KR20110095629A - 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 기판; 상기 기판 위에 형성되며, 소정 간격으로 배열된 복수 개의 제1 배선들 및 상기 복수 개의 제1 배선들과 연결되는 제1 버스바로 이루어진 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 형성된 제1 투명도전층; 상기 제1 투명도전층 상에 형성된 반도체층; 및 상기 반도체층 상에 형성된 제2 전극을 포함하여 이루어진 태양전지, 및 그 제조방법에 관한 것으로서,
본 발명에 따르면 기판 상에 제1 배선 및 제1 버스바를 포함하여 이루어진 제1 전극을 적용함으로써, 태양전지를 단위셀 별로 분리하지 않아 레이저 스크라이빙 공정을 수행할 필요가 없고, 그에 따라 공정이 단순해지고 공정시간이 단축되며, 아울러 고가의 레이저 스크라이빙 장비가 필요치 않아 제조단가가 줄어드는 효과가 있다.

Description

태양전지 및 그 제조방법{Solar Cell and method of manufacturing the same}
본 발명은 태양전지(Solar Cell)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 박막형 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 된다.
이와 같은 태양전지는 일반적으로 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다.
상기 기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 박막형 태양전지는 유리나 플라스틱 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 기판형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수한 장점이 있고, 상기 박막형 태양전지는 상기 기판형 태양전지에 비하여 제조비용이 감소되는 장점이 있다.
이하 도면을 참조로 종래의 박막형 태양전지에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 종래의 박막형 태양전지는, 기판(10), 제1 전극(20), 반도체층(30), 및 제2 전극(40)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 전극(20)은 상기 기판(10) 상에 형성되며 제1 분리부(25)를 사이에 두고 복수 개가 소정 간격으로 이격되어 있다.
상기 반도체층(30)은 상기 제1 전극(20) 상에 형성되며, 콘택부(35) 또는 제2 분리부(45)를 사이에 두고 복수 개가 소정 간격으로 이격되어 있다.
상기 제2 전극(40)은 상기 반도체층(30) 상에 형성되며, 상기 콘택부(35)를 통해 상기 제1 전극(20)과 전기적으로 연결되어 있고, 또한 제2 분리부(45)를 사이에 두고 복수 개가 소정 간격으로 이격되어 있다.
이와 같은 종래의 박막형 태양전지는 상기 제1 전극(20)과 제2 전극(40)이 상기 콘택부(35)를 통해 전기적으로 연결됨으로써 전체적으로 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결된 구성을 갖는데, 이와 같은 직렬 연결 구성은 전극의 크기를 줄일 수 있어 저항을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
도 2a 내지 도 2f는 종래의 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 단면도이다.
우선, 도 2a에서 알 수 있듯이, 기판(10) 상에 제1 전극층(20a)을 형성한다.
다음, 도 2b에서 알 수 있듯이, 상기 제1 전극층(20a)의 소정 영역을 제거하여 제1 분리부(25)을 형성하고, 그에 따라 상기 제1 분리부(25)를 사이에 두고 소정 간격으로 이격되는 복수 개의 제1 전극(20)이 형성된다. 상기 제1 전극층(20a)의 소정 영역을 제거하는 공정은 레이저 스크라이빙 공정을 이용한다.
다음, 도 2c에서 알 수 있듯이, 상기 제1 전극(20)을 포함한 기판 전면에 반도체층(30)을 형성한다.
다음, 도 2d에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(30)의 소정 영역을 제거하여 콘택부(35)를 형성한다. 상기 반도체층(30)의 소정 영역을 제거하는 공정은 레이저 스크라이빙 공정을 이용한다.
다음, 도 2e에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(30)을 포함한 기판 전면에 제2 전극층(40a)을 형성한다.
다음, 도 2f에서 알 수 있듯이, 상기 제2 전극층(40a) 및 반도체층(30)의 소정 영역을 제거하여 제2 분리부(45)을 형성하고, 그에 따라 상기 제2 분리부(45)를 사이에 두고 소정 간격으로 이격되는 복수 개의 제2 전극(40)이 형성된다. 상기 제2 전극층(40a) 및 반도체층(30)의 소정 영역을 제거하는 공정은 레이저 스크라이빙 공정을 이용한다.
그러나, 이와 같은 종래의 박막형 태양전지는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 종래의 박막형 태양전지는 상기 제1 분리부(25), 콘택부(35), 및 제2 분리부(45)를 형성하기 위해서 총 3회의 레이저 스크라이빙 공정을 수행하기 때문에 그만큼 공정이 복잡해지고 공정 시간이 증가되며, 또한 3대의 스크라이빙 공정장비가 필요하게 되어 제조비용이 증가되는 문제점이 있다.
둘째, 종래의 박막형 태양전지는 상기 제1 전극(20)으로 금속(Metal) 재료를 이용할 수 있는데, 이 경우 제1 전극(20)을 구성하는 금속재료와 반도체층(30)을 구성하는 실리콘계 재료 사이의 열팽창계수 차이로 인해서 상기 반도체층(30)을 형성하는 공정 중에 상기 반도체층(30)에 스트레스(stress)가 많이 가해지고, 그로 인해서 상기 반도체층(30)이 손상되어 에너지 변화효율이 저하되는 문제점이 있다.
셋째, 상기 반도체층(30)은 고온하에서 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등의 방법으로 적층되는데, 이때 상기 제1 전극(20)을 구성하는 금속재료가 상기 반도체층(30)으로 침투하여 에너지 변환효율일 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 종래의 태양전지의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 레이저 스크라이빙 공정을 이용하지 않음으로써 공정이 단순하고 공정시간이 단축되는 등 제조비용을 줄일 수 있으며, 반도체층의 형성공정 중에 반도체층이 손상되거나 반도체층에 금속재료가 침투하는 것을 차단함으로써 태양전지의 에너지 변환효율이 증진될 수 있는 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 기판; 상기 기판 위에 형성되며, 소정 간격으로 배열된 복수 개의 제1 배선들 및 상기 복수 개의 제1 배선들과 연결되는 제1 버스바로 이루어진 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 형성된 제1 투명도전층; 상기 제1 투명도전층 상에 형성된 반도체층; 및 상기 반도체층 상에 형성된 제2 전극을 포함하여 이루어진 태양전지를 제공한다.
상기 제1 버스바는 상기 제1 배선들과 수직으로 교차하도록 배열될 수 있다.
상기 제1 배선의 폭은 3 내지 10mm 범위이고, 상기 제1 버스바의 폭은 상기 제1 배선의 폭보다 크게 형성될 수 있다.
상기 제2 전극은 상기 반도체층 상에 형성된 제2 투명도전층을 포함하여 이루어질 수 있고, 이때, 상기 제2 전극은 상기 제2 투명도전층 상에서 소정 간격으로 배열된 복수 개의 제2 배선들 및 상기 복수 개의 제2 배선들과 연결되는 제2 버스바를 포함하여 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 제2 버스바는 상기 제2 배선들과 수직으로 교차하도록 배열될 수 있다. 또한, 상기 제2 배선의 폭은 3 내지 10mm 범위이고, 상기 제2 버스바의 폭은 상기 제2 배선의 폭보다 크게 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 버스바 및 제2 버스바 중 적어도 하나는 복수 개가 형성될 수 있다.
상기 반도체층은 상기 제1 투명도전층 상에 형성된 N형 반도체층, 상기 N형 반도체층 상에 형성된 I형 반도체층, 및 상기 I형 반도체층 상에 형성된 P형 반도체층으로 이루어질 수 있다.
상기 반도체층은 버퍼층을 사이에 두고 형성된 제1 반도체층 및 제2 반도체층으로 이루어질 수 있다.
상기 기판은 플렉시블 기판으로 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한 기판 상에 소정 간격으로 배열된 복수 개의 제1 배선들 및 상기 복수 개의 제1 배선들과 연결되는 제1 버스바로 이루어진 제1 전극을 형성하는 공정; 상기 제1 전극 상에 제1 투명도전층을 형성하는 공정; 상기 제1 투명도전층 상에 반도체층을 형성하는 공정; 및 상기 반도체층 상에 제2 전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 제1 버스바는 상기 제1 배선들과 수직으로 교차하도록 형성할 수 있다.
상기 제1 배선의 폭은 3 내지 10mm 범위로 형성하고, 상기 제1 버스바의 폭은 상기 제1 배선의 폭보다 크게 형성할 수 있다.
상기 제2 전극을 형성하는 공정은 상기 반도체층 상에 제2 투명도전층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어질 수 있고, 이때, 상기 제2 전극을 형성하는 공정은 상기 제2 투명도전층 상에 소정 간격으로 배열된 복수 개의 제2 배선들 및 상기 복수 개의 제2 배선들과 연결되는 제2 버스바를 형성하는 공정을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 버스바는 상기 제2 배선들과 수직으로 교차하도록 형성할 수 있다. 또한, 상기 제2 배선의 폭은 3 내지 10mm 범위로 형성하고, 상기 제2 버스바의 폭은 상기 제2 배선의 폭보다 크게 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 버스바 및 제2 버스바 중 적어도 하나는 복수 개를 형성할 수 있다.
상기 반도체층을 형성하는 공정은 상기 제1 투명도전층 상에 N형 반도체층을 형성하고, 상기 N형 반도체층 상에 I형 반도체층을 형성하고, 그리고 상기 I형 반도체층 상에 P형 반도체층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 반도체층을 형성하는 공정은 상기 제1 투명도전층 상에 제1 반도체층을 형성하는 공정, 상기 제1 반도체층 상에 버퍼층을 형성하는 공정, 및 상기 버퍼층 상에 제2 반도체층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 기판은 플렉시블 기판으로 이루어질 수 있다.
상기 구성에 의한 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따르면 기판 상에 제1 배선 및 제1 버스바를 포함하여 이루어진 제1 전극을 적용함으로써 종래와 같이 태양전지를 복수 개의 단위셀로 분리하지 않아도 전극의 저항을 줄일 수 있으며, 특히 본 발명에 따르면 태양전지를 단위셀 별로 분리하지 않기 때문에 레이저 스크라이빙 공정을 수행할 필요가 없고 그에 따라 공정이 단순해지고 공정시간이 단축되며, 아울러 고가의 레이저 스크라이빙 장비가 필요치 않아 제조단가가 줄어드는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 제1 전극과 반도체층 사이에 제1 투명도전층을 형성함으로써, 상기 반도체층 형성공정 중에 상기 반도체층이 손상되거나 또는 제1 전극을 구성하는 금속물질이 상기 반도체층으로 침투하는 종래의 문제점이 해소될 수 있고, 결국 종래에 비하여 태양전지의 에너지 변환효율이 증가되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2a 내지 도 2f는 종래의 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 사시도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 공정 사시도이다.
이하, 도면을 참조로 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
<태양전지>
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 사시도이다.
도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는, 기판(100), 제1 전극(200), 제1 투명도전층(300), 반도체층(400), 및 제2 투명도전층(500)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판(100)은 쉽게 휘어질 수 있는 플렉시블(flexible) 기판으로 이루어질 수 있으며, 이 경우, 휴대용 등으로 용이하게 적용할 수 있는 플렉시블 태양전지(Flexible Solar Cell) 구현이 가능하다. 상기 플렉시블 기판의 재료로는 폴리이미드(polyimide), 폴리아미드(polyamide) 등을 이용할 수 있다. 특히, 플렉시블 태양전지의 경우 상기 기판(100)이 태양전지의 가장 후면에 위치할 수 있기 때문에 상기 기판(100)의 재료로서 투명한 물질뿐만 아니라 불투명한 물질도 이용할 수 있다.
상기 제1 전극(200)은 상기 기판(100) 위에 형성되며, 제1 배선(210) 및 제1 버스바(Bus Bar)(220)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1 배선(210)은 복수 개가 형성되며, 복수 개의 제1 배선(210)들은 소정 간격을 이루면서 소정 방향으로 배열되어 있다.
상기 제1 버스바(220)는 상기 복수 개의 제1 배선(210)들과 각각 연결되어 있으며, 이를 위해서 상기 제1 배선(210)들과 상이한 방향, 구체적으로는 상기 제1 배선(210)들과 수직으로 교차하도록 배열되어 있다. 상기 제1 버스바(220)는 도시된 바와 같이 복수 개가 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서 1개의 제1 버스바(220)만으로 구성될 수도 있다.
상기 제1 배선(210) 및 제1 버스바(220)는 상기 반도체층(400)에서 생성된 전자(electron)와 같은 캐리어(carrier)를 수집하는 역할을 하며, 특히, 상기 제1 버스바(220)는 서로 이격되어 있는 제1 배선(210)들 각각과 연결되어 있어 상기 제1 배선(210)들 각각에 수집된 캐리어를 한 곳으로 모으는 역할을 한다. 따라서, 상기 제1 버스바(220)는 별도의 외부 배선과 연결되게 된다.
상기 제1 배선(210)의 폭은 3 내지 10mm가 바람직한데, 그 이유는, 3mm 미만일 경우에는 캐리어 수집이 원활하지 못할 수 있고, 10mm를 초과할 경우에는 태양광의 투과영역이 줄어들어 태양전지의 효율이 저하될 수 있기 때문이다.
상기 제1 버스바(220)의 폭은 상기 제1 배선(210)의 폭보다 크게 형성함으로써 캐리어 수집 효율을 증진시킬 수 있으며, 특히, 상기 제1 버스바(220)는 기판(100)의 외곽부에 형성할 수 있어 그 폭을 증가시켜도 태양광의 투과영역이 감소하지 않게 된다.
상기 제1 배선(210) 및 제1 버스바(220)는 Cu, Ag 등과 같은 도전성 금속물질로 이루어질 수 있으며, 서로 동일한 물질로 이루어질 수도 있고 서로 상이한 물질로 이루어질 수도 있다.
또한, 상기 제1 버스바(220)가 상기 제1 배선(210) 위에 형성될 수도 있지만, 상기 제1 배선(210)이 상기 제1 버스바(220) 위에 형성될 수도 있고, 경우에 따라서, 상기 제1 배선(210)과 상기 제1 버스바(220)가 하나의 구조체로 형성될 수도 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 제1 배선(210) 및 제1 버스바(Bus Bar)(220)를 포함하여 이루어진 제1 전극(200)을 적용함으로써 종래와 같이 태양전지를 복수 개의 단위셀로 분리하지 않아도 그와 유사한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 종래의 경우에는 전극의 저항을 줄이기 위해서 전극을 단위셀 별로 분리하고 분리된 단위셀 사이를 직렬로 연결한 것인데, 본 발명의 경우는 상기 제1 전극(200)을 제1 배선(210) 및 제1 버스바(Bus Bar)(220)를 포함하도록 구성함으로써 종래와 같이 단위셀 별로 분리하지 않으면서도 전극의 저항을 줄일 수 있게 된다.
특히, 본 발명에 따르면 단위셀 별로 분리하지 않기 때문에 레이저 스크라이빙 공정을 수행할 필요가 없고 그에 따라 공정이 단순해지고 공정시간이 단축되며, 아울러 고가의 레이저 스크라이빙 장비가 필요치 않아 제조단가가 줄어드는 효과가 있다.
상기 제1 투명도전층(300)은 상기 제1 전극(200)과 상기 반도체층(400) 사이에 형성된다.
상기 제1 투명도전층(300)은 상기 반도체층(400)에서 생성된 전자(electron)와 같은 캐리어(carrier)가 상기 제1 전극(200)으로 용이하게 이동할 수 있도록 하는 역할을 한다. 특히, 상기 제1 투명도전층(300)은 상기 반도체층(400) 형성공정 중에 상기 반도체층(400)에 스트레스(stress)가 가해지지 않도록 하여 상기 반도체층(400)의 손상을 방지함과 더불어 상기 제1 전극(200)을 구성하는 금속물질이 상기 반도체층(400)으로 침투하는 것을 방지하는 역할을 한다.
즉, 상기 제1 투명도전층(300)에 이용되는 투명도전물은 상기 반도체층(400)에 적용되는 실리콘 물질과 열팽창계수 차이가 크지 않으며, 또한 상기 제1 투명도전층(300)에 이용되는 투명도전물은 상기 반도체층(400) 형성 공정시 반도체층(400)으로 침투하지 않기 때문에, 본 발명과 같이 제1 투명도전층(300)을 제1 전극(200) 상에 형성하고 상기 제1 투명도전층(300) 상에 반도체층(400)을 형성할 경우, 상기 반도체층(400) 형성공정 시에 종래와 같이 반도체층(400)이 손상되거나 금속물질이 반도체층(400)으로 침투하는 문제가 발생하지 않게 된다.
상기 제1 투명도전층(300)은, ZnO, 3족 원소를 포함하는 물질로 도핑된 ZnO(예컨대, ZnO:B, ZnO:Al), 수소 원소를 포함하는 물질로 도핑된 ZnO(예컨대, ZnO:H), SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 반도체층(400)은 상기 제1 투명도전층(300) 상에 형성되는데, 비정질 실리콘 또는 결정질 실리콘과 같은 실리콘계 물질로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다. 예로서, 상기 반도체층(400)은 CIGS(CuInGaSe2)와 같은 화합물로 이루어질 수도 있다.
상기 반도체층(400)은 상기 제1 투명도전층(300) 상에 형성된 N(negative)형 반도체층, 상기 N형 반도체층 상에 형성된 I(intrinsic)형 반도체층, 및 상기 I형 반도체층 상에 형성된 P(positive)형 반도체층으로 이루어져, NIP구조로 형성될 수 있다. 이와 같이 반도체층(400)이 NIP구조로 형성되면, I형 반도체층이 P형 반도체층과 N형 반도체층에 의해 공핍(depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(drift)되어 각각 P형 반도체층 및 N형 반도체층에서 수집되게 된다.
상기 반도체층(400)이 NIP구조로 형성되는 이유는 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 비해 낮기 때문에 입사광에 의한 수집효율을 극대화하기 위해서 P형 반도체층을 태양광이 입사되는 면에 가깝게 형성하기 위함이다.
한편, 도 3의 확대도에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(400)은 제1 반도체층(401), 버퍼층(402), 및 제2 반도체층(403)이 순서대로 적층되어 소위 탠덤(tandem)구조로 형성될 수 있다.
상기 제1 반도체층(401) 및 제2 반도체층(403)은 모두 N형 반도체층, I형 반도체층 및 P형 반도체층이 순서대로 적층된 NIP구조로 형성될 수 있다.
상기 제1 반도체층(401)은 NIP구조의 비정질 반도체물질로 이루어지고, 상기 제2 반도체층(403)은 NIP구조의 미세결정질 반도체물질로 이루어질 수 있다.
상기 비정질 반도체물질은 단파장의 광을 잘 흡수하고 상기 미세결정질 반도체물질은 장파장의 광을 잘 흡수하는 특성이 있기 때문에, 비정질 반도체물질과 미세결정질 반도체물질을 조합할 경우 광흡수효율이 증진될 수 있다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 제1 반도체층(401)으로서 비정질반도체/게르마늄, 미세결정질 반도체물질, 결정질 반도체물질 등 다양하게 변경 이용할 수 있고, 상기 제2 반도체층(403)으로서 비정질 반도체물질, 비정질반도체/게르마늄, 결정질 반도체물질 등 다양하게 변경 이용할 수 있다.
상기 버퍼층(402)은 상기 제1 반도체층(401) 및 제2 반도체층(403)의 사이에서 터널접합을 통해 정공 및 전자의 이동을 원활히 하는 역할을 하는 것으로서, ZnO, 3족 원소를 포함하는 물질로 도핑된 ZnO(예컨대, ZnO:B, ZnO:Al), 수소 원소를 포함하는 물질로 도핑된 ZnO(예컨대, ZnO:H), SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 투명한 물질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 반도체층(400)은 탠덤(tandem)구조 이외에, 제1반도체층, 제2반도체층, 제3반도체층, 및 각각의 반도체층 사이에 형성된 버퍼층을 포함하는 트리플(triple) 구조로 형성될 수도 있다.
상기 제2 투명도전층(500)은 상기 반도체층(400) 상에 형성되어, 상기 반도체층(400)에서 생성된 정공(hole)과 같은 캐리어(carrier)를 수집하는 역할을 한다. 즉, 상기 제2 투명도전층(500)은 태양전지의 제2 전극으로 기능하게 된다.
상기 제2 투명도전층(500)은, ZnO, 3족 원소를 포함하는 물질로 도핑된 ZnO(예컨대, ZnO:B, ZnO:Al), 수소 원소를 포함하는 물질로 도핑된 ZnO(예컨대, ZnO:H), SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 이용하여 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 사시도로서, 이는 제2 투명도전층(500) 상에 제2 배선(610) 및 제2 버스바(620)가 추가로 형성된 것을 제외하고 전술한 도 3에 따른 태양전지와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서 동일한 도면 부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2 투명도전층(500) 상에 제2 배선(610) 및 제2 버스바(620)가 형성되어 있다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제2 투명도전층(500), 제2 배선(610) 및 제2 버스바(620)의 조합에 의해 제2 전극이 구성되게 된다.
이와 같이, 제2 배선(610) 및 제2 버스바(620)를 추가로 구성함으로써 반도체층(400)에서 생성된 정공(hole)과 같은 캐리어(carrier)를 보다 효율적으로 수집할 수 있다.
상기 제2 배선(610)은 복수 개가 형성되며, 복수 개의 제2 배선(610)들은 소정 간격을 이루면서 소정 방향으로 배열되어 있다.
상기 제2 버스바(620)는 상기 복수 개의 제2 배선(610)들과 각각 연결되어 있으며, 이를 위해서 상기 제2 배선(610)들과 상이한 방향, 구체적으로는 상기 제2 배선(610)들과 수직으로 교차하도록 배열되어 있다. 상기 제2 버스바(620)는 도시된 바와 같이 복수 개가 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서 1개의 제2 버스바(620)만으로 구성될 수도 있다. 상기 제2 버스바(620)는 별도의 외부 배선과 연결될 수 있다.
상기 제2 배선(610)의 폭은 3 내지 10mm가 바람직한데, 그 이유는, 3mm 미만일 경우에는 캐리어 수집이 원활하지 못할 수 있고, 10mm를 초과할 경우에는 태양광의 투과영역이 줄어들어 태양전지의 효율이 저하될 수 있기 때문이다.
상기 제2 버스바(620)의 폭은 상기 제2 배선(610)의 폭보다 크게 형성함으로써 캐리어 수집 효율을 증진시킬 수 있으며, 특히, 상기 제2 버스바(620)는 셀존(cell zone) 외곽에 형성할 수 있어 그 폭을 증가시켜도 태양광의 투과영역이 감소하지 않게 된다.
상기 제2 배선(610) 및 제2 버스바(620)는 Cu, Ag 등과 같은 도전성 금속물질로 이루어질 수 있으며, 서로 동일한 물질로 이루어질 수도 있고 서로 상이한 물질로 이루어질 수도 있다.
또한, 상기 제2 버스바(620)가 상기 제2 배선(610) 위에 형성될 수도 있지만, 상기 제2 배선(610)이 상기 제2 버스바(620) 위에 형성될 수도 있고, 경우에 따라서, 상기 제2 배선(610)과 상기 제2 버스바(620)가 하나의 구조체로 형성될 수도 있다.
<태양전지의 제조방법>
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 공정 사시도로서, 이는 전술한 도 4에 따른 태양전지의 제조공정을 도시한 것이다. 이하에서는, 전술한 실시예와 중복되는 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 5a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 상에 제1 전극(200)을 형성한다.
상기 기판(100)은 플렉시블 기판을 이용할 수 있다.
상기 제1 전극(200)은 소정 간격으로 배열된 복수 개의 제1 배선(210)들 및 상기 복수 개의 제1 배선(210)들과 연결되는 제1 버스바(220)를 이용하여 형성할 수 있다. 이때, 상기 제1 버스바(220)는 복수 개를 형성할 수 있다.
이와 같이, 상기 제1 배선(210)들 및 제1 버스바(220)는 Cu, Ag 등과 같은 도전성 금속물질의 페이스트(Paste)를 이용하여 스크린인쇄법(screen printing), 잉크젯인쇄법(inkjet printing), 그라비아인쇄법(gravure printing) 또는 미세접촉인쇄법(microcontact printing) 등과 같은 인쇄법으로 형성할 수 있다.
또한, 상기 제1 배선(210)들 및 제1 버스바(220)는 Cu, Ag 등과 같은 도전성 금속물질의 와이어(wire)를 이용하여 형성할 수도 있다.
다음, 도 5b에서 알 수 있듯이, 상기 제1 전극(200) 상에 제1 투명도전층(300)을 형성한다.
상기 제1 투명도전층(300)은, ZnO, 3족 원소를 포함하는 물질로 도핑된 ZnO(예컨대, ZnO:B, ZnO:Al), 수소 원소를 포함하는 물질로 도핑된 ZnO(예컨대, ZnO:H), SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 또는 스퍼터링(Sputtering)법을 이용하여 형성할 수 있다.
다음, 도 5c에서 알 수 있듯이, 상기 제1 투명도전층(300) 상에 반도체층(400)을 형성한다.
상기 반도체층(400)은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 비정질 실리콘과 같은 실리콘 물질로 형성할 수 있으며, 구체적으로는, SiH4, H2, 및 PH3를 원료가스로 하여 PECVD법으로 N형 반도체층을 형성하고, 상기 N형 반도체층 상에 SiH4 및 H2를 원료가스로 하여 PECVD법으로 I형 반도체층을 형성하고, 상기 I형 반도체층 상에 SiH4, H2, 및 B2H6를 원료가스로 하여 P형 반도체층을 형성하는 공정을 통해 상기 반도체층(400)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 반도체층(400)을 형성하는 공정은 제1 반도체층(401)을 형성하고, 상기 제1 반도체층(401) 상에 버퍼층(402)을 형성하고, 상기 버퍼층(402) 상에 제2 반도체층(403)을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 제1 반도체층(401) 및 제2 반도체층(403)은 전술한 바와 같이 PECVD법을 이용하여 형성하고, 상기 버퍼층(402)은 MOCVD법을 이용하여 형성할 수 있다.
다음, 도 5d에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(400) 상에 제2 투명도전층(500)을 형성한다.
상기 제2 투명도전층(500)은 ZnO, 3족 원소를 포함하는 물질로 도핑된 ZnO(예컨대, ZnO:B, ZnO:Al), 수소 원소를 포함하는 물질로 도핑된 ZnO(예컨대, ZnO:H), SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 또는 스퍼터링(Sputtering)법을 이용하여 형성할 수 있다.
이상과 같이, 도 5d 공정까지를 완료하면, 전술한 도 3에 도시한 태양전지를 얻을 수 있다.
다음, 도 5e에서 알 수 있듯이, 상기 제2 투명도전층(500) 상에 소정 간격으로 배열된 복수 개의 제2 배선(610)들 및 상기 복수 개의 제2 배선(610)들과 연결되는 제2 버스바(620)를 형성하여, 전술한 도 4에 도시한 태양전지를 완성한다.
상기 제2 버스바(620)는 복수 개를 형성할 수 있다.
상기 제2 배선(610)들 및 제2 버스바(620)는 Cu, Ag 등과 같은 도전성 금속물질의 페이스트(Paste)를 이용하여 스크린인쇄법(screen printing), 잉크젯인쇄법(inkjet printing), 그라비아인쇄법(gravure printing) 또는 미세접촉인쇄법(microcontact printing) 등과 같은 인쇄법으로 형성할 수 있다.
100: 기판 200: 제1 전극
210: 제1 배선 220: 제1 버스바
300: 제1 투명도전층 400: 반도체층
401: 제1 반도체층 402: 버퍼층
403: 제2 반도체층 500: 제2 투명도전층
610: 제2 배선 620: 제2 버스바

Claims (22)

  1. 기판;
    상기 기판 위에 형성되며, 소정 간격으로 배열된 복수 개의 제1 배선들 및 상기 복수 개의 제1 배선들과 연결되는 제1 버스바로 이루어진 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 형성된 제1 투명도전층;
    상기 제1 투명도전층 상에 형성된 반도체층; 및
    상기 반도체층 상에 형성된 제2 전극을 포함하여 이루어진 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 버스바는 상기 제1 배선들과 수직으로 교차하도록 배열된 것을 특징으로 하는 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배선의 폭은 3 내지 10mm 범위이고, 상기 제1 버스바의 폭은 상기 제1 배선의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 반도체층 상에 형성된 제2 투명도전층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 제2 투명도전층 상에서 소정 간격으로 배열된 복수 개의 제2 배선들 및 상기 복수 개의 제2 배선들과 연결되는 제2 버스바를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 버스바는 상기 제2 배선들과 수직으로 교차하도록 배열된 것을 특징으로 하는 태양전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2 배선의 폭은 3 내지 10mm 범위이고, 상기 제2 버스바의 폭은 상기 제2 배선의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 태양전지.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 버스바 및 제2 버스바 중 적어도 하나는 복수 개가 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층은 상기 제1 투명도전층 상에 형성된 N형 반도체층, 상기 N형 반도체층 상에 형성된 I형 반도체층, 및 상기 I형 반도체층 상에 형성된 P형 반도체층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층은 버퍼층을 사이에 두고 형성된 제1 반도체층 및 제2 반도체층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 플렉시블 기판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지.
  12. 기판 상에 소정 간격으로 배열된 복수 개의 제1 배선들 및 상기 복수 개의 제1 배선들과 연결되는 제1 버스바로 이루어진 제1 전극을 형성하는 공정;
    상기 제1 전극 상에 제1 투명도전층을 형성하는 공정;
    상기 제1 투명도전층 상에 반도체층을 형성하는 공정; 및
    상기 반도체층 상에 제2 전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 태양전지의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 버스바는 상기 제1 배선들과 수직으로 교차하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 배선의 폭은 3 내지 10mm 범위로 형성하고, 상기 제1 버스바의 폭은 상기 제1 배선의 폭보다 크게 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제2 전극을 형성하는 공정은 상기 반도체층 상에 제2 투명도전층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 전극을 형성하는 공정은 상기 제2 투명도전층 상에 소정 간격으로 배열된 복수 개의 제2 배선들 및 상기 복수 개의 제2 배선들과 연결되는 제2 버스바를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 버스바는 상기 제2 배선들과 수직으로 교차하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제2 배선의 폭은 3 내지 10mm 범위로 형성하고, 상기 제2 버스바의 폭은 상기 제2 배선의 폭보다 크게 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제1 버스바 및 제2 버스바 중 적어도 하나는 복수 개를 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 반도체층을 형성하는 공정은 상기 제1 투명도전층 상에 N형 반도체층을 형성하고, 상기 N형 반도체층 상에 I형 반도체층을 형성하고, 그리고 상기 I형 반도체층 상에 P형 반도체층을 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 반도체층을 형성하는 공정은 상기 제1 투명도전층 상에 제1 반도체층을 형성하는 공정, 상기 제1 반도체층 상에 버퍼층을 형성하는 공정, 및 상기 버퍼층 상에 제2 반도체층을 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  22. 제12항에 있어서,
    상기 기판은 플렉시블 기판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
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