KR20100122467A - 박막 태양 전지 및 박막 태양 전지의 제조 방법 - Google Patents
박막 태양 전지 및 박막 태양 전지의 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20100122467A KR20100122467A KR1020100044623A KR20100044623A KR20100122467A KR 20100122467 A KR20100122467 A KR 20100122467A KR 1020100044623 A KR1020100044623 A KR 1020100044623A KR 20100044623 A KR20100044623 A KR 20100044623A KR 20100122467 A KR20100122467 A KR 20100122467A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- glass
- solar cell
- film solar
- thin film
- substrate
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 76
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 52
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 133
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 111
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 42
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 20
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 14
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 claims description 8
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 12
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 11
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N Na2O Inorganic materials [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 67
- 239000005361 soda-lime glass Substances 0.000 description 16
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 16
- 229910001413 alkali metal ion Inorganic materials 0.000 description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 13
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 10
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 10
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 8
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 7
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 5
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 5
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 4
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 4
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 4
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 3
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 3
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 230000004899 motility Effects 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- HUAUNKAZQWMVFY-UHFFFAOYSA-M sodium;oxocalcium;hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+].[Ca]=O HUAUNKAZQWMVFY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000005354 aluminosilicate glass Substances 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002574 poison Substances 0.000 description 2
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 238000007665 sagging Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000006124 Pilkington process Methods 0.000 description 1
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- DVRDHUBQLOKMHZ-UHFFFAOYSA-N chalcopyrite Chemical compound [S-2].[S-2].[Fe+2].[Cu+2] DVRDHUBQLOKMHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052951 chalcopyrite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 235000019219 chocolate Nutrition 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 for example Chemical class 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000007496 glass forming Methods 0.000 description 1
- 239000000156 glass melt Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000006210 lotion Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000012629 purifying agent Substances 0.000 description 1
- 238000013341 scale-up Methods 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 125000004436 sodium atom Chemical group 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
- C03C3/11—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing halogen or nitrogen
- C03C3/112—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing halogen or nitrogen containing fluorine
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
- C03C17/36—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal
- C03C17/3602—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal the metal being present as a layer
- C03C17/3605—Coatings of the type glass/metal/inorganic compound
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
- C03C17/36—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal
- C03C17/3602—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal the metal being present as a layer
- C03C17/3649—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal the metal being present as a layer made of metals other than silver
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
- C03C17/36—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal
- C03C17/3602—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal the metal being present as a layer
- C03C17/3668—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal the metal being present as a layer the multilayer coating having electrical properties
- C03C17/3678—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal the metal being present as a layer the multilayer coating having electrical properties specially adapted for use in solar cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
- C03C3/083—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound
- C03C3/085—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal
- C03C3/087—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal containing calcium oxide, e.g. common sheet or container glass
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
- C03C3/089—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron
- C03C3/091—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron containing aluminium
- C03C3/093—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron containing aluminium containing zinc or zirconium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
- C03C3/095—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing rare earths
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
- C03C3/11—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing halogen or nitrogen
- C03C3/112—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing halogen or nitrogen containing fluorine
- C03C3/115—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing halogen or nitrogen containing fluorine containing boron
- C03C3/118—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing halogen or nitrogen containing fluorine containing boron containing aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C4/00—Compositions for glass with special properties
- C03C4/0092—Compositions for glass with special properties for glass with improved high visible transmittance, e.g. extra-clear glass
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
- H01L31/0392—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
- H01L31/03923—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate including AIBIIICVI compound materials, e.g. CIS, CIGS
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
본 발명의 박막 태양 전지는 상분리 되지 않고 β-OH의 함량이 25 내지 80 mmol/l인 Na2O-함유 다성분 기판 유리를 적어도 1종 포함한다. 상기 박막 태양 전지의 본 발명에 따른 제조 방법은 다음 단계를 포함하여 이루어진다:
a) β-OH 함량이 25 내지 80 mmol/l이고 상분리 되지 않는 Na2O-함유 다성분 기판 유리를 제공하는 단계,
b) 박막 태양 전지의 전기적인 후면 전극을 형성하는 금속층을 기판 유리에 적용시키는 단계,
c) > 550℃의 온도에서의 고온 공정을 적어도 하나 포함하는 단계로서, 반도체 화합물 재료, 특히 CIGS 화합물 반도체 재료의 고유한 p-전도 다결정성층을 적용하는 단계,
d) 특히 버퍼층과 이어서 윈도우층의 조합을 통한 p/n 정션을 적용하는 단계
를 포함하여 이루어진다.
a) β-OH 함량이 25 내지 80 mmol/l이고 상분리 되지 않는 Na2O-함유 다성분 기판 유리를 제공하는 단계,
b) 박막 태양 전지의 전기적인 후면 전극을 형성하는 금속층을 기판 유리에 적용시키는 단계,
c) > 550℃의 온도에서의 고온 공정을 적어도 하나 포함하는 단계로서, 반도체 화합물 재료, 특히 CIGS 화합물 반도체 재료의 고유한 p-전도 다결정성층을 적용하는 단계,
d) 특히 버퍼층과 이어서 윈도우층의 조합을 통한 p/n 정션을 적용하는 단계
를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 박막 태양 전지 및 박막 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
박막 기술은 오늘날 광전 변환 공학의 S-Ci 웨이퍼 기술 수립과 관련하여 치열한 경쟁이 이루어지고 있는 분야이다. 대규모 면적에 대한 증착 공정의 효율이 대개 낮기 때문에 이 기술은 제조 단가 측면에서 그리고 그에 따라 €/Wp 측면에서 매우 매력적이다. 반도체, 전지 및 모듈 생산은 통합적으로 수행될 수 있기 때문에, 박막 기술의 한가지 장점은 비교적 짧은 부가가치 사슬을 만들어 낼 수 있다는 것이다. 그럼에도 불구하고, 광전 변환 공학 분야의 박막 기술에서 단가를 낮추기 위한 수단은 여전히 중요한 역할을 차지하고 있다.
비용 감소는 특히 재료 소비량의 절감, 공정 기간 단축 및 처리량의 증가와 수율 증가의 측면에서 잠재적으로 가능하다. 박막에 기초한 태양 전지의 개념은 특히 커다란 면적에 대한 코팅 기술에 의존한다. 커다란 면적 (> 1 m2)을 균일하게 코팅한다는 것은 어려운 일인데, 특히, 예를 들어 유리 기판의 엣지 효과 또는 불균일한 이온 교환 효과는 제조된 층의 품질에 국소적으로 영향을 미쳐서, 거시적으로는 생산 수율의 저하를 일으킬 뿐만 아니라, 모듈의 에너지 변환 효율도 감소시킨다.
예컨대 CdTe 또는 CIGS (일반식 Cu(In1 -x,Gax)(S1 -y,Sey)2)와 같은 반도체 화합물에 기초한 박막 태양 전지는 탁월한 안정성과 매우 높은 에너지 변환 효율을 나타내는데; 이러한 태양 전지 구조는 예컨대 US 5,141,564에 기재되어 있다. 이 재료들은 특히 직접 반도체 및 심지어는 비교적 박층 (약 2 ㎛)에서도 태양광을 효과적으로 흡수한다는 특징을 갖는다. 이러한 얇은 광활성 층에 대한 증착 기술은 높은 효율을 달성하기 위해 높은 공정 온도를 필요로 한다. 전형적인 온도 범위는 450 내지 600℃인데, 최고 온도는 특히 기판에 의해 한정된다. 큰 면적에 대한 적용시에는 일반적으로 기판으로서 유리가 사용된다. DE 43 33 407, WO 94/07269에 기재된 바와 같이, 제조 단가가 낮다는 경제적 관점과 반도체 층에 대략 맷치되는 열팽창 계수 (CTE: coefficient of thermal expansion) 관점에서, 플로트 공법에 의하여 생산된 소다 석회 유리 (창유리)가 기판으로서 사용된다. 소다 석회 유리는 유리 전이 온도가 약 555℃이기 때문에 그 후속 공정의 온도가 약 525℃로 제한되는데, 이는 그렇지 않을 경우 "새깅 (sagging)" 현상이 일어나서 유리판이 휘어지기 시작하기 때문이다. 이 현상은 코팅하고자 하는 기판이 클수록, 그리고 공정 온도가 해당 유리의 유리 전이 온도 (Tg)에 근접할수록 더 심화된다. 새깅 또는 휨 현상은 특히 인라인 공정에 있어서 예컨대 록 (lock)에서 문제가 되며, 그 결과 처리량 및/또는 수율이 감소된다. WO 2005/006393에 기재된 바와 같이, 이러한 온도를 견뎌낼 수 있는 금속 호일, 예컨대 Ti 호일에서는 보다 높은 온도, 예컨대 > 550℃가 달성될 수 있다. 그러나, 이러한 시스템은 그의 내재적인 전도성 때문에, 일련의 모듈의 모노리식(monolithic) 집적 배열에는 적합하지 않으며, 기판의 유연성 때문에 큰 면적에 코팅하는 것이 극히 어렵다는 단점이 있다. 그 중에서도 금속 호일 상의 태양 전지는 연쇄적으로 연결되어 있다. 무게가 가볍기 때문에, 이러한 모듈은 특히 외계 응용에 적합하다. 정전기 특성과 손쉬운 공정은 차치하고라도, 현저히 높은 계수를 달성할 수 있기 때문에, 유리 기판은 이론상 지상 응용에 바람직하다.
일반적으로 반도체 화합물에 기반한 이러한 박막 태양 전지의 전기 특성은 고온, 즉, > 550℃의 온도에서 증착될 경우 개선되는 것으로 알려져 있다. 구체적으로, 이것은 이러한 박막 반도체 화합물의 증착 공정이 고온에서 성공적일 경우, 높은 증착률과 냉각률 등의 공정 측면에서 뿐만 아니라, 광전 변환 성분으로서의 성능, 즉 결정 품질 측면에서도 탁월하게 최적화될 수 있음을 의미하는 것이다. 전술한 바와 같이, 소다 석회 유리는 이러한 목적으로는 적합하지 않다.
DE 196 16 979 및 DE 196 16 633 C1은 유사한 유리 조성을 갖는 재료를 개시하고 있다. 그러나, 이 재료는 특히 고온에서 이와 같은 층 구조에 있어서, 가스화될 수 있음으로 해서 반도체 층을 오염시킬 수 있는 유독한 반도체인 비소를 함유할 수 있다. 이 재료는 따라서 CIGS에 기반한 태양 전지의 유리 기판으로서는 적합하지 않다. 여기서는 인가된 장벽층에 의해 비소의 배기를 방지하거나 또는 유리 기판의 표적화 변형에 의해 배기를 억제하기 위하여 대안적인 정제제로서 무비소 기판을 사용할 필요가 있다.
한편, 나트륨은 정자 (crystallite) 구조와 결정 밀도 및 정자의 크기와 배향에도 긍정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 이 목적을 위한 다양한 접근법이 당업자들 사이에서 논의되어 왔는데; 중요한 내용으로는 결정 격자 내로 챨코겐의 혼입 개선과 입자 경계의 패시베이션을 들 수 있다. 이러한 현상은 특히 벌크 재료에 있어서의 재조합 (recombination) 감소와 이에 따라 보다 높은 개방 회로 전위를 얻을 수 있다는 점에서 자동적으로 반도체 특성을 상당한 개선시켜 준다. 따라서 이로 인해 보다 높은 효율을 얻을 수 있다.
그러나, 기판으로부터 반도체 층으로의 알칼리 금속의 방출은 특히 소다 석회 유리가 사용되는 경우, 위치와 시간의 측면 두가지 모두에서 매우 불균일하다.
WO 94/07269에서, 유리로부터 반도체층 내부로의 나트륨의 확산을 차단하기 위하여 후면 전극 (back contact)으로 코팅하기에 앞서서 유리 표면에 장벽층 (대개 SixNy, SiOxNy 또는 Al2O3)을 적용시킴으로써 이 문제를 해결하고 있다. 이어서, 부가적인 공정 단계에서, 나트륨을 장벽층 상에 또는 후면 전극 층 (종종 NaF2의 형태) 상에 층으로서 부가하는데, 이로 인하여 상당한 공정 시간과 비용이 추가된다.
Cu(In1 -x,Gax)(S1 -y,Sey)2에 기반한 얇은 다결정층/패킷층은 이론적으로는 공증착 (covaporization) 및 순차 공정을 포함하는 일련의 공정들에 의해 제조될 수 있다. 이에 더하여, 챨코겐 분위기에서 가열 단계와 조합된 전기도금법이나 액체 코팅법 등도 적합하다. 커다란 면적에 특히 적합하면서 다른 방법과 비교해서 비교적 안정한 공정 창 (processing window)을 갖는 한가지 증착 방법은 순차 공정이다. 이 방법의 공정 시간은 불과 몇 분으로서 비교적 짧고; 이 방법에서의 제한 인자는 기판의 냉각이므로 경제적으로 유망하다. 또한, 이 방법은 특히 광전 변환 공학에서 실리콘의 박막 도핑으로부터 알려져 있는 퍼니스 공정에 기반하며 비교적 단순한 공정 제어가 가능하다 (US 2004115938). 이 방법에서는, 후면 전극 기능을 갖는 몰리브덴층을 기판에 먼저 적용시킨다. 이어서, Cu, In 및/또는 Ga를 포함하는 금속 전구체층을 예컨대 스퍼터링에 의해 적용하고 이어서 적어도 500℃의 온도에서 챨코겐 분위기 하에 가열 반응시킨다. 이 마지막 공정 단계에서, 유리 기판의 후면도 공격할 수 있다. 예컨대, 황 또는 셀레늄 증기 중의 SO2 또는 SeO2는 소다 석회 유리 표면 중의 나트륨 이온과 반응하여 수용성 Na2SO4 or Na2SeO4를 형성할 수 있고, 그 결과 유리 표면이 많이 손상될 수 있다. 이에 더하여, 예컨대 코팅 공정시 패킷 층에서의 불균일한 열분포, 과도하게 급격한 냉각의 경우 유리 내에서 기계적 응력의 발생 또는 유리로부터 층 내부로의 알칼리 금속 이온의 공간적으로 불균일한 확산 등의 결과로 인하여, 층 구조 내에서 크랙이 발생할 수 있다. 온도 프로파일 측면에서 특히, 실험실 규모 (10 x 10 cm2)로부터 공업 규모 (현재 125 x 65 cm2)로의 대규모화는 완전히 마스터되지 않았다.
이 증착법의 또 다른 단점은 후면 전극층으로부터 흡수층이 종종 탈착된다는 것이 관찰된다는 것으로서 이는 태양 전지 제조 수율의 저하를 초래할 수 있으며, 특히 낮/밤 또는 계절간 온도 변화 스트레스로 인하여 외장용일 경우 더욱 그러하다. US 4,915,745 또는 DE 43 33 407에 의하면 중간층에 의해 결합력을 증가시킬 수 있는 것으로 나타났다. 그러나, 이러한 부가적인 공정 단계는 없는 편이 바람직하다.
일반적인 박막 태양 전지와 특히 CIGS 반도체에 기반한 태양 전지에서는 내부식성이 중대한 관심사이다. 부식을 촉발하는 과정은: 유리 표본의 핸들링, 외부 기후, 특히 장기간 안정성 요구도 (최대 20년) 및 CIGS 증착 공정 자체일 수 있는데, 이는, 이러한 부식 효과가 특히 S/Se-함유 분위기에서 고온에 기판이 노출 되는 경우 증가하기 때문이다.
따라서 본 발명의 한가지 목적은 종래 기술에 비하여 개선된 박막 태양 전지를 개발하는데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 종래의 박막 태양 전지의 제조 방법에 비해 개선된 방법을 개발하는데 있다. 본 발명의 태양 전지는 공지의 방법에 의하여 또는 본 발명의 방법에 의하여 경제적으로 생산될 수 있으며 높은 효율을 갖는다.
본 발명의 또 다른 목적은 부식 안정성이 높고, 내열성이 있으며 기능적인 기판 유리 상에 고효율 박막 태양 전지를 제조하는 방법을 제공하는데 있는데, 이 방법에서는 반도체 증착 공정이 고온 , 즉 > 550℃의 온도에서 수행되는 고온 공정을 적어도 한 단계 포함한다.
또한, 본 발명에서는
- CTE를 층 시스템에 맷치시키는 것과 동시에 유리 기판으로 인한 온도 제한,
- 특히 고온 가공된 소다 석회 유리 기판에서 일어나는 바와 같은, 플랫-모듈에서 특히 발생되는 열에 의해 유도된 유리 기판의 왜곡,
- 종래 기술 DE 100 05 088, DE 196 16 679, DE 196 16 633에 대응하는 유리 기판의 경우에서처럼, 증착 공정시 반도체층 내로 혼입될 수 있는 반도체 유독 성분 (poisons),
- WO 94/07269와 대조적으로, 부가적인 공정 단계 없이, 증착 공정 동안 물리적인 위치와 시간 측면에서 반도체 내로의 알칼리 금속 이온의 불균일한 유입,
- 유리 기판 자체의 불만족스러운 강성 및 증착 공정 조건에 기인하는 유리 기판의 두께 제한
- 부식 문제,
- 부착성 문제,
- 결정 성장 자체의 불균일성,
- 특히 냉각 작업에서 뿐만 아니라 보다 급속한 증착 공정에서의 공정 시간의 제한 (처리량),
- 불충분한 효율,
- 저수율
이라는 문제점을 해결하고자 한다.
이 목적은 청구항 제1항에 기재된 바와 같은, 상분리 되지 않고 β-OH의 함량이 25 내지 80 mmol/l인 Na2O-함유 다성분 기판 유리를 적어도 1종 포함하는 박막 태양 전지에 의하여 달성된다.
또한, 본 발명의 태양 전지의 기판 유리는
- 유리 전이 온도 Tg가 550℃ 초과, 특히 600℃를 초과하고, 및/또는
- 20℃ 내지 300℃의 온도 범위에서 열팽창 계수 α20/300이 7.5 x 10-6/K 초과, 특히 8.0 x 10-6/K 내지 9.5 x 10-6/K이며 및/또는
- B2O3를 1 중량% 미만, BaO를 1 중량% 미만, 그리고 CaO + SrO + ZnO의 합계량이 3 중량% 미만 (CaO + SrO + ZnO의 총합 < 3 중량%)이 되는 양으로 함유하고 및/또는
- 기판 유리 성분 (Na2O+K2O)/(MgO+CaO+SrO+BaO)의 몰 비율이 0.95를 초과하고 및/또는
- 기판 유리 성분 SiO2/Al2O3의 몰 비율이 8.8 미만, 특히, 7 미만인 것이 특히 바람직한 것으로 밝혀졌다.
전술한 특성이 모두 만족될 경우 특히 바람직하다.
또한, 태양 전지는 평평하거나, 굴곡이 지거나, 구형이거나 또는 실린더형인 박막 태양전지일 수 있다. 본 발명의 태양 전지는 바람직하게는 기본적으로 평판형 (평평한) 태양 전지 또는 기본적으로 튜브형 태양 전지인 것이 바람직하고, 평평한 기판 유리 또는 튜브형 기판 유리가 바람직하게 이용된다. 본 발명의 태양 전지는 이론적으로, 그의 형상이나 또는 기판 유리의 형상에 있어서 아무런 제약을 받지 않는다. 튜브형 태양 전지의 경우, 태양 전지의 튜브형 기판 유리의 외부 직경은 5 내지 100 mm 인 것이 바람직하고, 튜브형 기판 유리의 벽 두께는 0.5 내지 10 mm 인 것이 바람직하다.
본 발명의 방법의 목적은 다음과 같은 청구항 제4항에 의하여 달성된다. 박막 태양 전지, 특히 청구항 제1항 또는 제2항에 따른 태양 전지의 제조를 위한 본 발명의 방법은 적어도 다음의 단계들:
a) β-OH 함량이 25 내지 80 mmol/l이고 상분리 되지 않는 Na2O-함유 다성분 기판 유리를 제공하는 단계,
b) 박막 태양 전지의 전기적인 후면 전극을 형성하는 금속층을 기판 유리에 적용시키는 단계,
c) > 550℃의 온도에서의 고온 공정을 적어도 하나 포함하는 단계로서, 반도체 화합물 재료, 특히 CIGS 화합물 반도체 재료의 고유한 p-전도 다결정성층을 적용하는 단계,
d) 특히 버퍼층과 이어서 윈도우층의 조합을 통한 p/n 정션을 적용하는 단계
를 포함하여 이루어진다.
모노리식으로 집적되지 않은 시리즈 배열의 경우, 금속성 전면 전극 (front contact)이 바람직하게 적용된다.
도 1은 본 발명에 따른 유리 기판의 물 함량 (β-OH)을 종래기술과 비교하여 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 태양 전지에 적합한 기판 유리의 부식되지 않은 표면 (오른쪽)과 부식된 유리 표면 (왼쪽: 소다 석회 기판 유리)을 도시한 것이다.
도 3은 유리 조성 및 특히 알루미노실리케이트 기판 유리의 Al2O3 성분이 탄성 계수 (kN/cm2)에 미치는 영향을 보여준다.
도 4는 고온에서 본 발명에 따라 증착된 CIGS 흡수층의 A1 모드와 소다 석회 유리 상에 증착된 CIGS층의 A1 모드를 도시한다.
도 5는 종래기술에 따른 태양 전지 단면의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 태양 전지 단면의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 2는 본 발명의 태양 전지에 적합한 기판 유리의 부식되지 않은 표면 (오른쪽)과 부식된 유리 표면 (왼쪽: 소다 석회 기판 유리)을 도시한 것이다.
도 3은 유리 조성 및 특히 알루미노실리케이트 기판 유리의 Al2O3 성분이 탄성 계수 (kN/cm2)에 미치는 영향을 보여준다.
도 4는 고온에서 본 발명에 따라 증착된 CIGS 흡수층의 A1 모드와 소다 석회 유리 상에 증착된 CIGS층의 A1 모드를 도시한다.
도 5는 종래기술에 따른 태양 전지 단면의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 태양 전지 단면의 주사 전자 현미경 사진이다.
본 발명에서 금속층이라는 용어는 가능한 모든 적합한 전기전도성 층을 포함한다.
본 발명의 태양 전지 및 본 발명의 방법에 의해 제조된 태양 전지는 종래기술에 비하여, 절대 효율이 2% 더 높다.
상기 단계 b)는 바람직하게는 박막 태양 전지의 전기적 후면 전극을 형성하면서, 적절한 재료로 이루어진 단일층 또는 다층 시스템, 특히 바람직하게는 몰리브덴으로 구성된 단일층 시스템인 금속층을 기판 유리에 적용하는 단계를 포함하는 것이 좋다.
상기 단계 c)는 반도체 재료 화합물, 바람직하게는 CIGS에 기반한 재료의 고유한 p-전도 다결정성층을 적용하는 것을 포함하는 단계로서, 550℃ < T < 700℃, 바람직하게는 600℃ < T < 700℃의 온도 범위에서 수행되는 고온 공정을 적어도 하나 포함하는 단계인 것이 좋다.
상기 단계 d)는 바람직하게는 CdS, In(OH), InS 등과 같은 반도체 재료의 고유한 n-전도성 버퍼층 및 특히 바람직하게는 ZnO:Al, ZnO:Ga 또는 SnO:F의 투명 전도성 재료로 이루어진 윈도우층을 적용시키는 단계를 포함하며, 여기서 이 윈도우층은 흡수층 (intrinsic layer)과 고도 도핑층을 포함한다.
기판 유리는 컨디셔닝 실험 후, 100 x 100 nm2의 표면적에서 표면 결함이 10개 미만, 바람직하게는 5개 미만일 경우, 본 발명의 목적 상, 상분리되지 않는다. 컨디셔닝 실험을 다음과 같이 수행하였다:
시험하고자 하는 기판 유리를 15 내지 50 ml/분의 범위의 압축 공기 흐름과 5 내지 25 ml/분의 범위의 이산화황 가스 (SO2) 흐름에 5 내지 20분의 기간 동안, 500-600℃의 온도 범위로 처리한다. 사용되는 유리의 종류와 관계없이, 이에 의해 기판 유리 상에 결정성 코팅이 형성된다. 결정성 코팅을 세척한 후 (예컨대, 표면이 더 이상 공격당하지 않도록 물 또는 산성 또는 염기성 수용액을 이용하여 세척), 기판 유리 표면의 단위 면적 당 표면 결함을 현미경으로 측정한다. 만일 100 x 100 nm2의 표면적에 표면 결함이 10개 미만, 특히 5개 미만이면, 그 기판 유리는 상분리되지 않은 것으로 간주한다. 직경이 > 5 nm인 모든 표면 결함을 계수한다.
기판 유리의 β-OH 함량을 다음과 같이 측정하였다. 2700 nm에서의 OH 스트렛칭 진동을 통한 물의 정량적인 측정에 사용된 기구는 컴퓨터가 부착된 시판되는 Nicolet FTIR 분광광도계이다. 2500 - 6500 nm 파장 범위에서의 흡수율을 먼저 측정하고 2700 nm에서의 최대 흡수율을 측정하였다. 이어서, 표본의 두께 d, 순수한 투과율 Ti 및 굴절률 P로부터 흡수율 계수 α를 산출하였다:
α = 1/d*lg(1/Ti) [cm-1], 여기서 Ti = T/P이고, T는 투과율이다.
또한, 물의 함량은 c = α/e로부터 산출되는데, 여기서 e는 실질적인 흡광 계수 [l*mol-1*cm-1]이고, 전술한 평가에서 H2O 1 몰 당 e = 110 l*mol-1*cm-1의 일정한 값으로 사용된다. e 값은 H. Frank 및 H. Scholze의 논문 "Glastechnischen Berichten", Volume 36, No. 9, page 350에 설명된 바에 따라 구한다.
본 명세서에서, 박막 태양 전지는 간단히 줄여서 태양 전지라고도 칭하며, 종속항에서도 이러한 용어를 사용한다. 본 발명의 목적 상, 기판 유리라는 용어는 수퍼스트레이트 (superstrate) 유리도 포괄한다.
본 발명의 목적 상, Na2O-함유 다성분 기판 유리라는 표현은, 그 기판 유리가 Na2O에 더하여, B2O3, BaO, CaO, SrO, ZnO, K2O, MgO, SiO2 및 Al2O3와 같은 부가적인 조성 성분 뿐만 아니라, F, P, N과 같은 비산소 성분도 함유할 수 있음을 의미하는 것이다.
본 발명에 따라, CdTe 또는 CIGS와 같은 반도체 화합물에 기반한, 저렴하면서도 고효율의 모노리식 방식으로 집적된 광전변환 모듈을 개발하는 것이 가능하다. 본 발명의 목적 상, 저렴하다는 용어는 €/watt 단가가 매우 낮다는 것으로서,특히 높은 효율과 빠른 공정 기간의 결과로 인해 보다 많은 처리량과 높은 수율이 가능함을 의미하는 것이다.
본 발명은 지지체 기능과는 별도로, 반도체 제조 공정에서 활성적인 역할을 하면서 특히 고온에서 광활성 박층 반도체 재료에 대한 최적의 CTE 맷칭으로 인하여, 고온 안정성 (즉, 높은 강성 (stiffness))과 화학적 안정성 (즉, 높은 내부식성)을 모두 나타내는, 기판 유리를 포괄한다.
본 발명은 기판 유리 상에 증착된 고온 공정으로부터의 탄뎀형, 멀티정션형 또는 하이브리드형 박막 태양 모듈 및, 이러한 모듈의 제조 방법도 포괄한다. 또한, 본 발명에 따른 태양 모듈은 평평하거나, 구형, 또는 실린더형 또는 기타의 위상학적 형상을 갖는다. 특별한 실시 상태에서, 유리는 채색될 수도 있다.
본 발명에 의해 제공되는 기판 유리의 바람직한 기술적 특징은 다음과 같다: (i) 높은 내부식성, (ii) 물리적인 상분리가 일어나지 않는 재료라는 점, (iii) As와 B가 없다는 점, (iv) 고온 안정성, (v) 맷치된 열팽창계수 (CTE), (vi) Na 함량, (vii) 유리 중 Na의 이동성, (viii) 강성 (stiffness) (SP-Tg) ≥ 200℃.
본 발명의 방법의 바람직한 기술적 특징은 다음과 같다: (i) 대규모 면적 공정, (ii) 고온 (> 550℃, 특히 > 600℃), (iii) 보다 균일한 공정, 즉, 보다 빠른 공정 기간과 그에 따른 높은 처리량, (iv) 고수율.
박막 태양 전지를 제조하기 위한 본 발명의 방법은 바람직하게는 다음 단계들 중 적어도 하나 또는 다음 단계들 모두를 포함하여 이루어진다:
a) 요구 조건을 만족하는 기판을 제공하는 단계,
b) 염산 함유 세척 로션에서 표면에 근접한 나트륨 이온과 표면 불순물의 산 침출에 의한 기판 유리의 정제 및 예비 컨디셔닝 단계,
c) 박막 태양 전지 중 전기적 후면 전극을 형성하고 바람직하게는 단일층 시스템인 금속층을 구조적 단계 또는 파열 없이 기판 상에 형성하는 단계,
d) 반도체 재료 화합물, 특히 CIGS에 기반한 재료의 고유한 p-전도성 다결정성층을 적어도 하나의 고온 단계로 형성하는 단계,
e) 얇은 버퍼층, 예컨대 두께가 수 nm인 CdS 층을 도입한 다음, 이어서 n- 전도성의 투명한 TCO 예컨대 ZnO 또는 ZnO:Al 또는 그의 조합을 도입함으로써 p/n 정션을 형성시키는 단계,
f) 금속 핑거 및 집전 트랙을 포함하는 전면 전극 그리드를 적용시키거나 또는 다양한 증착 단계 사이에 모노리식 시리즈 어레인지먼트를 형성하는 단계,
g) 박막 모듈의 캡슐화 단계.
알칼리 금속 함량이 높은 알루미노실리케이트 유리계는 고온 공정에서 생산되는 박막 태양 전지용 기판 유리에 대한 요구 조건들을 놀랍게도 잘 충족시킨다. 특정 실시예에서, 기판 유리 온도가 최대 700℃에 달하는 고온 CIGS 생산 기술을 사용할 수 있는데 이 공정에서는 기판의 CTE를 CIGS 반도체층과 동시에 맷치시킨다. 이러한 방식으로, ~525℃의 온도에서 표준 공정에 비해 CIGS 전지 효율을 2% 더 높일 수 있다.
고온 공정을 포함하는 생산법에서 유리 기판이 충족해야 하는 요구 조건들은 다음 범위의 유리 조성 (mol%)을 갖는 유리에 의해 특히 잘 충족된다:
4 리터 들이 백금 도가니에서 통상적인 원료로부터 유리를 용융시켰다. 유리 중 특정량의 물을 확인하기 위하여, Al 원료 물질 Al(OH)3를 사용하고, 이에 더하여, 가스-가열식 용융 퍼니스 (산소연료 기술)의 퍼니스 공간에서 산소 버너를 사용하여 산화 용융 조건 하에 높은 융점을 달성하였다. 1580℃의 융점에서 원료를 8 시간에 걸쳐 도입하고 이어서 이 온도에서 14 시간 유지시켰다. 이어서 8 시간에 걸쳐 교반하면서 유리 용융물을 1400℃로 냉각시킨 다음 500℃로 예열된 흑연 몰드에 부었다. 주조 직후, 이 주조용 몰드를 650℃로 에열시킨 냉각 퍼니스에 넣고 5℃/h의 비율로 실온으로 냉각시켰다. 이어서 측정에 필요한 유리 표본을 이 블록으로부터 절단하였다.
알칼리 금속 및/또는 알칼리토 금속 성분의 질화물을 이용한 산화 조건 하에서 용융시킬 경우, 놀랍게도 이 유리들은 기포 함량 관점에서 높은 균일도를 보이는 것으로 밝혀졌다.
두가지 유리 형성물질 SiO2 대 Al2O3의 몰 비율은 유리 전이 온도 (Tg)로부터 연화점에 이르는 범위에서의 점도 증가를 결정하기 때문에, 상기 몰 비율은 기판 유리의 고온 사용 가능성 여부의 관건이 된다. 이러한 "긴" 유리는 변형 (deformation) 없이 유리 전이 온도까지 열 응력화 (thermally stressed) 될 수 있을 뿐만 아니라, 유리의 연화점 (SP: softening point) 약 100℃ 미만까지도 열 응력화될 수 있다. 따라서, > 550℃ 내지 < 700℃의 고온에서 사용될 때조차, 열에 의한 기판의 변형이 일어나지 않도록 할 수 있다. 그러나, 이어지는 층 시스템에 대한 CTE 맷칭의 중요한 요구사항 역시 동시에 달성되어야 한다.
알칼리 금속 이온의 총합 대 Al2O3의 몰 비율은, 보로알루미노실리케이트 유리의 높은 팽창계수에 특히 중요하다. 본 발명에서 예기치 않게 밝혀진 바와 같이 알칼리 금속 산화물/산화알루미늄의 비율이 0.6 내지 3.0 정도로 지극히 좁은 경우에만이 580 내지 680℃ 범위의 높은 Tg 및 7.5 x 10-6/K를 초과하는 높은 열팽창계수라는 두 가지 요구조건을 동시에 달성할 수 있게 해주며 이에 따라 요구되는 CTE를 달성할 수 있게 해준다.
반도체 제조시, 반도체 유독 성분 (semiconductor poisons)은 층의 성능을 현저히 떨어뜨리기 때문에 이들이 공정 중에 유입되지 않도록 하는 것이 극히 중요하다. 고온 공정시 CIGS에 기반한 태양 전지를 제조하는데 있어서는, 유리로부터 빠져 나가거나 확산되어 나가는 철, 비소 또는 붕소와 같은 반도체 유독 성분을 차단하는 것이 중요한다. 이는 이들이 특히 활성 재결합 지점이 되어 개방 회로 전위의 열화를 야기하여 단락 회로를 유발할 수 있기 때문이다.
놀랍게도, 전술한 유리 조성을 갖는 유리는 철을 함유하지 않지만, 물 함량이 > 25 mmol/리터, 바람직하게는 > 40 mmol/리터, 특히 바람직하게는 > 50 mmol/리터이므로, 고온 공정의 요구 조건을 정확히 만족한다는 것이 밝혀졌다. 따라서 반도체 유독 성분들은 화학적으로 결합되어, > 550℃의 온도에서조차 공정 내로 유입될 수 없다.
물의 함량은 적절한 교정 표준을 이용하여 2500 내지 6000 nm의 파장 범위에서 시판되는 분광광도계를 이용하여 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유리 기판의 물 함량 (β-OH)을 종래기술과 비교하여 예시한 도면이다. 소다 석회 유리, JP 11-135819A, 및 본 발명의 실시예 4의 유리에 있어서, 2800 nm에서의 물의 β-OH 초대 흡수율 및 파장 범위 2500 - 6000 nm에서의 적외선 측정값.
전체 반도체 증착 단계에 걸쳐서 시간 및 물리적 위치 (코팅 부분에 있어서) 측면에서 알칼리 금속 이온, 특히 나트륨의 표적화 방출이 균일하게 일어나는 것은 반도체 화합물에 기반한 고효율 태양 전지를 생산하는데 있어서 매우 중요하며, 특히, 비용 절감 공정을 실현하기 위하여, 나트륨 첨가와 같은 부가 공정 단계를 생략하는 경우, 특히 중요하다.
전술한 요구 사항은, 놀랍게도, DE 100 05 088, DE 196 16 679, DE 196 16 633에 설명된 붕소 함유 알루미노실리케이트 유리나 저수 (low-water) 알루미노실리케이트와 대조적으로, 알칼리가 풍부한 영역과 알칼리 함량이 낮은 영역의 물리적 상분리가 없는 기판 유리를 사용하는 경우에만이 달성될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 기판 유리는 Tg 부근의 온도에서 Na 이온/Na 원자를 방출하는데, 이는 알칼리 금속 이온의 운동성 증가를 필요로 한다. 놀랍게도 전술한 조성을 갖는 것과 같은 물-함유 유리에 있어서의 알칼리 금속 이온의 운동성은, 높은 Tg 및 이와 동시에 높은 열 팽창률 요구 조건을 만족하지만, 유리 구조에서의 소형 나트륨 이온의 확산은 방해하는, 알칼리토 금속 이온의 비율 증가에도 불구하고 지속적으로 유지된다는 것이 밝혀졌다. 본 발명 유리에 있어서 나트륨 이온의 이온 운동성과 이들의 용이한 대체성은 특히, 유리 구조 중의 잔류수 함량에 의해 긍정적인 영향을 받는데, 이는 예컨대 Al2O3 대신 Al(OH)3를 사용하는 것과 같이, 결정 격자 중에 물이 풍부한 원료를 선택하는 것, 그리고 산소연료 공법으로도 알려져 있는, 용융 공정 중 산소가 풍부한 가스 분위기를 이용하는 것에 의하여 달성될 수 있다. 놀랍게도 측정된 SiO2/Al2O3의 비율 역시도 높은 알칼리 금속 이온 운동성에 있어서 필요한 것으로 밝혀졌다.
상분리를 나타내지 않지만 높은 알칼리 금속 이온 운동성을 나타내는 기판의 경우, 알칼리 금속 이온은 전 기판 면적에 걸친 물리적 위치 측면에서 상부에 놓인 층들로 균질하게 방출될 수 있거나 또는 이 층들을 통해 확산될 수 있다. 알칼리 금속 이온의 방출은 > 600℃의 고온에서조차 중단되지 않는다. 또한, 이러한 기판은 몰리브덴의 기능성 층 및 그 위에 증착된 반도체 화합물에 대하여도 개선된 부착 특성을 나타낸다. 고온 공정에 있어서, 반도체 화합물 층들은 이상적인 방식으로 성장할 수 있는데, 즉, 전 영역에 거쳐 균질한 결정 성장을 나타낼 수 있으므로, 고수율을 달성할 수 있고 증착 공정 중에 충분히 큰 알칼리 금속 이온 용기를 확보할 수 있다.
또 다른 컨디셔닝 공정에서, 유리 기판의 상부 영역 중의 알칼리 금속 이온들을 표적화 방식으로 대체시킬 수 있다. 예컨대, K, Li를 Na로 대체시키거나 또는 그 반대로 대체시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 표 1에 나타낸 바와 같이 여러가지 상이한 조성을 갖는 유리들로 하여금 물리적 위치와 시간 관점에서, 오직 1종의 알칼리 금속 이온만을 균질하게 방출시킬 수 있도록, 컨디셔닝할 수 있다.
반도체 화합물에 기반한 박막 태양 전지, 특히, 부식성 분위기 하 고온 공정에서 생산된 박막 태양 전지는 내부식성이 높아야 한다. 예기치 않게도, 전술한 유리의 가수분해 안정성이 0.5 ㎍/g Na2O이면 부식 위험이 현저하게 감소된다는 것이 밝혀졌다. 가수분해 안정성은 DIN ISO 719에 따라 측정한다. 본 발명에서는 기판 유리를 입도가 300-500㎛가 되도록 거친 유리 분말 형태로 분쇄한 다음, 이를 98℃의 뜨거운 탈미네랄수에 1 시간 동안 담근다. 이어서 이 수용액의 알칼리 금속 함량을 측정한다.
이들 유리는, 소다 석회 유리와 마찬가지로, SO2/SeO2와 반응하지만, 소다 석회 유리와는 대조적으로 물로 세척할 때 볼 수 있는 가시적인 표면 부식을 나타내지 않는다. 도 2는 본 발명의 태양 전지에 적합한 기판 유리의 부식되지 않은 표면 (오른쪽)과 부식된 유리 표면 (왼쪽: 소다 석회 기판 유리)을 도시한 것이다. 부식되지 않는 이유는, 챨코겐화 산화물과의 반응 중 표면 아래의 깊은 층들로부터 재공급되는 유리 격자 중의 나트륨 이온의 높은 운동성과, 유리의 상 안정성에 기인한다. 이는 나트륨 이온이 표면으로 균질하게 확산되는 것을 가능하게 해주며 따라서, 표면의 가시적인 부식 현상을 방지한다.
강성 (stiffness: > 600℃의 고온에서의 치수 안정성)은 특히 SP-Tg (℃)의 차이로부터 평가될 수 있다. < 2.5 mm와 같이, 기판 두께를 3 - 3.5 mm 보다 더 얇게 얇게 하기 위해서는 오늘날 대체로 적어도 200℃가 요구된다. 이는, 예컨대 코팅 공정 후, > 600℃로부터 실온으로의 현저한 감온 냉각 섹션을 가능케 해줌으로써 공정 시간과 경비를 저감시켜준다. 마찬가지로 기판 유리가 더 얇다는 것은 기판 유리 자체에 드는 원료 비용과 생산 경비가 더 낮다는 것을 의미하며, 이는 소다 석회 유리와 비교할 때 비용 차이를 줄여주어서, 이들 기판 유리의 경쟁력을 높여주는 역할을 한다.
전술한 조성을 갖는 기판 유리를 생산하여 > 600℃의 온도에서 높은 치수 안정성을 갖도록 하는 방식으로 마감하였다. 이 치수 안정성은 강성으로 표현될 수 있고, 이는, 특히, 유리의 탄성 계수가 > 70 kN/mm2라는 것으로 표시될 수 있고, 또한 연화점 (SP)와 유리 전이 온도 (Tg)가 큰 차이를 나타낸다는 것으로 표현된다. 놀랍게도 SP-Tg의 온도 차이가 ≥ 200℃이면 종래기술에서와 같은 기판 유리 두께 3 - 3.5 mm를, 기판 유리의 강성 손실 없이 2.5 mm 미만으로 감소시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다. 기판 유리 두께의 이러한 감소는 기판 유리를 통한 열전달 속도를 보다 빠르게 해주며, 이는 반도체 증착 공정의 공정 속도를 가속화시켜서, 공정 시간을 절감시켜 준다. 특히, 공정 시간의 감소와 별도로, 예컨대 냉각 섹션이 유의적으로 감소될 수 있는데, 이는 또한 생산 단가도 크게 낮춰준다. 마찬가지로 기판 유리가 더 얇다는 것은 기판 유리 자체의 원료 비용과 제조 단가가 더 낮다는 것을 의미하며 이는 즉시 처리 (in-line) 공장에서의 코팅을 비롯하여 기판 유리의 무손실 전달로 인하여, 태양 전지 생산시 보다 우수한 경비 균형을 맞출 수 있게 해준다. 기판 유리의 왜곡은 예컨대 공정 챔버 록과 같은 문제를 일으키며 상당한 수율의 손실을 일으킬 수 있다. 또한, 태양 전지가 왜곡되지 않도록 함으로써 적층 공정에 있어서 크나큰 이득이 되는데: 본 발명에 있어서도, 그다지 평평하지 않은 기판 유리는 수율 손실을 일으킬 수 있다.
도 3은 유리 조성 및 특히 알루미노실리케이트 기판 유리의 Al2O3 성분이 탄성 계수 (kN/cm2)에 미치는 영향을 보여준다 (http://glassproperties.com에 따름).
알칼리 금속 이온의 기본적인 운동성과 별도로, 상부에 위치한 층들의 예컨대, 후면 전극층을 경유하여 반도체 층으로의 확산 경로 역시도 중요하다. 놀랍게도 본 발명에서 달성되는 바와 같은, 후면 전극층의 파열 및/또는 구조적 단계의 회피, 예컨대 단일 단계 후면 전극층은 이러한 측면에 있어서 매우 중요하다는 것이 밝혀졌다. 이것은 알칼리 금속 이온의 분포를 물리적 위치와 시간의 측면에서 균질하게 하는데 있어서 특히 중요하다.
기판 유리 표면은 시간이 경과함에 따라 에이징되어서 본래의 활성 표면을 상실하는 것으로 알려져 있다. 놀랍게도 유리 표면을 금속막으로 코팅하면 이 활성을 보존할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이것은 특히 텅스텐, 은, 바나듐, 탄탈룸, 크롬, 니켈, 특히 몰리브덴을 코팅하는 경우 그러하다. 금속막은 두께가 0.2 내지 5 ㎛, 특히 바람직하게는 0.5 내지 1 ㎛인 것이 좋고, 전도율은 0.6 x 105 내지 2 x 105 ohm.cm, 특히 바람직하게는 0.9 x 105 내지 1.4 x 105ohm.cm인 것이 좋다.
또한, 전술한 조성을 갖는 고온-안정성 기판 유리에 있어서는 가시적인 상분리 (전술한 바와 같음)가 전혀 없고, 이에 상응하여 결정화에 대해 안정성이 있기 때문에, 기판 유리에 대한 금속성 후면 전극의 부착율이 특히 우수한 것으로 밝혀졌다. 어떤 장소에 있어서 일어나는, "쵸콜렛 종이"라고도 칭해지는 층의 탈착과 같이, 소다 석회 유리의 경우 자주 관찰되는 부착성 문제는 본 발명에 따라 금속 후면 전극으로 코팅된 기판에서는 관찰되지 않았으며, 특히 금속 후면 전극이 구조 단계를 전혀 또는 거의 갖지 않는 단일층 시스템인 경우 특히 바람직하다. 전술한 기판 유리에 있어서 가시적인 상분리가 없다는 것은 통상적인 기질과 비교하여 금속 후면 전극에 대한 CIGS층의 탁월한 부착을 가능케 해준다. 순차적인 공정에서, "지하 차고 (underground garages)"라고도 칭해지는 CIGS 층과 후면 전극의 계면 사이의 공극이 부착을 일으키는 역할을 하는 단지 작은 섬 (islands)들과 함께, 소다 석회 유리 상에서 종종 발견되었다. 이와 대조적으로, 전술한 기판 유리에 기반한 본 발명의 태양 전지의 경우, 특히 고온 단계와 연기된 경우, 전체 면적에 걸친 완전한 부착이 관찰되었는데, 이는 물리적 위치와 시간 측면에서 기판 유리로부터 나트륨 이온이 균일하게 방출되었다는 것과, 물리적 위치와 시간 측면에서, 구조적 단계들의 회피에 기인하는 금속성 후면 전극층을 통한 이들의 균질한 확산에 의해 설명될 수 있다.
표준적인 소다 석회 유리의 Tg 보다 높은 Tg를 갖는 기판 유리는 반드체 측정 공정 중에 높은 공정 온도를 사용할 수 있게 해준다. 황동계 (chalcopyrite) 물질 형성시 증착 온도가 높을수록 결정 결함이 검색 한계 미만으로, 예컨대 CuAu 수준으로, 현저히 최소화될 수 있는 것으로 알려져 있다. 이것은 전술한 순차적인 공정에서 특히 그러하다. 전술한 조성의 기판 유리를 갖는 본 발명의 태양 전지의 반도체 층 (여기서 반도체 층은 > 600℃의 온도에서 증착됨)은 놀랍게도 높은 결정성에 요구되는 기준을 만족하며 그에 따라 결함이 더 적다. 이는 도 4의 라만 스펙트럼으로부터 관찰될 수 있다. 도 4는 고온에서 본 발명에 따라 증착된 CIGS 흡수층의 A1 모드와 소다 석회 유리 상에 증착된 CIGS층의 A1 모드를 도시한다. 본 발명에 따른 태양 전지의 경우 절반 높이에서의 폭이 더 적다는 것은 결정 품질이 더 우수하다는 척도이며 따라서 결함이 더 적음을 가리킨다. 전술한 조성을 갖는 기판 유리 상에 고온 단계 (T > 550℃)에서 증착된 본 발명에 따른 CIGS 층의 경우, 소다 석회 기판 유리 상에 통상적인 방식으로 제조된 CIGS 층의 경우에서 관찰되는 것 (절반 높이에서 폭이 더 큼) 보다 절반 높이에서 폭이 더 적다.
놀랍게도, 공정 온도가 높을수록 가능한 공정 속도도 더 빨라지는 것으로 나타났다. 특히 전면에서의 결정 형성시의 공정이 더욱 신속하게 진행되며, 예컨대, 결정 중 적절한 위치 상에서의 원소들의 혼입이 가속화된다. 순차 공정의 경우, 유의적인 메카니즘은 챨코겐 원자와의 반응이 일어나는 표면으로 개별적인 원자들이 확산하는 것이다. 온도가 높을수록 반응 표면으로의 원소들의 확산 속도가 더 빨라지며, 그에 따라 결정화 전면으로의 결정 형성에 필요한 원소들의 전달도 더 빨라진다. 전형적인 가열 램프 (heating ramps)는 최고 온도에서 약 5분의 정지 시간 (hold times)에서 5 내지 10 K/s의 범위이고 전형적인 냉각 램프 (cooling ramps)는 3 내지 4 K/s 범위이다. 전술한 조성을 갖는 유리 기판에 기반할 경우, 가열 램프는 > 10K/s, 특히 냉각 프로파일은 > 4 K/s, 특히 바람직하게는 > 5 K/s가 얻어질 수 있는 것으로 밝혀졌다. 또한, 가속화된 가열 램프 및 냉각 램프, 그리고 최고 온도가 550℃보다 훨씬 높다는 점에도 불구하고, 전술한 조성을 갖는 유리 기판으로 기체 배출이 관찰되지 않았는데, 이는 소다 석회 유리와 같은 종래의 기판 유리와 대조되는 것이다.
도 5는 종래기술에 따라 생산된 태양 전지를 도시한 것으로, 구체적으로는, 기판 유리 (도면의 왼쪽) 상의 다층 몰리브덴 코팅 (3층 프로세스 시퀀스)의 대역 구조 (zonal structure)의 단면의 주사전자 현미경 사진이다. 몰리브덴 층의 세 단계가 보인다 (도면 가운데)
도 6은 본 발명에 따른 태양 전지를 도시한 것으로, 구체적으로 본 발명에 따른 태양 전지의 몰리브덴층의 원주형 무단계 (stepless) 구조의 단면의 주사 전자 현미경 사진으로서, 몰리브덴 층은 단일층 공정에 의해 적용된 것이다.
Claims (4)
- Na2O-함유 다성분 기판 유리를 적어도 1종 함유하는 박막 태양 전지로서, 상기 기판 유리는 상분리 되지 않고 β-OH의 함량이 25 내지 80 mmol/l인 것이 특징인 박막 태양 전지.
- 제1항에 있어서, 상기 기판 유리는
- 유리 전이 온도 Tg가 550℃ 초과, 특히 600℃를 초과하고, 및/또는
- 20℃ 내지 300℃의 온도 범위에서 열팽창 계수 α20/300이 7.5 x 10-6/K 초과, 특히 8.0 x 10-6/K 내지 9.5 x 10-6/K이며 및/또는
- B2O3를 1 중량% 미만, BaO를 1 중량% 미만, 그리고 CaO + SrO + ZnO의 합계량이 3 중량% 미만 (CaO + SrO + ZnO의 총합 < 3 중량%)이 되는 양으로 함유하고 및/또는
- 기판 유리 성분 (Na2O+K2O)/(MgO+CaO+SrO+BaO)의 몰 비율이 0.95를 초과하고 및/또는
- 기판 유리 성분 SiO2/Al2O3의 몰 비율이 8.8 미만, 특히, 7 미만
인 것이 특징인 박막 태양 전지. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 태양 전지는 평평하거나, 굴곡지거나, 구형 또는 튜브형 박막 태양 전지인 것이 특징인 박막 태양 전지.
- a) β-OH 함량이 25 내지 80 mmol/l이고 상분리 되지 않는 Na2O-함유 다성분 기판 유리를 제공하는 단계,
b) 박막 태양 전지의 전기적인 후면 전극을 형성하는 금속층을 기판 유리에 적용시키는 단계,
c) > 550℃의 온도에서의 고온 공정을 적어도 하나 포함하는 단계로서, 반도체 화합물 재료, 특히 CIGS 화합물 반도체 재료의 고유한 p-전도 다결정성층을 적용하는 단계,
d) p/n 정션을 적용하는 단계
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 박막 태양 전지의 제조 방법.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102009020954.9 | 2009-05-12 | ||
| DE102009020954 | 2009-05-12 | ||
| DE102009050987A DE102009050987B3 (de) | 2009-05-12 | 2009-10-28 | Dünnschichtsolarzelle und Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle |
| DE102009050987.9 | 2009-10-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20100122467A true KR20100122467A (ko) | 2010-11-22 |
| KR101029385B1 KR101029385B1 (ko) | 2011-04-15 |
Family
ID=42675266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020100044623A KR101029385B1 (ko) | 2009-05-12 | 2010-05-12 | 박막 태양 전지 및 박막 태양 전지의 제조 방법 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20100288361A1 (ko) |
| EP (1) | EP2429962A1 (ko) |
| JP (1) | JP2010267967A (ko) |
| KR (1) | KR101029385B1 (ko) |
| CN (1) | CN101887922B (ko) |
| DE (1) | DE102009050987B3 (ko) |
| TW (1) | TW201103879A (ko) |
| WO (1) | WO2010130359A1 (ko) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8445394B2 (en) | 2008-10-06 | 2013-05-21 | Corning Incorporated | Intermediate thermal expansion coefficient glass |
| US8975199B2 (en) | 2011-08-12 | 2015-03-10 | Corsam Technologies Llc | Fusion formable alkali-free intermediate thermal expansion coefficient glass |
| JP2011132061A (ja) * | 2009-12-24 | 2011-07-07 | Asahi Glass Co Ltd | 情報記録媒体用ガラス基板および磁気ディスク |
| DE102010023366B4 (de) * | 2010-06-10 | 2017-09-21 | Schott Ag | Verwendung von Gläsern für Photovoltaik-Anwendungen |
| KR20130129923A (ko) * | 2010-10-20 | 2013-11-29 | 아사히 가라스 가부시키가이샤 | ＣｕＩｎＧａＳｅ 태양 전지용 유리 기판 및 그것을 사용한 태양 전지 |
| CN102464448B (zh) * | 2010-11-11 | 2013-10-09 | 中国南玻集团股份有限公司 | 用于薄膜太阳能电池的玻璃板及其制备方法 |
| KR101219835B1 (ko) * | 2011-01-25 | 2013-01-21 | 엘지이노텍 주식회사 | 태양전지 및 이의 제조방법 |
| FR2972446B1 (fr) * | 2011-03-09 | 2017-11-24 | Saint Gobain | Substrat pour cellule photovoltaique |
| FR2972724B1 (fr) * | 2011-03-15 | 2016-09-16 | Saint Gobain | Substrat pour cellule photovoltaique |
| TWI482294B (zh) * | 2011-03-22 | 2015-04-21 | Nat Univ Tsing Hua | 製作背面具有介電質層以及分散式接觸電極之矽太陽能電池之方法及該元件 |
| US20120329196A1 (en) * | 2011-06-22 | 2012-12-27 | Chien-Chih Hsu | Solar cell packaging process |
| TW201307234A (zh) * | 2011-07-12 | 2013-02-16 | Asahi Glass Co Ltd | 附積層膜之玻璃基板之製造方法 |
| CN103649002A (zh) * | 2011-07-12 | 2014-03-19 | 旭硝子株式会社 | 带层叠膜的玻璃基板的制造方法 |
| JP6254345B2 (ja) * | 2011-12-22 | 2017-12-27 | 日本電気硝子株式会社 | 太陽電池用ガラス基板 |
| US20130207109A1 (en) * | 2012-02-14 | 2013-08-15 | Ji Fu Machinery & Equipment Inc. | Semiconductor device and method for manufacturing a semiconductor device |
| KR101432478B1 (ko) * | 2012-04-23 | 2014-08-22 | 한국세라믹기술원 | Ｃｉｇｓ 박막태양전지 |
| US20140041721A1 (en) * | 2012-08-09 | 2014-02-13 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Solar cell and manufacturing method thereof |
| US20140238481A1 (en) * | 2013-02-28 | 2014-08-28 | Corning Incorporated | Sodium out-flux for photovoltaic cigs glasses |
| TW201542485A (zh) * | 2014-05-15 | 2015-11-16 | Asahi Glass Co Ltd | 太陽電池用玻璃基板及使用其之太陽電池 |
| JP6428344B2 (ja) * | 2015-02-13 | 2018-11-28 | Ａｇｃ株式会社 | ガラス基板 |
| CN117809985B (zh) * | 2024-02-29 | 2024-05-10 | 山东恒嘉高纯铝业科技股份有限公司 | 一种含有六铝酸钙的薄膜电极及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4273828A (en) * | 1979-08-14 | 1981-06-16 | Rca Corporation | Bulk glass having improved properties |
| US5141564A (en) * | 1988-05-03 | 1992-08-25 | The Boeing Company | Mixed ternary heterojunction solar cell |
| US4915745A (en) * | 1988-09-22 | 1990-04-10 | Atlantic Richfield Company | Thin film solar cell and method of making |
| US5578503A (en) * | 1992-09-22 | 1996-11-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Rapid process for producing a chalcopyrite semiconductor on a substrate |
| DE4333407C1 (de) * | 1993-09-30 | 1994-11-17 | Siemens Ag | Solarzelle mit einer Chalkopyritabsorberschicht |
| DE19616633C1 (de) * | 1996-04-26 | 1997-05-07 | Schott Glaswerke | Chemisch vorspannbare Aluminosilicatgläser und deren Verwendung |
| DE19616679C1 (de) * | 1996-04-26 | 1997-05-07 | Schott Glaswerke | Verfahren zur Herstellung chemisch vorgespannten Glases und Verwendung desselben |
| US5824127A (en) * | 1996-07-19 | 1998-10-20 | Corning Incorporated | Arsenic-free glasses |
| JPH11135819A (ja) * | 1997-10-31 | 1999-05-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 化合物薄膜太陽電池 |
| JP2000159538A (ja) | 1998-11-27 | 2000-06-13 | Asahi Glass Co Ltd | 太陽電池用ガラス |
| DE10005088C1 (de) * | 2000-02-04 | 2001-03-15 | Schott Glas | Alkalihaltiges Aluminoborosilicatglas und seine Verwendung |
| DE10119463C2 (de) * | 2001-04-12 | 2003-03-06 | Hahn Meitner Inst Berlin Gmbh | Verfahren zur Herstellung einer Chalkogenid-Halbleiterschicht des Typs ABC¶2¶ mit optischer Prozesskontrolle |
| US20050072461A1 (en) * | 2003-05-27 | 2005-04-07 | Frank Kuchinski | Pinhole porosity free insulating films on flexible metallic substrates for thin film applications |
| US20070215197A1 (en) * | 2006-03-18 | 2007-09-20 | Benyamin Buller | Elongated photovoltaic cells in casings |
| JP5467490B2 (ja) * | 2007-08-03 | 2014-04-09 | 日本電気硝子株式会社 | 強化ガラス基板の製造方法及び強化ガラス基板 |
| KR20090123645A (ko) * | 2008-05-28 | 2009-12-02 | (주)텔리오솔라코리아 | 고효율의 ｃｉｇｓ 태양전지 및 그 제조방법 |
-
2009
- 2009-10-28 DE DE102009050987A patent/DE102009050987B3/de not_active Expired - Fee Related
-
2010
- 2010-05-05 WO PCT/EP2010/002742 patent/WO2010130359A1/de active Application Filing
- 2010-05-05 EP EP10720348A patent/EP2429962A1/de not_active Withdrawn
- 2010-05-07 US US12/775,534 patent/US20100288361A1/en not_active Abandoned
- 2010-05-11 TW TW099114915A patent/TW201103879A/zh unknown
- 2010-05-12 CN CN2010101789134A patent/CN101887922B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2010-05-12 JP JP2010110307A patent/JP2010267967A/ja active Pending
- 2010-05-12 KR KR1020100044623A patent/KR101029385B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201103879A (en) | 2011-02-01 |
| KR101029385B1 (ko) | 2011-04-15 |
| DE102009050987B3 (de) | 2010-10-07 |
| EP2429962A1 (de) | 2012-03-21 |
| WO2010130359A1 (de) | 2010-11-18 |
| US20100288361A1 (en) | 2010-11-18 |
| JP2010267967A (ja) | 2010-11-25 |
| CN101887922B (zh) | 2012-09-05 |
| CN101887922A (zh) | 2010-11-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101029385B1 (ko) | 박막 태양 전지 및 박막 태양 전지의 제조 방법 | |
| KR101023801B1 (ko) | 박막 태양 전지 | |
| JP4757424B2 (ja) | アルカリ含有硼珪酸アルミニウムガラス及びその使用 | |
| JP5671041B2 (ja) | 高い耐熱性と低い作業温度を有するアルミノケイ酸塩ガラス | |
| EP2119681B1 (en) | Glass substrate for solar battery | |
| US6680266B1 (en) | Alkaline-earth aluminoborosilicate glass and the uses thereof | |
| JP5890321B2 (ja) | アルミノケイ酸ガラスから作製される基板ガラスを有する光電池 | |
| JP5733811B2 (ja) | 太陽電池用ガラス基板の製造方法 | |
| EP2456727A1 (en) | Fusion formable silica and sodium containing glasses | |
| JP5915892B2 (ja) | 薄膜太陽電池用ガラス板 | |
| US20110303259A1 (en) | Utilization of glasses for photovoltaic applications | |
| KR101554532B1 (ko) | 박막 태양 전지용 유리판 | |
| JP2010118505A (ja) | 太陽電池用ガラス基板 | |
| TW201348170A (zh) | Ｃｕ－Ｉｎ－Ｇａ－Ｓｅ太陽能電池用玻璃基板及使用其之太陽能電池 | |
| KR20130037654A (ko) | 태양 전지의 제조 방법 및 태양 전지 | |
| US20150325725A1 (en) | Glass substrate for solar cell | |
| JP6040699B2 (ja) | 薄膜太陽電池用ガラス板 | |
| TW201416335A (zh) | 太陽電池用玻璃基板及使用其之太陽電池 | |
| TW201412677A (zh) | Ｃｕ－Ｉｎ－Ｇａ－Ｓｅ太陽電池用玻璃基板及使用其之太陽電池 | |
| JP2018177592A (ja) | Ｃｉｇｓ太陽電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| A302 | Request for accelerated examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150417 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |