KR20110047728A - 태양광 발전장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

태양광 발전장치 및 이의 제조방법이 개시된다. 태양광 발전장치는 지지기판; 상기 지지기판 상에 배치되는 이면전극층; 상기 이면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 윈도우층을 포함하며, 상기 지지기판의 하면에 패턴이 형성된다.
태양전지, 셀레늄, 샌드, 블라스트, 글래스, 하면

Description

태양광 발전장치 및 이의 제조방법{SOLAR CELL APPARATUS AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
실시예는 태양광 발전장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지의 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지에 대한 개발이 진행되고 있다.
특히, 유리기판, 금속 이면 전극층, p형 CIGS계 광 흡수층, 고 저항 버퍼층, n형 창층 등을 포함하는 기판 구조의 pn 헤테로 접합 장치인 CIGS계 태양전지가 널리 사용되고 있다.
실시예는 건물의 창호용으로 사용되고, 향상된 외관을 가지며, 용이하게 제조되는 태양광 발전장치 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 태양광 발전장치는 지지기판; 상기 지지기판 상에 배치되는 이면전극층; 상기 이면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 윈도우층을 포함하며, 상기 지지기판의 하면에 패턴이 형성된다.
일 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법은 지지기판 상에 이면전극층을 형성하는 단계; 상기 이면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 상에 윈도우층을 형성하는 단계; 및 상기 지지기판의 하면에 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는 지지기판의 하면에 패턴을 형성한다. 이에 따라서, 상기 패턴은 난반사를 일으킬 수 있고, 실시예에 따른 태양광 발전장치의 하면으로부터 광이 반사되는 것을 방지할 수 있다.
특히, 실시예에 따른 태양광 발전장치가 창호용으로 사용되는 경우, 지지기판의 하면은 건물의 내부에 노출된다. 이때, 상기 패턴은 지지기판을 통하여 이면전극층 등이 건물 안에서 보여지는 것을 난반사 등에 의해서 방지한다.
즉, 건물의 내부에서는 지지기판 상에 형성되는 층들의 특이한 모양 등이 보 여지지 않고, 균일한 외관을 유지할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 창호로 사용되며, 향상된 미관을 가진다.
또한, 지지기판의 하면에 패턴이 형성되는 과정에서, 지지기판의 하면에 부착된 이물질이 동시에 제거될 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치를 형성하는 과정에서, 이물질 등을 제거하는 공정을 따로 진행할 필요가 없다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 용이하게 제조될 수 있다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 층, 영역, 또는 전극 등이 각 기판, 층, 영역, 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 하부에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 태양전지는 지지기판(100), 이면전극층(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500) 및 윈도우층(600)을 포함한다.
상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 이면전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500) 및 상기 윈도우층(600)을 지지한다.
상기 지지기판(100)은 절연체일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 유리기판 또는 플라스틱기판일 수 있다. 더 자세하게, 상기 지지기판(100)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 리지드하거나 플렉서블할 수 있다.
상기 지지기판(100)의 하면에는 패턴(110)이 형성된다. 상기 패턴(110)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 패턴(110)은 램덤하게 형성되는 돌기 패턴(110)일 수 있다.
상기 패턴(110)에 의해서, 상기 지지기판(100)의 하면에는 난반사가 일어날 수 있다. 즉, 상기 패턴(110)에 의해서, 상기 지지기판(100)은 반투명하게 된다. 상기 지지기판(100)의 하면의 조도는 약 0.008㎛ 내지 약 0.023㎛일 수 있다.
상기 이면전극층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 이면전극층(200)은 도전층이다. 상기 이면전극층(200)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴(Mo) 등의 금속을 들 수 있다.
또한, 상기 이면전극층(200)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 상기 이면전극층(200) 상에 배치된다. 상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족계 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계) 결정 구조, 구리-인듐-셀레나이드 계 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다.
상기 광 흡수층(300)의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1eV 내지 1.8eV일 수 있다.
상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(400)으로 사용되는 물질의 예로서는 황화 카드뮴 등을 들 수 있다. 상기 버퍼층(400)의 두께는 약 50㎚ 내지 약 150㎚일 수 있다. 또한, 상기 버퍼층(400)의 밴드갭 에너지는 약 2.0eV 내지 약 2.5eV일 수 있다.
상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 배치된다. 상기 고저항 버퍼층(500)은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층(500)의 에너지 밴드갭은 약 3.1eV 내지 3.3eV일 수 있다.
상기 윈도우층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 배치된다. 상기 윈도우층(600)은 투명하며, 도전층이다. 상기 윈도우층(600)으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드(Al doped ZnO;AZO) 등을 들 수 있다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 패턴(110)에 의해서, 난반사를 일으켜, 하면으로부터 광이 반사되는 것을 방지할 수 있다.
특히, 실시예에 따른 태양광 발전장치가 창호용으로 사용되는 경우, 상기 지지기판(100)의 하면은 건물의 내부에 노출된다. 이때, 상기 패턴(110)은 상기 지지기판(100)을 통하여 상기 이면전극층(200) 등이 건물 안에서 보여지는 것을 난반사 등에 의해서 방지한다.
즉, 건물의 내부에서는 상기 지지기판(100) 상에 형성되는 층들의 특이한 패 턴 등이 보여지지 않고, 균일한 외관을 유지할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 창호로 사용되며, 향상된 미관을 가진다.
도 2 내지 도 5는 실시예에 따른 태양광 발전장치를 제조하기 위한 공정을 도시한 단면도들이다.
도 2를 참조하면, 지지기판(100) 상에 스퍼터링 공정에 의해서 몰리브덴 등과 같은 금속이 증착되고, 이면전극층(200)이 형성된다. 상기 이면전극층(200)은 공정 조건이 서로 다른 두 번의 공정들에 의해서 형성될 수 있다.
상기 지지기판(100) 및 상기 이면전극층(200) 사이에는 확산 방지막과 같은 추가적인 층이 개재될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 이면전극층(200) 상에 광 흡수층(300)이 형성된다.
상기 광 흡수층(300)은 스퍼터링 공정 또는 증발법 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(300)을 형성하기 위해서 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시키면서 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(300)을 형성하는 방법과 금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션(Selenization) 공정에 의해 형성시키는 방법이 폭넓게 사용되고 있다.
금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션 하는 것을 세분화하면, 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정에 의해서, 상기 이면전극(200) 상에 금속 프리커서 막이 형성된다.
이후, 상기 금속 프리커서 막은 셀레이제이션(selenization) 공정에 의해서, 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(300)이 형성된다.
이와는 다르게, 상기 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 상기 셀레니제이션 공정은 동시에 진행될 수 있다.
이와는 다르게, 구리 타겟 및 인듐 타겟 만을 사용하거나, 구리 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 셀레니제이션 공정에 의해서, CIS계 또는 CIG계 광 흡수층(300)이 형성될 수 있다.
이때, 상기 지지기판(100)의 하면에 이물질(301)이 부착될 수 있다. 예를 들어, 상기 지지기판(100)의 하면에 셀레늄(Se) 등이 증착될 수 있다. 특히, 셀레늄은 증발법에 의해서, 상기 이면전극층(200)에 증착되기 때문에, 상기 지지기판(100)의 하면에도 쉽게 증착된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 광 흡수층(300) 상에 버퍼층(400)이 형성된다.
상기 버퍼층(400)은 화학 용액 성장법(chemical bath depositon;CBD)에 의해서 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(400)이 형성되기 위해서, 상기 버퍼층(400)을 형성하기 위한 이온들이 과포화된 수용액이 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 수용액은 Cd2 + 및 S2 -를 과포화된 상태로 포함할 수 있다.
더 자세하게, 상기 수용액은 카드뮴 아세테이트(cadmium acetate) 및 티오우레아(thiourea)를 포함할 수 있으며, 완충제 및 암모니아 등을 더 포함할 수 있다.
이후, 상기 광 흡수층(300)은 상기 수용액에 딥핑(dipping)된다. 즉, 상기 광 흡수층(300)은 상기 수용액과 직접 접촉하고, 화학 반응에 의해서, 상기 광 흡수층(300) 상에 상기 버퍼층(400)이 형성된다. 이때, 반응 온도는 약 60℃ 내지 약 80℃일 수 있다. 또한, 반응 시간은 약 10분 내지 약 15분 일 수 있다.
이후, 상기 버퍼층(400) 상에 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드가 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 고저항 버퍼층(500)이 형성된다.
이후, 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 윈도우층(600)이 형성된다. 상기 윈도우층(600)을 형성하기 위해서, 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 투명한 도전물질이 적층된다. 상기 투명한 도전물질의 예로서는 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드 등을 들 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 윈도우층(600)이 형성된 후, 상기 지지기판(100)의 하면은 패터닝된다. 이와 같은 패터닝 공정에서, 상기 지지기판(100)의 하면에 부착된 이물질(301)은 제거된다.
상기 지지기판(100)의 하면은 샌드 블라스트(sand blast) 공정에 의해서, 표면처리되고, 패턴(110)이 형성될 수 있다. 동시에, 상기 이물질(301)이 제거될 수 있다.
즉, 상기 지지기판(100)의 하면에 미세한 모래가 압축공기와 함께 분사되고, 상기 지지기판(100)의 하면은 식각되고, 미세한 패턴(110)이 형성된다. 동시에, 상기 모래에 의해서, 상기 이물질(301)이 제거된다.
실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법은 상기 지지기판(100)의 하면에 이물질 제거 및 패턴 형성을 하나의 공정에 의해서 진행한다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법은 용이하게 제조될 수 있다.
또한, 이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
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 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 2 내지 도 5는 실시예에 따른 태양광 발전장치를 제조하기 위한 공정을 도시한 단면도들이다.

Claims (8)

  1. 지지기판;
    상기 지지기판 상에 배치되는 이면전극층;
    상기 이면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및
    상기 광 흡수층 상에 배치되는 윈도우층을 포함하며,
    상기 지지기판의 하면에 패턴이 형성되는 태양광 발전장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 지지기판은 유리를 포함하는 태양광 발전장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 이면전극층은 불투명한 금속을 포함하는 태양광 발전장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 지지기판의 하면에는 돌기 패턴이 형성되는 태양광 발전장치.
  5. 지지기판 상에 이면전극층을 형성하는 단계;
    상기 이면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계;
    상기 광 흡수층 상에 윈도우층을 형성하는 단계; 및
    상기 지지기판의 하면에 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 태양광 발전장치 의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 지지기판의 하면에 패턴을 형성하는 단계에서,
    상기 지지기판의 하면에 돌기 패턴을 형성하는 동시에, 상기 지지기판의 하면의 이물질을 제거하는 태양광 발전장치의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 이물질은 셀레늄을 포함하는 태양광 발전장치의 제조방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 지지기판의 하면을 패터닝하는 단계에서,
    상기 지지기판의 하면에 미세한 입자들을 분사하는 태양광 발전장치의 제조방법.
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