KR20110001800A - Tip and method of fabricating the solar cell using the tip - Google Patents
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Abstract
Description
실시예는 팁 및 이를 이용한 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.An embodiment relates to a tip and a method of manufacturing a solar cell using the same.
최근 에너지의 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지들에 대한 개발이 진행되고 있다.Recently, as the demand for energy increases, development of solar cells for converting solar energy into electrical energy is in progress.
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.In particular, CIGS-based solar cells, which are pn heterojunction devices having a substrate structure including a glass substrate, a metal back electrode layer, a p-type CIGS-based light absorbing layer, a high resistance buffer layer, an n-type window layer, and the like, are widely used.
이때, 상기 CIGS계 태양전지 형성시, 전극간 연결을 위한 콘택패턴과 단위셀로 나누기 위한 분리패턴을 기계적인(mechanical) 방법인 스크라이빙(scribing) 공정을 진행하는데, 상기 스크라이빙 공정시 불순물이 발생하여 상기 콘택패턴과 분리패턴 사이에 남겨지게 된다.At this time, when forming the CIGS-based solar cell, a scribing process, which is a mechanical method, performs a scribing process, which is a mechanical method, for dividing a contact pattern for connecting between electrodes and a separation pattern for unit cells. Impurities are generated and are left between the contact pattern and the separation pattern.
이렇게 남겨진 이물질은 전면전극과 후면전극의 연결을 방해하여 접속이 불안정해질 수도 있으며, 불순물로 인한 소자의 불량을 야기할 수도 있다.The foreign material thus left may interfere with the connection between the front electrode and the rear electrode, resulting in unstable connection, and may cause a defect of the device due to impurities.
실시예는 태양전지 제조시 발생되는 불순물을 감소시킬 수 있는 팁 및 이를 이용한 태양전지의 제조방법을 제공한다.The embodiment provides a tip capable of reducing impurities generated during solar cell manufacturing and a method of manufacturing the solar cell using the same.
실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 기판 상에 서로 이격되어 배치된 복수개의 후면전극 패턴을 형성하는 단계; 상기 후면전극 패턴이 배치된 상기 기판 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 제1팁을 이용한 제1스크라이빙(scribing) 공정을 진행하여, 상기 광 흡수층을 관통하는 콘택패턴을 형성하는 단계; 제2팁을 이용한 제2스크라이빙 공정을 진행하여, 상기 제1스크라이빙 공정시 발생된 불순물을 제거하는 단계; 상기 광 흡수층 상에 전면전극을 형성하는 단계; 및 상기 전면전극 및 광 흡수층에 단위셀로 나누기 위한 분리패턴을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 전면전극은 상기 콘택패턴 내에 삽입되어 상기 후면전극 패턴과 전기적으로 연결되는 것을 포함한다.A method of manufacturing a solar cell according to an embodiment includes forming a plurality of back electrode patterns spaced apart from each other on a substrate; Forming a light absorbing layer on the substrate on which the back electrode pattern is disposed; Performing a first scribing process using a first tip to form a contact pattern penetrating the light absorbing layer; Performing a second scribing process using a second tip to remove impurities generated during the first scribing process; Forming a front electrode on the light absorbing layer; And forming a separation pattern for dividing the unit cell into the front electrode and the light absorbing layer, wherein the front electrode is inserted into the contact pattern and electrically connected to the back electrode pattern.
실시예에 따른 팁은 지지부 및 접촉부가 결합되어 형성되며, 상기 지지부와 접촉부의 폭이 동일하거나, 상기 접촉부의 폭이 지지부보다 크게 형성된 것을 포함하며, 상기 접촉부의 바닥면은 평면인 것을 포함한다.The tip according to the embodiment is formed by combining the support and the contact portion, the width of the support portion and the contact portion includes, or the width of the contact portion is formed larger than the support portion, the bottom surface of the contact portion includes a flat.
실시예에 따른 팁 및 이를 이용한 태양전지의 제조방법은 콘택패턴과 분리패턴 형성시 서로 다른 모양을 가지는 팁을이용하여, 2차례에 걸친 스크라이빙 공정 을 진행함으로써, 콘택패턴과 분리패턴 내부에 남겨진 불순물을 제거할 수 있어, 태양전지의 결함(defect)을 방지할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a tip and a method of manufacturing a solar cell using the same have two different scribing processes by using a tip having a different shape when forming a contact pattern and a separation pattern. The remaining impurities can be removed to prevent defects of the solar cell.
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.In the description of the embodiments, where each substrate, layer, film, or electrode is described as being formed "on" or "under" of each substrate, layer, film, or electrode, etc. , "On" and "under" include both "directly" or "indirectly" formed through other components. In addition, the upper or lower reference of each component is described with reference to the drawings. The size of each component in the drawings may be exaggerated for the sake of explanation and does not mean the size actually applied.
도 1 내지 도 8은 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.1 to 8 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment.
우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 후면전극(201)을 형성한다.First, as shown in FIG. 1, the
상기 기판(100)은 유리(glass)가 사용되고 있으며, 알루미나와 같은 세라믹 기판, 스테인레스 스틸, 티타늄기판 또는 폴리머 기판 등도 사용될 수 있다.The
유리 기판으로는 소다라임 유리(sodalime glass)를 사용할 수 있으며, 폴리머 기판으로는 폴리이미드(polyimide)를 사용할 수 있다.Soda lime glass may be used as the glass substrate, and polyimide may be used as the polymer substrate.
또한, 상기 기판(100)은 리지드(rigid)하거나 플렉서블(flexible)할 수 있다.In addition, the
상기 후면전극(201)은 금속 등의 도전체로 형성될 수 있다.The
예를 들어, 상기 후면전극(201)은 몰리브덴(Mo) 타겟을 사용하여, 스퍼터링(sputtering) 공정에 의해 형성될 수 있다. For example, the
이는, 몰리브덴(Mo)이 가진 높은 전기전도도, 광 흡수층과의 오믹(ohmic) 접합, Se 분위기 하에서의 고온 안정성 때문이다.This is because of high electrical conductivity of molybdenum (Mo), ohmic bonding with the light absorbing layer, and high temperature stability under Se atmosphere.
또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 후면전극(201)은 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다.In addition, although not shown in the drawing, the
상기 후면전극(201)이 복수개의 층으로 형성될 때, 상기 후면전극(201)을 이루는 층들은 서로 다른 물질로 형성될 수 있다.When the
이어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 후면전극(201)에 패터닝 공정을 진행하여 후면전극 패턴(200)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2, a patterning process is performed on the
상기 후면전극 패턴(200)은 상기 보호패턴(10) 사이에 상기 기판(100)이 노출되도록 형성될 수 있다.The
또한, 상기 후면전극 패턴(200)은 스트라이프(stripe) 형태 또는 매트릭스(matrix) 형태로 배치될 수 있으며, 각각의 셀에 대응할 수 있다.In addition, the
그러나, 상기 후면전극 패턴(200)은 상기의 형태에 한정되지 않고, 다양한 형태로 형성될 수 있다.However, the
그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 후면전극 패턴(200) 상에 광 흡수층(300), 버퍼층(400)을 형성한다.As shown in FIG. 3, the
상기 광 흡수층(300)은 Ⅰb-Ⅲb-Ⅵb계 화합물을 포함한다. The light absorbing
더 자세하게, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In, Ga)Se2, CIGS계) 화합물을 포함한다.In more detail, the
이와는 다르게, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-셀레나이드계(CuInSe2, CIS계) 화합물 또는 구리-갈륨-셀레나이드계(CuGaSe2, CIS계) 화합물을 포함할 수 있다.Alternatively, the
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. For example, to form the
이후, 상기 금속 프리커서막은 셀레니제이션(selenization) 공정에 의해서, 셀레늄(Se)과 반응하여 CIGS계 광 흡수층(300)이 형성된다.Thereafter, the metal precursor film is reacted with selenium (Se) by a selenization process to form a CIGS-based
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.In addition, during the process of forming the metal precursor film and the selenization process, an alkali component included in the
알칼리(alkali) 성분은 상기 광 흡수층(300)의 그레인(grain) 크기를 향상시키고, 결정성을 향상시킬 수 있다.An alkali component may improve grain size and improve crystallinity of the
또한, 상기 광 흡수층(300)은 구리,인듐,갈륨,셀레나이드(Cu, In, Ga, Se)를 동시증착법(co-evaporation)에 의해 형성할 수도 있다.In addition, the
상기 광 흡수층(300)은 외부의 광을 입사받아, 전기 에너지로 변환시킨다. 상기 광 흡수층(300)은 광전효과에 의해서 광 기전력을 생성한다.The light absorbing
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 또는 이들의 적층으로 형성될 수 있다.The
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.In this case, the
상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300)과 이후 형성될 전면전극의 사이에 배치된다.The
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.That is, since the difference between the lattice constant and the energy band gap is large between the
본 실시예에서는 한 개의 버퍼층을 상기 광 흡수층(300) 상에 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 버퍼층은 복수개의 층으로 형성될 수도 있다.In the present exemplary embodiment, one buffer layer is formed on the
이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 광 흡수층(300) 및 버퍼층(400)을 관통하는 콘택패턴(310)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 4, a
상기 콘택패턴(310)은 기계적인(mechnical) 방법으로 형성할 수 있으며, 상기 후면전극 패턴(200)의 일부가 노출된다.The
상기 콘택패턴(310)은 도 5에 도시된 팁을 사용하여 형성될 수 있다.The
우선, 제1팁(10)을 이용하여 제1스크라이빙(scribing) 공정을 진행하여 상기 콘택패턴(310)을 형성한다. First, the
그리고, 제2팁(20)을 이용하여 상기 콘택패턴(310) 내부에 제2스크라이빙 공 정을 진행하여, 상기 제1스크라이빙 공정시 발생된 불순물을 제거한다.In addition, a second scribing process is performed inside the
즉, 상기 제1스크라이빙 공정시 발생되어 상기 콘택패턴(310) 내부에 남아있는 이물질들을 제거할 수 있다.That is, foreign matters generated during the first scribing process and remaining in the
이때, 상기 제2팁(20)의 폭(W1)은 상기 콘택패턴(310)의 폭(W1)과 동일하게 형성될 수 있으며, 바닥면이 평면으로 형성될 수 있다.In this case, the width W1 of the
또한, 상기 제2팁(20)의 형상은 이에 한정되지 않고, 도 5c에 도시된 모양의 제2팁(25)을 사용할 수 있다.In addition, the shape of the
상기 제2팁(25)은 제1지지부(1) 및 제1접촉부(2)를 포함하여 형성되며, 상기 제1접촉부(2)가 상기 콘택패턴(310) 내부로 삽입된다.The
이때, 상기 제1접촉부(2)의 바닥면(3)의 폭(W1)은 상기 콘택패턴(310)의 폭(W1)과 동일하게 형성될 수 있으며, 바닥면(3)이 평면으로 형성될 수 있다.In this case, the width W1 of the
즉, 상기 제1접촉부(2)의 바닥면(3)의 폭(W1)이 상기 콘택패턴(310)의 폭(W1)과 동일하여, 상기 콘택패턴(310) 내부에 잔류된 불순물을 제2스크라이빙 공정으로 제거할 수 있다.That is, the width W1 of the
이때, 상기 제2팁(20)의 폭(W1)과 상기 제1접촉부(2) 바닥면(3)의 폭(W1)은 60~70 μm가 될 수 있다.In this case, the width W1 of the
그리고, 상기 제1팁(10)을 이용한 제1스크라이빙 공정과 동시에 상기 제2팁(20)을 이용한 제2스크라이빙 공정을 진행할 수도 있으며, 상기 제1스크라이빙 공정을 마친 후, 상기 제2스크라이빙 공정을 진행할 수 도 있다.The second scribing process using the
그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 버퍼층(400) 상에 투명한 도전물질 을 적층하여 전면전극(500) 및 접속배선(700)을 형성한다.6, a transparent conductive material is stacked on the
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.When the transparent conductive material is stacked on the
상기 후면전극 패턴(200)과 전면전극(500)은 상기 접속배선(700)에 의해 전기적으로 연결된다.The
상기 전면전극(500)은 상기 기판(100) 상에 스퍼터링 공정을 진행하여 알루미늄으로 도핑된 산화 아연으로 형성된다.The
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.The
이때, 상기 산화 아연에 알루미늄를 도핑함으로써 낮은 저항값을 갖는 전극을 형성할 수 있다.At this time, the aluminum oxide may be doped with aluminum to form an electrode having a low resistance value.
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.The zinc oxide thin film which is the
또한, 전기광학적 특성이 뛰어난 ITO(Indium tin Oxide) 박막을 산화 아연 박막 상에 층착한 2중 구조를 형성할 수도 있다.In addition, a double structure in which an indium tin oxide (ITO) thin film having excellent electro-optical properties is laminated on a zinc oxide thin film may be formed.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 전면전극(500)을 관통하는 분리패턴(320)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 7, a
상기 분리패턴(320)은 기계적인(mechnical) 방법으로 형성할 수 있으며, 상기 후면전극 패턴(200)의 일부가 노출된다.The
상기 분리패턴(320)은 도 8에 도시된 팁을 사용하여 형성될 수 있다.The
우선, 제3팁(30)을 이용하여 제3스크라이빙(scribing) 공정을 진행하여 상기 분리패턴(320)을 형성한다. First, the
그리고, 제4팁(40)을 이용하여 상기 분리패턴(320) 내부에 제4스크라이빙 공정을 진행하여, 상기 제3스크라이빙 공정시 발생된 불순물을 제거한다.In addition, a fourth scribing process is performed inside the
즉, 상기 제3스크라이빙 공정시 발생되어 상기 분리패턴(320) 내부에 남아있는 이물질들을 제거할 수 있다.That is, foreign matters generated during the third scribing process and remaining in the
이때, 상기 제4팁(40)의 폭(W2)은 상기 분리패턴(320)의 폭(W2)과 동일하게 형성될 수 있으며, 바닥면이 평면으로 형성될 수 있다.In this case, the width W2 of the
또한, 상기 제4팁(40)의 형상은 이에 한정되지 않고, 도 8c에 도시된 모양의 제4팁(45)을 사용할 수 있다.In addition, the shape of the
상기 제4팁(45)은 제2지지부(4) 및 제2접촉부(5)를 포함하여 형성되며, 상기 제2접촉부(5)가 상기 분리패턴(320) 내부로 삽입된다.The
이때, 상기 제2접촉부(5)의 바닥면(6)의 폭(W2)은 상기 분리패턴(320)의 폭(W2)과 동일하게 형성될 수 있으며, 바닥면(6)이 평면으로 형성될 수 있다.In this case, the width W2 of the
즉, 상기 제2접촉부(5)의 바닥면(6)의 폭(W2)이 상기 분리패턴(320)의 폭(W2)과 동일하여, 상기 분리패턴(320) 내부에 잔류된 불순물을 제4스크라이빙 공정으로 제거할 수 있다.That is, since the width W2 of the
그리고, 상기 제3팁(30)을 이용한 제3스크라이빙 공정과 동시에 상기 제4팁(40)을 이용한 제4스크라이빙 공정을 진행할 수도 있으며, 상기 제3스크라이빙 공정을 마친 후, 상기 제4스크라이빙 공정을 진행할 수 도 있다.The fourth scribing process using the
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.The
상기 분리패턴(320)에 의해 상기 전면전극(500) 버퍼층(400) 및 광 흡수층(300)은 스트라이프 형태 또는 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.The
상기 분리패턴(320)은 상기의 형태에 한정되지 않고, 다양한 형태로 형성될 수 있다.The
상기 분리패턴(320)에 의해 상기 후면전극 패턴(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 전면전극(500)을 포함하는 셀(C1, C2)이 형성된다.Cells C1 and C2 including the
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.In this case, each of the cells C1 and C2 may be connected to each other by the
이상에서 설명한 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 콘택패턴과 분리패턴 형성시 서로 다른 모양을 가지는 팁을이용하여, 2차례에 걸친 스크라이빙 공정을 진행함으로써, 콘택패턴과 분리패턴 내부에 남겨진 불순물을 제거할 수 있어, 태양전지의 결함(defect)을 방지할 수 있다.In the method of manufacturing a solar cell according to the above-described embodiment, two scribing processes are performed using a tip having a different shape when forming a contact pattern and a separation pattern. Impurities can be removed, and defects in the solar cell can be prevented.
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.Although described above with reference to the embodiment is only an example and is not intended to limit the invention, those of ordinary skill in the art to which the present invention does not exemplify the above within the scope not departing from the essential characteristics of this embodiment It will be appreciated that many variations and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified. And differences relating to such modifications and applications will have to be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.
도 1 내지 도 8은 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.1 to 8 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment.
Claims (8)
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KR1020090059505A KR101543034B1 (en) | 2009-06-30 | 2009-06-30 | Tip and method of fabricating the solar cell using the tip |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1020090059505A KR101543034B1 (en) | 2009-06-30 | 2009-06-30 | Tip and method of fabricating the solar cell using the tip |
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KR20110001800A true KR20110001800A (en) | 2011-01-06 |
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JP4439492B2 (en) | 2006-05-25 | 2010-03-24 | 本田技研工業株式会社 | Chalcopyrite solar cell and method for manufacturing the same |
-
2009
- 2009-06-30 KR KR1020090059505A patent/KR101543034B1/en not_active IP Right Cessation
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