KR20120015367A - 고밀도를 갖는 태양전지용 ｃｉｓ계 화합물 박막의 제조방법 및 상기 ｃｉｓ계 화합물 박막을 이용한 박막 태양전지의 제조방법 - Google Patents
고밀도를 갖는 태양전지용 ｃｉｓ계 화합물 박막의 제조방법 및 상기 ｃｉｓ계 화합물 박막을 이용한 박막 태양전지의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20120015367A KR20120015367A KR1020100069923A KR20100069923A KR20120015367A KR 20120015367 A KR20120015367 A KR 20120015367A KR 1020100069923 A KR1020100069923 A KR 1020100069923A KR 20100069923 A KR20100069923 A KR 20100069923A KR 20120015367 A KR20120015367 A KR 20120015367A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- thin film
- cis
- compound thin
- compound
- slurry
- Prior art date
Links
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 180
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 142
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 75
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 68
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 64
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 38
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 14
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000011268 mixed slurry Substances 0.000 claims abstract description 14
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 35
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N Propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000011669 selenium Substances 0.000 claims description 20
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical class [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 14
- -1 compound compound Chemical class 0.000 claims description 13
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 claims description 12
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 11
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 7
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical group OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 claims description 5
- 150000002471 indium Chemical class 0.000 claims description 5
- 150000003751 zinc Chemical class 0.000 claims description 5
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N N-Pentanol Chemical compound CCCCCO AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000002258 gallium Chemical class 0.000 claims description 4
- 229940065287 selenium compound Drugs 0.000 claims description 4
- 150000003343 selenium compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 4
- 229910021617 Indium monochloride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- APHGZSBLRQFRCA-UHFFFAOYSA-M indium(1+);chloride Chemical compound [In]Cl APHGZSBLRQFRCA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 claims description 3
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 claims description 3
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 3
- 229910021591 Copper(I) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 claims description 2
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910021626 Tin(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M chlorogallium Chemical compound [Ga]Cl XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M copper(I) chloride Chemical compound [Cu]Cl OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 2
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims description 2
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 2
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims description 2
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000013772 propylene glycol Nutrition 0.000 claims description 2
- IYKVLICPFCEZOF-UHFFFAOYSA-N selenourea Chemical compound NC(N)=[Se] IYKVLICPFCEZOF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011800 void material Substances 0.000 claims description 2
- 125000003158 alcohol group Chemical group 0.000 claims 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 13
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 10
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 6
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- XVMSFILGAMDHEY-UHFFFAOYSA-N 6-(4-aminophenyl)sulfonylpyridin-3-amine Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1S(=O)(=O)C1=CC=C(N)C=N1 XVMSFILGAMDHEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000005456 alcohol based solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 229910001849 group 12 element Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000009489 vacuum treatment Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035209—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B19/00—Selenium; Tellurium; Compounds thereof
- C01B19/002—Compounds containing, besides selenium or tellurium, more than one other element, with -O- and -OH not being considered as anions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G15/00—Compounds of gallium, indium or thallium
- C01G15/006—Compounds containing, besides gallium, indium, or thallium, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
- H01L31/0322—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312 comprising only AIBIIICVI chalcopyrite compounds, e.g. Cu In Se2, Cu Ga Se2, Cu In Ga Se2
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
본 발명은 비진공 코팅법으로 CIS 화합물 나노분말, CIGS 화합물 나노분말 또는 CZTS 화합물 나노분말을 코팅한 후, CIS 화합물 나노분말들 사이의 공극에 구리, 인듐, 갈륨, 아연, 주석 등의 충진원소를 개재시켜 열처리함으로써 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막을 박막 태양전지의 광흡수층으로 사용하여 고효율의 박막 태양전지를 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 고밀도를 갖는 태양전지용 CIS계 화합물 박막의 제조방법 및 상기 CIS계 화합물 박막을 이용한 박막형 태양전지의 제조방법으로서, 보다 상세하게는 비진공 코팅법으로 CIS 화합물 나노분말, CIGS 화합물 나노분말 또는 CZTS 화합물 나노분말을 코팅한 후, CIS 화합물 나노분말들 사이의 공극에 구리, 인듐, 갈륨, 아연, 주석 등의 충진원소를 개재시켜 열처리함으로써 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막의 제조방법 및 상기 CIS계 화합물 박막을 이용한 박막형 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
최근 심각한 환경오염 문제와 화석 에너지 고갈로 차세대 청정에너지 개발에 대한 중요성이 증대되고 있다. 그 중에서도 태양전지는 태양 에너지를 직접 전기 에너지로 전환시키는 장치로서, 공해가 적고, 자원이 무한적이며 반영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 기대되고 있다.
태양전지는 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라서 다양한 종류로 구분되며, 현재 가장 많이 사용되는 것은 실리콘을 이용한 실리콘 태양전지이다. 그러나 최근 실리콘의 공급부족으로 가격이 급등하면서 박막형 태양전지에 대한 관심이 증가하고 있다. 박막형 태양전지는 얇은 두께로 제작되므로 재료의 소모량이 적고, 무게가 가볍기 때문에 활용범위가 넓다. 이러한 박막형 태양전지의 재료로는 비정질 실리콘과 CdTe, CIS 또는 CIGS에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
CIS 박막 또는 CIGS 박막은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 화합물 반도체 중의 하나이며, 실험실적으로 만든 박막 태양전지 중에서 가장 높은 변환효율(약 19.9%)을 기록하고 있다. 특히 10 마이크론 이하의 두께로 제작이 가능하고, 장시간 사용시에도 안정적인 특성을 가지고 있어, 실리콘을 대체할 수 있는 저가의 고효율 태양전지로 기대되고 있다.
특히 CIS 박막은 직접 천이형 반도체로서 박막화가 가능하고 밴드갭이 1.04 eV로 비교적 광변환에 적합하며, 광흡수 계수가 알려진 태양전지 재료 중 큰 값을 나타내는 재료이다.
CIGS 박막은 CIS 박막의 낮은 개방전압을 개선하기 위하여 In의 일부를 Ga으로 대체하거나 Se를 S로 대체하여 개발된 재료이다.
CIGS계 태양전지는 수 마이크론 두께의 박막으로 태양전지를 만드는데, 그 제조방법으로는 크게 진공에서의 증착을 이용하는 방법과, 비진공에서 전구체 물질을 도포한 후에 이를 열처리하는 방법이 있다. 그 중, 진공 증착에 의한 방법은 고효율의 흡수층을 제조할 수 있는 장점이 있는 반면에, 대면적의 흡수층 제조 시에 균일성이 떨어지고 고가의 장비를 이용하여야 하며 사용되는 재료의 20?50%의 손실로 인하여 제조단가가 높다는 단점을 가지고 있다. 반면에, 전구체 물질을 도포한 후 고온 열처리하는 방법은 공정 단가를 낮출 수 있으며 대면적을 균일하게 제조할 수 있으나, 흡수층 효율이 낮다는 단점을 가지고 있다.
비진공에서 전구체 물질을 도포하여 형성된 CIGS 박막은 기공이 많고 치밀화되지 못한 특성을 나타내기 때문에 셀렌화 열처리를 수행한다. 기존의 셀렌화 열처리 공정에서는 유독 기체인 셀렌화수소(H2Se)를 사용함에 따라 안정성의 문제에 의해 안전설비를 갖추기 위해 엄청난 양의 시설비가 전제되어야 하고 장시간 열처리하여야 하기 때문에 CIGS 박막의 단가가 상승하는 단점이 있다.
또한, CIGS 박막은 녹는점이 1000 ℃ 이상으로 매우 높기 때문에, 수십 나노 사이즈의 CIGS 화합물 나노입자라 하더라도 후열처리에 의해 입자 성장 및 치밀화가 용이하지 않다.
본 발명자들은 비진공 코팅법을 사용하여 고밀도를 갖는 CIS 박막, CIGS 박막, CZTS 박막을 제조하기 위한 방법에 대해 예의 연구를 거듭한 결과, CIS 박막, CIGS 박막, CZTS 박막의 공극 내에 구리, 인듐, 갈륨, 아연, 주석 등의 충진원소를 개재시켜 열처리하는 경우 고밀도의 CIS계 박막을 형성할 수 있으며, 이러한 고밀도의 CIS계 박막을 박막 태양전지의 광흡수층으로 사용하는 경우 박막 태양전지의 효율을 향상시키면서도 제조단가를 낮출 수 있다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 비진공 코팅법을 사용하여 제조 단가를 낮출 수 있으며, 고밀도로 형성될 수 있는 CIS계 화합물 박막 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 저가의 고효율 박막 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,
CIS계 화합물 나노입자를 제조하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 제조한 CIS계 화합물 나노입자 및 바인더를 용매에 용해시켜 CIS계 화합물 슬러리를 제조하는 단계(단계 2);
충진원소함유 염 및 바인더를 용매에 용해시켜 충진원소함유 슬러리를 제조하는 단계(단계 3);
상기 단계 2의 CIS계 화합물 슬러리와 상기 단계 3의 충진원소함유 슬러리를 혼합하여 혼합 슬러리를 제조하는 단계(단계 4); 및
상기 단계 4의 혼합 슬러리를 코팅하여 CIS계 화합물 박막을 형성한 후 열처리 공정을 수행하는 단계(단계 5)를 포함하는 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은,
CIS계 화합물 나노입자를 제조하는 단계(단계 A);
상기 단계 A에서 제조한 CIS계 화합물 나노입자 및 바인더를 용매에 용해시켜 CIS계 화합물 슬러리를 제조하는 단계(단계 B);
상기 단계 B에서 제조된 CIS계 화합물 슬러리를 코팅하여 CIS계 화합물 박막을 형성하는 단계(단계 C);
충진원소함유 염 및 바인더를 용매에 용해시켜 충진원소함유 슬러리를 제조하는 단계(단계 D); 및
상기 단계 C에서 형성된 CIS계 화합물 박막 상에 상기 단계 D에서 제조한 충진원소함유 슬러리를 코팅한 후 열처리 공정을 수행하는 단계(단계 E)를 포함하는 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 CIS계 화합물 나노입자는 CIS 화합물 나노입자, CIGS 화합물 나노입자 또는 CZTS 화합물 나노입자일 수 있다.
본 발명에서 상기 충진원소함유 염으로는 구리염, 인듐염, 갈륨염, 아연염 및 주석염으로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상의 혼합염을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 충진원소함유 슬러리에는 셀레늄 화합물이 더 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 CIS계 화합물 박막은 스프레이법, 초음파 스프레이법, 스핀코팅법, 닥터블레이드법, 스크린 인쇄법, 잉크젯 프린팅법 등의 비진공 코팅법에 의해 형성될 수 있다.
본 발명에서 열처리 공정은 400?550 ℃에서 Se 증기를 공급하면서 열처리하는 셀렌화 열처리 공정이며, 셀렌화 열처리 공정에 의해 보다 치밀한 CIS계 화합물 박막을 제조할 수 있다.
또한 본 발명은 CIS계 화합물 박막; 및 상기 CIS계 화합물 박막 내의 공극에 개재된 충진원소를 포함하며, 상기 충진원소는 구리, 인듐, 갈륨, 아연 및 주석으로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상인 것을 특징으로 하는 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막을 제공한다.
본 발명에서 CIS계 화합물 박막은 CIS 화합물 박막, CIGS 화합물 박막 또는 CZTS 화합물 박막일 수 있다.
본 발명은 CIS계 화합물 박막의 공극에 구리, 인듐, 갈륨, 아연, 주석 등의 충진원소를 개재시켜 열처리함으로써 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막 및 이의 제조방법을 제공함으로써, 본 발명에 따른 CIS계 화합물 박막을 박막 태양전지의 광흡수층으로 사용하여 고효율의 박막 태양전지를 제조할 수 있다.
도 1은 실시예 2에 따라 제조된 CIGS 화합물 박막의 측단면에 대해 촬영한 주사전자현미경 사진이다.
도 2는 비교예 2에 따라 제조된 CIGS 화합물 박막의 측단면에 대해 촬영한 주사전자현미경 사진이다.
도 2는 비교예 2에 따라 제조된 CIGS 화합물 박막의 측단면에 대해 촬영한 주사전자현미경 사진이다.
이하 본 발명에 따른 CIS계 화합물 박막의 제조방법을 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따라 CIS계 화합물 박막의 공극에 구리, 인듐, 갈륨, 아연, 주석 등의 충진원소를 개재시켜 고밀도의 CIS계 화합물 박막을 제조하기 위한 방법은 2 가지가 있다.
첫 번째 방법으로, CIS계 화합물 박막을 형성하기 위한 CIS계 화합물 나노입자를 포함한 슬러리에 구리, 인듐, 갈륨, 아연, 주석 등을 포함한 금속염을 혼합하여 혼합 슬러리를 제조한 후 이를 코팅하고 열처리하여 치밀한 CIS계 화합물 박막을 제조할 수 있다. 구체적인 방법은 하기에서 설명한다.
우선, CIS계 화합물 나노입자를 제조한다(단계 1).
본 발명에서 "CIS계 화합물"이란 IB-IIIA-VIA족 화합물 반도체인 Cu-In-Se를 기본으로 하는 Cu-In-S, Cu-Ga-S, Cu-Ga-Se 등의 3원계 화합물, Cu-In-Ga-Se 등의 4원계 화합물, Cu-In-Ga-Se-(S,Se), Cu-In-Al-Ga-(S,Se), Cu-In-Al-Ga-Se-S 등의 5-6원 화합물을 포함하는 용어로 사용하였다. 보다 넓게는 상기 CIS계 화합물에서 In, Ga, Al 등의 IIIA족 원소 전부를 IIB족 원소(Zn 등) + IVA족 원소(Sn 등)로 치환한 Cu-Zn-Sn-(Se,S)와 일부만 치환한 Cu-In-Ga-Zn-Sn-(Se,S) 등을 포함하는 CZTS계 화합물을 포함하는 것으로 정의한다.
상술한 CIS계 화합물을 사용하여 제조되는 CIS계 화합물 나노입자는 저온 콜로이달 방법, 용매열합성법, 마이크로웨이법 등 본 발명이 속하는 기술분야에서 알려진 방법에 따라 제조될 수 있다.
다음으로, 상기 단계 1에서 제조한 CIS계 화합물 나노입자 및 바인더를 용매에 용해시켜 CIS계 화합물 슬러리를 제조한다(단계 2).
본 발명에서 용매로는 메탄올, 에탄올, 펜탄올, 프로판올, 부탄올 등의 알코올계 용매를 사용할 수 있다.
상기 바인더로는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 에틸셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈 등을 사용할 수 있으며, CIS계 화합물 슬러리의 농도 조절을 위해 바인더의 양을 조절할 수 있다.
CIS계 화합물 슬러리는 CIS계 화합물 나노입자 20?30 중량부, 용매 80?100 중량부 및 바인더 20?30 중량부를 포함하여 제조될 수 있다.
상술한 바와 같이 CIS계 화합물 나노입자 및 바인더를 용매에 혼합한 후 초음파처리를 통해 잘 분산된 상태의 CIS계 화합물 슬러리를 제조할 수 있다.
다음으로, 충진원소함유 염 및 바인더를 용매에 용해시켜 충진원소함유 슬러리를 제조한다(단계 3).
본 발명에서 충진원소라 함은 CIS계 화합물 박막의 공극 사이에 들어가는 원소를 의미하며, CIS 화합물 박막을 제조하는 경우 구리, 인듐이 충진원소가 될 수 있으며, CIGS 화합물 박막을 제조하는 경우 구리 및 인듐 또는 갈륨이 충진원소가 될 수 있으며, CZTS 화합물 박막을 제조하는 경우 구리, 아연 또는 주석이 충진원소가 될 수 있다.
상술한 충진원소가 포함된 염, 예를 들어, 구리염, 인듐염, 갈륨염, 아연염 및 주석염으로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상의 혼합염을 바인더와 함께 용매에 혼합하여 용해시킴으로써 충진원소함유 슬러리를 제조할 수 있다.
상기 충진원소함유 슬러리를 제조하기 위해 사용되는 바인더와 용매는 CIS계 화합물 슬러리에 사용되는 것과 동일한 것을 사용할 수 있다.
상기 충진원소함유 슬러리는 충진원소가 포함된 염 10?20 중량부, 용매 80?90 중량부 및 바인더 20?30 중량부를 포함하여 제조될 수 있다.
본 발명에서 충진원소함유 슬러리에 포함되는 구리염은 CuCl, Cu-아세테이트, CuI, CuSO4 등을 사용할 수 있으며 인듐염은 In(NO3)3, In2(SO4)3, In-아세테이트 등을 사용할 수 있으며, 갈륨염은 GaCl3, GaI3, Ga(NO3)3, Ga-아세테이트 등을 사용할 수 있으며, 아연염은 ZnCl2, Zn(NO3)2, ZnI2 등을 사용할 수 있으며, 주석염은 SnCl4 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 충진원소함유 슬러리에는 SeO2, SeCl4, 셀레노우레아 등의 셀레늄 화합물이 더 포함될 수 있다.
다음으로, 상기 CIS계 화합물 슬러리와 충진원소함유 슬러리를 혼합하여 혼합 슬러리를 제조한다(단계 4).
다음으로, 상기 혼합 슬러리를 기판 상에 코팅하여 CIS계 화합물 박막을 형성한 후 열처리 공정을 수행한다(단계 5).
본 발명에서 상기 혼합 슬러리를 사용하여 CIS계 화합물 박막을 형성하는 과정에서 비진공 코팅법을 사용하는 것을 특징으로 한다. 비진공 코팅법으로는 본 발명이 속하는 기술분야에서 잘 알려진 비진공 코팅법, 예를 들어, 스프레이법, 초음파 스프레이법, 스핀코팅법, 닥터블레이드법, 스크린 인쇄법, 잉크젯 프린팅법 등을 사용할 수 있다. 이와 같이 본 발명은 비진공 코팅법에 의해 CIS계 화합물 박막을 형성함으로써 제조 단가를 낮출 수 있다.
상기 혼합 슬러리를 비진공하에서 코팅하여 CIS계 화합물 박막을 형성한 후에는 알코올 용매와 바인더를 제거하기 위한 건조 과정을 더 수행할 수 있으며, 이러한 코팅 및 건조 과정을 2?3회 반복하여 목적하는 두께의 CIS계 화합물 박막을 형성할 수 있다.
이후 CIS계 화합물 박막에 대해 열처리 공정을 수행한다. 본 발명에서는 CIS계 화합물 박막에 대한 기존의 후열처리 공정보다 낮은 온도인 400?550 ℃에서 Se 증기를 공급하면서 열처리하여 치밀한 CIS계 화합물 박막을 얻을 수 있다.
상기 Se 증기를 공급하면서 열처리하는 과정은 Se 고체에 열을 가해 증발시켜 형성된 Se 증기를 공급하면서 열처리하여 수행하여 될 수 있으며, 이는 본 발명의 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 수행될 수 있다.
두 번째 방법으로, CIS계 화합물 나노입자를 포함한 슬러리를 제조하여 기판 상에 코팅하여 CIS계 화합물 박막을 형성한 후, 구리, 인듐, 갈륨, 아연, 주석 등을 포함한 금속염을 포함한 슬러리를 제조하여 이를 CIS계 화합물 박막 상에 코팅하고 열처리하여 치밀한 CIS계 화합물 박막 제조할 수 있다. 구체적인 방법은 하기에서 설명한다.
첫 번째 방법에서 설명한 단계 1 및 단계 2와 동일하게 CIS계 화합물 나노입자를 제조하고, 제조한 CIS계 화합물 나노입자 및 바인더를 용매에 용해시켜 CIS계 화합물 슬러리를 제조한다(단계 A 및 단계 B).
다음으로, 제조된 CIS계 화합물 슬러리를 기판 상에 코팅하여 CIS계 화합물 박막을 형성한다(단계 C).
단계 C에서 CIS계 화합물 슬러리를 기판 상에 코팅하는 방법으로는 비진공 코팅법을 사용한다.
다음으로, 충진원소함유 염 및 바인더를 용매에 용해시켜 충진원소함유 슬러리를 제조한다(단계 D).
상기 충진원소함유 슬러리를 제조하는 방법은 상술한 바와 동일하다.
이후, 단계 C에서 형성된 CIS계 화합물 박막 상에 충진원소함유 슬러리를 코팅하여 열처리 공정을 수행한다(단계 E).
기판 상에 형성된 CIS계 화합물 박막에는 공극(기공)이 매우 많이 형성되어 있기 때문에 충진원소함유 슬러리를 코팅하는 경우, 구리, 인듐, 갈륨, 아연, 주석 등의 충진원소가 공극에 스며들어 치밀한 CIS계 화합물 박막을 형성할 수 있다.
이후, 충진원소가 공극에 개재된 CIS계 화합물 박막에 대해 열처리 공정을 수행함으로써 보다 고밀도의 CIS계 화합물 박막을 형성할 수 있다.
상술한 본 발명의 CIS계 화합물 박막의 제조방법에 따라 제조된 CIS계 화합물 박막은 CIS계 화합물 박막 내의 공극에 상술한 충진원소가 개재된 후 열처리됨으로써 치밀한 구조를 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 CIS계 화합물 박막 내의 공극에 충진원소가 개재된 후 열처리된 고밀도 CIS계 화합물 박막을 광흡수층으로 포함하는 박막 태양전지를 제공한다.
또한 본 발명은 상술한 본 발명의 CIS계 화합물 박막의 제조방법을 이용한 박막 태양전지의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
글로브 박스 내에서 CuI 0.343 g, InI3 0.674 g, GaI3 0.207 g을 증류된 피리딘 용매 30 ㎖와 혼합하고 이를 80 ℃의 핫 플레이트 위에서 약 10 분간 교반하였다. 약 10 분간의 교반 후 불투명하던 용액이 투명해지는 것을 확인하였다. 이러한 Cu, In, Ga 혼합물을 증류된 메탄올 20 ㎖ 안에 녹아있는 Na2Se 0.478 g와 혼합시켰다. 이는 원자비로 Cu : In : Ga : Se = 0.9 : 0.68 : 0.23 : 1.91에 해당하며, 그 후 메탄올/피리딘 혼합물을 0℃ 아이스 배스 안에서 기계적으로 교반하면서 60분 동안 반응시켜 CIGS 나노 입자를 합성하였다. 합성된 CIGS 콜로이드를 4000 rpm으로 약 30 분간 원심분리 후 5 분간 초음파 처리를 하고 증류된 메탄올로 세척하였고 이러한 과정을 반복하여 생산물안의 부산물 및 피리딘을 완전히 제거하여 고순도의 CIGS 화합물 나노입자를 합성하였다.
이와 같이 제조된 CIGS 화합물 나노입자 0.3 g 및 프로필렌글리콜 0.3 g을 메탄올 1.2 g에 용해시킨 후 초음파 처리를 60분간 수행하여 CIGS 화합물 슬러리를 제조하였다. 이후 Cu(NO3)2 0.15 g, InCl3 0.184 g 및 프로필렌글리콜 2ml을 에탄올 8ml에 혼합한 후 60 분간 교반하여 충진원소함유 슬러리를 제조하였다. 이후 상기 CIGS 화합물 슬러리와 충진원소함유 슬러리를 혼합한 후 60분동안 초음파 처리하여 혼합 슬러리를 제조하였다. 상기에서 제조한 혼합 슬러리를 유리기판 상에 닥터 블레이드법을 사용하여 코팅한 후, 알코올 용매와 바인더를 제거하기 위해 핫플레이트(hot plate) 상에서 60℃에서 5분 동안 건조하고, 180℃에서 2분 동안 건조하였다. 이러한 코팅-건조 공정을 3회 반복하여 기판 상에 CIGS 화합물 박막을 형성하였다. 이후 기판온도 400℃에서 Se 증기를 공급하면서 열처리하여 고밀도의 CIGS 화합물 박막을 제조하였다.
상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 CIGS 화합물 나노입자를 제조한 후, CIGS 화합물 나노입자 0.3 g 및 프로필렌글리콜 0.3 g을 메탄올 1.2 g에 용해시킨 후 초음파 처리를 60분간 수행하여 CIGS 화합물 슬러리를 제조하였다. 이후 상기 CIGS 화합물 슬러리를 유리 기판 상에 닥터 블레이드법을 사용하여 코팅한 후 알코올 용매와 바인더를 제거하기 위해 핫플레이트 상에서 60℃에서 5분 동안 건조하고, 180℃에서 2분 동안 건조하였다. 이러한 코팅-건조 공정을 3회 반복하여 기판 상에 CIGS 화합물 박막을 형성하였다. 이후, Cu(NO3)2 0.15 g, InCl3 0.184 g 및 프로필렌글리콜 2ml을 에탄올 8ml에 혼합한 후 60 분간 교반하여 충진원소함유 슬러리를 제조한 후, 상기 CIGS 화합물 박막 상에 코팅한 후, 알코올 용매와 바인더를 제거하기 위해 핫플레이트 상에서 60℃에서 5분 동안 건조하고, 180℃에서 2분 동안 건조하였다. 이후 기판 온도 400℃에서 Se 증기를 공급하면서 열처리하여 고밀도의 CIGS 화합물 박막을 제조하였고, 제조된 CIGS 화합물 박막의 측단면에 대해 주사전자현미경 사진을 촬영하여 도 1에 나타내었다.
[비교예 1]
상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 CIGS 화합물 나노입자를 제조한 후, CIGS 화합물 나노입자 0.3 g 및 프로필렌글리콜 0.3 g을 메탄올 1.2 g에 용해시킨 후 초음파 처리를 60분간 수행하여 CIGS 화합물 슬러리를 제조하였다. 이후 상기 CIGS 화합물 슬러리를 유리 기판 상에 닥터 블레이드법을 사용하여 코팅한 후 알코올 용매와 바인더를 제거하기 위해 핫플레이트 상에서 60℃에서 5분 동안 건조하고, 180℃에서 2분 동안 건조하였다. 이러한 코팅-건조 공정을 3회 반복하여 기판 상에 CIGS 화합물 박막을 형성하였고, 제조된 CIGS 화합물 박막의 측단면에 대해 주사전자현미경 사진을 촬영하여 도 2에 나타내었다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따라 실시예 2에서 형성된 CIGS 화합물 박막은 충진원소함유 슬러리를 코팅하지 않은 비교예 1에서 형성된 CIGS 화합물 박막에 비해 치밀하게 형성된 것을 알 수 있다. 이로부터 본 발명에 따라 CIGS 화합물 박막을 형성하는 경우 기존 열처리 온도보다 낮은 온도에서 열처리하는 경우에도 치밀한 CIGS 화합물 박막을 형성할 수 있음을 알 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예에 대해서 설명하지만, 본 발명은 상술한 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 그 기술적 사상을 벗어나지 않고 다양하게 변형 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위는 특정 실시예가 아니라, 첨부된 특허청구범위에 의해 정해지는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (21)
- CIS계 화합물 나노입자를 제조하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 제조한 CIS계 화합물 나노입자 및 바인더를 용매에 용해시켜 CIS계 화합물 슬러리를 제조하는 단계(단계 2);
충진원소함유 염 및 바인더를 용매에 용해시켜 충진원소함유 슬러리를 제조하는 단계(단계 3);
상기 단계 2의 CIS계 화합물 슬러리와 상기 단계 3의 충진원소함유 슬러리를 혼합하여 혼합 슬러리를 제조하는 단계(단계 4); 및
상기 단계 4의 혼합 슬러리를 코팅하여 CIS계 화합물 박막을 형성한 후 열처리 공정을 수행하는 단계(단계 5);
를 포함하는 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막의 제조방법.
- CIS계 화합물 나노입자를 제조하는 단계(단계 A);
상기 단계 A에서 제조한 CIS계 화합물 나노입자 및 바인더를 용매에 용해시켜 CIS계 화합물 슬러리를 제조하는 단계(단계 B);
상기 단계 B에서 제조된 CIS계 화합물 슬러리를 코팅하여 CIS계 화합물 박막을 형성하는 단계(단계 C);
충진원소함유 염 및 바인더를 용매에 용해시켜 충진원소함유 슬러리를 제조하는 단계(단계 D); 및
상기 단계 C에서 형성된 CIS계 화합물 박막 상에 상기 단계 D에서 제조한 충진원소함유 슬러리를 코팅한 후 열처리 공정을 수행하는 단계(단계 E);
를 포함하는 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막의 제조방법.
- 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 CIS계 화합물 나노입자는 CIS 화합물 나노입자, CIGS 화합물 나노입자 또는 CZTS 화합물 나노입자인 것을 특징으로 하는, 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막의 제조방법.
- 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 충진원소함유 염은 구리염, 인듐염, 갈륨염, 아연염 및 주석염으로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상의 혼합염인 것을 특징으로 하는, 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막의 제조방법.
- 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 충진원소함유 슬러리는 셀레늄 화합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막의 제조방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 셀레늄 화합물은 SeO2, SeCl4 및 셀레노우레아로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막의 제조방법.
- 청구항 4에 있어서,
상기 구리염은 CuCl, Cu-아세테이트,Cu(NO3)2 , CuI 및 CuSO4로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막의 제조방법.
- 청구항 4에 있어서,
상기 인듐염은 In(NO3)3, InCl3, In2(SO4)3 및 In-아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막의 제조방법.
- 청구항 4에 있어서,
상기 갈륨염은 GaCl3, GaI3, Ga(NO3)3 및 Ga-아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 아연염은 ZnCl2, Zn(NO3)2 및 ZnI2으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 주석염은 SnCl4인 것을 특징으로 하는, 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막의 제조방법.
- 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 용매는 에탄올, 메탄올, 펜탄올, 프로판올 및 부탄올을 포함하는 알코올계 용매인 것을 특징으로 하는, 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막의 제조방법.
- 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 바인더는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 에틸셀룰로오스 및 폴리비닐피롤리돈으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막의 제조방법.
- 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 CIS계 화합물 박막은 스프레이법, 초음파 스프레이법, 스핀코팅법, 닥터블레이드법, 스크린 인쇄법 및 잉크젯 프린팅법으로 이루어진 군에서 선택된 비진공 코팅법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 단계 5에서 혼합 슬러리를 코팅하여 CIS계 화합물 박막을 형성한 후 건조 공정을 더 수행하고 열처리하는 것을 특징으로 하는, 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막의 제조방법.
- 청구항 2에 있어서,
상기 단계 C에서 혼합 슬러리를 코팅하여 CIS계 화합물 박막을 형성한 후 건조 공정을 더 수행하며, 상기 단계 E에서 CIS계 화합물 박막 상에 충진원소함유 슬러리를 코팅한 후 건조 공정을 더 수행하는 것을 특징으로 하는, 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막의 제조방법.
- 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 열처리 공정은 400?550 ℃에서 Se 증기를 공급하면서 열처리하는 셀렌화 열처리 공정인 것을 특징으로 하는, 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막의 제조방법.
- 태양전지의 광흡수층으로 사용되는 CIS계 화합물 박막으로서,
상기 CIS계 화합물 박막 내의 공극에 개재된 충진원소를 포함하며, 상기 충진원소는 구리, 인듐, 갈륨, 아연 및 주석으로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상인 것을 특징으로 하는 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막.
- 청구항 16에 있어서,
상기 CIS계 화합물 박막은 CIS 화합물 박막, CIGS 화합물 박막 또는 CZTS 화합물 박막인 것을 특징으로 하는 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막.
- 청구항 16에 있어서,
상기 CIS계 화합물 박막은 400?550 ℃에서 Se 증기를 공급하면서 열처리되는 것을 특징으로 하는 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막.
- CIS계 화합물 박막 내의 공극에 개재된 충진원소를 포함하며, 상기 충진원소는 구리, 인듐, 갈륨, 아연 및 주석으로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상인 것을 특징으로 하는 고밀도를 갖는 CIS계 화합물 박막을 광흡수층으로서 포함하는, 박막 태양전지.
- CIS계 화합물 박막을 광흡수층으로서 포함하는 박막 태양전지의 제조방법으로서,
상기 CIS계 화합물 박막은 CIS계 화합물 나노입자를 제조하는 단계;
상기 제조된 CIS계 화합물 나노입자 및 바인더를 용매에 용해시켜 CIS계 화합물 슬러리를 제조하는 단계;
충진원소함유 염 및 바인더를 용매에 용해시켜 충진원소함유 슬러리를 제조하는 단계;
상기 CIS계 화합물 슬러리와 상기 충진원소함유 슬러리를 혼합하여 혼합 슬러리를 제조하는 단계; 및
상기 혼합 슬러리를 코팅하여 CIS계 화합물 박막을 형성한 후 열처리 공정을 수행하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 박막 태양전지의 제조방법.
- CIS계 화합물 박막을 광흡수층으로서 포함하는 박막 태양전지의 제조방법으로서,
상기 CIS계 화합물 박막은 CIS계 화합물 나노입자를 제조하는 단계;
상기 제조된 CIS계 화합물 나노입자 및 바인더를 용매에 용해시켜 CIS계 화합물 슬러리를 제조하는 단계;
상기 제조된 CIS계 화합물 슬러리를 코팅하여 CIS계 화합물 박막을 형성하는 단계;
충진원소함유 염 및 바인더를 용매에 용해시켜 충진원소함유 슬러리를 제조하는 단계; 및
상기 CIS계 화합물 박막 상에 상기 충진원소함유 슬러리를 코팅한 후 열처리 공정을 수행하는 단계를 수행하여 형성되는 것을 특징으로 하는, 박막 태양전지의 제조방법.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100069923A KR101129194B1 (ko) | 2010-07-20 | 2010-07-20 | 고밀도를 갖는 태양전지용 ｃｉｓ계 화합물 박막의 제조방법 및 상기 ｃｉｓ계 화합물 박막을 이용한 박막 태양전지의 제조방법 |
| PCT/KR2011/005306 WO2012011723A2 (en) | 2010-07-20 | 2011-07-19 | Method of manufacturing high density cis thin film for solar cell and method of manufacturing thin film solar cell using the same |
| US13/695,627 US8569102B2 (en) | 2010-07-20 | 2011-07-19 | Method of manufacturing high density CIS thin film for solar cell and method of manufacturing thin film solar cell using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100069923A KR101129194B1 (ko) | 2010-07-20 | 2010-07-20 | 고밀도를 갖는 태양전지용 ｃｉｓ계 화합물 박막의 제조방법 및 상기 ｃｉｓ계 화합물 박막을 이용한 박막 태양전지의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120015367A true KR20120015367A (ko) | 2012-02-21 |
| KR101129194B1 KR101129194B1 (ko) | 2012-03-26 |
Family
ID=45497288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020100069923A KR101129194B1 (ko) | 2010-07-20 | 2010-07-20 | 고밀도를 갖는 태양전지용 ｃｉｓ계 화합물 박막의 제조방법 및 상기 ｃｉｓ계 화합물 박막을 이용한 박막 태양전지의 제조방법 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8569102B2 (ko) |
| KR (1) | KR101129194B1 (ko) |
| WO (1) | WO2012011723A2 (ko) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101463327B1 (ko) * | 2013-01-31 | 2014-12-03 | 영남대학교 산학협력단 | 스프레이법을 이용한 화합물 태양전지용 ＣｕＩｎＳｅ₂박막의 제조방법 |
| KR20160052694A (ko) * | 2013-09-13 | 2016-05-12 | 나노코 테크놀로지스 리미티드 | 박막 광전지 소자를 위한 무기염-나노입자 잉크 및 이에 관련된 방법 |
| CN109205576A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-01-15 | 武汉理工大学 | 一种铜基硫族化合物固溶体的室温超快速制备方法 |
| CN112144086A (zh) * | 2020-09-24 | 2020-12-29 | 昆明理工大学 | 一种真空电化学沉积制备硒化物半导体的方法 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2949773B1 (fr) * | 2009-09-10 | 2016-01-01 | Univ Toulouse 3 Paul Sabatier | Materiau solide a l'etat divise, procede de fabrication d'un tel materiau et utilisation d'un tel materiau dans une cellule photovoltaique. |
| KR101367760B1 (ko) * | 2012-02-02 | 2014-02-28 | 한국에너지기술연구원 | 저온의 녹는점을 갖는 플럭스를 이용한 태양전지용 ｃｉ（ｇ）ｓ계 박막의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 ｃｉ（ｇ）ｓ계 박막 |
| KR101322681B1 (ko) | 2012-04-16 | 2013-10-30 | 한국과학기술원 | 정전분무법에 의하여 제조된 ｃｚｔｓ 박막 및 그의 제조방법 |
| KR101388451B1 (ko) * | 2012-08-10 | 2014-04-24 | 한국에너지기술연구원 | 탄소층이 감소한 ｃｉ(ｇ)ｓ계 박막의 제조방법, 이에 의해 제조된 박막 및 이를 포함하는 태양전지 |
| CN103014643A (zh) * | 2012-12-11 | 2013-04-03 | 中国科学院电工研究所 | 一种制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池光吸收层的方法 |
| CN103060861A (zh) * | 2013-02-03 | 2013-04-24 | 电子科技大学 | 一种铜锌锡硫薄膜的共电沉积制备方法 |
| US9105798B2 (en) * | 2013-05-14 | 2015-08-11 | Sun Harmonics, Ltd | Preparation of CIGS absorber layers using coated semiconductor nanoparticle and nanowire networks |
| KR101583026B1 (ko) * | 2013-10-31 | 2016-01-08 | 재단법인대구경북과학기술원 | Ｃｚｔｓ계 태양전지용 박막의 제조방법 |
| CN103738928B (zh) * | 2014-01-16 | 2015-08-19 | 广西大学 | 一种利用超声强化回收电解锰阳极泥中硒的方法 |
| JP6293710B2 (ja) | 2015-07-22 | 2018-03-14 | 国立大学法人名古屋大学 | 半導体ナノ粒子およびその製造方法 |
| CN109148625A (zh) * | 2018-05-17 | 2019-01-04 | 中国科学院物理研究所 | 铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池及其制备方法 |
| CN109817733A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-05-28 | 北京铂阳顶荣光伏科技有限公司 | 一种铜锌锡硫薄膜太阳能电池用吸收层的制备方法 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6126740A (en) * | 1995-09-29 | 2000-10-03 | Midwest Research Institute | Solution synthesis of mixed-metal chalcogenide nanoparticles and spray deposition of precursor films |
| JPH10150212A (ja) | 1996-11-20 | 1998-06-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体薄膜形成用前駆体及び半導体薄膜の製造方法 |
| JPH10219472A (ja) | 1997-02-04 | 1998-08-18 | Shinto Paint Co Ltd | 化合物半導体薄膜の形成方法 |
| WO2001078154A2 (en) * | 2000-04-10 | 2001-10-18 | Davis, Joseph & Negley | Preparation of cigs-based solar cells using a buffered electrodeposition bath |
| FR2849450B1 (fr) * | 2002-12-26 | 2005-03-11 | Electricite De France | Procede de regeneration d'un bain d'electrolyse pour la fabrication d'un compose i-iii-vi2 en couches minces |
| US7618838B2 (en) * | 2005-04-25 | 2009-11-17 | The Research Foundation Of State University Of New York | Hybrid solar cells based on nanostructured semiconductors and organic materials |
| US20070151862A1 (en) * | 2005-10-03 | 2007-07-05 | Dobson Kevin D | Post deposition treatments of electrodeposited cuinse2-based thin films |
| US7829059B2 (en) * | 2006-05-19 | 2010-11-09 | Purdue Research Foundation | Rapid synthesis of ternary, binary and multinary chalcogenide nanoparticles |
| KR100909179B1 (ko) * | 2006-07-24 | 2009-07-22 | 주식회사 엘지화학 | Ｃｉｓ계 태양전지 흡수층의 제조방법 |
| KR101144807B1 (ko) | 2007-09-18 | 2012-05-11 | 엘지전자 주식회사 | 태양전지 박막조성용 잉크와 그 제조방법, 이를 이용한ｃｉｇｓ 박막형 태양전지, 및 그 제조 방법 |
| US8236599B2 (en) * | 2009-04-09 | 2012-08-07 | State of Oregon acting by and through the State Board of Higher Education | Solution-based process for making inorganic materials |
| KR20110060211A (ko) * | 2009-11-30 | 2011-06-08 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 셀렌화에 의한 ｃｉｇｓ 광흡수층의 제조방법 |
| KR20110065596A (ko) * | 2009-12-10 | 2011-06-16 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 셀레늄 용액을 이용한 ｃｉｇｓ 광흡수층의 제조방법 |
| KR101075873B1 (ko) | 2010-10-04 | 2011-10-25 | 한국에너지기술연구원 | 페이스트 또는 잉크를 이용한 구리인듐셀렌계 또는 구리인듐갈륨셀렌계 박막의 제조 방법 |
-
2010
- 2010-07-20 KR KR1020100069923A patent/KR101129194B1/ko active IP Right Grant
-
2011
- 2011-07-19 US US13/695,627 patent/US8569102B2/en active Active
- 2011-07-19 WO PCT/KR2011/005306 patent/WO2012011723A2/en active Application Filing
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101463327B1 (ko) * | 2013-01-31 | 2014-12-03 | 영남대학교 산학협력단 | 스프레이법을 이용한 화합물 태양전지용 ＣｕＩｎＳｅ₂박막의 제조방법 |
| KR20160052694A (ko) * | 2013-09-13 | 2016-05-12 | 나노코 테크놀로지스 리미티드 | 박막 광전지 소자를 위한 무기염-나노입자 잉크 및 이에 관련된 방법 |
| KR20190011832A (ko) * | 2013-09-13 | 2019-02-07 | 나노코 테크놀로지스 리미티드 | 박막 광전지 소자를 위한 무기염-나노입자 잉크 및 이에 관련된 방법 |
| CN109205576A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-01-15 | 武汉理工大学 | 一种铜基硫族化合物固溶体的室温超快速制备方法 |
| CN109205576B (zh) * | 2018-11-30 | 2022-01-11 | 武汉理工大学 | 一种铜基硫族化合物固溶体的室温超快速制备方法 |
| CN112144086A (zh) * | 2020-09-24 | 2020-12-29 | 昆明理工大学 | 一种真空电化学沉积制备硒化物半导体的方法 |
| CN112144086B (zh) * | 2020-09-24 | 2021-12-14 | 昆明理工大学 | 一种真空电化学沉积制备硒化物半导体的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US8569102B2 (en) | 2013-10-29 |
| WO2012011723A2 (en) | 2012-01-26 |
| WO2012011723A3 (en) | 2012-05-10 |
| US20130045565A1 (en) | 2013-02-21 |
| KR101129194B1 (ko) | 2012-03-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101129194B1 (ko) | 고밀도를 갖는 태양전지용 ｃｉｓ계 화합물 박막의 제조방법 및 상기 ｃｉｓ계 화합물 박막을 이용한 박막 태양전지의 제조방법 | |
| Akram et al. | Arrays of CZTS sensitized ZnO/ZnS and ZnO/ZnSe core/shell nanorods for liquid junction nanowire solar cells | |
| WO2012023519A1 (ja) | 化合物半導体薄膜作製用インク、そのインクを用いて得た化合物半導体薄膜、その化合物半導体薄膜を備える太陽電池、およびその太陽電池の製造方法 | |
| KR101865239B1 (ko) | 높은 무크랙 한계를 갖는 cigs 나노 입자 잉크 제제 | |
| US8815123B2 (en) | Fabrication method for ibiiiavia-group amorphous compound and ibiiiavia-group amorphous precursor for thin-film solar cells | |
| KR20120131536A (ko) | 고밀도를 갖는 ｃｉｓ계 박막 제조방법 | |
| Pan et al. | Controllable vapor transport deposition of efficient Sb2 (S, Se) 3 solar cells via adjusting evaporation source area | |
| CN107134507B (zh) | 具有梯度成分太阳能电池吸收层铜铟硫硒薄膜的制备方法 | |
| KR101193106B1 (ko) | Ｃｕ-Ｓｅ 이성분계 나노입자 플럭스를 이용한 Ｃｕ-Ｓｅ 박막을 포함하는 ＣＩ(Ｇ)Ｓ계 박막의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 ＣＩ(Ｇ)Ｓ계 박막 | |
| KR101192289B1 (ko) | 이성분계 나노입자 하이브리드 방법을 이용한 ｃｉ(ｇ)ｓ계 박막의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 ｃｉ(ｇ)ｓ계 박막 | |
| Li et al. | Fabrication and characterization of copper–indium–diselenide (CuInSe2, CIS) thin film using one-step electro-deposition process | |
| KR101137434B1 (ko) | 급속열처리 공정을 사용한 ｃｉｓ계 화합물 박막의 제조방법 및 상기 ｃｉｓ계 화합물 박막을 이용한 박막 태양전지의 제조방법 | |
| Xue et al. | Fabrication of Cu2ZnSn (SxSe1− x) 4 solar cells by ethanol-ammonium solution process | |
| Pakštas et al. | Impact of CdS layer thickness on the composition, structure and photovoltaic performance of superstrate CZTSSe solar cells | |
| US20150162480A1 (en) | Method of manufacturing ci(g)s-based thin film having reduced carbon layer, thin film manufactured by the method, and solar cell comprising the thin film | |
| Patel et al. | Recent Developments in Cu2 (CZTS) Preparation, Optimization and its Application in Solar Cell Development and Photocatalytic Applications | |
| López-García et al. | Synthesis of CuIn (S, Se) 2 quaternary alloys by screen printing and selenization-sulfurization sequential steps: Development of composition graded absorbers for low cost photovoltaic devices | |
| JPWO2013180137A1 (ja) | 化合物半導体薄膜の作製方法およびその化合物半導体薄膜を備える太陽電池 | |
| KR20120131535A (ko) | ＣＩＧＳ／ＣＩＳ 나노입자의 셀렌화에 의한 치밀한 ＣＩＧＳｅ／ＣＩＳｅ 박막 제조방법 | |
| JP5782672B2 (ja) | 化合物半導体薄膜作製用インク、そのインクを用いて得た化合物半導体薄膜、その化合物半導体薄膜を備える太陽電池、及びその太陽電池の製造方法 | |
| KR20130054800A (ko) | 박막 태양전지 광흡수층의 제조방법 및 이를 포함하는 박막 태양전지 | |
| TWI675890B (zh) | 具有高無裂縫限度之cigs奈米粒子墨水調配物 | |
| Guo et al. | Selenization of copper indium gallium disulfide nanocrystal films for thin film solar cells | |
| Martí Valls et al. | Preparation of Cu (In, Ga) Se2 photovoltaic absorbers by an aqueous metal selenite co-precipitation route | |
| KR20120062073A (ko) | 찰코파이라이트형 화합물의 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 찰코파이라이트형 화합물 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150313 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160304 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170102 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180209 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181211 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191210 Year of fee payment: 9 |