KR20120051206A - Ｃｉｇｓ 태양광 흡수층 제조방법 - Google Patents

Ｃｉｇｓ 태양광 흡수층 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20120051206A
KR20120051206A KR1020100112523A KR20100112523A KR20120051206A KR 20120051206 A KR20120051206 A KR 20120051206A KR 1020100112523 A KR1020100112523 A KR 1020100112523A KR 20100112523 A KR20100112523 A KR 20100112523A KR 20120051206 A KR20120051206 A KR 20120051206A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
selenium
coated
thin film
precursor
Prior art date
Application number
KR1020100112523A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101152202B1 (ko
Inventor
전찬욱
이상환
서진우
Original Assignee
영남대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 영남대학교 산학협력단 filed Critical 영남대학교 산학협력단
Priority to KR1020100112523A priority Critical patent/KR101152202B1/ko
Priority to PCT/KR2011/003084 priority patent/WO2012064000A1/ko
Publication of KR20120051206A publication Critical patent/KR20120051206A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101152202B1 publication Critical patent/KR101152202B1/ko

Links

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
    • H01L31/04—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0749—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type including a AIBIIICVI compound, e.g. CdS/CulnSe2 [CIS] heterojunction solar cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5846—Reactive treatment
    • C23C14/5866—Treatment with sulfur, selenium or tellurium
    • 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
    • H01L31/0248—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
    • H01L31/036—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 crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0392—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 crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
    • H01L31/03923—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 crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate including AIBIIICVI compound materials, e.g. CIS, CIGS
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 Cu(In,Ga)Se2 (이하 CIGS) 화합물박막 태양전지의 흡수층 물질인 CIGS를 제조함에 있어서, CuInGa 금속 전구체를 셀렌화 처리할 때 최소량의 셀레늄(Se)을 균일하게 공급시키는 방법에 대한 것이다. 본 발명에 의할 시 제 1 기판 상에 구리, 인듐 및 갈륨으로 구성된 금속 전구체가 코팅된 전구체 기판을 준비하는 단계, 제 2 기판 상에 셀레늄이 코팅된 셀레늄 코팅 기판을 준비하는 단계, 상기 전구체 기판의 금속 전구체 일면과 상기 셀레늄 코팅 기판의 셀레늄 일면을 대면시켜 밀착하는 단계 및 상기 밀착된 전구체 기판 및 셀레늄 코팅 기판을 상기 셀레늄 코팅 기판에 코팅된 셀레늄의 기화가 가능한 온도로 가열하는 단계를 포함하는 CIGS(Copper-Indium-Galium-Selenium) 박막 코팅 기판의 제조방법이 제공된다.

Description

ＣＩＧＳ 태양광 흡수층 제조방법{Method of making the photovoltaic CIGS absorber}
본 발명은 태양전지의 CIGS 태양광 흡수층에 관한 것이며, 특히 구리, 인듐 및 갈륨으로 이루어진 금속 전구체에 셀레늄을 공급하여 CIGS 박막을 형성하는 방법, 이러한 방법에 의해 제조된 태양전지 및 이러한 태양전지를 제조할 수 있는 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로 CuInSe2로 대표되는 I-III-VI2족 황동석(Chalcopyrite)계 화합물반도체는 직접천이형 에너지 밴드갭을 가지고 있고, 광흡수계수가 1×105 ㎝- 1 로서 반도체 중에서 가장 높아 두께 1 ~ 2 ㎛의 박막으로도 고효율의 태양전지 제조가 가능하고, 장기적으로 전기광학적 안정성이 매우 우수한 특성을 지니고 있다.
그 때문에, 황동석계 화합물 반도체는 현재 사용되고 있는 고가의 결정질 실리콘 태양전지를 대체하여 태양광발전의 경제성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 저가, 고효율의 태양전지 재료로 부각되고 있다.
또한, CuInSe2는 밴드갭이 1.04 eV로서 이상적인 밴드갭 1.4 eV를 맞추기 위해 인듐(In)의 일부를 갈륨(Ga)으로, 셀레늄(Se)의 일부를 황(S)으로 치환하기도 하는데, 참고로 CuGaSe2의 밴드갭은 1.6 eV, CuGaS2 는 2.5 eV이다.
In의 일부를 Ga으로, Se의 일부를 S으로 대체한 한 오원화합물은 CIGSS [Cu(InxGa1-x)(SeyS1-y)2]로 표기되는데, 대표적으로 이들을 CIS 또는 CIGS로 표기하기도 하고, 이하에서는 이러한 화합물을 CIGS로 정의한다.
CIGS를 광흡수층으로 하는 태양전지의 장점 중의 하나인 장기적 신뢰성은 1988년 11월에 시작한 미국 NREL(National Renewable Energy Laboratory)의 장기 옥외 시험결과 10년 이후에도 효율의 변화가 없는 것으로 입증된 바 있다.
초기에 광흡수층(30)으로 사용된 삼원화합물인 CuInSe2는 에너지 밴드갭이 1.04 eV로 단락전류는 높으나, 개방전압이 낮아 높은 효율을 얻을 수 없었다. 때문에 현재에는 개방전압을 높이기 위해 CuInSe2의 In의 일부를 Ga원소로 대치하거나 Se를 S로 대치하는 방법을 사용하고 있다. CuGaSe2는 밴드갭이 약 1.5eV로 Ga이 첨가된 Cu(InxGa1-x)Se2 화합물 반도체의 밴드갭은 Ga 첨가량에 따라 조절이 가능하다.
그러나 광흡수층(30)의 에너지 밴드갭이 클 경우 개방전압은 증가하지만, 오히려 단락전류가 감소하므로 Ga의 적정한 함량조절이 필요하다. 이와 같이 CIGS 박막은 다원화합물이기 때문에 제조공정이 매우 까다롭다.
광흡수층(30)인 CIGS 박막의 물리적인 제조방법으로는 증발법, 스퍼터링 후 셀렌화 하는 방법(스퍼터링+셀렌화 방법)이 있으며, 화학적인 방법으로는 전기도금 등이 있고, 각 방법에 있어서도 출발물질(금속, 2원 화합물 등)의 종류에 따라 다양한 제조방법이 동원될 수 있다. 이밖에도 기존의 물리적 및 화학적 박막 제조법과는 달리 몰리브덴(Mo) 기판 위에 나노크기의 입자(분말, 콜로이드 등)를 합성하고 이를 용매와 혼합하여 스크린프린팅, 반응소결시켜 광흡수층을 제조하는 공정도 사용할 수 있다.
스퍼터링+셀렌화 방법은 스퍼터링법으로 구리, 인듐 및 갈륨으로 이루어진 박막을 형성한 후 셀레늄 분위기 하에서 열처리를 수행하여 방법이다. 이때, 셀렌화를 위한 열처리는 일반적으로 희석된 H2Se 가스를 사용하여 450~500℃의 온도에서 이뤄진다. 이때, 셀렌화를 위한 열처리는 일반적으로 희석된 H2Se가스를 사용하여 450~500℃의 온도에서 이뤄진다. 그러나 이 방법은 H2Se의 유독성 및 부식성으로 인해 사용상 주의가 요구되며, 특수한 폐가스 처리장치 설치에 따른 추가비용이 발생하는 단점을 안고 있다.
H2Se를 대체할 수 있는 셀레늄 공급원으로는 순수한 셀레늄 증기, 다이에틸셀레나이드(diethylselenide, DESe)를 사용할 수도 있으나, 셀레늄 증기는 매우 낮은 반응성으로 인해 높은 셀렌화 온도를 필요로 하는 단점을 지니고 있고, DESe는 H2Se보다 우수한 반응성을 가지고 있으나, 아직까지는 연구개발용에 한정되어 있으며, 인체유해성에 대한 논란이 아직 검증되지 않고 있다.
따라서 보다 안전하고 효율적인 CIGS 박막 제조방법의 개발이 절실한 실정이다.
본 발명의 목적은 인체에 위해한 H2Se나 가격이 높은 DESe를 사용하지 않는 효율적인 CIGS 박막 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 CIGS 박막 제조방법에 의해 제조되는 CIGS 박막 코팅 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 CIGS 박막 제조방법을 활용한 CIGS 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 CIGS 태양전지 제조방법에 의해 제조된 CIGS 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 CIGS 박막 제조방법에 사용되는 CIGS 박막 제조장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 일측면에서,
제 1 기판 상에 구리, 인듐 및 갈륨으로 구성된 금속 전구체가 코팅된 전구체 기판을 준비하는 단계;
제 2 기판 상에 셀레늄이 코팅된 셀레늄 코팅 기판을 준비하는 단계;
상기 전구체 기판의 금속 전구체 일면과 상기 셀레늄 코팅 기판의 셀레늄 일면을 대면시켜 밀착하는 단계; 및
상기 밀착된 전구체 기판 및 셀레늄 코팅 기판을 상기 셀레늄 코팅 기판에 코팅된 셀레늄의 기화가 가능한 온도로 가열하는 단계를 포함하는 CIGS(Copper-Indium-Galium-Selenium) 박막 코팅 기판의 제조방법이 제공된다.
이때, 상기 전구체 기판은 상기 제 1 기판 위에 형성된 배면전극 위에, 구리, 인듐 및 갈륨을 증착하여 코팅할 수 있으며, 상기 구리, 인듐 및 갈륨은 DC 스터퍼링 또는 RF 스터퍼링에 의해 증착되는 것이 바람직하나, 구리, 인듐 및 갈륨을 동시에 증발시켜 코팅하는 동시증발법 등 다른 어떠한 증착 방법 또는 코팅 방법이 사용되더라도 무방하다.
상기 배면전극은 니켈(Ni), 구리(Cu) 또는 몰리브덴(Mo) 소재로 구성되는 것이 바람직하고, 몰리브덴으로 구성되는 것이 더욱 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 1 기판은 유리 기판, 세라믹 기판, 금속기판 또는 폴리머 기판 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 경우에 따라 폴리머 소재의 유연 기판을 사용하는 것이 공정상 더 유리할 수도 있다.
상기 제 2 기판은 유리 기판 또는 유연 기판인 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니며, 경우에 따라 공정상 유연 기판인 것이 더 유리할 수도 있다.
상기 셀레늄 코팅 기판은 상기 제 2 기판 상에 열증발법, 전자빔 증발법, 스터퍼링법, 화학증착법(CVD), 유기금속화학증착법(MOCVD), 레이저분자빔증착법(L-MBE) 또는 펄스레이저증착법(PLD)을 이용하여 셀레늄을 코팅함으로써 제조할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니고, 그 어떠한 셀레륨 코팅 방법을 사용하더라도 무방하다.
상기 셀레늄의 기화가 가능한 온도는 250 내지 500℃인 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 실시태양에 따르면, 상기 방법에 의해 제조된 CIGS 박막 코팅 기판이 제공된다.
본 발명의 방법에 의해 제조된 CIGS 박막은 종래 기술에 의해 제조된 CIGS 박막과 달리 CIGS 결정립이 매우 클 뿐만 아니라, CIGS/Mo 계면에 공극(void)도 거의 없다.
본 발명의 다른 일측면에 따르면,
상기 방법에 의해 제조된 CIGS 박막 코팅 기판을 준비하는 단계;
상기 CIGS 박막 코팅 기판에 버퍼층을 형성하는 단계;
상기 버퍼층 위에 투명전극을 형성하는 단계; 및
상기 투명전극 일부 위에 그리드전극을 부착하고, 반사방지막을 형성하는 단계를 포함하는 CGIS 태양전지 제조방법이 제공된다.
상기 버퍼층은 황화카드뮴(CdS)인 것이 바람직하나 이에 제한되는 것이 아니고, 상기 투명전극은 산화아연(ZnO) 박막인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 그리드 전극은 알루미늄(Al) 또는 니켈/알루미늄(Ni/Al) 다층구조의 재질이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니고, 상기 반사방지막은 이불화마그네슘(MgF2)인 것이 바람직하나 이에 제한되는 것이 아니다.
아울러 본 발명의 다른 일측면에 따르면, 상술한 제조방법으로 제조된 CGIS 태양전지가 제공된다.
한편, 본 발명의 다른 일측면에 따르면,
제 1 기판 상에 금속 전구체가 코팅된 전구체 기판을 일방향으로 이송시키는 제 1 이송장치;
상기 제 1 이송장치와 소정의 간격을 두고 마주보며, 제 2 기판 상에 셀레늄이 코팅된 셀레늄 코팅 기판을 상기 일방향으로 이송시키는 제 2 이송장치;
상기 제 1 이송장치에 의해 이송 중인 상기 제 2 기판에 셀레늄을 코팅하기 위하여 상기 셀레늄을 공급하는 셀레늄 공급부; 및
상기 전구체 기판과 상기 셀레늄 코팅 기판이 서로 밀착된 부분을 가열하기 위한 가열부;
를 포함하는 CIGS 박막 코팅 기판 제조장치가 제공된다.
이때 셀레늄 공급부는 제 1 및 제 2 이송장치의 이송방향으로 가열부의 전단부에 설치될 수 있다
또한 제 1 기판 및 제 2 기판은 유연 기판인 것이 바람직하나, 유리 기판 등 경성 기판을 사용하더라도 무방하며, 어느 한 쪽만 유연 기판을 사용하는 것도 가능하다.
한편 제 1 이송장치는 순환형 구조로 구성할 수 있다. 이러한 순환형 이송장치는 제 2 기판이 유연 기판일 경우 셀레늄의 코팅 및 기화를 계속해서 반복 수행할 수 있으므로 제 2 기판의 사용 효율을 극대화 할 수 있다.
즉 제 2 이송장치에 의해 유연 기판이 순환하는 도중, 상기 제 2 기판의 일부에 가열부 전단에 위치한 셀레늄 공급부에서 공급되는 셀레늄이 코팅된다. 셀레늄이 코팅된 후 전구체 기판과 밀착되어 같이 가열부로 이송되게 된다. 가열부 내에서는 가열에 의해 제 2 기판에 코팅된 셀레늄이 모두 기화되어 전구체 기판의 금속 전구체로 침투하게 되며, 이 과정이 완료되면 제 2 기판의 셀레늄은 모두 소진되어 제 2 기판은 셀레늄이 코팅되기 전의 순수한 기판 상태로 다시 초기화 된다. 제 2 이송장치가 순환식 구조일 경우, 이렇게 초기화된 제 2 기판은 순환하여 셀레늄 공급부로 이송됨에 따라 셀렌늄의 코팅과 기화가 계속해서 반복되게 된다.
한편, 상기 셀레늄 공급부는 셀레늄 증발기 또는 셀레늄 스터퍼인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며, 셀레늄을 공급할 수 있는 그 어떤 장치를 사용하더라도 무방하다.
상기 가열부는 적외선 램프 가열기인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며, 열선 등을 사용할 수 있으며, 적절한 온도조절을 위한 온도조절장치를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 가열부는 상기 제 1 이송장치 및/또는 제 2 이송장치 내에 구비되는 것이 바람직하나, 상기 제 1 이송장치 및/또는 제 2 이송장치 외부에 장착되더라도 무방하다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
본 발명에서는 셀레늄이 코팅된 별도의 기판을 금속 전구체가 코팅된 전구체 기판 직 상부에 셀레늄이 코팅된 면을 마주보도록 근접하여 밀착시킨 상태에서 열처리를 행하는 방식을 사용한다. 본 발명자들은 이를 '근접셀렌화 방법'으로 명명하였다. 셀레늄이 코팅된 별도의 기판은 열 증착기를 이용하여 형성할 수 있으며, 균일한 두께의 셀레늄 박막을 갖는다. 이 경우, 증발된 셀레늄은 갇힌 공간 내에서 밀착된 금속 전구체 표면으로 직접 공급되므로, 전 면적에 걸쳐 균일한 셀레늄 플럭스를 형성시킬 수 있다.
일반적으로 셀렌화는 보트(boat)에 담긴 셀레늄 분말을 가열하여 셀레늄 증기를 생성시키고, 이를 금속 전구체에 공급하여 셀렌화 반응을 일으키는 방식으로 이용된다. 그러나 셀레늄 증기는 단원자가 아닌 Se2, Se6, Se8 형태로 증발하므로 반응성이 매우 낮을 뿐만 아니라, 높은 분자량으로 인해 확산이 활발히 일어나지 않아, 기판 표면에 균일하게 공급하는 것이 매우 어렵고, 특히 대면적 박막 태양전지모듈의 제조에 적용하기가 거의 불가능하다. 또한, 금속 전구체와 떨어진 곳에서 셀레늄을 증발시키기 때문에 반응조 내부에 존재하는 셀레늄 증기의 대부분은 셀렌화 반응에 참여하지 못하고 손실되므로 물질이용률이 매우 저조한 문제를 안고 있다.
그러나 본 발명에 의할 경우, 셀레늄이 금속 전구체 표면에 밀착된 상태에서 직접 금속 전구체 표면으로 공급되므로 대면적을 가지는 금속 전구체에 대해서도 높은 균일도를 가지고 셀렌화를 수행할 수 있으며, 거의 모든 셀레늄이 셀렌화에 이용됨으로 셀레늄 상용의 높은 효율을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 제조된 CIGS를 광흡수층으로 하는 태양전지를 나타낸 단면도이다. 도 1에 도시된 것처럼, CIGS를 광흡수층으로 하는 태양전지의 구조는 유리를 기판(10)으로 하여, 배면전극(20), 광흡수층(30), 버퍼층(40), 투명전극(50), 반사방지막(60)의 5개의 단위 박막을 순차적으로 형성시키고, 그 위에 그리드 전극(70)을 형성시켜 제조할 수 있다.
기판(10)의 재질로는 유리가 사용될 수 있다. 그 밖에 알루미나와 같은 세라믹 기판, 스테인레스 스틸, 구리 테이프(Cu tape)와 같은 금속 기판, 폴리머 등도 사용이 가능하다. 유리 기판으로는 일반적으로 값싼 소다회 유리(Sodalime glass)를 사용할 수 있다. 상술한 미국 NREL이 기록한 20.1 %의 변환효율도 소다회 유리를 기판으로 사용하여 달성된 것이다. 그 밖에 폴리이미드(polyimide)와 같은 유연성 있는 고분자 재질이나 스테인레스 박판 등도 기판으로 사용될 수 있다.
배면전극(Back contact; 20)으로는 니켈(Ni), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo)등이 이용될 수 있다. 특히 몰리브덴을 이용할 경우에는 몰리브덴이 가진 높은 전기전도도, CIGS에의 오믹 접합(Ohmic contact), 셀레늄(Se) 분위기 하에서의 고온 안정성 등으로 인해 우수한 특성을 나타낼 수 있다.
배면전극으로 사용되는 몰리브덴 박막은 전극으로서 비저항이 낮아야 하고 또한 열팽창계수의 차이로 인하여 박리현상이 일어나지 않도록 유리 기판에의 점착성이 우수하여야 한다. 이러한 몰리브덴 박막은 DC 스퍼터링(sputtering)에 의해 증착될 수 있다.
배면전극(20) 상부에 본 발명에 따른 방법에 따라 광흡수층(30)으로 CIGS 박막을 형성한다. 도 2a 내지 2d에는 본 발명에 따른 일실시예에 의해 CIGS 광흡수층(30)을 제조하는 방법이 도시되어 있다.
제 1 기판(113)상에 배면전극(20) 및 금속 전구체인 CuInGa 박막(111)이 순차적으로 코팅된 전구체 기판(114)을 준비하고, 제 2 기판(121) 상에 셀레늄 박막(122)이 코팅된 셀레늄 코팅 기판(124)을 준비한다.
다음, 전구체 기판(114) 상의 CuInGa 박막(111)과 셀레늄 코팅 기판(124)의 셀레늄 박막(122)이 서로 대향하도록 배치시킨다. 예를 들어 도 2a 와 같이 CuInGa 박막(111) 상부면에 셀레늄 박막(122)이 대향되도록 한 후, 이를 도 2b와 같이 CuInGa 박막(111)의 상부면에 올려놓음으로써 CuInGa 박막(111) 및 셀레늄 박막(122)을 서로 밀착시킬 수 있다.
다음 도 2c와 같이 열처리를 통해 셀레늄(212)를 기화시켜 이를 CuInGa 박막(111)으로 공급한다. 이러한 열처리 과정에서 기화된 셀레늄 증기는 CuInGa 박막(111) 내에 침투하며 셀렌화가 이루어지게 된다.
셀렌화는 셀레늄 코팅 기판(124)의 셀레늄 박막(122)이 소진될 때 까지 수행될 수 있으며, 셀레늄 박막(122)이 소진된 후에는 제 2 기판(121)을 제거함으로써 CIGS 박막(116), 즉, 광흡수층(30)이 제조될 수 있다.
제 2 기판(121)으로 폴리머 기판과 같은 유연 기판을 이용하는 경우에는 도 3에 도시된 순환형 이송장치(200)를 이용하여 제조할 수 있으며, 이에 대한 설명은 상기 이송장치를 설명하는 부분에서 구체적으로 후술하도록 한다.
이러한 광흡수층(30)을 형성한 다음 CIGS 박막 상부에 바로 윈도우(window) 층으로 사용되는 ZnO 박막이 적층될 수 있다. CIGS 박막은 p형 반도체 이며, ZnO 박막은 n형 반도체 이므로 CIGS 박막과 ZnO 박막은 서로 접하는 경우 pn접합을 형성할 수 있다. 이 경우 CIGS 박막은 광흡수층(30)으로, ZnO 박막은 투명전극(50)으로 사용된다.
그러나 두 물질은 격자상수와 에너지밴드갭의 차이가 크기 때문에 양호한 접합을 형성하기 위해서는 도 1과 같이 밴드갭이 두 물질의 중간에 위치하는 버퍼층(40)을 형성하는 것이 바람직하다.
이때 버퍼층(40)으로 황화카드뮴(CdS)이 사용될 수 있다. CdS 박막은 CBD(Chemical bath deposition) 방법을 사용하여 두께 약 500 Å 박막으로 형성한다. CdS 박막은 2.46 eV의 에너지 밴드갭을 가지며, 이는 약 550 nm의 파장에 해당한다. 이때 CdS 박막은 n형 반도체일 수 있으며, In, Ga, Al 등을 도핑(doping)함으로써 낮은 저항값을 얻을 수 있다.
또 다른 버퍼층(40)의 재료로서 물리적 박막공정으로도 제조 가능한 InxSey 을 사용할 수 있으며, InxSey을 사용하는 경우에는 CdS가 가지는 독성 및 습식공정의 번거로움을 해결할 수 있다.
n형 반도체로서 CIGS와 pn접합을 형성할 수 있는 윈도우(window) 층은 태양전지의 앞면에 형성되어 투명전극(50)으로서의 기능을 하기 때문에 광투과율이 높아야 하고 전기전도성이 좋아야 한다. ZnO는 에너지 밴드갭이 약 3.3 eV이고, 약 80% 이상의 높은 광투과도를 가진다. 또한 알루미늄(Al)이나 붕소(B) 등으로 도핑하여 10-4 이하의 낮은 저항값을 얻을 수 있다. 붕소(B)를 도핑하는 경우에는 근적외선 영역의 광투과도가 증가하여 단락전류를 증가시키는 효과가 있다.
ZnO 박막은 RF 스퍼터링방법으로 ZnO 타겟을 사용하여 증착하는 방법과, Zn 타겟을 이용한 반응성 스퍼터링, 그리고 유기금속화학증착법 등에 의해 형성할 수 있다.
투명전극(50)의 다른 예로서 전기광학적 특성이 뛰어난 산화인듐주석(ITO) 박막을 ZnO 박막 위에 증착한 2중구조로 형성하는 것도 가능하다. 또 다른 예로는 CdS 박막 위에 우선 도핑하지 않은 i형의 ZnO 박막을 증착한 다음, 그 위에 낮은 저항을 가진 n형의 ZnO 박막을 증착하여 형성할 수 있으며, 이러한 구조로 인하여 태양전지의 효율이 개선될 수 있다.
한편, 태양전지에 입사되는 태양광의 반사 손실을 줄여 태양전지의 효율을 향상시키기 위하여 투명전극(50) 상부에 반사방지막(60)을 형성할 수 있다. 이러한 반사방지막(60)에 의해 태양전지의 효율이 약 1% 정도 향상될 수 있다.
반사방지막(60)의 재질로는 MgF2 가 사용될 수 있으며, 물리적인 박막 제조법으로서 전자빔 증발법에 의해 제조될 수 있다.
그리드 전극(70)은 태양전지 표면에서의 전류를 수집하기 위한 것으로 니켈(Al), 또는 니켈/알루미늄(Ni/Al) 다층구조의 재질로 구성할 수 있다. 이때 그리드 전극(70)의 영역은 태양광이 흡수되지 않는 영역이므로 효율의 손실을 최소화 하는 방향으로 설계한다.
이하에서는 본 발명의 일실시예를 따르는 CIGS 박막 코팅 기판 제조장치를 첨부된 도면을 통해 보다 상세히 설명한다. 본 CIGS 박막 코팅 기판 제조장치는 셀레늄 코팅 기판에 이용되는 제 2 기판이 유연 기판일 경우에 적용될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예를 따르는 CIGS 박막 코팅 기판 제조장치(200)는 제 1 기판(113) 상에 금속 전구체(111)가 코팅된 전구체 기판(114)을 일방향으로 이송시키는 제 1 이송장치(110)와 제 1 이송장치(110)와 소정의 간격을 두고 마주보며, 제 2 기판(121) 상에 셀레늄 박막(122)이 코팅된 셀레늄 코팅 기판(124)을 제 1 이송장치(110)와 동일한 방향으로 이송시키는 제 2 이송장치(120)를 포함한다.
이때 제 1 이송장치(110) 및 제 2 이송장치(120)는 모두 복수의 롤러(115) 및 이를 구동하는 모터(미도시)를 구비할 수 있다.
제 1 이송장치(110)에 의해 이송되는 제 2 기판(121)은 이송 중에 셀레늄 공급부(123)로부터 공급되는 셀레늄이 코팅되어 셀레늄 코팅 기판(124)이 될 수 있다.
이때 셀레늄 공급부(123)는 도 3과 같이 제 1 및 제 2 이송장치(110, 120)의 이송방향으로 가열부(112)의 전단부에 설치될 수 있다. 따라서 제 2 이송장치(120)에 의해 이송되는 제 2 기판(121)은 가열부(112)에 투입되기 전에 셀레늄 공급부(123)로부터 공급되는 셀레늄이 코팅되어 셀레늄 코팅 기판(124)이 된 후 직 상부에 배치되 전구체 기판(114)과 함께 가열부(112)로 투입되게 된다.
이때 전구체 기판(114) 및 셀레늄 코팅 기판(124)은 가열부(112)로 투입되면서 서로 밀착하게 되며, 가열부(112)는 서로 밀착된 전구체 기판(114) 및 셀레늄 코팅 기판(124)을 가열하여 셀레늄 코팅 기판(124)에 코팅된 셀레늄 박막(122)으로부터 기화된 셀레늄 증기(125)를 전구체 기판(114)의 금속 전구체(111)로 침투시켜 CIGS 박막(116)을 형성하게 된다.
도 3에는 이러한 본 발명의 셀렌화 과정의 이해를 돕기 위해 편의상 전구체 기판(114)과 셀레늄 코팅 기판(124) 사이를 이격되도록 도시하였으나 실제로 본 발명에 있어서는 전구체 기판(114)과 셀레늄 코팅 기판(124)은 서로 밀착되는 수준으로 근접하게 된다.
가열부(112)는 가열장치로서 적외선 램프 가열기(117)를 이용할 수 있으나 이에 한정되지 않고 어떠한 가열장치도 사용가능하다. 가열부(112)를 지나가면 셀레늄 코팅 기판(124)의 셀레늄 박막(122)이 모두 소진되므로 셀레늄 박막(122)이 코팅되기 전의 제 1 기판(121)의 초기 상태로 돌아가게 된다.
도 3과 같이 제 2 이송장치(120)가 순환식 구성을 가지는 경우, 이렇게 초기화된 제 1 기판(121)은 순환하여 다시 셀레늄 공급부(123) 쪽으로 이송되며 상술한 방법과 같이 다시 셀레늄 박막(122)이 코팅되고 다시 가열부(112)에서 기화되는 과정을 반복하게 된다.
본 발명에서 사용한 열처리 분위기 온도는 250 내지 500℃ 범위를 가질 수 있으며, 엄격하게는 280 내지 480℃ 범위, 더욱 엄격하게는 380 내지 480℃ 범위를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에서 사용한 가열부(112)는 일반적인 저항가열방식 확산로이었으나, 이 밖에 유리 기판의 파손을 피할 수 있는 그 어떤 가열방식을 사용해도 무방하다. 열처리 분위기는 N2 분위기일 수 있으나 이에 한정되지 않고, Ar 등의 다른 불활성 분위기를 사용해도 된다.
셀레늄 코팅 기판(124)이 전구체 기판(114)에 밀착되는 수준으로 근접하여 있기 때문에 셀레늄은 거의 손실되지 않을 뿐만 아니라, 밀폐된 공간 속을 셀레늄 증기(125)가 채우고 있기 때문에 추가적으로 셀레늄 분위기를 형성할 필요는 없다. 다만, 열처리 중 H2Se, Se 증기 등 Se을 추가로 공급할 수 있는 분위기를 형성시켜도 무방하다.
셀레늄 공급부(123)는 제 1 기판(121)에 셀레늄을 공급하기 위한 장치로서, 셀레늄을 기화시켜 공급할 수 있다. 이러한 셀레늄 공급부(123)로서 증발기 혹은 셀레늄 스퍼터를 사용할 수 있다. 본 실시예는 개략도만을 표시하며, 셀레늄이 주변 기구부로 공급되지 않도록 셀레늄 증착구간은 필요시 격벽을 설치할 수 있다.
본 발명에 따른 근접셀렌화 방법을 이용한 CIGS 흡수층의 제조방법에 의하면, 첫째, 유독성과 인체유해성이 심각한 부식성 기체인 H2Se를 사용하는 대신, 셀레늄 증기만을 이용하여 효과적으로 금속 전구체를 셀렌화하기 때문에, 위험성 기체 사용을 피할 수 있고, 위험성 기체 사용에 따른 추가 부대설비 비용을 절감할 수 있다.
둘째, 별도의 기판 상에 셀레늄 박막을 코팅하여 금속 전구체 직 상부에 위치시킨 상태로 셀렌화 열처리를 진행하기 때문에, 기화된 셀레늄 증기가 좁은 공간 내에만 존재하게 되어 금속 전구체가 항상 셀레늄이 풍부한 분위기에 노출될 수 있다. 따라서 셀렌화 반응에 참여하는 셀레늄 량이 증가하므로 셀레늄 물질 사용량을 대폭 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 열처리 챔버의 셀레늄 오염이 최소화되므로 장비의 유지보수 비용 또한 절감이 가능하다.
셋째, 셀레늄이 코팅된 기판은 셀렌화 후 재사용이 가능하다. 본 발명에서는 셀레늄 코팅 기판 상에 형성된 셀레늄을 셀렌화 과정에서 거의 소진하게 되므로 셀렌화가 완료되면 기판이 셀레늄 코팅 전의 매우 청정한 상태로 환원된다. 더욱 확장된 개념으로 본다면, 유연 기판에 제조된 전구체를 셀렌화하기 위하여 셀레늄이 코팅된 유연 기판을 사용할 수 있으며, 따라서 근접셀렌화 방법은 기판 종류에 무관하게 적용가능하다는 공정상의 높은 유연성을 갖는다.
도 1은 CIGS를 광흡수층으로 하는 태양전지를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 근접셀렌화 방법에 대한 개요도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CIGS 박막 제조장치의 개요도이다.
도 4는 본 발명의 방법에 따라 제조된 CIGS 박막에 대한 X선 회절 피크를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 방법 및 종래 기술에 의해 각각 제조된 CIGS 박막의 표면 및 단면을 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다.
본 발명은 CIGS 흡수층을 이용한 박막태양전지 형성에 있어서, CuInGa 금속 전구체를 셀렌화할 때 셀레늄이 코팅된 유리기판을 전구체가 코팅된 기판유리 직상부에 근접시켜 열처리하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조기술을 제공한다.
실시예 : 근접셀렌화 방법에 의한 CIGS 흡수층의 제조
본 발명의 CIGS 흡수층 제조를 위한 근접셀렌화 방법은 하기와 같다.
1 단계. 기판 준비
기판 준비단계로서 일반적으로 많이 사용되는 SLG(Soda lime glass)를 준비한다. 세척은 아세톤, 메탄올로 각각 초음파 10분 세척 후 증류수(D.I. water)로 충분히 세척하여 준비한다.
2 단계. 몰리브덴 배면전극 증착
SLG 위에 배면전극으로서 몰리브덴 박막을 DC 스퍼터링(Direct Current Sputtering) 공정으로 1 마이크로미터 두께로 형성시킨다. 1 마이크로미터의 두께는 이 실시예에서 제시하는 하나의 예일 뿐이며, 사용자의 박막 제조공정에 따라서 더 얇거나 두꺼울 수 있다.
3 단계. CuInGa 금속 전구체 증착
CuGa(24 중량% Ga) 타겟과 In 타겟을 채용한 DC 스퍼터링 공정으로 CuInGa 금속 전구체 박막을 600nm 두께로 제조한다. 여기서, CuGa 타겟의 Ga 중량비는 태양전지 설계에 따라 달라질 수 있고, 금속 전구체의 박막 두께 또한 흡수층의 두께에 대한 설계에 따라 더 두껍거나 얇게 해도 무관하다. 또한, 스퍼터링 공정에 사용하는 파워를 라디오주파수 (radio frequency)로서 공급해도 무관하다.
4 단계. 셀레늄이 코팅된 유리기판 제조
근접셀렌화법에 이용할 셀레늄 코팅 기판은 진공장비 내에서 셀레늄을 유리 기판에 증발시켜 원하는 두께의 셀레늄 박막을 제조한다. 또한, 셀레늄 박막은 셀레늄 타겟을 이용한 스퍼터링 공정으로 제조해도 무관하며, 그 밖에 균일한 두께의 셀레늄 박막을 형성시킬 수 있는 다른 공정을 사용해도 무관하다. 셀레늄 박막의 두께는 셀렌화시킬 금속 전구체의 두께에 따라 다르게 설정할 수 있으며, 금속전구체를 구성하는 Cu, In, Ga을 모두 셀렌화시킬 만큼 충분한 셀레늄 두께를 형성시키는 것이 요구된다.
5 단계. 근접셀렌화
4단계에서 제조된 셀레늄이 코팅된 유리기판을 상기 3 단계에서 제조된 전구체 기판의 직 상부에 덮은 채로 열처리 챔버 내에 장입한다. 이때 열처리 분위기 온도는 380, 480℃ 및 580℃ 였다.
셀렌화 열처리에 사용한 장비는 저항가열방식 확산로이었으며 열처리 분위기는 N2 분위기였다.
도 4는 각각 380, 480 및 580℃의 온도에서 근접셀렌화한 CIGS의 X-선 회절 피크를 나타낸다. 380℃ 이상에서 몰리브덴, MoSe2, CIGS 이외의 상은 관찰되지 않음을 알 수 있다. 특히 480℃의 낮은 온도에서도 MoSe2 피크가 강하게 형성되었다는 사실은 근접셀렌화 방법에 의한 셀레늄의 공급이 몰리브덴 배면전극 층의 상부를 셀렌화시킬 정도로 충분히 일어났음을 증명한다.
도 5는 근접셀렌화 방법(도 5의 a 및 c)과 종래와 같이 보트(boat)에 담긴 셀레늄 분말을 가열하여 생성한 셀레늄 증기를 금속 전구체에 공급하여 셀렌화 반응을 일으키는 방식(도 5의 b 및 d)을 각각 이용하여 셀렌화된 CIGS 박막의 표면(도 5의 a 및 b) 및 단면(도 5의 c 및 d)를 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다. 도 5의 a 및 b의 표면사진에서 나타나듯, 근접셀렌화 방법에 의해 생성된 CIGS의 결정립이 종래의 셀레늄 증기를 이용한 셀렌화 방법에 의해 생성된 CIGS 결정립에 비해 훨씬 크다는 것이 확인되었다. 또한 단면사진(도 5의 c 및 d)을 통해, 도 4에서 제시한 MoSe2 층을 확인할 수 있고, CIGS/Mo 계면에 공극(void)도 거의 없음을 확인할 수 있다. 아울러, CIGS 표면의 조도(roughness) 역시 셀 증기 셀렌화에 비해 현저히 향상된 특성을 보이고 있음을 알 수 있다.
발명의 특정 실시예들에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 따라서 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.

Claims (21)

  1. 제 1 기판 상에 구리, 인듐 및 갈륨으로 구성된 금속 전구체가 코팅된 전구체 기판을 준비하는 단계;
    제 2 기판 상에 셀레늄이 코팅된 셀레늄 코팅 기판을 준비하는 단계;
    상기 전구체 기판의 금속 전구체 일면과 상기 셀레늄 코팅 기판의 셀레늄 일면을 대면시켜 밀착하는 단계; 및
    상기 밀착된 전구체 기판 및 셀레늄 코팅 기판을 상기 셀레늄 코팅 기판에 코팅된 셀레늄의 기화가 가능한 온도로 가열하는 단계를 포함하는 CIGS(Copper-Indium-Galium-Selenium) 박막 코팅 기판의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전구체 기판은 상기 제 1 기판 위에 형성된 배면전극 상에, 구리, 인듐 및 갈륨을 증착하여 제조하는, CIGS 박막 코팅 기판의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 구리, 인듐 및 갈륨은 DC 스터퍼링, RF 스터퍼링 또는 동시증발법에 의해 증착되는, CIGS 박막 코팅 기판의 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 배면전극은 니켈, 구리 또는 몰리브덴으로 구성되는, CIGS 박막 코팅 기판의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판은 유리 기판, 세라믹 기판, 금속 기판 또는 폴리머 기판인, CIGS 박막 코팅 기판의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 기판은 유리 기판 또는 유연 기판인, CIGS 박막 코팅 기판의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 셀레늄 코팅 기판의 셀레늄은 열증발법, 전자빔 증발법, 스터퍼링법, 화학증착법(CVD), 유기금속화학증착법(MOCVD), 레이저분자빔증착법(L-MBE) 또는 펄스레이저증착법(PLD)에 의해 코팅되는, CIGS 박막 코팅 기판의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 셀레늄의 기화가 가능한 온도는 250 내지 500℃인, CIGS 박막 코팅 기판의 제조방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 CIGS 박막 코팅 기판.
  10. 제 9 항의 CIGS 박막 코팅 기판을 준비하는 단계;
    상기 CIGS 박막 코팅 기판에 버퍼층을 형성하는 단계;
    상기 버퍼층 위에 투명전극을 형성하는 단계; 및
    상기 투명전극 일부 위에 그리드전극을 부착하고, 반사방지막을 형성하는 단계를 포함하는 CGIS 태양전지 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 버퍼층은 황화카드뮴(CdS)로 구성되는, CGIS 태양전지 제조방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 투명전극은 산화아연(ZnO)인 박막인, CGIS 태양전지 제조방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 그리드 전극은 알루미늄(Al) 또는 니켈/알루미늄(Ni/Al) 다층구조의 재질인, CGIS 태양전지 제조방법.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 반사방지막은 이불화마그네슘(MgF2)인, CGIS 태양전지 제조방법.
  15. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 CGIS 태양전지.
  16. 제 1 기판 상에 금속 전구체가 코팅된 전구체 기판을 일방향으로 이송시키는 제 1 이송장치;
    상기 제 1 이송장치와 소정의 간격을 두고 마주보며, 제 2 기판 상에 셀레늄이 코팅된 셀레늄 코팅 기판을 제 1 이송장치의 이송방향으로 이송시키는 제 2 이송장치;
    상기 제 1 이송장치에 의해 이송 중인 상기 제 2 기판에 셀레늄을 코팅하기 위하여 상기 셀레늄을 공급하는 셀레늄 공급부; 및
    상기 전구체 기판과 상기 셀레늄 코팅 기판이 서로 밀착된 부분을 가열하기 위한 가열부;
    를 포함하는 CIGS 박막 코팅 기판 제조장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 셀레늄 공급부는 상기 제 1 및 제 2 이송장치의 이송방향으로 상기 가열부의 전단부에 설치되는, CIGS 박막 코팅 기판 제조장치.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 제 2 기판은 유연 기판인, CIGS 박막 코팅 기판 제조장치.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 제 1 이송장치는 순환형 구조인, CIGS 박막 코팅 기판 제조장치.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 셀레늄 공급부는 셀레늄 증발기 또는 셀레늄 스터퍼인, CIGS 박막 코팅 기판 제조장치.
  21. 제 16 항에 있어서, 상기 가열부는 적외선 램프 가열기를 포함하는, CIGS 박막 코팅 기판 제조장치.

    <도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
    10 : 기판 20: 배면전극
    30 : 광흡수층 40 : 버퍼층
    50 : 투명전극 60 : 반사방지막
    70 : 그리드 전극 110: 제 1 이송장치
    111: 금속 전구체 112: 가열부
    113: 제 1 기판 114: 전구체 기판
    115: 롤러 116: CIGS 박막
    117: 적외선 램프 가열기 120: 제 2 이송장치
    121: 제 2 기판 122: 셀레늄 박막
    123: 셀레늄 공급부 124: 셀레늄 코팅 기판
    125: 셀레늄 증기 200: CIGS 박막 코팅 기판 제조장치
KR1020100112523A 2010-11-12 2010-11-12 Ｃｉｇｓ 태양광 흡수층 제조방법 KR101152202B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100112523A KR101152202B1 (ko) 2010-11-12 2010-11-12 Ｃｉｇｓ 태양광 흡수층 제조방법
PCT/KR2011/003084 WO2012064000A1 (ko) 2010-11-12 2011-04-27 Ｃｉｇｓ 태양광 흡수층 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100112523A KR101152202B1 (ko) 2010-11-12 2010-11-12 Ｃｉｇｓ 태양광 흡수층 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120051206A true KR20120051206A (ko) 2012-05-22
KR101152202B1 KR101152202B1 (ko) 2012-06-15

Family

ID=46051123

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100112523A KR101152202B1 (ko) 2010-11-12 2010-11-12 Ｃｉｇｓ 태양광 흡수층 제조방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101152202B1 (ko)
WO (1) WO2012064000A1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101482786B1 (ko) * 2013-04-09 2015-01-19 한국교통대학교산학협력단 산화인듐을 이용한 ｃｉｇｓ 광흡수층 제조방법
WO2015186899A1 (ko) * 2014-06-05 2015-12-10 주식회사 쎄믹스 박막 태양전지용 광흡수층 제조 방법
WO2017122842A1 (ko) * 2016-01-13 2017-07-20 주식회사 메카로 Cigs 광흡수층을 포함하는 태양전지 및 이의 제조방법
KR20200104794A (ko) * 2019-02-27 2020-09-04 인천대학교 산학협력단 In-situ 스퍼터링 기반 셀렌화에 의한 CIGS 광흡수층 제조방법
KR20210014191A (ko) * 2018-12-28 2021-02-08 한국에너지기술연구원 Cigs 박막형 광흡수층의 제조방법, 이를 이용한 박막 태양 전지 제조방법 및 이에 의해 제조된 박막 태양 전지

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101380766B1 (ko) * 2012-08-08 2014-04-03 광주과학기술원 상호­셀렌화를 이용한 ｃｉｇｓ 광흡수층 제조방법
US20140256082A1 (en) * 2013-03-07 2014-09-11 Jehad A. Abushama Method and apparatus for the formation of copper-indiumgallium selenide thin films using three dimensional selective rf and microwave rapid thermal processing
KR101771305B1 (ko) * 2015-03-18 2017-08-24 주식회사 엘지화학 셀레늄 화합물을 이용한 태양전지 광흡수층의 제조방법
CN115498052B (zh) * 2022-09-22 2024-02-09 深圳先进技术研究院 一种cigs太阳能电池的制备方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3244408B2 (ja) * 1995-09-13 2002-01-07 松下電器産業株式会社 薄膜太陽電池及びその製造方法
JP4064340B2 (ja) * 2003-12-25 2008-03-19 昭和シェル石油株式会社 集積型薄膜太陽電池の製造方法
JP2006059993A (ja) 2004-08-19 2006-03-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 太陽電池とその製造方法
KR100933193B1 (ko) * 2007-12-18 2009-12-22 에스엔유 프리시젼 주식회사 박막 제조 장치 및 박막 제조 방법
KR101060180B1 (ko) * 2008-11-25 2011-08-29 한국광기술원 태양전지의 흡수층 제조방법
KR101105532B1 (ko) * 2009-03-20 2012-01-13 주식회사 셀코스 Ｒｔｓ를 이용한 ｃｉｇｓ 박막형 태양전지 제조장치

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101482786B1 (ko) * 2013-04-09 2015-01-19 한국교통대학교산학협력단 산화인듐을 이용한 ｃｉｇｓ 광흡수층 제조방법
WO2015186899A1 (ko) * 2014-06-05 2015-12-10 주식회사 쎄믹스 박막 태양전지용 광흡수층 제조 방법
WO2017122842A1 (ko) * 2016-01-13 2017-07-20 주식회사 메카로 Cigs 광흡수층을 포함하는 태양전지 및 이의 제조방법
US10727366B2 (en) 2016-01-13 2020-07-28 Mecaroenergy Co., Ltd. Solar cell comprising CIGS light absorbing layer and method for manufacturing same
KR20210014191A (ko) * 2018-12-28 2021-02-08 한국에너지기술연구원 Cigs 박막형 광흡수층의 제조방법, 이를 이용한 박막 태양 전지 제조방법 및 이에 의해 제조된 박막 태양 전지
KR20200104794A (ko) * 2019-02-27 2020-09-04 인천대학교 산학협력단 In-situ 스퍼터링 기반 셀렌화에 의한 CIGS 광흡수층 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012064000A1 (ko) 2012-05-18
KR101152202B1 (ko) 2012-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101152202B1 (ko) Ｃｉｇｓ 태양광 흡수층 제조방법
KR101035389B1 (ko) 벌크 이종접합형 태양전지 및 그 제조방법
US20100319777A1 (en) Solar cell and method of fabricating the same
TWI684288B (zh) 包括經由原子層沉積形成的多重緩衝層的太陽能電池及其製造方法
WO2011040645A1 (en) Photoelectric conversion device, method for producing the same, and solar battery
KR101326140B1 (ko) 기판에 텍스처가 형성된 2중 텍스처 구조의 칼코게나이드계 태양전지의 제조방법 및 이에 따라 제조된 칼코게나이드계 태양전지
CN108401469B (zh) 太阳能电池及其制造方法
KR101542342B1 (ko) Czts계 태양전지의 박막 제조방법 및 이로부터 제조된 태양전지
KR101017141B1 (ko) 3차원 접합형 태양전지 및 그 제조방법
KR101275156B1 (ko) 태양전지 광흡수층 제조방법, 태양전지 광흡수층 및 태양전지
KR20140047760A (ko) 태양전지 광흡수층 제조방법
Hashimoto et al. High efficiency CIGS solar cell on flexible stainless steel
US8258003B2 (en) Manufacturing method of compound semiconductor solar cell
KR101300791B1 (ko) 전자빔 조사를 이용한 몰리브덴 박막의 전도도 향상 방법
JP5512219B2 (ja) 太陽電池
US20150249171A1 (en) Method of making photovoltaic device comprising i-iii-vi2 compound absorber having tailored atomic distribution
KR101265967B1 (ko) 태양전지 광흡수층 제조장치
Bosio et al. Polycrystalline Cu (InGa) Se2/CdS thin film solar cells made by new precursors
Xin et al. Modification of deposition process for Cu (In, Ga) Se2 thin film solar cells on polyimide substrate at low temperature
KR102212042B1 (ko) 원자층 증착법으로 형성된 버퍼층을 포함하는 태양전지 및 이의 제조방법
KR101444188B1 (ko) 태양전지 광흡수층 제조장치
KR101978110B1 (ko) 화합물 광흡수층의 제조방법 및 이를 포함하는 태양전지의 제조방법
KR20130107906A (ko) 텍스처층을 포함하는 2중 텍스처 구조의 칼코게나이드계 태양전지의 제조방법 및 이에 따라 제조된 칼코게나이드계 태양전지
KR101160487B1 (ko) 후막형 ｃｉｇｓ 태양전지 및 그 제조방법
KR101761565B1 (ko) 태양 전지 및 이의 제조 방법

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: 20150515

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160523

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170524

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee