KR20120074180A - 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수퍼스트레이트(superstrate)형 CIGS 박막 태양전지에 관한 것으로서, 기판과; 상기 기판 상부에 구비되는 윈도우층과; 상기 윈도우층 상부에 구비되는 보호층과; 상기 보호층 상부에 구비되는 버퍼층과; 상기 버퍼층 상부에 구비되는 광흡수층; 및 상기 광흡수층 상부에 구비되는 배면전극;을 포함하며, 광흡수층을 형성하는 과정에서 윈도우층이 고온에 열화되는 것을 억제함으로써 태양전지의 효율 및 수명 저하를 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 윈도우층의 특성 저하를 억제할 수 있는 수퍼스트레이트(superstrate)형 CIGS 박막 태양전지에 관한 것이다.
일반적으로 CuInSe2 (이하, "CIS"라고도 함) 또는 CuIn1 - xGaxSe2 (이하, "CIGS" 라고도 함)와 같은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 화합물의 삼원계 박막은 태양전지용 흡수층으로 활발히 연구되고 있는 화합물 반도체 중의 하나이다. 태양전지에 사용되는 CIS 또는 CIGS 화합물 반도체는 상온에서 에너지 밴드갭이 1 내지 1.4 eV 정도이고, 선형광흡수계수가 1 ×10-5㎝-1로 다른 반도체에 비하여 10 ~ 100 배 정도의 크기 때문에 태양전지의 흡수체로 주목 받고 있다.
특히, 이들 CIS 또는 CIGS계 박막 태양전지는 기존 실리콘 결정을 사용하는 태양전지와는 달리 10 마이크론 이하의 두께로 제작 가능하고 장시간 사용시에도 안정적인 특성을 갖고 있다. 또한 실험적으로 최고 에너지 변환 효율이 20.3%로서, 다른 박막형 태양전지에 비해 에너지 변환 효율이 월등히 뛰어나 실리콘 결정질 태양전지를 대체할 수 있는 저가 고효율 태양전지로 상업화 가능성이 아주 높다.
도 1은 통상적인 CIGS 박막 태양전지의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, CIGS 박막 태양전지는 기판(100) 상부에 배면전극(110), 광흡수층(120), 버퍼층(130) 및 윈도우층(140)이 순차적으로 적층되어, 윈도우층(140)이 형성되어 있는 방향을 통해 태양광을 입사시키는 구조로 이루어져 있다. 이에 따라 윈도우층(140)을 대기중의 이물질이나 수분 등으로부터 보호하기 위하여, 윈도우층(140) 상부에 보호층(150)을 추가로 형성하거나, 또는 유리와 접착층을 이용하여 인캡슐레이션(encapsulation, 160)을 수행하고 있다.
그러나 이와 같이 추가적인 과정을 수행하게 되면, 태양전지 전체적인 구성이 복잡해져 제조 공정이 복잡해지는 문제점이 있다. 또한, 유리를 이용하여 인캡슐레이션을 하게 되면, 태양전지의 전체적인 무게가 증가하고, 태양전지의 강성(剛性)이 커져 가요성을 갖는 유연한(flexible) 태양전지로의 사용에도 제한을 받게 되는 문제점이 발생하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 태양전지를 구성함에 있어서 기판 상부에 윈도우층을 먼저 형성하고, 그 이후에 광흡수층을 형성하는 수퍼스트레이트(superstrate)형 태양전지를 제조할 수도 있다. 이와 같은 구조의 태양전지는 대기중의 이물질이나 수분 등으로부터 보호하기 위하여, 윈도우층 상부에 보호층이나 인캡슐레이션을 추가로 형성할 필요가 없어 구조가 단순해지는 장점이 있다. 또한, 수퍼스트레이트형 태양전지는 서브스트레이트형 태양전지에 비하여 경량(輕量)이며 가요성을 가질 수 있다는 장점도 있다.
그러나 이러한 구조의 태양전지는 통상 실리콘 박막형 태양전지에 주로 적용되고 있다. 이는 CIGS 박막 태양전지에 적용하는 경우, 500℃ 이상의 고온에서 광흡수층을 형성하는 과정에서, 광흡수층 하부에 이미 형성되어 있는 윈도우층이 고온에 의해 열화되어 윈도우층의 요구 특성인 투과율 및 전도도가 저하되기 때문이다. 즉, 통상 윈도우층은 투명전극(Transparent Conductive Oxide ; TCO)로 형성되는데, TCO는 내부에 형성되어 있는 수많은 산소 공극(vacancy)에 의해 높은 전도도를 갖게 된다. 그러나 고온에서 광흡수층을 형성하는 과정에서 이러한 공극 내에 구리, 인듐, 갈륨 및 셀레늄 등의 불순물이 침투되어 전도도가 저하됨으로써 태양전지의 효율 및 수명이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 윈도우층이 열화되지 않으면서 고온 공정이 가능한 수퍼스트레이트형 CIGS 박막 태양전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 윈도우층을 보호하기 위한 인캡슐레이션이 배제되어, 경량이면서 가요성을 갖는 유연한 태양전지를 제공한다.
본 발명에 따른 태양전지는, 기판과; 상기 기판 상부에 구비되는 윈도우층과; 상기 윈도우층 상부에 구비되는 보호층과; 상기 보호층 상부에 구비되는 버퍼층과; 상기 버퍼층 상부에 구비되는 광흡수층; 및 상기 광흡수층 상부에 구비되는 배면전극;을 포함한다.
여기에서, 상기 기판과 상기 윈도우층 사이에 보호층이 추가로 구비될 수 있으며, 상기 보호층은 TiO, TaO, TiN 및 TaN으로 이루어지는 군에서 선택되는 한 가지 이상의 물질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 기판은 광투과성 물질로 형성될 수 있다.
그리고 상기 윈도우층은 산화아연(ZnO), 산화갈륨(GaO), 산화인듐(InO), 산화주석(SnO) 또는 이들의 복합물로 형성될 수 있고, 상기 버퍼층은 CdS, ZnS, In(O,S) 또는 Zn(O,S)로 형성될 수 있다.
또한, 상기 광흡수층은 CuInS2(CIS), CuGaS2(CGS), CuInSe2(CISe), CuGaSe2(CGSe), CuAlSe2(CASe), CuInTe2(CITe), CuGaTe2(CGTe), Cu(In, Ga)S2(CIGS), Cu(In, Ga)Se2(CIGSe), Cu2ZnSnS4(CZTS) 및 CdTe으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 또는 하나 이상으로 형성될 수 있으며, 상기 배면전극은 몰리브덴(Mo)으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 태양전지는, 수퍼스트레이트 구조에서 윈도우층의 상부에 보호막을 형성하여, 고온 공정에서 윈도우층으로 불순물이 침투되는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해 광흡수층이 형성되는 500℃ 이상의 고온에서도 윈도우층이 열화되는 현상을 억제하여 태양전지의 효율 및 수명 저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 태양전지는, 투명소재의 기판 상부에 윈도우층을 형성하고, 이후 광을 흡수하기 위한 광흡수층 및 배면전극을 형성함으로써 태양전지가 형성된 이후 윈도우층을 보호하기 위한 인캡슐레이션을 배제할 수 있어, 경량이면서도 유연한 태양전지를 제공할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 태양전지의 구조를 보여주는 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지의 구조를 보여주는 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양전지의 구조를 보여주는 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지의 구조를 보여주는 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양전지의 구조를 보여주는 단면도.
이하, 본 발명의 실시 예에 대하여 상세히 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 이탈하지 않는 한 이하의 실시 예에 한정되지 않는다.
박막형 태양전지는 크게 서브스트레이트(substrate)형과 수퍼스트레이트(superstrate)형으로 구분된다. 서브스트레이트형 태양전지는 기판 상부에 배면전극, 광흡수층 및 윈도우층 등이 순차적으로 적층되어, 윈도우층 측으로 광이 입사되는 구조이다. 이에 비하여 수퍼스트레이트형 태양전지는 투광 기판 상부에 윈도우층, 광흡수층 및 배면전극 등이 순차적으로 적층되어, 기판 측으로 광이 입사되는 구조이다.
이하에서 설명하는 본 발명의 실시 형태는 수퍼스트레이트형 태양전지에 해당한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지의 구조를 보여주는 단면도이고, 도 3은 도 2의 다른 변형 예를 보여주는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지는, 기판(200)과, 기판(200) 상부에 구비되는 윈도우층(210)과, 윈도우층(210) 상부에 구비되는 보호층(220)과, 보호층(220) 상부에 구비되는 버퍼층(230)과, 버퍼층(230) 상부에 구비되는 광흡수층(240) 및 광흡수층(240) 상부에 구비되는 배면전극(250)을 포함하여 구성된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지는, 기판 상부에 배면전극이 먼저 형성되는 서브스트레이트형 태양전지와는 다르게, 기판(200) 상부에 윈도우층(210)이 형성되고, 그 상부에 광흡수층(240) 및 배면전극(250) 등이 형성된다. 이와 같은 구성을 통해 광은 기판(200) 측을 통해 입사되게 된다.
따라서 기판(200)은 광을 투과시킬 수 있는 광투과성 물질로 형성되는 것이 바람직하며, 이와 같은 물질로는 유리나 투명한 폴리머 등이 사용될 수 있다. 또한, 기판(200)은 외부 환경에 노출되기 때문에, 기상 상태나 대기 중의 오염 물질 등의 외부 환경에 대하여 내구성을 갖는 물질로 형성되는 것이 좋다. 또한, 기판(200)으로서 유리를 사용하는 경우, 비교적 가격이 저렴한 소다회 유리(sodalime glass)를 사용함으로써 제조비용을 절감할 수도 있다.
윈도우층(210)은 n형 반도체로서 태양전지 전면의 투명전극으로서의 기능을 하며, 이러한 윈도우층(210)은 광투과율이 높고 전기전도성이 높은 산화아연(ZnO), 산화갈륨(GaO), 산화인듐(InO), 산화주석(SnO) 등이나, 이들을 복합물로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 윈도우층(210)은 상술한 물질들을 사용하여 RF 스퍼터링, DC 스퍼터링, 산소를 이용한 반응성 스퍼터링 및 금속 유기물 화학기상증착법 등으로 형성될 수 있다.
이와 같이 기판(200) 상부에 윈도우층(210)을 직접 형성하게 되면, 기판(200)이 수분이나 대기 중의 오염 물질 등으로부터 윈도우층(210)을 보호하는 역할을 하게 된다. 이와 같은 구성을 통해 태양전지 제조 후 인캡슐레이션(encapsulation) 등의 추가적인 과정을 배제할 수도 있다. 따라서 인캡슐레이션에 의해 태양전지의 전체적인 무게가 증가하는 것을 방지할 수도 있으며, 가요성을 갖는 유연한 태양전지를 구현할 수도 있다.
윈도우층(210)의 형성이 완료되면, 윈도우층(210) 상부에 보호층(220)을 형성한다. 보호층(220)은 광흡수층(240)의 형성 시 고온에 의해 윈도우층(210)이 열화되는 것을 억제한다. 즉, 광흡수층(240)은 통상 500℃ 이상의 고온에서 형성되는데, 보호층(220)은 광흡수층(240)을 형성하기 위한 고온 공정에서 윈도우층(210)으로 구리, 인듐, 갈륨 및 셀레늄 등의 불순물이 침투하는 현상을 방지할 수 있는 배리어(barrier)로 사용된다. 이를 통해 윈도우층(210)의 투과율이나 전도도가 저하되는 것을 억제하여 태양전지의 효율 저하나 수명 저하를 방지할 수 있다.
보호층(220)으로는 광 투과율 및 전기 전도도가 높고, 열적으로 안정하며, CIGS 중 셀레늄(Se)에 대한 반응성이 거의 없는 안정한 물질이 사용될 수 있다. 이와 같은 물질로는, TiO, TaO 등의 산화물 계열의 물질이나 TiN, TaN 등과 같은 질화물 계열의 물질이 사용될 수 있다. 이러한 물질을 보호층(220)으로 사용하게 되면, 기판(200)이나 윈도우층(210)과의 굴절율 차이로 인해 반사율이 저하되어 투과율이 증가되는 효과가 구현될 수도 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 윈도우층(210)을 형성하기 이전에 기판(200) 상부에 보호층(222)을 추가로 형성할 수도 있다. 이와 같이 윈도우층(210)의 상부 및 하부에 보호층(220, 222)을 각각 형성함으로써 윈도우층(210)의 투과율이나 전도도가 저하되는 것을 효과적으로 방지할 수도 있다.
버퍼층(230)은 n형 반도체인 윈도우층(210)과 p형 반도체인 광흡수층(240)이 pn 접합을 형성하는데, 이 두 물질은 격자상수와 에너지 밴드갭의 차이가 크기 때문에 양호한 접합을 형성하기 위해서 형성되는 층으로서, 밴드갭이 두 물질의 중간에 위치하는 물질이 사용될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 버퍼층(230)으로 CdS, ZnS, In(O,S) 또는 Zn(O,S) 등을 사용하였다. 여기에서 버퍼층(230)을 CdS로 사용하는 경우, CdS는 용액 내에 적정량의 Cd++와 S-- 이온을 만들고 용액의 온도를 조절하여 각 이온 농도의 곱이 용액의 용해도적보다 큰 경우에 CdS의 형태로 석출되는 성질을 이용한 CBD(chemical bath deposition)방법을 통해 형성될 수도 있다.
광흡수층(240)은 기판(200) 측에서 입사되는 태양광을 흡수하는 역할을 하며, CuInS2(CIS), CuGaS2(CGS), CuInSe2(CISe), CuGaSe2(CGSe), CuAlSe2(CASe), CuInTe2(CITe), CuGaTe2(CGTe), Cu(In, Ga)S2(CIGS), Cu(In, Ga)Se2(CIGSe), Cu2ZnSnS4(CZTS), CdTe 등의 칼코지나이드 화합물을 예 로들 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 광흡수층(240)으로 CIGS를 사용하였다. CIGS는 4개의 금속원소(Cu, In, Ga, Se)를 출발원소로 사용하는 동시증발법을 사용하여 증착될 수도 있고, 이들 금속원소 혹은 화합물을 스퍼터링 및 셀레니제이션(Selenization)시켜 박막을 형성될 수도 있다. 또한, 상기와 같이 진공장비를 사용하지 않고 칼코지나이드 화합물이나 전구체 나노입자를 제조한 후 이를 이용하여 인쇄공정과 같은 습식방식으로도 박막의 형성이 가능하다.
배면전극(250)은 니켈(Ni), 구리(Cu)가 사용된 적도 있으나, 몰리브덴(Mo)이 가장 광범위하게 사용된다. 이는 몰리브덴(Mo)이 가진 높은 전기전도도, 광흡수층(240)과의 오믹 접합, 셀레늄(Se) 분위기 하에서의 고온 안정성 때문이다.
배면전극(250)은 스퍼터링법이나 증발법 등 다양한 방법을 통해 형성될 수 있으며, 그 두께는 수백 나노미터 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시 형태에 따른 태양전지는, 광이 입사되는 윈도우층이 기판 상에 형성되고 있어, 인캡슐레이션을 배제하고도 윈도우층이 외부 환경에 의해 열화되거나 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해 태양전지의 무게가 증가하는 것을 억제할 수 있는 동시에, 유연한 태양전지로의 사용에 제한을 받는 것도 억제할 수 있다.
또한, 윈도우층의 상부 및 하부에 보호층을 형성하여, 광흡수층을 형성하는 고온 공정에서 윈도우층 내로 불순물이 침투하는 것을 억제함으로써 태양전지의 효율 및 수명이 저하되는 것도 방지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100, 200 : 기판 110, 250 : 배면전극
120, 240 : 광흡수층 130, 230 : 버퍼층
140, 210 : 윈도우층 150, 220, 222 : 보호층
120, 240 : 광흡수층 130, 230 : 버퍼층
140, 210 : 윈도우층 150, 220, 222 : 보호층
Claims (8)
- 기판과;
상기 기판 상부에 구비되는 보호층과;
상기 제1보호층 상부에 구비되는 윈도우층과;
상기 윈도우층 상부에 구비되는 버퍼층과;
상기 버퍼층 상부에 구비되는 광흡수층; 및
상기 광흡수층 상부에 구비되는 배면전극;
을 포함하는 태양전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 기판과 상기 윈도우층 사이에 보호층이 추가로 형성된 태양전지. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 기판은 광투과성 물질로 형성된 태양전지. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 보호층은 TiO, TaO, TiN 및 TaN으로 이루어지는 군에서 선택되는 한 가지 이상의 물질인 태양전지. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 윈도우층은 산화아연(ZnO), 산화갈륨(GaO), 산화인듐(InO), 산화주석(SnO) 또는 이들의 복합물인 태양전지. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 버퍼층은 CdS, ZnS, In(O,S) 또는 Zn(O,S)인 태양전지. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 광흡수층은 CuInS2(CIS), CuGaS2(CGS), CuInSe2(CISe), CuGaSe2(CGSe), CuAlSe2(CASe), CuInTe2(CITe), CuGaTe2(CGTe), Cu(In, Ga)S2(CIGS), Cu(In, Ga)Se2(CIGSe), Cu2ZnSnS4(CZTS) 및 CdTe으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 또는 하나 이상으로 형성된 태양전지. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 배면전극은 몰리브덴(Mo)으로 형성된 태양전지.
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR20150134263A (ko) * | 2014-05-20 | 2015-12-01 | 재단법인대구경북과학기술원 | Zn(O, S) 버퍼층 CZTS계 박막 태양전지의 제조방법 |
| KR20230032213A (ko) * | 2021-08-30 | 2023-03-07 | 재단법인대구경북과학기술원 | 유연 박막태양전지 및 이의 제조방법 |
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