KR20110012552A - 박막 태양 전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
Ib족 원소를 포함하는 박막, Ⅲa족 원소를 포함하는 박막 및 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막을 포함하는 단위 전구체층을 형성하는 단계; 상기 단위 전구체층을 반복 적층하여 광흡수 전구체층을 형성하는 단계; 및 상기 광흡수 전구체층을 열처리하여 광흡수층을 형성하는 단계를 포함하는 박막 태양 전지의 제조방법을 제공한다. 상기 Ib족 원소를 포함하는 박막, Ⅲa족 원소를 포함하는 박막 및 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막은 각각 10 Å 내지 1,000 Å의 두께를 가진다.
태양 전지, 광흡수 전구체층, 광흡수층, 화합물 반도체
Description
본 기재는 박막 태양 전지의 제조방법에 관한 것이다.
태양 전지는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 것이다. 태양 전지는 기본적으로 PN접합으로 구성된 다이오드로서, 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라 다양한 종류로 구분된다.
태양전지는 광흡수층으로 실리콘을 이용하는 실리콘 태양전지, 광흡수층으로 CIGS(CuInGaSe2), CIS(CuInSe2) 또는 CGS(CuGaSe2)를 이용하는 화합물 박막 태양전지, Ⅲ-Ⅴ족 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기 태양전지 등으로 구분할 수 있다.
이 중에서 CIGS, CIS 또는 CGS를 광흡수층으로 사용하는 박막 태양 전지는 광 흡수계수가 크므로 얇은 두께의 박막으로도 고효율의 태양 전지를 제조할 수 있다. 그러나 이러한 박막 태양 전지는 대면적 양산이 어렵고 공정 중 독성이 있는 가스를 사용하여 안전성을 해할 수 있다.
본 발명의 일 측면은 대면적 양산성 및 안전성이 우수한 고효율 태양 전지의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, Ib족 원소를 포함하는 박막, Ⅲa족 원소를 포함하는 박막 및 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막을 포함하는 단위 전구체층을 형성하는 단계; 상기 단위 전구체층을 반복 적층하여 광흡수 전구체층을 형성하는 단계; 및 상기 광흡수 전구체층을 열처리하여 광흡수층을 형성하는 단계를 포함하는 박막 태양 전지의 제조방법을 제공한다. 상기 광흡수 전구체층은 기판 또는 전극 위에 형성될 수 있다. 상기 Ib족 원소를 포함하는 박막, 상기 Ⅲa족 원소를 포함하는 박막 및 상기 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막은 각각 10 Å 내지 1,000 Å의 두께를 가진다. 구체적으로는 상기 Ib족 원소를 포함하는 박막, 상기 Ⅲa족 원소를 포함하는 박막 및 상기 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막은 각각 50 Å 내지 700 Å의 두께를 가질 수 있다.
상기 Ib족 원소를 포함하는 박막, 상기 Ⅲa족 원소를 포함하는 박막 및 상기 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막에 포함되는 Ib족 원소의 결정 입자(grain)의 크기, Ⅲa족 원소의 결정 입자의 크기 및 Ⅵa족 원소의 결정 입자의 크기는 1 nm 내지 50 nm일 수 있다.
상기 단위 전구체층은 4개 층의 박막을 포함할 수 있다. 이 경우 Ⅲa족 원 소를 포함하는 박막을 2개 포함할 수 있고, 상기 Ⅲa족 원소를 포함하는 박막은 각각 서로 상이한 Ⅲa족 원소를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, Ib족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막, Ⅲa족 원소를 포함하는 박막 및 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막을 포함하는 단위 전구체층을 형성하는 단계; 상기 단위 전구체층을 반복 적층하여 광흡수 전구체층을 형성하는 단계; 및 상기 광흡수 전구체층을 열처리하여 광흡수층을 형성하는 단계를 포함하는 박막 태양 전지의 제조방법을 제공한다. 상기 광흡수 전구체층은 기판 또는 전극 위에 형성될 수 있다. 상기 Ib족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막 및 상기 Ⅲa족 원소를 포함하는 박막은 각각 서로 상이한 Ⅲa족 원소를 포함한다. 상기 Ib족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막, 상기 Ⅲa족 원소를 포함하는 박막 및 상기 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막은 각각 10 Å 내지 1,000 Å의 두께를 가진다. 구체적으로는 상기 Ib족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막, 상기 Ⅲa족 원소를 포함하는 박막 및 상기 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막은 각각 50 Å 내지 700 Å의 두께를 가질 수 있다.
상기 Ib족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막, 상기 Ⅲa족 원소를 포함하는 박막 및 상기 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막에 포함되는 Ib족 원소-Ⅲa족 원소 합금의 결정 입자(grain)의 크기, Ⅲa족 원소의 결정 입자의 크기 및 Ⅵa족 원소의 결정 입자의 크기는 1 nm 내지 50 nm일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, Ib족 원소-Ⅲa족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막 및 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막을 포함하는 단위 전구체층을 형성하는 단계; 상기 단위 전구체층을 반복 적층하여 광흡수 전구체층을 형성하는 단계; 및 상기 광흡수 전구체층을 열처리하여 광흡수층을 형성하는 단계를 포함하는 박막 태양 전지의 제조방법을 제공한다. 상기 광흡수 전구체층은 기판 또는 전극 위에 형성될 수 있다. 상기 Ib족 원소-Ⅲa족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막은 상이한 2 종의 Ⅲa족 원소를 포함한다. 상기 Ib족 원소-Ⅲa족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막 및 상기 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막은 각각 10 Å 내지 1,000 Å의 두께를 가진다. 구체적으로는 상기 Ib족 원소-Ⅲa족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막 및 상기 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막은 각각 50 Å 내지 700 Å의 두께를 가질 수 있다.
상기 Ib족 원소-Ⅲa족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막 및 상기 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막에 포함되는 Ib족 원소-Ⅲa족 원소-Ⅲa족 원소 합금의 결정 입자(grain)의 크기 및 Ⅵa족 원소의 결정 입자(grain)의 크기는 1 nm 내지 50 nm일 수 있다.
상기 광흡수 전구체층을 400℃ 내지 600℃의 온도에서 열처리함으로써 광흡수층을 형성할 수 있다. 상기 광흡수층은 Ib족 원소-Ⅲa족 원소-Ⅵa족 원소 화합물을 포함하는 단일층으로 형성된 화합물 반도체일 수 있다. 상기 광흡수층은 0.3 ㎛ 내지 5 ㎛의 두께로 형성될 수 있다.
상기 Ib족 원소는 구리(Cu)일 수 있고, 상기 Ⅲa족 원소는 인듐(In) 또는 갈륨(Ga)일 수 있고, 상기 Ⅵa족 원소는 셀레늄(Se) 또는 황(S)일 수 있다.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
상기 박막 태양 전지의 제조방법은 대면적 양산성 및 안전성이 우수하며, 고효율의 박막 태양 전지를 제공할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 기판 등의 부분이 다른 구성요소 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다.
이하 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 구현예에 따른 박막 태양 전지의 제조방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 광흡수층의 제조공정도이다.
우선 기판 위에 광흡수 전구체층을 형성한다(S1). 상기 기판 위에 광흡수 전구체층을 형성하기 이전에, 먼저 상기 기판 위에 전극을 형성할 수도 있다.
상기 기판(1)은 단단한(hard) 재질의 기판 또는 유연성(flexible) 재질의 기 판을 사용한다. 예를 들어, 기판(1)으로 단단한 재질의 기판을 사용하는 경우, 유리 플레이트, 석영 플레이트, 실리콘 플레이트, 합성수지 플레이트, 금속 플레이트 등을 포함할 수 있다. 상기 합성수지로는 폴리에틸렌타프탈레이트(polyethylenenaphtnalate, PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate; PET), 폴리카보네이트, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리노르보넨(polynorbornene), 폴리에테르설폰(polyethersulfone, PES) 등이 있다. 상기 금속 플레이트로는 스테인리스 호일, 알루미늄 호일 등이 사용될 수 있다.
광흡수 전구체층은 Ib족 원소를 포함하는 박막, Ⅲa족 원소를 포함하는 박막 및 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막을 포함하는 단위 전구체층을 반복 적층하여 광흡수층을 형성하기에 적당한 두께로 형성될 수 있다. 형성되는 광흡수층의 두께는 약 0.3 ㎛ 내지 약 5 ㎛일 수 있고, 구체적으로는 약 0.5 ㎛ 내지 약 4 ㎛일 수 있고, 더욱 구체적으로는 약 1 ㎛ 내지 약 3 ㎛일 수 있다. 이 경우 단위 중간층은 Ib족 원소를 포함하는 박막/Ⅲa족 원소를 포함하는 박막/Ⅵa족 원소를 포함하는 박막; Ib족 원소를 포함하는 박막/Ⅵa족 원소를 포함하는 박막/Ⅲa족 원소를 포함하는 박막; Ⅲa족 원소를 포함하는 박막/Ib족 원소를 포함하는 박막/Ⅵa족 원소를 포함하는 박막; Ⅲa족 원소를 포함하는 박막/Ⅵa족 원소를 포함하는 박막/Ib족 원소를 포함하는 박막; Ⅵa족 원소를 포함하는 박막/Ib족 원소를 포함하는 박막/Ⅲa족 원소를 포함하는 박막; 또는 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막/Ⅲa족 원소를 포함하는 박막/Ib족 원소를 포함하는 박막과 같이 3개 층의 박막을 포함하는 구조일 수 있다. 또한 상기 단위 중간층은 상기 3개 층의 박막을 포함하는 구조에서 각 박막의 사이 중 어느 하나에 Ⅲa족 원소를 포함하는 박막을 더 포함하는 구조일 수 있다. 이때 상기 단위 중간층은 Ⅲa족 원소를 포함하는 박막을 2개 포함하는데, 이들 박막에 포함되는 Ⅲa족 원소는 서로 상이하다.
또한 광흡수 전구체층은 Ib족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막, Ⅲa족 원소를 포함하는 박막 및 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막을 포함하는 단위 전구체층을 반복 적층하여 광흡수층을 형성하기에 적당한 두께로 제조될 수 있다. 형성되는 광흡수층의 두께는 약 0.3 ㎛ 내지 약 5 ㎛일 수 있고, 구체적으로는 약 0.5 ㎛ 내지 약 4 ㎛일 수 있고, 더욱 구체적으로는 약 1 ㎛ 내지 약 3 ㎛일 수 있다. 이 경우 단위 중간층은 Ib족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막/Ⅲa족 원소를 포함하는 박막/Ⅵa족 원소를 포함하는 박막; Ib족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막/Ⅵa족 원소를 포함하는 박막/Ⅲa족 원소를 포함하는 박막; Ⅲa족 원소를 포함하는 박막/Ib족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막/Ⅵa족 원소를 포함하는 박막; Ⅲa족 원소를 포함하는 박막/Ⅵa족 원소를 포함하는 박막/Ib족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막; Ⅵa족 원소를 포함하는 박막/Ib족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막/Ⅲa족 원소를 포함하는 박막; 또는 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막/Ⅲa족 원소를 포함하는 박막/Ib족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막과 같이 3개 층의 박막을 포함하는 구조일 수 있다.
또한 광흡수 전구체층은 Ib족 원소-Ⅲa족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막 및 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막을 포함하는 단위 전구체층을 반복 적층하여 광흡수층을 형성하기에 적당한 두께로 제조될 수 있다. 형성되는 광흡수층의 두께는 약 0.3 ㎛ 내지 약 5 ㎛일 수 있고, 구체적으로는 약 0.5 ㎛ 내지 약 4 ㎛일 수 있고, 더욱 구체적으로는 약 1 ㎛ 내지 약 3 ㎛일 수 있다. 이 경우 단위 중간층은 Ib족 원소-Ⅲa족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막/Ⅵa족 원소를 포함하는 박막; 또는 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막/Ib족 원소-Ⅲa족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막과 같이 2개 층의 박막을 포함하는 구조일 수 있다.
상기 단위 전구체층은 각 구성요소가 되는 박막을 차례로 적층하여 형성할 수 있다. 상기 박막을 차례로 형성하는 방법으로는 원자층 증착법(atomic layer deposition), 진공 증착법(evaporation), 스퍼터링(sputtering) 등을 들 수 있으나, 박막을 형성할 수 있는 방법이면 제한되지 않고 이용될 수 있다. 상기 각각의 박막의 두께는 약 10 Å 내지 약 1,000 Å, 구체적으로는 약 50 Å 내지 약 700 Å, 더욱 구체적으로는 약 100 Å 내지 약 500 Å이 되도록 형성할 수 있다.
각각의 박막의 두께를 상기 범위 내로 형성하는 경우, 상기 박막에 포함되는 구성 원소의 결정 입자의 크기 및 구성 합금의 결정 입자의 크기를 작게 형성할 수 있다. 예를 들면 상기 각각의 박막에 포함되는 구성 원소의 결정 입자(grain)의 크기 및 구성 합금의 결정 입자(grain)의 크기는 약 1 nm 내지 약 50 nm, 구체적으로는 약 5 nm 내지 약 30 nm, 더욱 구체적으로는 약 5 nm 내지 약 10 nm가 되도록 형성할 수 있다. 이로써 이후 열처리 과정에서 각각의 박막에 포함된 구성 원소들이 서로 빠르고 용이하게 반응하여 균일하고 치밀한 조성의 광흡수층을 형성할 수 있다.
또한 각각의 박막의 두께를 상기 범위 내로 형성하는 경우, 이후 열처리 과정에서 각각의 박막에 포함된 구성 원소들의 반응이 동시에 이루어지므로 광흡수층에 보이드(void)가 형성되는 것을 방지 내지 억제할 수 있다.
이러한 광흡수층은 이를 포함하는 박막 태양 전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 각각의 박막은 Ib족 원소, Ⅲa족 원소, Ⅵa족 원소, Ib족 원소-Ⅲa족 원소 합금 및 Ib족 원소-Ⅲa족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 원소나 합금 그 자체의 형태로 포함할 수 있으며, 이들의 산화물 형태로 포함할 수도 있다. 산화물 형태로 포함하는 경우, 상기 산화물에 포함된 산소(O)는 셀레늄(Se) 또는 황(S)과 동일한 족의 원소로서, 열처리 공정 중에 셀레늄(Se) 또는 황(S)의 일부를 치환할 수 있다.
상기 Ib족 원소의 예로는 구리(Cu)를 들 수 있으며, 상기 Ⅲa족 원소로는 인듐(In), 갈륨(Ga) 등을 들 수 있으며, 상기 Ⅵa족 원소로는 셀레늄(Se), 황(S) 등을 들 수 있다. 본 명세서에서 Ib족, Ⅲa족 및 Ⅵa족은 각각 국제 순수 및 응용화학연맹(international union of pure and applied chemistry, IUPAC) 시스템에서 11족, 13족 및 16족을 의미한다. 상기 광흡수 전구체층에 포함되는 Ib족 원소, Ⅲa족 원소 및 Ⅵa족 원소를 조정함으로써 CIS 광흡수층, CGS 광흡수층 및 CIGS 광흡수층을 선택적으로 형성시킬 수 있다.
도 2 내지 도 4는 기판(1) 위에 형성된 다양한 광흡수 전구체층 및 단위 전구체층의 구성을 도시한 것이나, 광흡수 전구체층 및 단위 전구체층의 구성이 여기 에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 기판(1) 위에 차례로 형성된 구리(Cu)를 포함하는 박막(11)/인듐(In)을 포함하는 박막(13)/갈륨(Ga)을 포함하는 박막(15)/셀레늄(Se)을 포함하는 박막(17)을 포함하는 단위 중간층(10)을 n개 포함하는 광흡수 전구체층(100)을 도시한 것이다. 여기서 n은 2 이상의 정수이고, 상기 광흡수 전구체층(100)이 광흡수층을 형성하기에 적당한 두께가 되도록 조절될 수 있는 정수이다. 상기 기판(1)과 광흡수 전구체층(100) 사이에 전극(도시하지 않음)이 형성될 수도 있다.
도 3은 기판(1) 위에 차례로 형성된 구리(Cu)-갈륨(Ga) 합금을 포함하는 박막(21)/인듐(In)을 포함하는 박막(23)/셀레늄(Se)을 포함하는 박막을 포함하는 단위 중간층(20)을 n개 포함하는 광흡수 전구체층(200)을 도시한 것이다. 여기서 n은 2 이상의 정수이고, 상기 광흡수 전구체층(200)이 광흡수층을 형성하기에 적당한 두께가 되도록 조절될 수 있는 정수이다. 상기 기판(1)과 광흡수 전구체층(200) 사이에 전극(도시하지 않음)이 형성될 수도 있다.
또한 도 4는 구리(Cu)-인듐(In)-갈륨(Ga) 합금을 포함하는 박막(31)/셀레늄(Se)을 포함하는 박막(33)을 포함하는 단위 중간층(30)을 n개 포함하는 광흡수 전구체층(300)을 도시한 것이다. 여기서 n은 2 이상의 정수이고, 상기 광흡수 전구체층(300)이 광흡수층을 형성하기에 적당한 두께가 되도록 조절될 수 있는 정수이다. 상기 기판(1)과 광흡수 전구체층(300) 사이에 전극(도시하지 않음)이 형성될 수도 있다.
상기 형성한 광흡수 전구체층을 열처리함으로써 광흡수층을 형성한다(S12, S13). 광흡수 전구체층을 열처리함으로써, 각각의 박막에 존재하는 원소들이 용융되어 서로 반응하고, 이로써 하나의 Ib족 원소-Ⅲa족 원소-Ⅵa족 원소 화합물을 포함하는 단일층인 광흡수층이 형성된다. 상기 광흡수층은 단일층으로 형성된 화합물 반도체일 수 있다. 구체적으로 상기 Ib족 원소-Ⅲa족 원소-Ⅵa족 원소 화합물은 CIS 화합물, CGS 화합물 또는 CIGS 화합물일 수 있다.
상기 열처리는 예컨대 약 400℃ 내지 약 600℃의 온도, 구체적으로는 약 450℃ 내지 약 550℃의 온도, 더욱 구체적으로는 약 450℃ 내지 약 500℃의 온도에서, 약 0.5 내지 약 3 시간 동안, 구체적으로는 약 0.5 내지 약 1.5 시간 동안, 더욱 구체적으로는 약 0.5 내지 약 1 시간 동안 이루어질 수 있다. 상기 조건하에서 열처리가 이루어지는 경우 각 구성 원소들이 용융이 잘 되어 서로 충분히 반응함으로써 치밀하고 균일하며 단일한 조성의 광흡수층을 형성할 수 있다. 또한 상기 열처리는 비활성 분위기 하에서 이루어질 수 있다. 비활성 분위기는 질소(N2) 분위기, 아르곤(Ar) 분위기를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이 얇은 두께의 박막을 복수 개 차례로 적층한 후 열처리하여 광흡수층을 제조하는 경우, 박막에 포함되는 구성 원소의 결정 입자의 크기 및 구성 합금의 결정 입자의 크기를 작게 조절할 수 있어 균일하고 치밀한 조성의 광흡수층을 형성할 수 있고, 독성 가스를 사용하지 않으므로 안전하게 고효율의 박막 태양 전지를 양산할 수 있다.
도 5는 상기 광흡수 전구체층(100, 200, 300)으로부터 제조된 광흡수층을 포 함하는 박막 태양 전지의 개략 단면도이다. 도 2 내지 도 4에서는 전극을 도시하지는 않았지만, 광흡수 전구체층(100, 200, 300)으로부터 형성된 광흡수층(410)과 기판(402) 사이에 후면 전극(406)을 배치하고 광흡수층(410) 위에 전면 전극(404)이 위치하는 "substrate" 타입의 박막 태양 전지가 제공될 수 있다.
상기 전면 전극(404)은 입사하는 태양광을 투과시키고 전도성을 갖는 투명 도전 물질을 포함한다. 일반적으로 광투과도 저하를 방지하고 비저항이 낮으며 표면 거칠기가 양호한 ZnO:Al, ZnO:B, SnO2 또는 ITO(indium tin oxide)의 물질과 같은 투명 도전 산화물(transparent conductive oxide : TCO)이 이용된다.
상기 후면 전극(406)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 구리(Cu) 등을 포함할 수 있다. 이들 후면 전극(406)은 스퍼터링, 진공증착법 등으로 형성될 수 있다.
상기 광흡수층(410)과 전면 전극(404) 사이에 버퍼층(408)이 위치할 수 있다. 상기 버퍼층(408)은 광흡수층(410)과 전면 전극(404) 사이에 밴드갭 차이와 격자상수 차이를 완화하는 역할을 하며 n 타입 반도체를 포함할 수 있다. 상기 n 타입 반도체로는 CdS, ZnS, In2O3 등의 화합물이 있다. 상기 버퍼층(408)은 스퍼터링, 졸-겔(sol-gel)법, 열분해법(pyrolysis), 스프레이 열분해법(spray pyrolysis) 등의 방법으로 형성될 수 있다.
또한 광흡수층이 후면 전극 위에 위치하고 상기 광흡수층 위에 전면 전극과 기판이 위치하는 "superstrate" 타입의 박막 태양 전지가 제공될 수도 있다. 이 경우 광흡수 전구체층은 전면 전극 위에 형성되고 상기 광흡수 전구체층을 열처리하여 광흡수층을 제조할 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 광흡수층의 제조공정도이다.
도 2 내지 도 4는 광흡수 전구체층의 여러 다양한 구현예를 보인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 박막 태양 전지의 개략적인 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 402: 기판 100, 200, 300: 광흡수 전구체층
404: 전면 전극 406: 후면 전극
410: 광흡수층 408: 버퍼층
Claims (14)
- Ib족 원소를 포함하는 박막, Ⅲa족 원소를 포함하는 박막 및 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막을 포함하는 단위 전구체층을 형성하는 단계;상기 단위 전구체층을 반복 적층하여 광흡수 전구체층을 형성하는 단계; 및상기 광흡수 전구체층을 열처리하여 광흡수층을 형성하는 단계를 포함하고,상기 Ib족 원소를 포함하는 박막, Ⅲa족 원소를 포함하는 박막 및 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막은 각각 10 Å 내지 1,000 Å의 두께를 가지는 것인 박막 태양 전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 Ib족 원소를 포함하는 박막, 상기 Ⅲa족 원소를 포함하는 박막 및 상기 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막은 각각 50 Å 내지 700 Å의 두께를 가지는 것인 박막 태양 전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 Ib족 원소, 상기 Ⅲa족 원소 및 상기 Ⅵa족 원소의 결정 입자(grain)의 크기는 각각 1 nm 내지 50 nm인 것인 박막 태양 전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 단위 전구체층은 4개 층의 박막을 포함하며, 상기 4개 층의 박막은 Ⅲa족 원소를 포함하는 박막을 2개 포함하는 것이고, 상기 Ⅲa족 원소를 포함하는 박막은 각각 서로 상이한 Ⅲa족 원소를 포함하는 것인 박막 태양 전지의 제조방법.
- Ib족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막, Ⅲa족 원소를 포함하는 박막 및 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막을 포함하는 단위 전구체층을 형성하는 단계;상기 단위 전구체층을 반복 적층하여 광흡수 전구체층을 형성하는 단계; 및상기 광흡수 전구체층을 열처리하여 광흡수층을 형성하는 단계를 포함하고,상기 Ib족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막 및 상기 Ⅲa족 원소를 포함하는 박막은 각각 서로 상이한 Ⅲa족 원소를 포함하는 것이고,상기 Ib족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막, 상기 Ⅲa족 원소를 포함하는 박막 및 상기 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막은 각각 10 Å 내지 1,000 Å의 두께를 가지는 것인 박막 태양 전지의 제조방법.
- 제5항에 있어서,상기 Ib족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막, 상기 Ⅲa족 원소를 포함하는 박막 및 상기 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막은 각각 50 Å 내지 700 Å의 두께를 가지는 것인 박막 태양 전지의 제조방법.
- 제5항에 있어서,상기 Ib족 원소-Ⅲa족 원소 합금, 상기 Ⅲa족 원소 및 상기 Ⅵa족 원소의 결정 입자(grain)의 크기는 각각 1 nm 내지 50 nm인 것인 박막 태양 전지의 제조방법.
- Ib족 원소-Ⅲa족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막 및 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막을 포함하는 단위 전구체층을 형성하는 단계;상기 단위 전구체층을 반복 적층하여 광흡수 전구체층을 형성하는 단계; 및상기 광흡수 전구체층을 열처리하여 광흡수층을 형성하는 단계를 포함하고,상기 Ib족 원소-Ⅲa족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막은 상이한 2 종의 Ⅲa족 원소를 포함하는 것이고,상기 Ib족 원소-Ⅲa족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막 및 상기 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막은 각각 10 Å 내지 1,000 Å의 두께를 가지는 것인 박막 태양 전지의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 Ib족 원소-Ⅲa족 원소-Ⅲa족 원소 합금을 포함하는 박막 및 상기 Ⅵa족 원소를 포함하는 박막은 각각 50 Å 내지 700 Å의 두께를 가지는 것인 박막 태양 전지의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 Ib족 원소-Ⅲa족 원소-Ⅲa족 원소 합금의 결정 입자(grain)의 크기 및 상기 Ⅵa족 원소의 결정 입자(grain)의 크기는 각각 1 nm 내지 50 nm인 것인 박막 태양 전지의 제조방법.
- 제1항, 제5항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,상기 열처리는 400℃ 내지 600℃의 온도에서 수행하는 박막 태양 전지의 제조방법.
- 제1항, 제5항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,상기 광흡수층은 Ib족 원소-Ⅲa족 원소-Ⅵa족 원소 화합물을 포함하는 단일층으로 형성되는 화합물 반도체인 것인 박막 태양 전지의 제조방법.
- 제1항, 제5항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,상기 광흡수층은 0.3 ㎛ 내지 5 ㎛의 두께를 가지는 것인 박막 태양 전지의 제조방법.
- 제1항, 제5항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,상기 Ib족 원소는 구리(Cu)이고, 상기 Ⅲa족 원소는 인듐(In) 또는 갈륨(Ga)이고, 상기 Ⅵa족 원소는 셀레늄(Se) 또는 황(S)인 것인 박막 태양 전지의 제조방법.
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|---|---|---|---|---|
| KR101229310B1 (ko) * | 2011-02-14 | 2013-02-04 | 재단법인대구경북과학기술원 | 박막태양전지의 광흡수층 제조방법 |
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-
2009
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