KR20110001304A - 팁, 태양전지 및 이를 이용한 태양전지 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 태양전지는 기판 상에 서로 이격되어 배치된 복수개의 후면전극 패턴; 상기 후면전극 패턴이 배치된 상기 기판 상에 전극간 연결을 위한 콘택패턴 및 단위셀로 나누기 위한 분리패턴이 형성된 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 배치되며, 상기 분리패턴에 의해 이격되어 배치된 전면전극을 포함하며, 상기 전면전극은 상기 콘택패턴 내에 삽입되어 상기 후면전극 패턴과 전기적으로 연결되며, 상기 콘택패턴의 상부의 폭이 상기 전면전극 패턴과 접하는 상기 콘택패턴의 하부의 폭보다 넓게 형성된 것을 포함한다.
태양전지
Description
실시예는 팁, 태양전지 및 이를 이용한 태양전지 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지의 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지들에 대한 개발이 진행되고 있다.
특히, 유리 기판, 금속 후면 전극층, p형 CIGS계 광 흡수층, 고 저항 버퍼층, n형 창층 등을 포함하는 기판 구조의 pn 헤테로 접합 장치인 CIGS계 태양전지가 널리 사용되고 있다.
그러나 CIGS계 태양전지에서 전면전극과 후면전극을 연결하기 위해 형성하는 분리패턴 내부에도 전면전극이 삽입되어 후면전극과 전기적으로 연결되지만, 분리패턴의 폭이 좁아 전면전극 형성시 분리패턴 내부에 보이드(void)가 발생하여 저항을 증가시킴으로써 태양전지의 전기적 특성이 저하될 수 있다.
실시예는 태양전지의 상부전극 형성시 불량을 감소시킬 수 있는 팁, 태양전지 및 이를 이용한 태양전지 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 태양전지는 기판 상에 서로 이격되어 배치된 복수개의 후면전극 패턴; 상기 후면전극 패턴이 배치된 상기 기판 상에 전극간 연결을 위한 콘택패턴 및 단위셀로 나누기 위한 분리패턴이 형성된 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 배치되며, 상기 분리패턴에 의해 이격되어 배치된 전면전극을 포함하며, 상기 전면전극은 상기 콘택패턴 내에 삽입되어 상기 후면전극 패턴과 전기적으로 연결되며, 상기 콘택패턴의 상부의 폭이 상기 전면전극 패턴과 접하는 상기 콘택패턴의 하부의 폭보다 넓게 형성된 것을 포함한다.
실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 기판 상에 서로 이격되어 배치된 복수개의 후면전극 패턴을 형성하는 단계; 상기 후면전극 패턴이 배치된 상기 기판 상에 전극간 연결을 위한 콘택패턴을 포함하는 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 상에 전면전극을 형성하는 단계; 및 상기 전면전극 및 광 흡수층을 식각하여 단위셀로 나누기 위한 분리패턴을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 전면전극은 상기 콘택패턴 내에 삽입되어 상기 후면전극 패턴과 전기적으로 연결되고, 상기 콘택패턴의 상부의 폭이 상기 전면전극과 접하는 상기 콘택패턴의 하부의 폭보다 넓게 형성된 것을 포함한다.
실시예에 따른 팁은 태양전지의 제조 공정에서 사용되는 스크라이빙 장치의 팁에 있어서, 스크라이빙 대상을 스크라이빙 할 수 있는 접촉부; 및 상기 접촉부를 지지하는 지지부를 포함하며, 상기 접촉부의 상부의 폭이 하부의 폭보다 크게 형성되며, 스크라이빙하기 위해 접촉되는 상기 접촉부의 하부면과 상기 접촉부의 측벽에 의한 외각(θ)은 45~80°를 이루는 것을 포함한다.
실시예에 따른 팁, 태양전지 및 이를 이용한 태양전지 제조방법은 콘택패턴 상부의 폭(W2)을 하부의 폭(W1)보다 넓게 형성하여, 후면전극 패턴과 접하는 영역에 보이드(void)가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
즉, 이러한 구조의 콘택패턴으로 인해 전면전극의 스텝 커버리지(step coverage)가 개선되어, 접촉 저항이 감소되어 태양전지의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 층, 막 또는 전극 등이 각 기판, 층, 막, 또는 전극 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 7은 실시예에 따른 태양전지를 도시한 측단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 태양전지는 기판(100), 후면전극 패턴(200), 광 흡수층(300) 및 전면전극(500)을 포함한다.
상기 후면전극 패턴(200)은 상기 기판(100) 상에 서로 이격되어 복수개가 배치되며, 상기 광 흡수층(300)은 상기 기판(100) 상에 전극간 연결을 위한 콘택패턴(310) 및 단위셀로 나누기 위한 분리패턴(320)을 포함한다.
상기 전면전극(500)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치되며, 상기 분리패턴(320)에 의해 이격되어 배치되며, 상기 콘택패턴(310) 내에 삽입되어 상기 후면전극 패턴(200)과 전기적으로 연결된다.
그리고, 상기 콘택패턴(310)의 상부의 폭(W2)이 상기 전면전극 패턴(200)과 접하는 상기 콘택패턴(310)의 하부의 폭(W1)보다 넓게 형성된다.
이때, 상기 후면전극 패턴(200)의 표면과 상기 광 흡수층(300)이 접촉한 영역의 측벽이 이루는 각(θ)은 45~80°가 될 수 있으며, 상기 각(θ)은 상기 광 흡수층(300) 내에서의 각을 의미한다.
도 5는 실시예에 따른 팁의 구조를 도시한 것이다.
실시예에 따른 팁(Tip, 600)은 태양전지를 제조할 때, 콘택 패턴 및 분리패턴을 형성하기 위한 스크라이빙(scribing) 공정에서 사용된다.
상기 팁(600)은 지지부(650)와 접촉부(660)를 포함하며, 상기 스크라이빙 부(650)의 하부면(610)은 태양전지 형성을 위한 스크라이빙 공정시 광 흡수층(300) 및 버퍼층(400)과 접촉할 수 있다.
이때, 상기 팁(600)은 상기 광 흡수층(300) 및 버퍼층(400)을 스크라이빙(scribing)하기 위해 상기 접촉부(660)의 상부의 폭(T2)이 하부의 폭(T1)보다 크게 형성된다.
상기 팁(600)이 스크라이빙하기 위해 접촉되는 하부면(610)과 상기 팁(600)의 측벽에 의한 외각(θ)은 45~80°가 될 수 있다.
본 실시예의 태양전지 및 팁에 관한 더 자세한 설명은 태양전지의 제조방법과 함께 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 7은 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.
우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 후면전극(201)을 형성한다.
상기 기판(100)은 유리(glass)가 사용되고 있으며, 알루미나와 같은 세라믹 기판, 스테인레스 스틸, 티타늄기판 또는 폴리머 기판 등도 사용될 수 있다.
유리 기판으로는 소다라임 유리(sodalime glass)를 사용할 수 있으며, 폴리머 기판으로는 폴리이미드(polyimide)를 사용할 수 있다.
또한, 상기 기판(100)은 리지드(rigid)하거나 플렉서블(flexible)할 수 있다.
상기 후면전극(201)은 금속 등의 도전체로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 후면전극(201)은 몰리브덴(Mo) 타겟을 사용하여, 스퍼터 링(sputtering) 공정에 의해 형성될 수 있다.
이는, 몰리브덴(Mo)이 가진 높은 전기전도도, 광 흡수층과의 오믹(ohmic) 접합, Se 분위기 하에서의 고온 안정성 때문이다.
또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 후면전극(201)은 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다.
상기 후면전극(201)이 복수개의 층으로 형성될 때, 상기 후면전극(201)을 이루는 층들은 서로 다른 물질로 형성될 수 있다.
이어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 후면전극(201)에 패터닝 공정을 진행하여 후면전극 패턴(200)을 형성한다.
상기 후면전극 패턴(200)은 상기 보호패턴(10) 사이에 상기 기판(100)이 노출되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 후면전극 패턴(200)은 스트라이프(stripe) 형태 또는 매트릭스(matrix) 형태로 배치될 수 있으며, 각각의 셀에 대응할 수 있다.
그러나, 상기 후면전극 패턴(200)은 상기의 형태에 한정되지 않고, 다양한 형태로 형성될 수 있다.
그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 후면전극 패턴(200) 상에 광 흡수층(300), 버퍼층(400)을 형성한다.
상기 광 흡수층(300)은 Ⅰb-Ⅲb-Ⅵb계 화합물을 포함한다.
더 자세하게, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In, Ga)Se2, CIGS계) 화합물을 포함한다.
이와는 다르게, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-셀레나이드계(CuInSe2, CIS계) 화합물 또는 구리-갈륨-셀레나이드계(CuGaSe2, CIS계) 화합물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(300)을 형성하기 위해서, 구리 타겟, 인듐 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하여, 상기 후면전극 패턴(200) 상에 CIG계 금속 프리커서(precursor)막이 형성된다.
이후, 상기 금속 프리커서막은 셀레니제이션(selenization) 공정에 의해서, 셀레늄(Se)과 반응하여 CIGS계 광 흡수층(300)이 형성된다.
또한, 상기 금속 프리커서막을 형성하는 공정 및 셀레니제이션 공정 동안에, 상기 기판(100)에 포함된 알칼리(alkali) 성분이 상기 후면전극 패턴(200)을 통해서, 상기 금속 프리커서막 및 상기 광 흡수층(300)에 확산된다.
알칼리(alkali) 성분은 상기 광 흡수층(300)의 그레인(grain) 크기를 향상시키고, 결정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 광 흡수층(300)은 구리,인듐,갈륨,셀레나이드(Cu, In, Ga, Se)를 동시증착법(co-evaporation)에 의해 형성할 수도 있다.
상기 광 흡수층(300)은 외부의 광을 입사받아, 전기 에너지로 변환시킨다. 상기 광 흡수층(300)은 광전효과에 의해서 광 기전력을 생성한다.
상기 버퍼층(400)은 적어도 하나의 층으로 형성되며, 상기 광 흡수층(300)이 형성된 상기 기판(100) 상에 황화 카드뮴(CdS), ITO, ZnO, i-ZnO 중 어느 하나 또 는 이들의 적층으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 버퍼층(400)은 n형 반도체 층이고, 상기 광 흡수층(300)은 p형 반도체 층이다. 따라서, 상기 광 흡수층(300) 및 버퍼층(400)은 pn 접합을 형성한다.
상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300)과 이후 형성될 전면전극의 사이에 배치된다.
즉, 상기 광 흡수층(300)과 전면전극은 격자상수와 에너지 밴드 갭의 차이가 크기 때문에, 밴드갭이 두 물질의 중간에 위치하는 상기 버퍼층(400)을 삽입하여 양호한 접합을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 한 개의 버퍼층을 상기 광 흡수층(300) 상에 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 버퍼층은 복수개의 층으로 형성될 수도 있다.
이어서, 도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 광 흡수층(300) 및 버퍼층(400)을 관통하는 콘택패턴(310)을 형성한다.
상기 콘택패턴(310)은 기계적인(mechnical) 방법으로 형성할 수 있으며, 상기 후면전극 패턴(200)의 일부가 노출된다.
즉, 도 5에 도시된 모양의 팁(Tip, 600)으로 상기 광 흡수층(300) 및 버퍼층(400)의 일부를 제거함으로써, 상기 콘택패턴(310)을 형성할 수 있다.
상기 팁(600)은 지지부(650)와 접촉부(660)를 포함하며, 상기 스크라이빙부(650)의 하부면(610)은 스크라이빙 공정시 상기 광 흡수층(300) 및 버퍼층(400)과 접촉할 수 있다.
이때, 상기 팁(600)은 상기 광 흡수층(300) 및 버퍼층(400)을 스크라이빙(scribing)하기 위해 상기 접촉부(660)의 상부의 폭(T2)이 하부의 폭(T1)보다 크게 형성된다.
또한, 상기 접촉부(660)의 모양과 동일한 모양으로 상기 콘택패턴(310)이 형성된다.
상기 팁(600)이 스크라이빙하기 위해 접촉되는 하부면(610)과 상기 팁(600)의 측벽에 의한 외각(θ)은 45~80°가 될 수 있다.
상기 팁(600)으로 인해 상기 콘택패턴(310)은 상부의 폭(W2)이 하부의 폭(W1)보다 넓게 형성된다.
즉, 상기 팁(600)도 상부의 폭(T2)이 하부의 폭(T1)보다 넓게 형성되며, 상기 팁(600)의 상부의 폭(T2)은 상기 콘택패턴(310)의 상부의 폭(W2)과 동일하며, 상기 팁(600)의 하부의 폭(T1)은 상기 콘택패턴(310)의 하부의 폭(W1)과 동일하다.
이렇게 형성된 상기 콘택패턴(310)이 상부의 폭(W2)이 하부의 폭(W1)보다 넓게 형성되어, 상기 후면전극 패턴(200)의 표면과 광 흡수층(300)이 접촉한 영역의 측벽이 이루는 각(θ)은 45~80°가 될 수 있다.
즉, 상기 콘택패턴(310)의 측벽과 상기 후면전극 패턴(200)이 접한 영역의 노출된 부분은 100~135°의 각을 이룰 수 있다.
또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 광 흡수층(300)이 상기 후면전극 패턴(200)과 접하는 면이 라운드지게 형성될 수도 있다.
이때에도, 상기 광 흡수층(300)의 측벽에 의한 연장선(I)과 상기 후면전극 패턴(200)의 표면에 의한 연장선(I')의 교차점에서 상기 광 흡수층(300) 내에서 이루는 각(θ)이 45~80°가 될 수 있다.
상기 콘택패턴(310)에서 상부의 폭(W2)이 하부의 폭(W1)보다 넓게 형성되어, 이후 전면전극 형성시, 상기 콘택패턴(310) 내부에 발생되는 보이드(void)를 방지할 수 있다.
그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 버퍼층(400) 상에 투명한 도전물질을 적층하여 전면전극(500) 및 접속배선(700)을 형성한다.
상기 투명한 도전물질을 상기 버퍼층(400) 상에 적층시킬 때, 상기 투명한 도전물질이 상기 콘택패턴(310)의 내부에도 삽입되어, 상기 접속배선(700)을 형성할 수 있다.
상기 후면전극 패턴(200)과 전면전극(500)은 상기 접속배선(700)에 의해 전기적으로 연결된다.
이때, 상기 콘택패턴(310) 상부의 폭(W2)을 하부의 폭(W1)보다 넓게 형성하여, 상기 후면전극 패턴(200)과 접하는 영역에 보이드(void)가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
즉, 이러한 구조의 상기 콘택패턴(310)으로 인해 상기 전면전극(500)의 스텝 커버리지(step coverage)가 개선되어, 접촉 저항이 감소되어 태양전지의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 전면전극(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 스퍼터링 공정을 진행하여 알루미늄으로 도핑된 산화 아연으로 형성된다.
상기 전면전극(500)은 상기 광 흡수층(300)과 pn접합을 형성하는 윈도우(window)층으로서, 태양전지 전면의 투명전극의 기능을 하기 때문에 광투과율이 높고 전기 전도성이 좋은 산화 아연(ZnO)으로 형성된다.
이때, 상기 산화 아연에 알루미늄을 도핑함으로써 낮은 저항값을 갖는 전극을 형성할 수 있다.
상기 전면전극(500)인 산화 아연 박막은 RF 스퍼터링방법으로 ZnO 타겟을 사용하여 증착하는 방법과 Zn 타겟을 이용한 반응성 스퍼터링, 그리고 유기금속화학증착법 등으로 형성될 수 있다.
또한, 전기광학적 특성이 뛰어난 ITO(Indium Thin Oxide) 박막을 산화 아연 박막 상에 층착한 2중 구조를 형성할 수도 있다.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 전면전극(500)을 관통하는 분리패턴(320)을 형성한다.
상기 분리패턴(320)은 레이저(laser)를 조사(irradiate)하거나, 물리적인(mechanical) 방법으로 형성할 수 있다.
상기 버퍼층(400) 및 전면전극(500)은 상기 분리패턴(320)에 의해 구분될 수 있으며, 상기 분리패턴(320)에 의해 각각의 셀(C1, C2)은 서로 분리될 수 있다.
그리고, 상기 분리패턴(320)에 의해 상기 버퍼층(400) 및 광 흡수층(300)은 스트라이프 형태 또는 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
상기 분리 패턴(300)은 상기의 형태에 한정되지 않고, 다양한 형태로 형성될 수 있다.
상기 분리패턴(320)에 의해 상기 후면전극 패턴(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 전면전극(500)을 포함하는 셀(C1, C2)이 형성된다.
이때, 상기 접속배선(700)에 의해 각각의 셀(C1, C2)은 서로 연결될 수 있다. 즉, 상기 접속배선(700)은 제2셀(C2)의 후면전극 패턴(200)과 상기 제2셀(C2)에 인접하는 상기 제1셀(C1)의 전면전극(500)을 전기적으로 연결한다.
이상에서 설명한 실시예에 따른 팁, 태양전지 및 이를 이용한 태양전지 제조방법은 콘택패턴 상부의 폭(W2)을 하부의 폭(W1)보다 넓게 형성하여, 후면전극 패턴과 접하는 영역에 보이드(void)가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
즉, 이러한 구조의 콘택패턴으로 인해 전면전극의 스텝 커버리지(step coverage)가 개선되어, 접촉 저항이 감소되어 태양전지의 신뢰성을 향상시킬 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 1 내지 도 6은 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.
Claims (6)
- 기판 상에 서로 이격되어 배치된 복수개의 후면전극 패턴;상기 후면전극 패턴이 배치된 상기 기판 상에 전극간 연결을 위한 콘택패턴 및 단위셀로 나누기 위한 분리패턴이 형성된 광 흡수층;상기 광 흡수층 상에 배치되며, 상기 분리패턴에 의해 이격되어 배치된 전면전극을 포함하며,상기 전면전극은 상기 콘택패턴 내에 삽입되어 상기 후면전극 패턴과 전기적으로 연결되며,상기 콘택패턴의 상부의 폭이 상기 전면전극 패턴과 접하는 상기 콘택패턴의 하부의 폭보다 넓게 형성된 것을 포함하는 태양전지.
- 제 1항에 있어서,상기 후면전극 패턴의 표면의 연장선과 상기 광 흡수층의 측벽에 의한 연장선의 교차점에 있어서, 상기 교차점이 상기 광 흡수층 내에서 이루는 각(θ)은 45~80°인 것을 포함하는 태양전지.
- 기판 상에 서로 이격되어 배치된 복수개의 후면전극 패턴을 형성하는 단계;상기 후면전극 패턴이 배치된 상기 기판 상에 전극간 연결을 위한 콘택패턴을 포함하는 광 흡수층을 형성하는 단계;상기 광 흡수층 상에 전면전극을 형성하는 단계; 및상기 전면전극 및 광 흡수층을 식각하여 단위셀로 나누기 위한 분리패턴을 형성하는 단계를 포함하며,상기 전면전극은 상기 콘택패턴 내에 삽입되어 상기 후면전극 패턴과 전기적으로 연결되고,상기 콘택패턴의 상부의 폭이 상기 전면전극과 접하는 상기 콘택패턴의 하부의 폭보다 넓게 형성된 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
- 제 3항에 있어서,상기 후면전극 패턴의 표면의 연장선과 상기 광 흡수층의 측벽에 의한 연장선의 교차점에 있어서, 상기 교차점이 상기 광 흡수층 내에서 이루는 각(θ)은 45~80°인 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
- 제 3항에 있어서,상기 콘택패턴은 상부의 폭이 하부의 폭보다 넓게 형성된 팁(tip)을 이용한 스크라이빙(scribing) 공정으로 형성되는 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
- 태양전지의 제조 공정에서 사용되는 스크라이빙 장치의 팁에 있어서,스크라이빙 대상을 스크라이빙 할 수 있는 접촉부; 및상기 접촉부를 지지하는 지지부를 포함하며,상기 접촉부의 상부의 폭이 하부의 폭보다 크게 형성되며,스크라이빙하기 위해 접촉되는 상기 접촉부의 하부면과 상기 접촉부의 측벽에 의한 외각(θ)은 45~80°를 이루는 것을 포함하는 팁.
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| KR1020090058787A KR101072067B1 (ko) | 2009-06-30 | 2009-06-30 | 팁, 태양전지 및 이를 이용한 태양전지 제조방법 |
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