KR20110130944A - 박막형 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20110130944A
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Abstract

본 발명은, 기판; 상기 기판 상에 형성되며, 볼록부 및 상기 볼록부 내에 형성된 오목부로 이루어진 돌출 패턴을 복수 개 구비한 광산란막; 상기 복수 개의 돌출 패턴을 구비한 광산란막 상에 형성된 전면전극층; 상기 전면전극층 상에 형성된 반도체층; 및 상기 반도체층 위에 형성된 후면전극층을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지, 및 그 제조방법에 관한 것으로서,
본 발명은 기판 상에 볼록부와 오목부로 이루어진 돌출 패턴을 구비한 광산란막을 형성함으로써, 볼록 렌즈와 오목렌즈에 의한 집광 및 광경로 증가효과를 얻을 수 있어 태양전지의 효율이 증진되는 효과가 있고, 또한, 본 발명은 소정 패턴의 금형을 이용하여 상기와 같은 돌출 패턴을 구비한 광산란막을 형성하기 때문에, 화학적 식각공정이 필요하지 않아 환경문제가 발생하지 않고 식각액 제거를 위한 추가적인 세정 공정도 요구되지 않는 장점이 있다.

Description

박막형 태양전지 및 그 제조방법{Thin film type Solar Cell and Method for 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 구조로 이루어져 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole)과 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 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다.
기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이고, 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
기판형 태양전지는 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수하기는 하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승되는 단점이 있다.
박막형 태양전지는 기판형 태양전지에 비하여 효율이 다소 떨어지기는 하지만, 얇은 두께로 제조가 가능하고 저가의 재료를 이용할 수 있어 제조비용이 감소되는 장점이 있어 대량생산에 적합하다.
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), 전면전극층(20), 반도체층(30) 및 후면전극층(40)을 포함하여 이루어지며, 이와 같은 종래의 박막형 태양전지는 상기 기판(10) 상에 전면전극층(20), 반도체층(30) 및 후면전극층(40)을 차례로 형성하여 제조한다.
그동안 박막형 태양전지의 효율 향상을 위해서 다각적인 연구가 진행되어 왔는데, 그 중 하나로서 입사되는 태양광의 광경로를 증진시킴으로써 전지 효율을 향상시키는 기술이 있다.
즉, 도 1에서 알 수 있듯이, 상기 기판(10) 상에 형성되는 전면전극층(20)을 요철구조로 형성함으로써, 상기 전면전극층(20)을 통과하는 태양광이 다양한 경로로 굴절 또는 산란되도록 하여 상기 반도체층(30)을 통과하는 태양광의 광경로를 증진시키는 것이다.
이와 같이 상기 전면전극층(20)을 요철구조로 형성하기 위해서, 종래에는 상기 기판(10) 상에 스퍼터링(Sputtering)법을 이용하여 평평한 구조의 투명한 도전층을 증착하고, 이어서 산(acid)을 이용하여 상기 평평한 구조의 투명한 도전층의 표면을 요철구조로 형성하는 소위 텍스쳐링(texturing) 공정을 수행하였다.
그러나, 이와 같은 종래의 텍스쳐링 공정은 산을 이용하여 투명한 도전층의 표면을 요철구조로 형성하기 때문에, 상기 요철구조의 형상 및 크기를 조절하는 것이 용이하지 않고, 또한 조절할 수 있는 상기 요철구조의 형상 및 크기가 매우 제한적이기 때문에 태양광의 광경로를 증진시키는 데 한계가 있었다.
또한, 종래의 텍스쳐링 공정은 산을 이용한 화학적 식각공정이 필요하기 때문에 환경문제가 유발되고, 또한 산을 세정하는 공정이 추가로 요구되는 등 처리비용이 증가되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 환경문제 및 추가적인 세정 공정이 요구되지 않으면서도 요철구조의 형상 및 크기 조절이 용이하여 태양광의 광경로 증진을 최대화할 수 있는 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 기판; 상기 기판 상에 형성되며, 볼록부 및 상기 볼록부 내에 형성된 오목부로 이루어진 돌출 패턴을 복수 개 구비한 광산란막; 상기 복수 개의 돌출 패턴을 구비한 광산란막 상에 형성된 전면전극층; 상기 전면전극층 상에 형성된 반도체층; 및 상기 반도체층 위에 형성된 후면전극층을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지를 제공한다.
여기서, 상기 볼록부는 곡선형 구조의 단면을 구비하고, 상기 오목부는 상기 볼록부의 중앙에 형성되며 곡선형 구조의 단면을 구비할 수 있다.
상기 돌출 패턴의 폭은 2 내지 10㎛ 범위이고, 상기 돌출 패턴의 높이는 1 내지 5㎛ 범위이고, 상기 오목부의 폭은 1 내지 5㎛ 범위이고, 상기 오목부의 높이는 0.5 내지 2.5㎛ 범위일 수 있다.
상기 복수 개의 돌출 패턴들 사이의 간격은 5㎛이하일 수 있다.
상기 반도체층과 후면전극층 사이에 투명도전층이 추가로 형성될 수 있다.
본 발명은 또한, 소정의 금형을 준비하는 공정; 기판 상에 광산란막층을 형성하는 공정; 상기 광산란막층에 상기 금형을 접촉하여, 볼록부 및 상기 볼록부 내에 형성된 오목부로 이루어진 돌출 패턴을 복수 개 구비한 광산란막을 형성하는 공정; 상기 복수 개의 돌출 패턴을 구비한 광산란막 상에 전면전극층을 형성하는 공정; 상기 전면전극층 상에 반도체층을 형성하는 공정; 및 상기 반도체층 위에 후면전극층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 볼록부는 곡선형 구조의 단면을 구비하고, 상기 오목부는 상기 볼록부의 중앙에 형성되며 곡선형 구조의 단면을 구비할 수 있다. 이때, 상기 소정의 금형을 준비하는 공정은, 기재 상에 포토 레지스트층을 도포하는 공정; 상기 포토 레지스트층을 노광 및 현상하여, 중앙에 홈이 구비된 복수 개의 제1 포토 레지스트 패턴을 형성하는 공정; 상기 복수 개의 제1 포토 레지스트 패턴에 열을 가하는 리플로우 공정을 수행하여 곡선형 구조의 단면을 갖는 복수 개의 제2 포토 레지스트 패턴을 형성하는 공정; 상기 복수 개의 제2 포토 레지스트 패턴 상에 금형용 고분자 물질층을 도포하는 공정; 및 상기 금형용 물질층을 경화한 후 상기 제2 포토 레지스트 패턴으로부터 분리하여, 오목부분 및 상기 오목부분 내에 형성된 볼록부분으로 이루어진 함몰 패턴을 복수개 구비한 금형을 제조하는 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 돌출 패턴의 폭은 2 내지 10㎛ 범위이고, 상기 돌출 패턴의 높이는 1 내지 5㎛ 범위이고, 상기 오목부의 폭은 1 내지 5㎛ 범위이고, 상기 오목부의 높이는 0.5 내지 2.5㎛ 범위이고, 상기 복수 개의 돌출 패턴들 사이의 간격은 5㎛이하일 수 있다.
상기 반도체층과 후면전극층 사이에 투명도전층을 형성하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
상기 구성에 의한 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 기판 상에 볼록부와 오목부로 이루어진 돌출 패턴을 구비한 광산란막을 형성함으로써, 볼록 렌즈와 오목렌즈에 의한 집광 및 광경로 증가효과를 얻을 수 있어 태양전지의 효율이 증진되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 소정 패턴의 금형을 이용하여 상기와 같은 돌출 패턴을 구비한 광산란막을 형성하기 때문에, 화학적 식각공정이 필요하지 않아 환경문제가 발생하지 않고 식각액 제거를 위한 추가적인 세정 공정도 요구되지 않는 장점이 있다.
도 1은 종래의 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 제조를 위한 소정 패턴의 금형의 제조방법을 도시한 개략적인 단면도이다.
이하 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지는, 기판(100), 광산란막(200), 전면전극층(300), 반도체층(400), 투명도전층(500), 및 후면전극층(600)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판(100)은 유리 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
상기 광산란막(200)은 상기 기판(100) 상에 형성되어 입사되는 태양광을 다양하게 굴절 또는 산란시켜 태양전지의 효율을 증진시키는 역할을 한다.
상기 광산란막(200)은 상기 전면전극층(300)과 접하는 면에 복수 개의 돌출 패턴(210)을 구비하고 있다.
상기 돌출 패턴(210)은 볼록부(212) 및 상기 볼록부(212) 내에 형성된 오목부(214)로 이루어진다. 상기 볼록부(212)는 곡선형 구조, 예로서 둥근 구조(round)의 단면을 갖는다. 상기 오목부(214)는 상기 볼록부(212)의 중앙에 형성되며, 곡선형 구조, 예로서 둥근 구조(round)의 단면을 갖는다.
이와 같이 상기 기판(100) 상에 형성된 광산란막(200)이 곡선형 구조의 볼록부(212)와 오목부(214)로 이루어진 돌출 패턴(210)을 구비하고 있기 때문에, 볼록 렌즈와 오목렌즈에 의한 집광 및 광경로 증가효과를 얻을 수 있어 태양전지의 효율이 증진된다.
또한, 이와 같은 광산란막(200) 상에 차례로 형성되는 전면전극층(300), 반도체층(400) 및 투명도전층(500)의 표면도 상기 광산란막(200)과 유사한 돌출 패턴 구조로 형성되어, 태양광의 경로가 증진될 수 있다. 특히, 상기 반도체층(400)의 표면이 돌출 패턴 구조로 형성될 경우, 반도체층(400)의 표면적이 증가되어 광흡수효율이 증가될 수 있다.
한편, 이와 같은 광산란막(200)은 후술하는 바와 같이 소정의 금형을 이용하여 형성할 수 있기 때문에, 일반적인 화학적 식각공정과 비교하여 제조공정이 단순하고, 환경문제가 발생하지 않고, 추가적인 세정 공정이 요구되지 않는 장점이 있다.
상기 돌출 패턴(210)의 폭(a)은 2 내지 10㎛ 범위가 바람직한데, 상기 돌출 패턴(210)의 폭(a)이 2㎛ 미만일 경우에는 광의 투과도가 떨어질 수 있고, 상기 돌출 패턴(210)의 폭(a)이 10㎛를 초과할 경우에는 광의 산란효과가 떨어져 태양광의 경로 증진효과가 줄어들 수 있기 때문이다.
상기 돌출 패턴(210)의 높이(b)는 1 내지 5㎛ 범위가 바람직한데, 상기 돌출 패턴(210)의 높이(b)가 1㎛ 미만일 경우에는 광의 투과도가 떨어질 수 있고, 상기 돌출 패턴(210)의 높이(b)가 5㎛를 초과할 경우에는 광의 산란효과가 떨어져 태양광의 경로 증진효과가 줄어들 수 있기 때문이다.
상기 오목부(214)의 폭(c)은 1 내지 5㎛ 범위가 바람직하고, 상기 오목부(214)의 높이(d)는 0.5 내지 2.5㎛ 범위가 바람직하다. 상기 오목부(214)의 폭(c)이 1㎛ 미만이거나 또는 상기 오목부(214)의 높이(d)가 0.5 ㎛ 미만일 경우에는 광의 투과도가 떨어질 수 있고, 상기 오목부(214)의 폭(c)이 5㎛를 초과하거나 또는 상기 오목부(214)의 높이(d)가 2.5 ㎛를 초과할 경우에는 광의 산란효과가 떨어져 태양광의 경로 증진효과가 줄어들 수 있기 때문이다.
또한, 상기 복수 개의 돌출 패턴(210)들 사이의 간격(e)은 5㎛이하가 바람직한데, 상기 돌출 패턴(210)들 사이의 간격(e)이 5㎛를 초과할 경우에는 상기 돌출 패턴(210)의 밀도가 작아서 태양광의 경로 증진효과가 줄어들 수 있기 때문이다.
상기 광산란막(200)은 투과율이 우수한 투명한 재료, 예로서 아크릴계 고분자 물질로 이루어질 수 있다.
상기 전면전극층(300)은 상기 광산란막(200) 상에 형성되어 박막형 태양전지의 제1 전극으로 기능한다.
상기 전면전극층(300)은 태양광이 입사되는 면에 형성되기 때문에 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어진다.
상기 전면전극층(300)의 표면은 상기 광산란막(200)에 구비된 돌출 패턴(210)에 대응하는 돌출 패턴으로 이루어지며, 이와 같은 돌출 패턴의 표면을 갖는 전면전극층(300)은 종래와 같이 별도의 식각 공정을 통해 얻는 것이 아니기 때문에 제조공정이 매우 단순해진다.
상기 반도체층(400)은 상기 전면전극층(300) 상에 비정질 실리콘과 같은 실리콘계 화합물로 형성될 수 있다.
상기 반도체층(400)은 P(Positive)형 반도체층(410), I(Intrinsic)형 반도체층(420) 및 N(Negative)형 반도체층(430)이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성될 수 있다. 이와 같이 상기 반도체층(400)이 PIN구조로 형성되면, I형 반도체층(420)이 P형 반도체층(410)과 N형 반도체층(430)에 의해 공핍(depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(drift)되어 각각 P형 반도체층(410) 및 N형 반도체층(430)에서 수집되게 된다.
상기 반도체층(400)을 PIN구조로 형성할 경우에는 상기 전면전극층(300) 상에 P형 반도체층(410)을 형성하고 이어서 I형 반도체층(420) 및 N형 반도체층(430)을 형성하는 것이 바람직한데, 그 이유는 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도 보다 낮기 때문에 입사광에 의한 수집효율을 극대화하기 위해서 P형 반도체층(410)을 수광면에 가깝게 형성하기 위함이다.
한편, 도시하지는 않았지만, 버퍼층을 사이에 두고 제1 반도체층과 제2 반도체층을 형성함으로써, 소위 탠덤(tandem)구조의 박막형 태양전지를 구성할 수도 있다. 즉, 상기 전면전극층(300) 상에 PIN구조의 제1 반도체층을 형성하고, 상기 제1 반도체층 상에 버퍼층을 형성하고, 상기 버퍼층 상에 PIN구조의 제2 반도체층을 형성할 수도 있다. 이 경우, 상기 제1 반도체층은 비정질 반도체물질로 형성하고, 상기 제2 반도체층은 미세결정질 반도체물질로 형성할 수 있는데, 그 이유는 비정질 반도체물질은 단파장의 광을 잘 흡수하고 미세결정질 반도체물질은 장파장의 광을 잘 흡수하는 특성이 있기 때문에, 비정질 반도체물질과 미세결정질 반도체물질을 조합할 경우 광흡수효율이 증진될 수 있기 때문이다. 상기 버퍼층은 상기 제1 반도체층 및 제2 반도체층의 사이에서 터널접합을 통해 정공 및 전자의 이동을 원활히 하는 역할을 하는 것으로서, ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, ZnO:H, SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 투명한 도전물질로 형성할 수 있다.
또한, 이와 같은 탠덤(tandem) 구조 이외에 트리플(triple) 구조로 형성하는 것도 가능하다.
상기 투명도전층(500)은 상기 반도체층(400) 상에서 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, Ag와 같은 투명한 도전물질로 형성될 수 있다.
상기 투명도전층(500)은 생략하는 것도 가능하지만, 태양전지의 효율증진을 위해서는 상기 투명도전층(500)을 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 투명도전층(500)을 형성하게 되면 상기 반도체층(400)을 투과한 태양광이 투명도전층(500)을 통과하면서 굴절 및 산란을 통해 다양한 각으로 진행하게 되어 상기 후면전극(600)에서 반사되어 반도체층(400)으로 재입사되는 광의 비율이 증가될 수 있기 때문이다.
상기 후면전극층(600)은 상기 투명도전층(500) 상에 형성되어 박막형 태양전지의 제2 전극으로 기능한다. 상기 후면전극층(600)은 Ag, Al, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu 등과 같은 금속물질로 형성될 수 있다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 도시한 개략적인 단면도로서, 이는 전술한 도 2에 따른 박막형 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
우선, 도 3a에서 알 수 있듯이, 소정의 금형(700)을 준비한다.
상기 금형(700)은 오목부분(712) 및 상기 오목부분(712) 내에 형성된 볼록부분(714)으로 이루어진 함몰 패턴(710)을 복수 개 구비하도록 준비한다. 특히, 상기 오목부분(712)은 곡선형 구조의 단면을 갖고, 상기 볼록부분(714)은 상기 오목부분(712)의 중앙에 형성되며 곡선형 구조의 단면을 갖는다.
이와 같은 구조의 금형(700)은 후술하는 도 4a 내지 도 4e에 따른 공정으로 제조할 수 있다.
다음, 도 3b에서 알 수 있듯이, 기판(100) 상에 광산란막층(200a)을 형성한다.
상기 광산란막층(200a)은 아크릴계 고분자 물질과 같은 투과율이 우수한 투명한 재료를 스핀 코팅(spin coating) 공정과 같은 당업계에 공지된 코팅 공정을 이용하여 형성할 수 있다.
다음, 도 3c에서 알 수 있듯이, 상기 광산란막층(200a)에 상기 금형(700)을 접촉하여 소정의 광산란막(200)을 형성한다.
상기 광산란막(200)은 전술한 도 2에서와 마찬가지로, 볼록부(212) 및 상기 볼록부(212) 내에 형성된 오목부(214)로 이루어진 돌출 패턴(210)을 복수 개 구비하도록 형성한다. 상기 돌출 패턴(210)의 폭(a)과 높이(b), 상기 오목부(214)의 폭(c)과 높이(d), 및 상기 복수 개의 돌출 패턴(210)들 사이의 간격(e) 등은 전술한 바와 동일하므로 반복설명은 생략하기로 한다.
즉, 상기 금형(700)을 상기 광산란막층(200a)에 접촉함으로써, 상기 금형(700)의 함몰 패턴(710)에 대응하는 돌출 패턴(210)을 구비한 광산란막(200)을 얻을 수 있게 된다. 보다 구체적으로는, 상기 금형(700)의 오목부분(712)에 대응하도록 광산란막(200)의 볼록부(212)가 형성되고, 상기 금형(700)의 볼록부분(714)에 대응하도록 광산란막(200)의 오목부(214)가 형성된다.
상기 광산란막(200)을 형성하는 공정은 상기 광산란막층(200a)에 상기 금형(700)을 접촉한 상태에서 UV경화 또는 열경화 공정을 수행하고, 그 후에 상기 금형(700)의 접촉을 해제하는 공정을 포함할 수 있다. 또한, 상기 금형(700)의 접촉을 해제한 이후에 상기 광산란막(200)에 열을 가하는 베이킹(baking) 공정을 추가로 수행할 수도 있다.
다음, 도 3d에서 알 수 있듯이, 상기 복수 개의 돌출 패턴(210)을 구비한 광산란막(200) 상에 전면전극층(300)을 형성한다.
상기 전면전극층(300)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
다음, 도 3e에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극층(300) 상에 반도체층(400)을 형성한다.
상기 반도체층(400)은 비정질 실리콘과 같은 실리콘계 반도체물질을 플라즈마 CVD법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 반도체층(400)은 상기 전면전극층(300) 상에 P형 반도체층(410)을 형성하고, 그 후 상기 P형 반도체층(410) 상에 I형 반도체층(420)을 형성하고, 그 후 상기 I형 반도체층(420) 상에 N형 반도체층(430)을 형성함으로써 PIN구조로 형성할 수 있다.
또한, 도시하지는 않았지만, 상기 전면전극층(300) 상에 PIN 구조의 제1 반도체층을 형성하고, 상기 제1 반도체층 상에 버퍼층을 형성하고, 상기 버퍼층 상에 PIN 구조의 제2 반도체층을 형성함으로써 소위 탠덤(tandem)구조의 박막형 태양전지를 형성할 수도 있다.
다음, 도 3f에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(400) 상에 투명도전층(500)을 형성한다.
상기 투명도전층(500)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, Ag와 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 투명도전층(500)의 형성공정은 생략하는 것도 가능하지만, 태양전지의 효율증진을 위해서는 상기 투명도전층(500)을 형성하는 것이 바람직함은 전술한 바와 같다.
다음, 도 3g에서 알 수 있듯이, 상기 투명도전층(500) 상에 후면전극층(600)을 형성하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조를 완성한다.
상기 후면전극(600)은 Ag, Al, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu 등과 같은 금속을 스퍼터링(Sputtering)법을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 상기 후면전극(600)은 상기와 같은 금속의 페이스트(paste)를 이용하여 인쇄(Printing)법으로 형성할 수 있다.
이하에서는 도 4a 내지 도 4e를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 제조를 위한 소정 패턴의 금형을 제조하는 방법에 대해서 설명하기로 한다.
우선, 도 4a에서 알 수 있듯이, 기재(800) 상에 포토 레지스트층(900a)을 도포한다.
다음, 도 4b에서 알 수 있듯이, 상기 포토 레지스트층(900a)을 노광 및 현상하여, 중앙에 홈이 구비된 복수 개의 제1 포토 레지스트 패턴(900b)을 형성한다.
이와 같은 중앙에 홈이 구비된 복수 개의 제1 포토 레지스트 패턴(900b)은 상기 포토 레지스트층(900a)에 하프톤 마스크(halftone mask)를 이용하여 노광한 후 현상하는 공정을 통해 형성할 수 있다.
다음, 도 4c에서 알 수 있듯이, 상기 복수 개의 제1 포토 레지스트 패턴(900b)에 열을 가하는 리플로우(reflow) 공정을 수행하여 곡선형 구조의 단면을 갖는 복수 개의 제2 포토 레지스트 패턴(900c)을 형성한다.
즉, 상기 복수 개의 제1 포토 레지스트 패턴(900b)에 열을 가하는 리플로우(reflow) 공정을 수행하게 되면 상기 제1 포토 레지스트 패턴(900b)이 팽창하게 되고, 그에 따라, 곡선형 단면구조를 가지는 제2 포토 레지스트 패턴(900c)이 얻어진다. 상기 제2 포토 레지스트 패턴(900c)도 중앙에 홈이 형성되어 있고, 이와 같은 홈도 상기 리플로우 공정에 의해 팽창되어 곡선형 단면구조를 갖게 된다.
예로서, 상기 제1 포토 레지스트 패턴(900b)을 원통형 구조로 형성한 경우 리플로우 공정에 의해 반구형의 제2 포토 레지스트 패턴(900b)을 얻을 수 있다.
다음, 도 4d에서 알 수 있듯이, 상기 복수 개의 제2 포토 레지스트 패턴(900c) 상에 금형용 고분자 물질층(700a)을 도포한다.
상기 금형용 고분자 물질층(700a)은 폴리우레탄아크릴레이트(Polyurethaneacrylate: PUA)와 같은 아크릴계 물질을 이용할 수 있다.
다음, 도 4e에서 알 수 있듯이, 상기 금형용 물질층(700a)을 경화한 후 상기 제2 포토 레지스트 패턴(900c)으로부터 분리하여, 소정의 금형(700)을 얻는다.
상기 금형(700)은 오목부분(712) 및 상기 오목부분(712) 내에 형성된 볼록부분(714)으로 이루어진 함몰 패턴(710)을 복수개 구비하게 되며, 이와 같은 함몰 패턴(710)은 상기 제2 포토 레지스트 패턴(900b)에 대응되어 형성된다.
100: 기판 200: 광산란막
210: 돌출 패턴 212: 볼록부
214: 오목부 300: 전면전극층
400: 반도체층 410: P형 반도체층
420: I형 반도체층 430: N형 반도체층
500: 투명도전층 600: 후면전극층
700: 금형 710: 함몰 패턴
712: 오목부분 714: 볼록부분
800: 기재 900a: 포토 레지스트층
900b, 900c: 제1, 제2 포토레지스트 패턴

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성되며, 볼록부 및 상기 볼록부 내에 형성된 오목부로 이루어진 돌출 패턴을 복수 개 구비한 광산란막;
    상기 복수 개의 돌출 패턴을 구비한 광산란막 상에 형성된 전면전극층;
    상기 전면전극층 상에 형성된 반도체층; 및
    상기 반도체층 위에 형성된 후면전극층을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 볼록부는 곡선형 구조의 단면을 구비하고, 상기 오목부는 상기 볼록부의 중앙에 형성되며 곡선형 구조의 단면을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 돌출 패턴의 폭은 2 내지 10㎛ 범위이고, 상기 돌출 패턴의 높이는 1 내지 5㎛ 범위이고,
    상기 오목부의 폭은 1 내지 5㎛ 범위이고, 상기 오목부의 높이는 0.5 내지 2.5㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 돌출 패턴들 사이의 간격은 5㎛이하인 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층과 후면전극층 사이에 투명도전층이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  6. 소정의 금형을 준비하는 공정;
    기판 상에 광산란막층을 형성하는 공정;
    상기 광산란막층에 상기 금형을 접촉하여, 볼록부 및 상기 볼록부 내에 형성된 오목부로 이루어진 돌출 패턴을 복수 개 구비한 광산란막을 형성하는 공정;
    상기 복수 개의 돌출 패턴을 구비한 광산란막 상에 전면전극층을 형성하는 공정;
    상기 전면전극층 상에 반도체층을 형성하는 공정; 및
    상기 반도체층 위에 후면전극층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 볼록부는 곡선형 구조의 단면을 구비하고, 상기 오목부는 상기 볼록부의 중앙에 형성되며 곡선형 구조의 단면을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 소정의 금형을 준비하는 공정은,
    기재 상에 포토 레지스트층을 도포하는 공정;
    상기 포토 레지스트층을 노광 및 현상하여, 중앙에 홈이 구비된 복수 개의 제1 포토 레지스트 패턴을 형성하는 공정;
    상기 복수 개의 제1 포토 레지스트 패턴에 열을 가하는 리플로우 공정을 수행하여 곡선형 구조의 단면을 갖는 복수 개의 제2 포토 레지스트 패턴을 형성하는 공정;
    상기 복수 개의 제2 포토 레지스트 패턴 상에 금형용 고분자 물질층을 도포하는 공정; 및
    상기 금형용 물질층을 경화한 후 상기 제2 포토 레지스트 패턴으로부터 분리하여, 오목부분 및 상기 오목부분 내에 형성된 볼록부분으로 이루어진 함몰 패턴을 복수개 구비한 금형을 제조하는 공정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 돌출 패턴의 폭은 2 내지 10㎛ 범위이고, 상기 돌출 패턴의 높이는 1 내지 5㎛ 범위이고, 상기 오목부의 폭은 1 내지 5㎛ 범위이고, 상기 오목부의 높이는 0.5 내지 2.5㎛ 범위이고, 상기 복수 개의 돌출 패턴들 사이의 간격은 5㎛이하인 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 반도체층과 후면전극층 사이에 투명도전층을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
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