KR20110001812A - 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 태양전지는 기판 상에 서로 이격되도록 복수개의 후면전극 패턴; 상기 후면전극 패턴 상에 형성된 광 흡수층, 제1버퍼층 및 제2버퍼층; 상기 제2버퍼층 상에 형성된 전면전극; 상기 전면전극의 일부가 상기 광 흡수층, 제1버퍼층 및 제2버퍼층을 관통하여, 상기 후면전극 패턴과 전기적으로 연결된 접속배선; 상기 광 흡수층, 제1버퍼층, 제2버퍼층 및 전면전극을 관통하여, 단위 셀로 나누기 위한 분리패턴; 및 상기 접속배선과 분리패턴 사이에는 상기 광 흡수층, 제1버퍼층 및 제2버퍼층의 적층으로 형성된 더미층을 포함한다.
실시예에 따른 태양전지는 기판 상에 서로 이격되도록 복수개의 후면전극 패턴; 상기 후면전극 패턴 상에 형성된 광 흡수층, 제1버퍼층 및 제2버퍼층; 상기 제2버퍼층 상에 형성된 전면전극; 상기 제2버퍼층 및 전면전극의 일부가 상기 광 흡수층 및 제1버퍼층을 관통하여, 상기 후면전극 패턴과 전기적으로 연결된 접속배선; 및 상기 광 흡수층, 제1버퍼층, 제2버퍼층 및 전면전극을 관통하여, 단위 셀로 나누기 위한 분리패턴을 포함하며, 상기 접속배선은 상기 제2버퍼층과 전면전극의 적층으로 형성된다.
태양전지

Description

태양전지 및 이의 제조방법{SOLAR CELL AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
실시예는 태양전지 및 이의 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.
이러한 태양전지에서, 각 단위 셀로 나누기 위해 광 흡수층, 버퍼층 및 n형 창층인 전면전극을 식각하여 분리패턴을 형성하는데, 이러한 분리패턴을 위한 공정시 불순물(particle)이 발생하여 소자에 결함(defect)을 발생시킴으로써, 태양전지의 불량을 야기하게 된다.
실시예는 태양전지 형성을 위한 공정을 간소화하고 불순물을 줄여 소자의 결함을 최소화할 수 있는 태양전지 및 이의 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 태양전지는 기판 상에 서로 이격되도록 복수개의 후면전극 패턴; 상기 후면전극 패턴 상에 형성된 광 흡수층, 제1버퍼층 및 제2버퍼층; 상기 제2버퍼층 상에 형성된 전면전극; 상기 전면전극의 일부가 상기 광 흡수층, 제1버퍼층 및 제2버퍼층을 관통하여, 상기 후면전극 패턴과 전기적으로 연결된 접속배선; 상기 광 흡수층, 제1버퍼층, 제2버퍼층 및 전면전극을 관통하여, 단위 셀로 나누기 위한 분리패턴; 및 상기 접속배선과 분리패턴 사이에는 상기 광 흡수층, 제1버퍼층 및 제2버퍼층의 적층으로 형성된 더미층을 포함한다.
실시예에 따른 태양전지는 기판 상에 서로 이격되도록 복수개의 후면전극 패턴; 상기 후면전극 패턴 상에 형성된 광 흡수층, 제1버퍼층 및 제2버퍼층; 상기 제2버퍼층 상에 형성된 전면전극; 상기 제2버퍼층 및 전면전극의 일부가 상기 광 흡수층 및 제1버퍼층을 관통하여, 상기 후면전극 패턴과 전기적으로 연결된 접속배선; 및 상기 광 흡수층, 제1버퍼층, 제2버퍼층 및 전면전극을 관통하여, 단위 셀로 나누기 위한 분리패턴을 포함하며, 상기 접속배선은 상기 제2버퍼층과 전면전극의 적층으로 형성된다.
실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 기판 상에 서로 이격되도록 복수개의 후면전극 패턴을 형성하는 단계; 상기 후면전극 패턴이 형성된 상기 기판 상에 차례로 광 흡수층, 제1버퍼층 및 제2버퍼층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층, 제1버퍼층 및 제2버퍼층을 관통하는 콘택 패턴 및 분리패턴을 형성하는 단계; 및 상기 콘택 패턴과 분리패턴 사이에 배치된 상기 광 흡수층, 제1버퍼층 및 제2버퍼층을 포함하는 더미층 및 상기 분리패턴을 덮는 마스크를 이용하여, 상기 기판 전면에 전면전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 전면전극 형성 후, 상기 더미층의 상기 제2버퍼층과 후면전극 패턴이 노출되는 것을 포함한다.
실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 기판 상에 서로 이격되도록 복수개의 후면전극 패턴을 형성하는 단계; 상기 후면전극 패턴이 형성된 상기 기판 상에 차례로 광 흡수층 및 제1버퍼층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층, 제1버퍼층을 관통하는 콘택 패턴 및 분리패턴을 형성하는 단계; 및 상기 콘택 패턴과 분리패턴 사이에 배치된 상기 광 흡수층, 제1버퍼층을 포함하는 더미층 및 상기 분리패턴을 덮는 마스크를 이용하여, 상기 기판 전면에 제2버퍼층 및 전면전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제2버퍼층 및 전면전극 형성 후, 상기 더미층의 제1버퍼층과 후면전극 패턴이 노출되는 것을 포함한다.
실시예에 따른 태양전지 및 이의 제조방법은 광 흡수층 및 버퍼층을 형성하고, 콘택패턴 및 분리패턴을 형성한 후, 마스크를 이용하여 전면전극을 형성함으로써, 공정이 보다 간소화 될 수 있다.
또한, 전면전극을 형성한 후, 분리패턴 형성을 위해 전면전극의 일부를 제거 하는 공정이 없어, 전면전극의 제거시 발생하는 불순물에 의한 소자의 결함(defect)도 방지할 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 5는 제1실시예에 따른 태양전지의 제조 방법으로 형성한 태양전지를 도시한 측단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 태양전지는 후면전극 패턴(200), 광 흡수층(300), 제1버퍼층(400), 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)을 포함한다.
상기 후면전극 패턴(200)은 기판(100) 상에 서로 이격되도록 복수개가 형성되며, 상기 후면전극 패턴(200) 상으로 광 흡수층(300), 제1버퍼층(400), 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)이 배치된다.
상기 접속배선(700)은 상기 전면전극(600)의 일부가 상기 광 흡수층(300), 제1버퍼층(400) 및 제2버퍼층(500)을 관통하여, 상기 후면전극 패턴과 전기적으로 연결된다.
상기 분리패턴(320)은 상기 광 흡수층(300), 제1버퍼층(400), 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)을 관통하여 형성된다.
상기 접속배선(700)과 분리패턴(320) 사이에는 상기 광 흡수층(300), 제1버퍼층(400) 및 제2버퍼층(500)의 적층으로 형성된 더미층(900)이 형성된다.
도 10은 제2실시예에 따른 태양전지의 제조 방법으로 형성한 태양전지를 도시한 측단면도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제2실시예에 따른 태양전지는 후면전극 패턴(200), 광 흡수층(300), 제1버퍼층(400), 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)을 포함한다.
상기 후면전극 패턴(200)은 기판(100) 상에 서로 이격되도록 복수개가 형성되며, 상기 후면전극 패턴(200) 상으로 광 흡수층(300), 제1버퍼층(400), 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)이 배치된다.
상기 접속배선(700)은 상기 전면전극(600)의 일부가 상기 광 흡수층(300) 및 제1버퍼층(400)을 관통하여, 상기 후면전극 패턴과 전기적으로 연결된다.
상기 분리패턴(320)은 상기 광 흡수층(300), 제1버퍼층(400), 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)을 관통하여 형성된다.
상기 접속배선(700)과 분리패턴(320) 사이에는 상기 광 흡수층(300), 제1버 퍼층(400) 및 제2버퍼층(500)의 적층으로 형성된 더미층(900)이 형성된다.
이때, 상기 접속배선(700)은 상기 제2버퍼층(400)과 전면전극(600)의 적층으로 형성된다.
본 제1 및 제2실시예의 태양전지에 관한 더 자세한 설명은 태양전지의 제조방법과 함께 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 5는 제1실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.
우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 후면전극 패턴(200)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 패턴(200)은 후면전극막을 형성한 후, 패터닝 공정을 진행하여 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.
상기 후면전극 패턴(200)은 금속 등의 도전체로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 후면전극 패턴(200)은 몰리브덴(Mo) 타겟을 사용하여, 스퍼터링(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 패턴(200)은 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다.
상기 후면전극 패턴(200)이 복수개의 층으로 형성될 때, 상기 후면전극 패턴(200)을 이루는 층들은 서로 다른 물질로 형성될 수 있다.
이어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 후면전극 패턴(200) 상에 광 흡수층(300), 제1버퍼층(400) 및 제2버퍼층(500)을 형성한다.
상기 광 흡수층(300)은 Ⅰb-Ⅲb-Ⅵb계 화합물로 형성될 수 있다.
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 제1버퍼층(400)은 황화 카드뮴(CdS)이 상기 광 흡수층(300) 상에 적층되어 형성될 수 있다.
이때, 상기 제1버퍼층(400)은 n형 반도체 층이고, 상기 광 흡수층(300)은 p형 반도체 층이다. 따라서, 상기 광 흡수층(300) 및 제1버퍼층(400)은 pn 접합을 형성한다.
그리고, 상기 제2버퍼층(500)은 ITO, ZnO, i-ZnO 중 어느 하나를 포함하는 투명전극층으로 형성될 수 있다.
상기 제1버퍼층(400) 및 제2버퍼층(500)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 제1버퍼층(400) 및 제2버퍼층(500)을 삽입하여 양호한 접합을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 두 개의 버퍼층을 상기 광 흡수층(300) 상에 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 버퍼층은 한 개의 층으로만 형성될 수도 있다.
그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 광 흡수층(300), 제1버퍼층(400) 및 제2버퍼층(500)을 관통하는 콘택패턴(310) 및 분리패턴(320)을 형성한다.
상기 콘택패턴(310) 및 분리패턴(320)은 기계적(Mechanical)인 방법으로 형성하거나, 레이저(laser)를 조사(irradiate)하여 형성할 수 있으며, 상기 콘택패턴(310) 및 분리패턴(320)으로 상기 후면전극 패턴(200)의 일부가 노출된다.
상기 콘택패턴(310) 및 분리패턴(320)은 순차적으로 형성되거나, 또는 동시에 형성될 수 있다.
이때, 상기 콘택패턴(310)과 분리패턴(320)의 사이에는 상기 광 흡수층(300), 제1버퍼층(400) 및 제2버퍼층(500)의 적층으로 형성된 제1더미층(800)이 형성된다.
이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2버퍼층(500) 상으로 마스크(10)를 배치시킨다.
상기 마스크(10)는 상기 제1더미층(800)과 분리패턴(320)을 덮고, 나머지 영역은 오픈(open)되도록 형성된다.
이때, 상기 마스크(10)의 패턴의 측면(20)은 하부가 상부보다 넓게 경사지도록 형성될 수 있다.
이는, 이후 전면전극 형성시, 상기 마스크(10) 상에도 전면전극이 쌓이는데, 상기 마스크(10)의 측벽에 증착된 물질이 상기 제2버퍼층(500) 상에 증착되는 전면전극에 영향을 주지 않기 위해서이다.
즉, 상기 마스크(10)의 측벽이 경사지지 않을 경우, 상기 마스크(10)의 측벽에도 전면전극이 증착되어, 증착된 물질이 상기 콘택패턴(310)의 일부를 가려, 상기 콘택패턴(310) 내부로 전면전극이 증착되지 않아, 전면전극과 상기 후면전극 패턴(200)의 접속이 이루어지지 않을 수도 있다.
그리고, 상기 마스크(10)를 이용하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 기판(100) 전면에 투명한 도전물질인 전면전극(600)을 형성한다.
투명한 도전물질인 상기 전면전극(600)을 상기 제2버퍼층(500) 상에 적층시킬 때, 상기 전면전극(600)이 상기 콘택패턴(310)의 내부에도 삽입되어, 접속배선(700)을 형성할 수 있다.
상기 후면전극 패턴(200)과 전면전극(600)은 상기 접속배선(700)에 의해 전기적으로 연결된다.
즉, 상기 접속배선(700)에 의해 각각의 셀(C1, C2)은 서로 연결될 수 있으며, 상기 접속배선(700)은 제2셀(C2)의 후면전극 패턴(200)과 상기 제2셀(C2)에 인 접하는 상기 제1셀(C1)의 전면전극(600)을 전기적으로 연결한다.
이때, 상기 마스크(10)를 사용하여 상기 전면전극(600)을 형성하여, 상기 분리패턴(320)과 제1더미층(800) 상에는 상기 전면전극(600)이 형성되지 않는다.
즉, 상기 전면전극(600) 형성 후, 상기 제1더미층(800)의 제2버퍼층(500)과 상기 후면전극 패턴(200)이 노출된다.
또한, 상기 제1더미층(800) 상에는 상기 전면전극(600)이 형성되지 않아, 상기 전면전극(600)과 인접한 상기 분리패턴(320)의 상부가 상기 후면전극 패턴(200)과 인접한 하부보다 넓게 형성될 수 있다.
그리고, 본 실시예에서, 상기 전면전극(600) 형성 후, 상기 제1더미층(800)과 분리패턴(320)이 노출되지만, 이에 한정되지 않고, 상기 마스크(10)의 패턴을 조절하여 상기 제1더미층(800)의 상기 제2버퍼층(500)상에 상기 전면전극(600)이 일부 형성될 수도 있다.
본 실시예에서는 상기 콘택패턴(310) 형성시, 상기 분리패턴(320)도 함께 형성한 후, 상기 마스크(10)를 이용하여 상기 전면전극(600)을 형성하여, 공정이 보다 간소화될 수 있다.
또한, 상기 전면전극(600)을 형성한 후, 상기 분리패턴(320) 형성을 위해 상기 전면전극(600)의 일부를 제거하는 공정이 없어, 상기 전면전극(600)의 제거시 발생하는 불순물에 의한 소자의 결함(defect)도 방지할 수 있다.
상기 전면전극(600)은 상기 제2버퍼층(500) 상에 스퍼터링 공정을 진행하여 알루미늄으로 도핑된 산화 아연으로 형성된다.
상기 전면전극(600)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(600)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.
도 6 내지 도 10은 제2실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.
우선, 도 6에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 후면전극 패턴(200)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 있 다.
상기 후면전극 패턴(200)은 후면전극막을 형성한 후, 패터닝 공정을 진행하여 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.
상기 후면전극 패턴(200)은 금속 등의 도전체로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 후면전극 패턴(200)은 몰리브덴(Mo) 타겟을 사용하여, 스퍼터링(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 패턴(200)은 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다.
상기 후면전극 패턴(200)이 복수개의 층으로 형성될 때, 상기 후면전극 패턴(200)을 이루는 층들은 서로 다른 물질로 형성될 수 있다.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 후면전극 패턴(200) 상에 광 흡수층(300) 및 제1버퍼층(400)을 형성한다.
상기 광 흡수층(300)은 Ⅰb-Ⅲb-Ⅵb계 화합물로 형성될 수 있다.
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 제1버퍼층(400)은 황화 카드뮴(CdS)이 상기 광 흡수층(300) 상에 적층 되어 형성될 수 있다.
이때, 상기 제1버퍼층(400)은 n형 반도체 층이고, 상기 광 흡수층(300)은 p형 반도체 층이다. 따라서, 상기 광 흡수층(300) 및 제1버퍼층(400)은 pn 접합을 형성한다.
그리고, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 광 흡수층(300) 및 제1버퍼층(400)을 관통하는 콘택패턴(310) 및 분리패턴(320)을 형성한다.
상기 콘택패턴(310) 및 분리패턴(320)은 기계적(Mechanical)인 방법으로 형성하거나, 레이저(laser)를 조사(irradiate)하여 형성할 수 있으며, 상기 콘택패턴(310) 및 분리패턴(320)으로 상기 후면전극 패턴(200)의 일부가 노출된다.
상기 콘택패턴(310) 및 분리패턴(320)은 순차적으로 형성되거나, 또는 동시에 형성될 수 있다.
이때, 상기 콘택패턴(310)과 분리패턴(320)의 사이에는 상기 광 흡수층(300) 및 제1버퍼층(400)의 적층으로 형성된 제1더미층(800)이 형성된다.
이어서, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제1버퍼층(400) 상으로 마스크(10)를 배치시킨다.
상기 마스크(10)는 상기 제2더미층(900)과 분리패턴(320)을 덮고, 나머지 영역은 오픈(open)되도록 형성된다.
이때, 상기 마스크(10)의 패턴의 측면(20)은 하부가 상부보다 넓게 경사지도록 형성될 수 있다.
이는, 이후 전면전극 형성시, 상기 마스크(10) 상에도 전면전극이 쌓이는데, 상기 마스크(10)의 측벽에 증착된 물질이 상기 제2버퍼층(500) 상에 증착되는 전면전극에 영향을 주지 않기 위해서이다.
즉, 상기 마스크(10)의 측벽이 경사지지 않을 경우, 상기 마스크(10)의 측벽에도 전면전극이 증착되어, 증착된 물질이 상기 콘택패턴(310)의 일부를 가려, 상기 콘택패턴(310) 내부로 전면전극이 증착되지 않아, 전면전극과 상기 후면전극 패턴(200)의 접속이 이루어지지 않을 수도 있다.
그리고, 상기 마스크(10)를 이용하여, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 기판(100) 전면에 제2버퍼층(500) 및 투명한 도전물질인 전면전극(600)을 형성한다.
상기 제2버퍼층(500)은 ITO, ZnO, i-ZnO 중 어느 하나를 포함하는 투명전극층으로 형성될 수 있다.
상기 제2버퍼층(500)이 형성됨으로써, 상기 제1버퍼층(400) 및 제2버퍼층(500)은 상기 광 흡수층(300)과 전면전극(600)의 사이에 배치된다.
즉, 상기 광 흡수층(300)과 전면전극은 격자상수와 에너지 밴드 갭의 차이가 크기 때문에, 밴드갭이 두 물질의 중간에 위치하는 상기 제1버퍼층(400) 및 제2버퍼층(500)을 삽입하여 양호한 접합을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 두 개의 버퍼층을 상기 광 흡수층(300) 상에 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 버퍼층은 한 개의 층으로만 형성될 수도 있다.
상기 제2버퍼층(500)과 투명한 도전물질인 상기 전면전극(600)을 상기 제1버퍼층(400) 상에 적층시킬 때, 상기 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)이 상기 콘택패턴(310)의 내부에도 삽입되어, 접속배선(700)을 형성할 수 있다.
즉, 상기 콘택패턴(310)의 바닥면 및 측벽을 따라 제2버퍼층(500)이 형성되고, 상기 제2버퍼층(500)이 형성된 상기 콘택패턴(310) 내부에 상기 전면전극(600)이 형성되어 상기 접속배선(700)이 형성된다.
이때, 상기 제2버퍼층(500)은 상기 전면전극(600)와 후면전극 패턴(200) 사이에 배치된다.
상기 전면전극(600)은 상기 제2버퍼층(500) 상에 스퍼터링 공정을 진행하여 알루미늄으로 도핑된 산화 아연으로 형성된다.
상기 전면전극(600)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(600)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.
그리고, 이후 공정을 진행하면서, 상기 전면전극(600)에 포함된 상기 알루미늄이 상기 제2버퍼층(500)으로 확산될 수 있다.
상기 후면전극 패턴(200)과 전면전극(600)은 상기 접속배선(700)에 의해 전 기적으로 연결된다.
즉, 상기 접속배선(700)에 의해 각각의 셀(C1, C2)은 서로 연결될 수 있으며, 상기 접속배선(700)은 제2셀(C2)의 후면전극 패턴(200)과 상기 제2셀(C2)에 인접하는 상기 제1셀(C1)의 전면전극(600)을 전기적으로 연결한다.
이때, 상기 마스크(10)를 사용하여 상기 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)을 형성하여, 상기 분리패턴(320)과 제2더미층(900) 상에는 상기 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)이 형성되지 않는다.
즉, 상기 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600) 형성 후, 상기 제2더미층(900)의 제1버퍼층(400)과 상기 후면전극 패턴(200)이 노출된다.
또한, 상기 제2더미층(900) 상에는 상기 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)이 형성되지 않아, 상기 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)과 인접한 상기 분리패턴(320)의 상부가 상기 후면전극 패턴(200)과 인접한 하부보다 넓게 형성될 수 있다.
그리고, 본 실시예에서, 상기 전면전극(600) 형성 후, 상기 제2더미층(900)과 분리패턴(320)이 노출되지만, 이에 한정되지 않고, 상기 마스크(10)의 패턴을 조절하여 상기 제2더미층(900)의 상기 제1버퍼층(400)상에 상기 전면전극(600)이 일부 형성될 수도 있다.
즉, 상기 제2더미층(900)에서 상기 제1버퍼층(400)의 일부만 노출될 수도 있다.
본 실시예에서는 상기 콘택패턴(310) 형성시, 상기 분리패턴(320)도 함께 형 성한 후, 상기 마스크(10)를 이용하여 상기 상기 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)을 형성하여, 공정이 보다 간소화될 수 있다.
또한, 상기 전면전극(600)을 형성한 후, 상기 분리패턴(320) 형성을 위해 상기 전면전극(600)의 일부를 제거하는 공정이 없어, 상기 전면전극(600)의 제거시 발생하는 불순물에 의한 소자의 결함(defect)도 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예에 따른 태양전지 및 이의 제조방법은 광 흡수층 및 버퍼층을 형성하고, 콘택패턴 및 분리패턴을 형성한 후, 마스크를 이용하여 전면전극을 형성함으로써, 공정이 보다 간소화 될 수 있다.
또한, 전면전극을 형성한 후, 분리패턴 형성을 위해 전면전극의 일부를 제거하는 공정이 없어, 전면전극의 식각시 발생하는 불순물에 의한 소자의 결함(defect)도 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 1 내지 도 5는 제1실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 6 내지 도 10은 제2실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.

Claims (12)

  1. 기판 상에 서로 이격되도록 복수개의 후면전극 패턴;
    상기 후면전극 패턴 상에 형성된 광 흡수층, 제1버퍼층 및 제2버퍼층;
    상기 제2버퍼층 상에 형성된 전면전극;
    상기 전면전극의 일부가 상기 광 흡수층, 제1버퍼층 및 제2버퍼층을 관통하여, 상기 후면전극 패턴과 전기적으로 연결된 접속배선;
    상기 광 흡수층, 제1버퍼층, 제2버퍼층 및 전면전극을 관통하여, 단위 셀로 나누기 위한 분리패턴; 및
    상기 접속배선과 분리패턴 사이에는 상기 광 흡수층, 제1버퍼층 및 제2버퍼층의 적층으로 형성된 더미층을 포함하는 태양전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 분리패턴은 상기 전면전극과 인접한 상부가 상기 후면전극 패턴과 인접한 하부보다 넓게 형성된 것을 포함하는 태양전지.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 분리패턴으로 더미층의 상기 제2버퍼층과 후면전극 패턴이 노출되는 것을 포함하는 태양전지.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 전면전극이 상기 더미층의 상기 제2버퍼층의 일부를 덮는 것을 포함하는 태양전지.
  5. 기판 상에 서로 이격되도록 복수개의 후면전극 패턴;
    상기 후면전극 패턴 상에 형성된 광 흡수층, 제1버퍼층 및 제2버퍼층;
    상기 제2버퍼층 상에 형성된 전면전극;
    상기 제2버퍼층 및 전면전극의 일부가 상기 광 흡수층 및 제1버퍼층을 관통하여, 상기 후면전극 패턴과 전기적으로 연결된 접속배선; 및
    상기 광 흡수층, 제1버퍼층, 제2버퍼층 및 전면전극을 관통하여, 단위 셀로 나누기 위한 분리패턴을 포함하며,
    상기 접속배선은 상기 제2버퍼층과 전면전극의 적층으로 형성된 태양전지.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 접속배선은 상기 후면전극 패턴과 전면전극 사이에 상기 제2버퍼층이 배치된 것을 포함하는 태양전지.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 분리패턴으로 더미층의 상기 제1버퍼층과 후면전극 패턴이 노출되는 것을 포함하는 태양전지.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 접속배선과 분리패턴 사이에는 상기 광 흡수층과 제1버퍼층의 적층으로된 더미층이 형성되며,
    상기 전면전극이 상기 더미층의 상기 제1버퍼층의 일부를 덮는 것을 포함하는 태양전지.
  9. 기판 상에 서로 이격되도록 복수개의 후면전극 패턴을 형성하는 단계;
    상기 후면전극 패턴이 형성된 상기 기판 상에 차례로 광 흡수층, 제1버퍼층 및 제2버퍼층을 형성하는 단계;
    상기 광 흡수층, 제1버퍼층 및 제2버퍼층을 관통하는 콘택 패턴 및 분리패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 콘택 패턴과 분리패턴 사이에 배치된 상기 광 흡수층, 제1버퍼층 및 제2버퍼층을 포함하는 더미층 및 상기 분리패턴을 덮는 마스크를 이용하여, 상기 기판 전면에 전면전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 전면전극 형성 후, 상기 더미층의 상기 제2버퍼층과 후면전극 패턴이 노출되는 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
  10. 기판 상에 서로 이격되도록 복수개의 후면전극 패턴을 형성하는 단계;
    상기 후면전극 패턴이 형성된 상기 기판 상에 차례로 광 흡수층 및 제1버퍼 층을 형성하는 단계;
    상기 광 흡수층, 제1버퍼층을 관통하는 콘택 패턴 및 분리패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 콘택 패턴과 분리패턴 사이에 배치된 상기 광 흡수층, 제1버퍼층을 포함하는 더미층 및 상기 분리패턴을 덮는 마스크를 이용하여, 상기 기판 전면에 제2버퍼층 및 전면전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 제2버퍼층 및 전면전극 형성 후, 상기 더미층의 제1버퍼층과 후면전극 패턴이 노출되는 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제2버퍼층 및 전면전극 형성시, 상기 콘택 패턴 내부에 상기 제2버퍼층과 전면전극이 형성되어 접속배선을 형성하며,
    상기 제2버퍼층은 상기 후면전극 패턴과 전면전극 사이에 형성되는 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 전면전극은 알루미늄이 도핑된 산화 아연(ZnO)으로 형성되어,
    상기 제2버퍼층으로 상기 알루미늄이 확산되는 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
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