2 이면전극(220), 상기 제 2 광 흡수부(312), 상기 제 2 버퍼(322), 상기 제 2 고저항 버퍼(332) 및 상기 제 2 윈도 우(420)를 포함한다.
상기 제 2 이면전극(220)은 상기 제 1 이면전극(210)에 이격되어 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 제 2 광 흡수부(312)는 상기 제 1 광 흡수부(311)에 이격되어 상기 제 2 이면전극(220) 상에 배치된다. 상기 제 2 윈도우(420)는 상기 제 1 윈도우(410)에 이격되어 상기 제 2 고저항 버퍼(332) 상에 배치된다.
상기 제 2 광 흡수부(312) 및 상기 제 2 윈도우(420)는 상기 제 2 이면전극(220)의 상면의 일부가 노출하면서, 상기 제 2 이면전극(220)을 덮는다.
상기 접속부(500)는 상기 제 2 관통홈(TH2) 및 상기 제 1 관통홈(TH1) 내측에 배치된다. 즉, 상기 접속부(500)의 일부가 상기 제 1 관통홈(TH1) 내측에 배치된다. 즉, 상기 접속부(500)의 일부는 상기 제 1 이면전극(210) 및 상기 제 2 이면전극(220) 사이에 배치된다.
상기 접속부(500)는 상기 윈도우층(400)으로부터 하방으로 연장되며, 상기 이면전극층(200)에 직접 접촉한다. 예를 들어, 상기 접속부(500)는 상기 제 1 윈도우(410)으로부터 하방으로연장되어, 상기 제 2 이면전극(220)에 직접 접촉된다.
따라서, 상기 접속부(500)는 서로 인접하는 셀들(C1, C2...)에 각각 포함된 윈도우과 이면전극을 연결한다. 즉, 상기 접속부(500)는 상기 제 1 윈도우(410) 및 상기 제 2 이면전극(220)을 연결한다.
상기 접속부(500)는 상기 윈도우들(410, 420...)과 일체로 형성된다. 즉, 상기 접속부(500)로 사용되는 물질은 상기 윈도우층(400)으로 사용되는 물질과 동일하다.
또한, 상기 접속부(500)는 상기 이면전극들(210, 220...)의 측면 및 상면에 접촉된다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 접속부(500)는 상기 제 1 이면전극(210)의 측면 및 상면에 접촉한다. 즉, 상기 접속부(500)는 상기 제 1 관통홈(TH1)의 일 내측면에 접촉한다.
상기 제 1 관통홈(TH1), 상기 제 2 관통홈(TH2) 및 상기 제 3 관통홈(TH3)은 태양광을 전기에너지로 변환시키는 기능을 수행하지 않는 데드 존(dead zone)이다. 즉, 상기 제 1 관통홈(TH1)에서 상기 제 3 관통홈(TH3)까지의 영역은 비활성영역(NAR)이다.
이때, 상기 제 2 관통홈(TH2)은 상기 제 1 관통홈(TH1)과 일부 중첩되고, 상기 제 3 관통홈(TH3)은 상기 제 2 관통홈(TH2)에 중첩되므로, 상기 비활성영역(NAR)의 면적은 감소될 수 있다.
이에 따라서. 실시예에 따른 태양광 발전장치는 태양광을 전기에너지로 변한시키는 활성영역(AR)의 면적을 향상시키고, 향상된 효율을 가진다.
또한, 상기 접속부(500)는 상기 이면전극들(210, 220...)의 측면 및 상면에 접속되므로, 상면에만 접속되는 경우와 비교하면, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 더 향상된 접속 특성을 가진다.
즉, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 접속부(500) 및 상기 이면전극들(210, 220...) 사이의 단락을 방지하고, 낮은 접촉 저항을 가진다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 향상된 효율을 가지고, 낮은 불량율을 구현할 수 있다.
또한, 상기 제 1 관통홈(TH1) 및 상기 제 2 관통홈(TH2)은 서로 중첩되기 때문에, 상기 제 1 관통홈(TH1)의 폭은 증가될 수 있고, 상기 이면전극들(210, 220...) 사이의 간격은 증가될 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 이면전극들(210, 220...) 사이의 쇼트를 방지 할 수 있다.
도 4 내지 도 9는 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법을 도시한 단면도들이다. 본 제조방법에 관한 설명은 앞서 설명한 태양광 발전장치에 대한 설명을 참고한다.
도 4를 참조하면, 지지기판(100) 상에 이면전극층(200)이 형성되고, 상기 이면전극층(200)은 패터닝되어 제 1 관통홈(TH1)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 기판 상에 다수 개의 이면전극들(210, 220...)이 형성된다. 상기 이면전극층(200)은 레이저에 의해서 패터닝된다.
상기 제 1 관통홈(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하며, 약 내지 의 폭을 가진다.
또한, 상기 지지기판(100) 및 상기 이면전극층(200) 사이에 확산방지막 등과 같은 추가적인 층이 개재될 수 있고, 이때, 상기 제 1 관통홈(TH1)은 상기 추가적인 층의 상면을 노출하게 된다.
도 5를 참조하면, 상기 이면전극층(200) 상에 광 흡수층(310), 버퍼층(320) 및 고저항 버퍼층(330)이 차례로 형성된다.
상기 광 흡수층(310)은 스퍼터링 공정 또는 증발법 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(310)을 형성하기 위해서 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시키면서 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(310)을 형성하는 방법과 금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션(Selenization) 공정에 의해 형성시키는 방법이 폭넓게 사용되고 있다.
금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션 하는 것을 세분화하면, 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정에 의해서, 상기 이면전극(200) 상에 금속 프리커서 막이 형성된다.
이후, 상기 금속 프리커서 막은 셀레이제이션(selenization) 공정에 의해서, 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(310)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(310)이 형성될 수 있다.
이후, 상기 광 흡수층(310) 상에 황화 카드뮴이 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 버퍼층(320)이 형성된다.
이후, 상기 버퍼층(320) 상에 징크 옥사이드가 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 고저항 버퍼층(330)이 형성된다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 광 흡수층(310), 상기 버퍼층(320) 및 상기 고저항 버퍼층(330)의 일부가 제거되어 제 2 관통홈(TH2)이 형성된다. 상기 제 2 관통홈(TH2)은 상기 광 흡수층(310), 상기 버퍼층(320) 및 상기 고저항 버퍼층(330)을 관통한다.
상기 제 2 관통홈(TH2)은 상기 제 1 관통홈(TH1)에 중첩하여 형성된다. 상기 제 2 관통홈(TH2)은 팁 등의 기계적인 장치 또는 레이저 장치 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 180㎛의 폭을 가지는 팁에 의해서, 상기 광 흡수층(310), 상기 버퍼층(320) 및 상기 고저항 버퍼층(330)은 패터닝될 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈(TH2)은 약 200 내지 600㎚의 파장을 가지는 레이저에 의해서 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 2 관통홈(TH2)의 폭은 약 100㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다. 또한,상기 제 2 관통홈(TH2)은 상기 이면전극층(200)의 상면의 일부를 노출하도록 형성된다. 상기 제 2 관통홈(TH2)은 아래의 두 번의 패터닝 공정에 의해서 형성된다.
상기 제 1 관통홈(TH1)에 채워진 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족계 화합물은 제거되지 않고 남도록, 상기 광 흡수층(310), 상기 버퍼층(320) 및 상기 고저항 버퍼층(330)의 일부가 제거된다. 이후, 상기 제 1 관통홀에 채워진 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족계 화합물이 제거된다. 위 의 두 공정 모두, 기계적인 장치 또는 레이저 장치 등에 의해서 진행될 수 있다.
이때, 상기 이면전극층(200)의 일부가 제거되어, 상기 이면전극들(210, 220...)에 단차가 형성된다.
또한, 상기 광 흡수층(310), 상기 버퍼층(320) 및 상기 고저항 버퍼층(330)이 기계적인 장치에 의해서, 스크라이빙되는 경우에, 상기 이면전극들(210, 220...)에 미세한 요철이 형성된다. 즉, 팁 등에 의해서, 상기 이면전극들(210, 220...)의 일부가 제거되면서, 미세한 요철이 형성된다.
이와는 다르게, 상기 제 2 관통홈(TH2)은 한 번의 공정에 의해서 형성될 수 있다. 즉, 한 번의 스크라이빙 또는 레이저에 의해서, 상기 제 1 관통홀에 채워진 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 화합물이 제거될 수 있다.
이때, 한 번의 공정에 의해서 상기 제 2 관통홈(TH2)이 형성되는 과정에서, 상기 이면전극층(200)의 일부가 제거된다. 즉, 상기 이면전극들(210, 220...)에 단차가 형성된다. 마찬가지로, 상기 이면전극들(210, 220...)에 미세한 요철이 형성된다.
도 8을 참조하면, 상기 고저항 버퍼층(330) 상에 윈도우층(400)이 형성된다. 이때, 상기 제 1 관통홈(TH1) 및 상기 제 2 관통홈(TH2) 내측에 상기 윈도우층(400)을 이루는 물질이 채워진다.
상기 윈도우층(400)을 형성하기 위해서, 상기 고저항 버퍼층(330) 상에 투명한 도전물질이 적층된다. 상기 투명한 도전물질은 상기 제 2 관통홈(TH2) 전체에 채워진다. 상기 투명한 도전물질의 예로서는 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드 등을 들 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 윈도우층(400)의 일부가 제거되어 제 3 관통홈(TH3)이 형성된다. 즉, 상기 윈도우층(400)은 패터닝되어, 다수 개의 윈도우들(410, 420...) 및 다수 개의 셀들(C1, C2...)이 정의된다.
상기 제 3 관통홈(TH3)이 형성되는 과정에서, 상기 제 2 관통홈(TH2) 내측에 채워진 투명도전물질의 일부가 제거된다. 이에 따라서, 상기 제 3 관통홈(TH3)은 상기 이면전극층(200)의 상면을 노출한다.
또한, 상기 윈도우층(400)으로부터 연장되어, 상기 이면전극층(200)에 직접 접속되는 접속부(500)가 상기 제 1 관통홈(TH1) 및 상기 제 2 관통홈(TH2) 내측에 형성된다. 이에 따라서, 상기 접속부(500)는 상기 제 1 관통홈(TH1)의 일 내측면에 접촉한다. 즉, 상기 접속부(500)는 상기 윈도우들(410, 420...)의 측면 및 상면에 접촉한다.
상기 제 3 관통홈(TH3)은 일 내측면이 상기 제 2 관통홈(TH2)의 일 내측면과 일치하도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 윈도우층(400) 및 상기 제 2 관통홈(TH2) 내측에 채워진 투명도전물질의 일부는 상기 제 3 관통홈(TH3)의 일 내측면(401) 및 상기 제 2 관통홈(TH2)의 일 내측면(301)이 일치하도록 제거될 수 있다.
이와는 다르게, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제 3 관통홈(TH3)을 형성하는 과정에서, 상기 윈도우층(400)의 일부 및 상기 광 흡수층(310), 상기 버퍼층(320) 및 상기 고저항 버퍼층(330)의 일부(302)가 함께 제거될 수 있다.
상기 제 3 관통홈(TH3)은 상기 제 2 관통홈(TH2)에 일부 또는 전부가 중첩되도록 형성된다. 상기 제 3 관통홈(TH3)은 팁 등의 기계적인 장치 또는 레이저 장치 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 약 30㎛ 내지 약 80㎛의 폭을 가지는 팁에 의해서, 상기 광 흡수층은 패턴닝될 수 있다. 또한, 상기 제 3 관통홈(TH3)은 약 200 내지 600㎚의 파장을 가지는 레이저에 의해서 형성될 수 있다.
특히, 상기 제 3 관통홈(TH3)은 상기 투명 도전물질 만을 제거하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 3 관통홈(TH3)은 한 종류의 물질을 제거하여 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제 3 관통홈(TH3)이 레이저에 의해서 형성될 때, 상기 제 3 관통홈(TH3)은 용이하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 3 관통홈(TH3)이 형성되기 위해서, 한 종류의 레이저가 적용되어 상기 윈도우층(400)의 일부는 효율적으로 제거될 수 있다.
상기 제 3 관통홈(TH3)의 폭은 약 40㎛ 내지 약 100㎛ 일 수 있다.
위와 같이, 상기 셀들(C1, C2...)을 구분하기 위해서, 여러 층들이 패터닝되지 않고, 한 종류의 물질만이 제거된다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법은 레이저 패터닝 공정을 효율적으로 적용할 수 있고, 태양광 발전장치를 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 상기 제 2 관통홈(TH2) 및 상기 제 3 관통홈(TH3)은 일부 또는 전부가 중첩되기 때문에, 본 실시예에 따라서, 높은 효율을 가지는 태양광 발전장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 이면전극들(210, 220...)에 형성되는 미세한 요철에 의해서, 상기 이면전극들(210, 220...) 및 상기 윈도우들(410, 420...) 사이의 접촉 특성이 향상된다. 이에 따라서, 상기 이면전극들(210, 220...) 및 상기 접속부(500) 사이의 접촉 저항은 감소되고, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 셀들(C1, C2...) 사이의 단락을 방지할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 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 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1에서 A부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에서 B-B`선을 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 9는 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법을 도시한 단면도이다.
Claims (10)
- 기판;상기 기판 상에 배치되며, 제 1 관통홈이 형성되는 전극층;상기 전극층 상에 배치되며, 상기 제 1 관통홈에 중첩하는 제 2 관통홈이 형성되는 광 흡수층; 및상기 광 흡수층 상에 배치되며, 상기 제 2 관통홈에 중첩하는 제 3 관통홈이 형성되는 윈도우층을 포함하는 태양광 발전장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 관통홈의 일부가 상기 제 1 관통홈에 중첩하고, 상기 제 3 관통홈의 전체가 상기 제 2 관통홈에 중첩하는 태양광 발전장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 윈도우층으로부터 연장되며, 상기 제 1 관통홈 및 상기 제 2 관통홈 내측에 배치되는 접속부를 포함하는 태양광 발전장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극층의 저항은 상기 윈도우층의 저항보다 낮은 태양광 발전장치.
- 기판;상기 기판 상에 배치되며, 서로 이격되는 제 1 이면전극 및 제 2 이면전극;상기 제 1 이면전극 상에 배치되는 제 1 광 흡수부;상기 제 1 광 흡수부 상에 배치되는 제 1 윈도우; 및상기 제 1 윈도우으로부터 연장되며, 상기 제 2 이면전극의 측면 및 상면에 접촉하는 접속부를 포함하는 태양광 발전장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 이면전극 상에 배치되며, 상기 제 1 광 흡수부에 이격되는 제 2 광 흡수부; 및상기 제 2 광 흡수부 상에 배치되며, 상기 제 1 윈도우에 이격되는 제 2 윈도우를 포함하는 태양광 발전장치.
- 기판 상에 전극층을 형성하는 단계;상기 전극층의 일부를 제거하여 제 1 관통홈을 형성하는 단계;상기 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계;상기 광 흡수층의 일부를 제거하여, 상기 제 1 관통홈에 중첩하는 제 2 관통홈을 형성하는 단계;상기 광 흡수층 상에 윈도우층을 형성하는 단계; 및상기 윈도우층의 일부를 제거하여, 상기 제 2 관통홈에 중첩하는 제 3 관통홈을 형성하는 단계를 포함하는 태양광 발전장치의 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 광 흡수층을 형성하는 단계에서, 상기 제 1 관통홈 내측에 반도체 물질이 채워지고,상기 제 2 관통홈을 형성하는 단계에서, 상기 제 1 관통홈 내측에 채워진 반도체 물질의 일부가 제거되는 태양광 발전장치의 제조방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 관통홈을 형성하는 단계는상기 광 흡수층의 일부를 제거하는 단계; 및상기 제 1 관통홈 내측에 채워진 반도체 물질의 일부를 제거하는 단계를 포함하는 태양광 발전장치의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 광 흡수층의 일부를 제거하는 단계 및 상기 제 1 관통홈 내측에 채워진 반도체 물질의 일부를 제거하는 단계는 동시에 진행되는 태양광 발전장치의 제조방법.
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