KR20120059361A - Method of fabricating a solar cell and the solar cell formed by the method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양 전지 제조 방법 및 이에 의해 제조된 태양 전지에 관한 것이다. The present invention relates to a solar cell manufacturing method and a solar cell produced thereby.
CIGS(Cu-In-Ga-Se) 박막 태양전지는 비정질 실리콘 태양전지에 비해 효율이 높고 초기 열화현상이 없는 등 비교적 안정성이 높아 상용화를 위한 기술개발이 진행 중에 있다. CIGS 박막 태양전지는 기존의 단결정 실리콘 (20W/kg) 태양전지를 대체할 수 있는 우주용의 경량 고효율 태양전지로 처음 연구되었을 만큼 우수한 특성을 가지고 있어서 단위 중량당의 발전량이 약 100W/kg으로 기존의 실리콘이나 GaAs 태양전지의 20~40W/kg에 비해 월등히 우수하다. 현재 동시증발법에 의해 20.3%의 효율을 얻고 있어 기존의 다결정 실리콘 태양전지의 최고효율인 20.3%와 대등한 수준에 이르고 있다. CIGS (Cu-In-Ga-Se) thin-film solar cells are more stable than amorphous silicon solar cells and have relatively high stability such as no initial deterioration. CIGS thin-film solar cell is a lightweight, high-efficiency solar cell for space that can replace the existing single crystal silicon (20W / kg) solar cell. It has excellent characteristics, so it can generate about 100W / kg per unit weight. It is much better than 20 ~ 40W / kg of silicon or GaAs solar cell. Currently, 20.3% efficiency is obtained by the co-evaporation method, which is equivalent to 20.3%, the highest efficiency of the existing polycrystalline silicon solar cell.
한편, 태양 전지의 기판으로서 유연 기판의 사용이 요구되고 있다. 유연 기판을 사용할 경우, 가공성이 우수하여, 태양 전지를 다양한 모양으로 제작하기 용이하다. 이로써 상품성을 높이고 가격을 낮출 수 있어 사업 경쟁력도 높일 수 있다. 그러나, 대부분의 유연성을 가지는 물질이 고분자로 이루어져, 열에 쉽게 녹거나 변형된다. CIGS 광흡수층이 고효율을 가지도록 형성되는 온도는 약 550도~600도 이므로, 이 온도를 유연 기판이 견딜 수가 없다. 따라서 고효율을 가지는 CIGS 광흡수층을 가지면서 동시에 유연 기판을 가지는 태양 전지를 제조하는 것이 어렵다. On the other hand, use of a flexible board | substrate is calculated | required as a board | substrate of a solar cell. When a flexible substrate is used, it is excellent in workability and it is easy to manufacture a solar cell in various shapes. As a result, it is possible to increase the merchandise and lower the price, thereby enhancing business competitiveness. However, most flexible materials are made of polymers, which are easily melted or deformed by heat. The temperature at which the CIGS light absorbing layer is formed to have high efficiency is about 550 to 600 degrees, so that the flexible substrate cannot withstand this temperature. Therefore, it is difficult to manufacture a solar cell having a CIGS light absorption layer having high efficiency and at the same time a flexible substrate.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고효율을 가지면서 유연한 CIGS 태양전지의 제조 방법을 제공하는데 있다. The problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a flexible CIGS solar cell with high efficiency.
또한 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 고효율을 가지면서 유연한 CIGS 태양전지를 제공하는데 있다. In addition, another object of the present invention is to provide a flexible CIGS solar cell with high efficiency.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 희생기판 상에 분리층을 형성하는 단계; 상기 분리층 상에 제 1 전극, 광흡수층, 버퍼층, 윈도우층 및 제 2 전극을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 제 2 전극 상에 유연 기판을 형성하는 단계; 및 상기 분리층을 제거하여 상기 희생기판을 상기 제 1 전극으로부터 탈착시키는 단계를 포함하되, 상기 분리층은 갈륨산화질화막(GaOxNy)으로 형성되며, 여기서 0<x<1이고 0<y<1이다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a solar cell, including: forming a separation layer on a sacrificial substrate; Sequentially forming a first electrode, a light absorption layer, a buffer layer, a window layer, and a second electrode on the separation layer; Forming a flexible substrate on the second electrode; And detaching the sacrificial substrate from the first electrode by removing the separation layer, wherein the separation layer is formed of a gallium oxynitride layer (GaO x N y ), where 0 <x <1 and 0 <y. <1.
상기 분리층을 제거하는 단계는 400~650mJ/cm2의 자외선 레이저를 이용하여 상기 분리층을 녹이는 단계를 포함할 수 있다. 상기 자외선 레이저는 KrF 엑시머 레이저일 수 있다. Removing the separation layer may include melting the separation layer using an ultraviolet laser of 400 ~ 650mJ / cm 2 . The ultraviolet laser may be a KrF excimer laser.
상기 분리층을 제거하는 단계는 염기성 용액을 이용하여 상기 분리층을 선택적으로 제거하는 습식 식각 공정을 진행하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 염기성 용액은 암모니아수일 수 있다. Removing the separation layer may include performing a wet etching process of selectively removing the separation layer using a basic solution. The basic solution may be ammonia water.
상기 유연 기판을 형성하는 단계는 상기 제 2 전극 상에 접착막을 개재하여 상기 유연기판을 접착시키는 단계를 포함할 수 있다. The forming of the flexible substrate may include bonding the flexible substrate on the second electrode through an adhesive film.
상기 분리층을 형성하는 단계는, 스퍼터 방법, 화학 기상 증착 공정 및 습식 증착 공정을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 이용할 수 있다. The forming of the separation layer may include at least one selected from the group consisting of a sputtering method, a chemical vapor deposition process, and a wet deposition process.
상기 유연 기판은 80% 이상의 광투과율을 가질 수 있다. The flexible substrate may have a light transmittance of 80% or more.
상기 분리층은 상기 갈륨산화질화막(GaOxNy)내에 첨가된 나트륨을 더 포함하며, 상기 나트륨은 0.1~10 at.%로 포함될 수 있다. The separation layer may further include sodium added in the gallium oxynitride layer (GaO x N y ), and the sodium may be included in an amount of 0.1 to 10 at.%.
상기 광흡수층을 형성하는 단계는, 동시 증발법, 스퍼터법, 전기 증착법 및 프린팅 법을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 이용할 수 있다. The forming of the light absorption layer may use at least one selected from the group consisting of simultaneous evaporation, sputtering, electrodeposition, and printing.
본 발명의 다른 예에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 희생기판 상에 분리층을 형성하는 단계; 상기 분리층 상에 제 1 전극, 광흡수층, 버퍼층, 윈도우층 및 제 2 전극을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 제 2 전극 상에 유연 기판을 형성하는 단계; 및 상기 분리층을 제거하여 상기 희생기판을 상기 제 1 전극으로부터 탈착시키는 단계를 포함하며, 상기 분리층은 나트륨을 0.1~10 at.%로 포함한다. Method for manufacturing a solar cell according to another embodiment of the present invention, forming a separation layer on a sacrificial substrate; Sequentially forming a first electrode, a light absorption layer, a buffer layer, a window layer, and a second electrode on the separation layer; Forming a flexible substrate on the second electrode; And detaching the sacrificial substrate from the first electrode by removing the separation layer, wherein the separation layer contains sodium at 0.1 to 10 at.%.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양 전지는, 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상의 광흡수층; 상기 광흡수층 상의 버퍼층; 상기 버퍼층 상의 윈도우층; 상기 윈도우층 상의 제 2 전극; 상기 제 2 전극 상의 접착층; 및 상기 접착층 상의 유연 기판을 포함한다. A solar cell according to the present invention for achieving the above another object, the first electrode; A light absorption layer on the first electrode; A buffer layer on the light absorption layer; A window layer on the buffer layer; A second electrode on the window layer; An adhesive layer on the second electrode; And a flexible substrate on the adhesive layer.
상기 유연 기판은 유연성을 가지며, 80% 이상의 광투과율을 가지는 고분자막을 포함할 수 있다. 상기 유연 기판은 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene vinyl acetate)를 포함할 수 있다. The flexible substrate may include a polymer film having flexibility and having a light transmittance of 80% or more. The flexible substrate may include ethylene vinyl acetate.
본 발명의 일 예에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 희생기판 상에 제 1 전극과 광흡수층을 형성하므로, 상기 희생기판이 유리 기판일 경우, CIGS 광흡수층을 형성하는 최적의 공정 온도인 550~660도의 고온을 견딜 수 있으므로 고품질의 CIGS 광흡수층을 형성할 수 있다. 또한, 분리층에 나트륨을 적절히 첨가시킴으로써, 제 1 전극과 CIGS 광흡수층을 형성하는 동안, 나트륨이 상기 제 1 전극을 통해 CIGS 광흡수층으로 확산되어, CIGS 광흡수층의 그레인(Grain)들 크기가 커진다. 이로써, 광흡수율이 좋아지고, 광전 변화율이 증가되어, 고효율의 태양 전지를 구현할 수 있다. In the solar cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention, since the first electrode and the light absorption layer are formed on the sacrificial substrate, when the sacrificial substrate is a glass substrate, an optimal process temperature for forming the CIGS light absorption layer is 550 to ˜. It can withstand high temperatures of 660 degrees and can form a high quality CIGS light absorbing layer. In addition, by appropriately adding sodium to the separation layer, while forming the CIGS light absorbing layer with the first electrode, sodium diffuses through the first electrode into the CIGS light absorbing layer, thereby increasing the grain size of the CIGS light absorbing layer. . As a result, the light absorption rate is improved, the photoelectric change rate is increased, and a high efficiency solar cell can be realized.
고온의 공정 온도에서 CIGS 광흡수층을 비롯한 여러 층들을 형성한 후에, 유연 기판을 제 2 전극 상에 부착시킴으로써 간단하게 유연한 태양 전지를 제조할 수 있다. 이로써, 태양 전지를 다양한 모양으로 제작하기 용이하여 상품성을 높이고 가격을 낮출 수 있어 사업 경쟁력도 높일 수 있다.After forming several layers including the CIGS light absorbing layer at high process temperatures, a flexible solar cell can be produced simply by attaching a flexible substrate onto the second electrode. As a result, the solar cell can be easily manufactured in various shapes, thereby increasing the commerciality and lowering the price, thereby increasing the business competitiveness.
유연 기판을 부착한 후에 상기 분리막을 레이저나 선택적 습식 식각을 이용하여 제거하므로, 고열이 발생되지 않아 상기 유연 기판에 손상을 주지 않는다. 이로써, 고효율의 유연한 태양 전지를 구현할 수 있다. 고온 공정을 사용하지 않아, 유연 기판의 재질에 대한 제약이 적어 다양한 고분자막을 사용할 수 있다. After the flexible substrate is attached, the separator is removed using a laser or selective wet etching, so that high heat is not generated and does not damage the flexible substrate. As a result, a highly efficient flexible solar cell can be realized. Since a high temperature process is not used, various polymer membranes can be used because there is less restriction on the material of the flexible substrate.
또한 떼어낸 희생기판을 재사용할 수 있어 제조 비용을 절감할 수 있다. In addition, the cost of manufacturing can be reduced by reusing the removed sacrificial substrate.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 태양 전지의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 태양 전지의 단면도이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
2 to 5 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view of a solar cell manufactured according to an embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view of a solar cell manufactured according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various ways, and various modifications may be made. Only, the description of the embodiments are provided to make the disclosure of the present invention complete and to fully inform the person skilled in the art the scope of the present invention. In the accompanying drawings, the constituent elements are shown enlarged for the sake of convenience of explanation, and the proportions of the constituent elements may be exaggerated or reduced.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "상에" 있다거나 "연결되어" 있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "바로 위에" 있다거나 "직접 연결되어" 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "~사이에"와 "직접 ~사이에" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.If a component is said to be "on" or "connected" to another component, it may be directly in contact with or connected to another component, but it is understood that another component may exist in between. Should be. On the other hand, if a component is described as "directly on" or "directly connected" to another component, it may be understood that there is no other component in between. Other expressions describing the relationship between the components, such as "between" and "directly between", and the like, may likewise be interpreted.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. The terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described on the specification, and that one or more other features or numbers, It may be interpreted that steps, actions, components, parts or combinations thereof may be added.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다. 또한, "적어도 하나"는 최소한 하나와 동일한 의미로 사용되며 하나 또는 그 이상을 선택적으로 지칭할 수 있다.The terms used in the embodiments of the present invention may be construed as commonly known to those skilled in the art unless otherwise defined. In addition, “at least one” is used in the same sense as at least one and may optionally refer to one or more.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 나타내는 순서도이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 희생기판 상에 분리층을 형성하는 단계(S10), 상기 분리층 상에 제 1 전극, 광흡수층, 버퍼층, 윈도우층 및 제 2 전극을 순차적으로 형성하는 단계(S20), 상기 제 2 전극 상에 유연 기판을 형성하는 단계(S30) 및 상기 분리층을 제거하여 상기 희생기판을 상기 제 1 전극으로부터 탈착시키는 단계(S40)을 포함한다. Referring to FIG. 1, in the method of manufacturing a solar cell according to the present embodiment, forming a separation layer on a sacrificial substrate (S10), a first electrode, a light absorption layer, a buffer layer, a window layer, and a first layer on the separation layer. Forming a second electrode sequentially (S20), forming a flexible substrate on the second electrode (S30), and removing the separation layer to detach the sacrificial substrate from the first electrode (S40). Include.
도 2 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타내는 단면도들이다. 2 to 5 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하여, 먼저 희생기판(GSB) 상에 분리층(release layer, RL)을 형성한다. 상기 희생기판(GSB)은 소다석회(sodalinme) 유리기판일 수 있다. 상기 분리층(RL)은 갈륨산화질화막(GaOxNy)으로 형성될 수 있으며, 여기서 0<x<1이고 0<y<1이다. 상기 분리층(RL)은, 스퍼터 방법, 화학 기상 증착 공정 및 습식 증착 공정을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 이용하여 형성될 수 있다. 1 and 2, a release layer RL is first formed on a sacrificial substrate GSB. The sacrificial substrate GSB may be a sodalinme glass substrate. The separation layer RL may be formed of a gallium oxynitride layer (GaO x N y ), where 0 <x <1 and 0 <y <1. The separation layer RL may be formed using at least one selected from the group consisting of a sputtering method, a chemical vapor deposition process, and a wet deposition process.
상기 분리층(RL)을 스퍼터 방법으로 형성할 경우, 갈륨산화막(Ga2O3) 타겟을 이용하여 상온에서 질소가스 분위기에서 Rf 스퍼터링함으로써 형성될 수 있다. 이와는 달리 상기 분리층(RL)을 스퍼터 방법으로 형성할 경우, 갈륨산화질화막(GaOxNy) 타겟을 이용하여 200도 이하의 온도에서 아르곤 가스 분위기에서 펄스 DC 스퍼터링하여 형성될 수 있다. 이때 스퍼터링 플라즈마 파워는 100~200W로 조절하고, 분위기 가스 압력은 2~50mTorr로 한다. When the separation layer RL is formed by a sputtering method, the separation layer RL may be formed by sputtering Rf in a nitrogen gas atmosphere at room temperature using a gallium oxide film (Ga 2 O 3 ) target. Alternatively, when the separation layer RL is formed by a sputtering method, the separation layer RL may be formed by pulsed DC sputtering in an argon gas atmosphere at a temperature of 200 degrees or less using a gallium oxynitride film (GaO x N y ) target. At this time, the sputtering plasma power is adjusted to 100 ~ 200W, the atmospheric gas pressure is set to 2 ~ 50mTorr.
상기 분리층(RL)은 상기 갈륨산화질화막(GaOxNy)내에 첨가된 나트륨을 더 포함할 수 있다. 상기 나트륨은 0.1~10 at.%로 포함될 수 있다. 상기 분리층(RL)이 나트륨을 포함하도록 형성하기 위하여, 상기 갈륨산화막(Ga2O3) 타겟 또는 상기 갈륨산화질화막(GaOxNy) 타겟이 나트륨을 포함할 수 있다. The separation layer RL may further include sodium added in the gallium oxynitride layer (GaO x N y ). The sodium may be included in 0.1 to 10 at.%. In order to form the separation layer RL to include sodium, the gallium oxide layer (Ga 2 O 3 ) target or the gallium oxynitride layer (GaO x N y ) target may include sodium.
상기 분리층(RL)을 화학 기상 증착법으로 형성할 경우, 기금속원료인 트리메틸갈륨(trimethylgallium)이나 트리에틸갈륨(triethylgallium)을 사용하여 산소와 질소의 혼합가스 분위기에서 증착할 수 있다. 분위기 가스 압력은 상온~500도의 온도에서 10mTorr~100Torr로 한다. When the separation layer RL is formed by chemical vapor deposition, it may be deposited in a mixed gas atmosphere of oxygen and nitrogen using trimethylgallium or triethylgallium, which are base metal raw materials. The atmospheric gas pressure is 10 mTorr to 100 Torr at a temperature of room temperature to 500 degrees.
상기 분리층(RL)을 습식 증착 공정으로 형성할 경우, 물 또는 알콜에 녹는 금속원료인 염화 갈륨(GaCl3), 요오드화갈륨(GaI3) 등과 같은 원료를 사용하여 갈륨산화막(GaOx) 박막을 증착하고 질화처리하여, 암모니아 가스 분위기에서 열처리하거나, 또는 증착 챔버나 석영관에서 산소와 암모니아의 혼합가스 분위기에서 갈륨산화질화막(GaOxNy) 박막을 형성할 수 있다. 상기 질화처리는 상기 열처리하는 것을 포함할 수 있다. 이때 온도는 100~500도일 수 있다. When the separation layer RL is formed by a wet deposition process, a gallium oxide thin film (GaO x ) thin film may be formed using a material such as gallium chloride (GaCl 3 ), gallium iodide (GaI 3 ), or the like, which is a metal material that is soluble in water or alcohol. Deposition and nitriding may be performed to heat treatment in an ammonia gas atmosphere or to form a gallium oxynitride film (GaO x N y ) thin film in a mixed gas atmosphere of oxygen and ammonia in a deposition chamber or a quartz tube. The nitriding treatment may include the heat treatment. In this case, the temperature may be 100 to 500 degrees.
도 1 및 도 3을 참조하여, 상기 분리층(RL)을 증착한 후에, 상기 분리층(RL) 상에 제 1 전극(BE), 광흡수층(OA), 버퍼층(BL), 윈도우층(WL) 및 제 2 전극(FE)을 순차적으로 형성한다(S20). 상기 제 1 전극(BE)은 비저항이 낮으며, 열팽창 계수의 차이로 인하여 박리현상이 일어나지 않도록 상기 분리층(RL)에 대해 점착성이 우수한 것이 바람직하다. 상기 제 1 전극(BE)은 몰리브덴(Mo) 박막으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 전극(BE)은 스퍼터 방법으로 증착될 수 있다. 1 and 3, after depositing the separation layer RL, the first electrode BE, the light absorption layer OA, the buffer layer BL, and the window layer WL are disposed on the separation layer RL. ) And the second electrode FE are sequentially formed (S20). It is preferable that the first electrode BE has a low specific resistance and excellent adhesion to the separation layer RL so that peeling does not occur due to a difference in thermal expansion coefficient. The first electrode BE may be formed of a molybdenum thin film. The first electrode BE may be deposited by a sputtering method.
상기 광흡수층(OA)은 빛에너지를 이용하여 전자와 정공을 생성할 수 있다. 상기 광 흡수층(OA)은 광전 효과를 통해 빛 에너지로부터 전기를 생성할 수 있다. 상기 광 흡수층(OA)은 CuInSe, CuInSe2, CuInGaSe, CuInGaSe2을 포함하는 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 캘코파이라이트(Chalcopyrite)계 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 캘코파이라이트계 화합물 반도체는 약 1.2eV 정도의 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. The light absorbing layer OA may generate electrons and holes using light energy. The light absorbing layer OA may generate electricity from light energy through a photoelectric effect. The light absorbing layer OA may include any one of a chalcopyrite-based compound semiconductor selected from the group consisting of CuInSe, CuInSe 2 , CuInGaSe, and CuInGaSe 2 . The calcopyrite-based compound semiconductor may have an energy band gap of about 1.2 eV.
상기 광흡수층(OA)은 동시 증발법, 스퍼터법, 전기 증착법 및 프린팅 법을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 이용하여 형성될 수 있다. 상기 광흡수층(OA)은 550~600도의 온도에서 증착될 수 있다. 상기 광흡수층(OA)을 증착하는 동안, 상기 분리층(RL)에 포함된 나트륨이 상기 제 1 전극(BE)을 통해 상기 광흡수층(OA) 내로 확산된다. 이로써 상기 광흡수층(OA)의 그레인(grain)들이 커지게 된다. 이로 인해 상기 광흡수층(OA)의 광흡수율이 좋아지고, 광전 변화율이 증가되어, 고효율의 태양 전지를 구현할 수 있다. The light absorbing layer (OA) may be formed using at least one selected from the group including co-evaporation, sputtering, electro-deposition, and printing. The light absorption layer (OA) may be deposited at a temperature of 550 ~ 600 degrees. During the deposition of the light absorption layer OA, sodium included in the separation layer RL is diffused into the light absorption layer OA through the first electrode BE. As a result, grains of the light absorption layer OA become large. As a result, the light absorption rate of the light absorption layer (OA) is improved, and the photoelectric change rate is increased, thereby realizing a high efficiency solar cell.
상기 버퍼층(BL)은 상기 윈도우층(WL)과 상기 광흡수층(OA)의 에너지 밴드갭을 버퍼링할 수 있다. 상기 버퍼층(BL)은 상기 광흡수층(OA) 보다 에너지 밴드갭이 크고, 윈도우층(WL) 보다 에너지 밴드갭이 작을 수 있다. 예를 들어 상기 버퍼층(BL)은 황화카드뮴(CdS) 박막이나 황화아연(ZnS) 박막으로 형성될 수 있다. 상기 황화카드뮴(CdS)은 에너지 밴드갭이 약 2.4eV로서 일정한 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 상기 버퍼층(BL)은 화학욕조법(Chemical Bath Deposition)을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(BL)은 상기 윈도우층(WL) 형성시에 상기 광흡수층(OA)의 손상을 방지할 수 있다. 상기 버퍼층(BL)은 상기 광흡수층(OA)과 상기 윈도우층(WL)의 격자상수가 다르기 때문에 양호한 접합을 위하여 제공될 수 있다. 예를 들면, 상기 버퍼층(BL)은 육방정계(hexagonal) 결정구조를 가질 수 있다. The buffer layer BL may buffer an energy band gap between the window layer WL and the light absorption layer OA. The buffer layer BL may have a larger energy band gap than the light absorbing layer OA and a smaller energy band gap than the window layer WL. For example, the buffer layer BL may be formed of a cadmium sulfide (CdS) thin film or a zinc sulfide (ZnS) thin film. The cadmium sulfide (CdS) may have a constant energy band gap with an energy band gap of about 2.4 eV. The buffer layer BL may be formed using a chemical bath deposition. The buffer layer BL may prevent damage to the light absorption layer OA when the window layer WL is formed. The buffer layer BL may be provided for good bonding because the lattice constant between the light absorption layer OA and the window layer WL is different. For example, the buffer layer BL may have a hexagonal crystal structure.
상기 윈도우층(WL)은 빛을 반사시키지 않고 최대한 투과시킬 수 있다. 상기 윈도우층(WL)은 알루미늄이나 갈륨이 도핑된 산화아연(ZnO) 박막 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 박막으로 형성될 수 있다. 상기 윈도우층(WL)은 일반적으로 스퍼터 방법이나 화학 기상 증착 방법 또는 원자 박막 증착 방법을 이용하여 형성될 수 있다. The window layer WL may transmit the light as much as possible without reflecting light. The window layer WL may be formed of a zinc oxide (ZnO) thin film doped with aluminum or gallium or an indium tin oxide (ITO) thin film. The window layer WL may be generally formed using a sputtering method, a chemical vapor deposition method, or an atomic thin film deposition method.
상기 제 2 전극(FE)은 알루미늄 또는 니켈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제 2 전극(FE)은 스퍼터링 방법으로 형성될 수 있다. 상기 제 2 전극(FE)은 그리드(grid) 형태 등의 다양한 형태로 형성될 수 있다. The second electrode FE may include at least one of aluminum or nickel. The second electrode FE may be formed by a sputtering method. The second electrode FE may be formed in various shapes such as a grid shape.
상기 제 2 전극(FE)을 형성하기 전에 상기 윈도우층(WL) 상에 반사방지막(ARL)을 형성할 수 있다. 상기 반사방지막(ARL)의 형성은 필수적이 아닌 선택적이다. 상기 반사방지막(ARL)은 불화마그네슘(MgF2)을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 반사방지막(ARL)은 증발법을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 반사방지막(ARL)은 상기 제 2 전극(FE)이 형성되지 않는 영역에만 선택적으로 형성될 수 있다. An anti-reflection film ARL may be formed on the window layer WL before forming the second electrode FE. Formation of the anti-reflection film ARL is not essential but optional. The antireflection film ARL may be formed using magnesium fluoride (MgF 2 ). The antireflection film ARL may be formed using an evaporation method. The anti-reflection film ARL may be selectively formed only in a region where the second electrode FE is not formed.
도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 제 2 전극(FE)과 상기 반사방지막(ARL) 상에 유연 기판(FSB)을 형성한다. 상기 유연기판(FSB)은 접착막(ADL)을 개재하여 상기 제 2 전극(FE) 상에 접착될 수 있다. 상기 유연 기판(FSB)은 유연성을 가지며, 80% 이상의 광투과율을 가지는 고분자막을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 유연 기판(FSB)은 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene vinyl acetate)를 포함할 수 있다. 상기 유연 기판(FSB)과 상기 접착막(ADL)은 고분자 테이프를 이용하여 형성될 수 있다. 1 and 4, a flexible substrate FSB is formed on the second electrode FE and the anti-reflection film ARL. The flexible substrate FSB may be bonded onto the second electrode FE through the adhesive film ADL. The flexible substrate FSB may have a flexibility and include a polymer film having a light transmittance of 80% or more. For example, the flexible substrate FSB may include ethylene vinyl acetate. The flexible substrate FSB and the adhesive layer ADL may be formed using a polymer tape.
상기 유연 기판(FSB) 상에 추가적인 접착막을 형성하여 접착형 태양 전지를 제작할 수도 있다. An adhesive solar cell may be manufactured by forming an additional adhesive film on the flexible substrate FSB.
도 1 및 도 5를 참조하여, 상기 분리층(BL)을 제거하여 상기 희생기판(GSB)을 상기 제 1 전극(BE)로부터 탈착시킨다. 상기 분리층(BL)은 레이저를 이용하거나 습식 식각 공정을 이용하여 제거할 수 있다. 상기 분리층(BL)을 레이저를 이용하여 제거할 경우, 상기 분리층(BL)은 상기 희생기판(GSB)을 통해 자외선 레이저를 이용하여 상기 분리층(BL)만 녹여내어 제거할 수 있다. 상기 자외선 레이저는 바람직하게는 248nm의 KrF 엑시머 레이저일 수 있다. 상기 레이저 출력은 300~800mJ/cm2이고 10~60Hz의 펄스 모드로 스캔한다. 이 때 스캔속도는 레이저 빔의 크기와 연관이 있는데 예를 들어 빔의 크기가 1.5x1.5mm2인 경우에는 스캔속도가 약 1~50mm/sec일 수 있다. 상기 분리층(BL)을 습식 식각으로 제거할 경우, 염기성 용액에 담그거나 특정 위치에만 분무하여 상기 분리층(BL)을 선택적으로 제거할 수 있다. 이때 상기 염기성 용액은 암모니아수일 수 있다. 상기 염기성 용액은 약 pH 8~12를 가질 수 있다. 상기 염기성 용액 안에 30~300초 동안 담가두거나 염기성 용액을 상기 분리층(BL)에 집중적으로 분무하여 상기 분리층(BL)을 습식에칭 방법으로 제거할 수 있다. 이때 분무속도는 1~100ℓ/min이다. 상기 분리층(BL)을 제거함으로써 떼어진 상기 희생기판(GSB)은 다시 재사용할 수 있어 제조 비용을 절감하는 효과를 더욱 높일 수 있다. 1 and 5, the separation layer BL is removed to detach the sacrificial substrate GSB from the first electrode BE. The separation layer BL may be removed using a laser or a wet etching process. When the separation layer BL is removed using a laser, the separation layer BL may be removed by melting only the separation layer BL using an ultraviolet laser through the sacrificial substrate GSB. The ultraviolet laser may preferably be a KrF excimer laser of 248 nm. The laser power is 300-800 mJ / cm 2 and scans in a pulse mode of 10-60 Hz. In this case, the scan speed is related to the size of the laser beam. For example, when the beam size is 1.5x1.5 mm 2 , the scan speed may be about 1 to 50 mm / sec. When the separation layer BL is removed by wet etching, the separation layer BL may be selectively removed by immersing in a basic solution or spraying only at a specific position. In this case, the basic solution may be ammonia water. The basic solution may have about pH 8-12. The separation layer BL may be removed by a wet etching method by soaking in the basic solution for 30 to 300 seconds or by spraying a basic solution onto the separation layer BL. The spray rate is 1 ~ 100ℓ / min. The sacrificial substrate GSB removed by removing the separation layer BL can be reused again, thereby further increasing the effect of reducing the manufacturing cost.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 태양 전지의 단면도이다. 6 is a cross-sectional view of a solar cell manufactured according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 태양 전지(100)는 제 1 전극(BE) 상에 광흡수층(OA), 버퍼층(BL), 윈도우층(WL) 및 제 2 전극(FE)을 포함한다. 상기 제 2 전극(FE)은 상기 윈도우층(WL) 상에 부분적으로 배치되며 상기 윈도우층(WL) 일부는 반사방지막(ARL)로 덮인다. 상기 반사방지막(ARL)과 상기 제 2 전극(FE) 상에는 접착막(ADL) 및 유연 기판(FSB)이 차례로 적층된다. 빛은 상기 유연 기판(FSB)을 통해 입사된다. 입사된 빛은, 상기 제 2 전극(FE), 상기 윈도우층(WL)과 상기 버퍼층(OA)을 투과하여 상기 광흡수층(OA)에서 도달된다. 상기 광흡수층(OA)에서는 투과된 빛 에너지를 이용하여 전자와 정공을 생성하여 광전효과를 통해 전기를 생성한다. 생성된 전기는 상기 제 2 전극(FE)으로 수집된다. Referring to FIG. 6, a
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 태양 전지의 단면도이다. 7 is a cross-sectional view of a solar cell manufactured according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(101)는 상기 접착층(ADL)이 존재하지 않는다. 상기 유연 기판(FSB)은 상기 반사방지막(ARL)과 상기 제 2 전극(FE)과 동시에 접할 수 있다. 이때 상기 유연 기판(FSB)은 상기 접착층(ADL)을 이용하여 접착되는 것이 아니라, 증착, 프린트 또는 코팅/경화 과정을 통해 상기 제 2 전극(FE) 상에 형성될 수 있다. Referring to FIG. 7, the adhesive layer ADL is not present in the solar cell 101 according to the present embodiment. The flexible substrate FSB may be in contact with the antireflection film ARL and the second electrode FE at the same time. In this case, the flexible substrate FSB may not be bonded using the adhesive layer ADL, but may be formed on the second electrode FE through deposition, printing, or coating / curing.
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.The foregoing description of specific embodiments of the invention has been presented for purposes of illustration and description. Therefore, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes can be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention in combination with the above embodiments. Do.
GSB: 희생기판 SIL: 분리층
BE: 제 1 전극 OA: 광흡수층
BL: 버퍼층 WL: 윈도우층
FE: 제 2 전극 ARL: 반사방지막
ADL: 접착층 FSB: 유연 기판GSB: Sacrificial substrate SIL: Separation layer
BE: 1st electrode OA: light absorption layer
BL: buffer layer WL: window layer
FE: second electrode ARL: antireflection film
ADL: Adhesive Layer FSB: Flexible Substrate
Claims (14)
상기 분리층 상에 제 1 전극, 광흡수층, 버퍼층, 윈도우층 및 제 2 전극을 순차적으로 형성하는 단계;
상기 제 2 전극 상에 유연 기판을 형성하는 단계; 및
상기 분리층을 제거하여 상기 희생기판을 상기 제 1 전극으로부터 탈착시키는 단계를 포함하되,
상기 분리층은 갈륨산화질화막(GaOxNy)으로 형성되며, 여기서 0<x<1이고 0<y<1인 태양 전지의 제조 방법.Forming a separation layer on the sacrificial substrate;
Sequentially forming a first electrode, a light absorption layer, a buffer layer, a window layer, and a second electrode on the separation layer;
Forming a flexible substrate on the second electrode; And
Removing the separation layer to detach the sacrificial substrate from the first electrode,
The separation layer is formed of a gallium oxynitride film (GaO x N y ), wherein 0 <x <1 and 0 <y <1.
상기 분리층을 제거하는 단계는 자외선 레이저를 이용하여 상기 분리층을 녹이는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법. The method of claim 1,
Removing the separation layer comprises melting the separation layer using an ultraviolet laser.
상기 자외선 레이저는 KrF 엑시머 레이저인 태양 전지의 제조 방법.The method of claim 2,
The ultraviolet laser is a KrF excimer laser manufacturing method of a solar cell.
상기 분리층을 제거하는 단계는 염기성 용액을 이용하여 상기 분리층을 선택적으로 제거하는 습식 식각 공정을 진행하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법. The method of claim 1,
The removing of the separation layer may include performing a wet etching process of selectively removing the separation layer using a basic solution.
상기 염기성 용액은 암모니아수인 태양 전지의 제조 방법. The method of claim 4, wherein
The basic solution is ammonia water is a manufacturing method of a solar cell.
상기 분리층은 상기 갈륨산화질화막(GaOxNy) 내에 첨가된 0.1~10 at.%의 나트륨을 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.The method of claim 1,
The separation layer is a method of manufacturing a solar cell further comprises 0.1 to 10 at.% Sodium added in the gallium oxynitride film (GaO x N y ).
상기 분리층에 포함된 나트륨은 상기 광흡수층을 형성하는 동안 상기 제 1 전극을 통해 상기 광흡수층으로 확산되는 태양 전지의 제조 방법. The method according to claim 6,
Sodium contained in the separation layer is a method of manufacturing a solar cell is diffused through the first electrode to the light absorption layer while forming the light absorption layer.
상기 광흡수층은 적어도 구리, 인듐 및 셀레늄을 포함하는 태양 전지의 제조 방법.The method of claim 1,
The light absorbing layer is a method of manufacturing a solar cell comprising at least copper, indium and selenium.
상기 유연 기판을 형성하는 단계는 상기 제 2 전극 상에 접착막을 개재하여 상기 유연기판을 접착시키는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.The method of claim 1,
Forming the flexible substrate comprises the step of adhering the flexible substrate on the second electrode via an adhesive film.
상기 유연 기판은 80% 이상의 광투과율을 가지는 태양 전지의 제조 방법.The method of claim 1,
The flexible substrate is a method of manufacturing a solar cell having a light transmittance of 80% or more.
상기 분리층 상에 제 1 전극, 광흡수층, 버퍼층, 윈도우층 및 제 2 전극을 순차적으로 형성하는 단계;
상기 제 2 전극 상에 유연 기판을 형성하는 단계; 및
상기 분리층을 제거하여 상기 희생기판을 상기 제 1 전극으로부터 탈착시키는 단계를 포함하되,
상기 분리층은 나트륨을 0.1~10 at.%로 포함하는 태양 전지의 제조 방법.Forming a separation layer on the sacrificial substrate;
Sequentially forming a first electrode, a light absorption layer, a buffer layer, a window layer, and a second electrode on the separation layer;
Forming a flexible substrate on the second electrode; And
Removing the separation layer to detach the sacrificial substrate from the first electrode,
The separation layer is a solar cell manufacturing method comprising 0.1 to 10 at.%.
상기 제 1 전극 상의 광흡수층;
상기 광흡수층 상의 버퍼층;
상기 버퍼층 상의 윈도우층;
상기 윈도우층 상의 제 2 전극;
상기 제 2 전극 상의 접착층; 및
상기 접착층 상의 유연 기판을 포함하되, 상기 광흡수층은 나트륨을 포함하는 태양 전지.A first electrode;
A light absorption layer on the first electrode;
A buffer layer on the light absorption layer;
A window layer on the buffer layer;
A second electrode on the window layer;
An adhesive layer on the second electrode; And
A solar cell comprising a flexible substrate on the adhesive layer, wherein the light absorption layer comprises sodium.
상기 유연 기판은 유연성을 가지며, 80% 이상의 광투과율을 가지는 고분자막을 포함하는 태양 전지.The method of claim 12,
The flexible substrate is flexible and includes a polymer film having a light transmittance of 80% or more.
상기 유연 기판은 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene vinyl acetate)를 포함하는 태양 전지.The method of claim 13,
The flexible substrate comprises ethylene vinyl acetate (Ethylene vinyl acetate) solar cell.
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2011
- 2011-11-11 KR KR1020110117534A patent/KR20120059361A/en not_active Application Discontinuation
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