KR20120086217A - 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

태양전지 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20120086217A
KR20120086217A KR1020110007530A KR20110007530A KR20120086217A KR 20120086217 A KR20120086217 A KR 20120086217A KR 1020110007530 A KR1020110007530 A KR 1020110007530A KR 20110007530 A KR20110007530 A KR 20110007530A KR 20120086217 A KR20120086217 A KR 20120086217A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
solar cell
window
light absorbing
buffer layer
Prior art date
Application number
KR1020110007530A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101189415B1 (ko
Inventor
최철환
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
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 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020110007530A priority Critical patent/KR101189415B1/ko
Priority to US13/882,639 priority patent/US20130220398A1/en
Priority to CN201180066029.4A priority patent/CN103339740B/zh
Priority to EP11856871.6A priority patent/EP2619801A1/en
Priority to JP2013550373A priority patent/JP2014503128A/ja
Priority to PCT/KR2011/007401 priority patent/WO2012102453A1/en
Publication of KR20120086217A publication Critical patent/KR20120086217A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101189415B1 publication Critical patent/KR101189415B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/04Semiconductor 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
    • H01L31/042PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/05Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells
    • H01L31/0504Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells specially adapted for series or parallel connection of solar cells in a module
    • H01L31/0508Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells specially adapted for series or parallel connection of solar cells in a module the interconnection means having a particular shape
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/0248Semiconductor 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
    • H01L31/0256Semiconductor 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
    • H01L31/0264Inorganic materials
    • H01L31/032Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
    • H01L31/0322Inorganic 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/04Semiconductor 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
    • H01L31/042PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/04Semiconductor 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
    • H01L31/042PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0463PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate characterised by special patterning methods to connect the PV cells in a module, e.g. laser cutting of the conductive or active layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/04Semiconductor 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
    • H01L31/06Semiconductor 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
    • H01L31/072Semiconductor 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
    • H01L31/0749Semiconductor 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
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/541CuInSe2 material PV cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

실시예에 따른 태양전지는 기판; 기판 상에 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 윈도우층;이 형성된 복수개의 셀을 포함하고, 상기 복수개의 셀의 각각의 폭을 W1이라 하고, 상기 윈도우층의 두께를 W2라 하였을 때, W2=A×W1의 식을 만족하고, 상기 A는 1×10-4 내지 1.7×10-4의 값을 갖는다.

Description

태양전지 및 이의 제조방법{SOLAR CELL APPARATUS AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
실시예는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지의 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지에 대한 개발이 진행되고 있다.
특히, 유리지지기판, 금속 후면 전극층, p형 CIGS계 광 흡수층, 버퍼층, n형 투명전극층 등을 포함하는 지지기판 구조의 pn 헤테로 접합 장치인 CIGS계 태양전지가 널리 사용되고 있다.
또한, 이러한 태양전지의 효율을 증가시키기 위해서 다양한 연구가 진행 중이다.
실시예는 각 셀들(C1, C2...)의 폭에 따라 윈도우층의 두께를 일정한 비율로 조절함으로써, 윈도우층의 두께 감소를 통해 생산성이 향상될 수 있다.
또한 윈도우층의 두께가 감소되어 투과율이 향상되므로, 광-전 변환 효율이 향상된 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 태양전지는 기판; 기판 상에 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 윈도우층;을 포함하는 복수개의 셀을 포함하고, 상기 복수개의 셀의 각각의 폭을 W1이라 하고, 상기 윈도우층의 두께를 W2라 하였을 때, W2=A×W1의 식을 만족하고, 상기 A는 1×10-4 내지 1.7×10-4의 값을 갖는다.
실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 기판 상에 이면전극층을 형성하는 단계; 상기 이면전극층 상에 광 흡수층, 버퍼층 및 윈도우층을 형성하는 단계; 및, 상기 광 흡수층, 버퍼층 및 윈도우층의 일부를 제거하여 다수 개의 윈도우들 및 복수개의 셀들(C1, C2...)이 정의되도록 관통홈들을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 복수개의 셀들의 각각의 폭을 W1이라 하고, 상기 윈도우층의 두께를 W2라 하였을 때, W2=A×W1의 식을 만족하고, 상기 A는 1×10-4 내지 1.7×10-4의 값을 갖도록 형성한다.
실시예에 따르면, 각 셀들(C1, C2...)의 폭에 따라 윈도우층의 두께를 일정한 비율로 조절함으로써, 윈도우층의 두께 감소를 통해 생산성이 향상될 수 있다.
또한 윈도우층의 두께가 감소되어 투과율이 향상되므로, 광-전 변환 효율이 향상된다.
도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1 에서 A-A`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 6은 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.
실시예의 설명에 있어서, 각 지지기판, 층, 막 또는 전극 등이 각 지지기판, 층, 막, 또는 전극 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여(indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1에서 A-A`선을 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 태양전지는 지지기판(100), 상기 지지기판(100) 상에 이면전극층(200), 상기 이면전극층(200) 상에 광 흡수층(300), 상기 광 흡수층(300) 상에 버퍼층(400) 및 고저항 버퍼층(500), 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 윈도우층(600)을 포함한다.
상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 이면전극층(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500) 및 윈도우층(600)을 지지한다.
상기 지지기판(100)은 절연체일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 유리기판, 플라스틱기판 또는 금속기판일 수 있다. 더 자세하게, 상기 지지기판(100)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있다.
상기 지지기판(100)이 소다 라임 글래스인 경우, 소다 라임 글래스에 함유된 나트륨(Na)이 태양전지의 제조공정 중에 CIGS로 형성된 광 흡수층(300)으로 확산될 수 있는데, 이에 의해 광 흡수층(300)의 전하 농도가 증가하게 될 수 있다. 이는 태양전지의 광전 변환 효율을 증가시킬 수 있는 요인이 될 수 있다.
이외에, 지지기판(100)의 재질로 알루미나와 같은 세라믹 기판, 스테인레스 스틸, 유연성이 있는 고분자 등이 사용될 수 있다. 상기 지지기판(100)은 투명할 수 있고 리지드하거나 플렉서블할 수 있다.
상기 이면전극층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 이면전극층(200)은 도전층이다. 상기 이면전극층(200)은 태양전지 중 상기 광 흡수층(300)에서 생성된 전하가 이동하도록 하여 태양전지의 외부로 전류를 흐르게 할 수 있다. 상기 이면전극층(200)은 이러한 기능을 수행하기 위하여 전기 전도도가 높고 비저항이 작아야 한다.
또한, 상기 이면전극층(200)은 CIGS 화합물 형성시 수반되는 황(S) 또는 셀레늄(Se) 분위기 하에서의 열처리 시 고온 안정성이 유지되어야 한다. 또한, 상기 이면전극층(200)은 열팽창 계수의 차이로 인하여 상기 지지기판(100)과 박리현상이 발생되지 않도록 상기 지지기판(100)과 접착성이 우수하여야 한다.
이러한 이면전극층(200)은 몰리브덴(Mo), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 텅스텐(W) 및 구리(Cu)중 어느 하나로 형성될 수 있다. 이 가운데, 특히 몰리브덴(Mo)은 다른 원소에 비해 상기 지지기판(100)과 열팽창 계수의 차이가 작기 때문에 접착성이 우수하여 박리현상이 발생하는 것을 방지할 수 있고 상술한 이면전극층(200)에 요구되는 특성을 전반적으로 충족시킬 수 있다.
상기 이면전극층(200)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
상기 이면전극층(200)에는 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100) 상면의 일부를 노출하는 오픈 영역이다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 일 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해 노출된 지지기판(100)의 폭은 약 80㎛ 내지 200㎛ 일 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 상기 이면전극층(200)은 다수 개의 이면전극들로 구분된다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 이면전극들이 정의된다.
상기 이면전극들은 스트라이프 형태로 배치된다. 이와는 다르게, 상기 이면전극들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 격자 형태로 형성될 수 있다.
상기 이면전극층(200) 상에는 광 흡수층(300)이 형성될 수 있다. 상기 광 흡수층(300)은 p형 반도체 화합물을 포함한다. 더 자세하게, 상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 계 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계) 결정 구조, 구리-인듐-셀레나이드계 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다.
상기 광 흡수층(300) 상에는 버퍼층(400) 및 고저항 버퍼층(500)이 형성될 수 있다. CIGS 화합물을 광 흡수층(300)으로 갖는 태양전지는 p형 반도체인 CIGS 화합물 박막과 n형 반도체인 윈도우층(600) 박막간에 pn 접합을 형성한다. 하지만 두 물질은 격자상수와 밴드갭 에너지의 차이가 크기 때문에 양호한 접합을 형성하기 위해서는 밴드갭이 두 물질의 중간에 위치하는 버퍼층이 필요하다.
상기 버퍼층(400)을 형성하는 물질로는 CdS, ZnS등이 있고 태양전지의 발전 효율 측면에서 CdS가 상대적으로 우수하다.
상기 고저항 버퍼층(500)은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층(500)의 에너지 밴드갭은 약 3.1eV 내지 3.3eV이다.
상기 고저항 버퍼층(500) 상에 윈도우층(600)이 형성된다. 상기 윈도우층(600)은 투명하며, 도전층이다. 또한, 상기 윈도우층(600)의 저항은 상기 이면전극층(200)의 저항보다 높다.
상기 윈도우층(600)은 산화물을 포함한다. 예를 들어, 상기 윈도우층(600)은 징크 옥사이드(zinc oxide), 인듐 틴 옥사이드(induim tin oxide;ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(induim zinc oxide;IZO) 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 산화물은 알루미늄(Al), 알루미나(Al2O3), 마그네슘(Mg) 또는 갈륨(Ga) 등의 도전성 불순물을 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 윈도우층(600)은 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(Al doped zinc oxide;AZO) 또는 갈륨 도핑된 징크 옥사이드(Ga doped zinc oxide;GZO) 등을 포함할 수 있다.
종래 윈도우층(600)의 두께(W2)는 상기 셀들(C1, C2...)의 각각의 폭(W1)과 일정한 비율로 형성되었다. 이를 식으로 나타내면 예를 들어, 다음과 같다.
W2=2×10-4×W1
즉, 셀들(C1, C2...)의 각각의 폭(W1)이 3mm인 경우, 윈도우층(600)의 두께(W2)는 600nm이고, 셀들(C1, C2...)의 각각의 폭(W1)이 4mm인 경우, 윈도우층(600)의 두께(W2)는 800nm이며, 셀들(C1, C2...)의 각각의 폭(W1)이 5mm인 경우, 윈도우층(600)의 두께(W2)는 1000nm의 값을 갖도록 형성되었다.
기존 윈도우층(600)의 두께(W2)는 상기와 같이 상기 셀들(C1, C2...)의 각각의 폭(W1)과 대비하여 두껍게 형성되었기 때문에 생산비용 및 시간 면에서 개선의 여지가 있고, 두꺼운 윈도우층(600)의 두께(W2)로 인하여 투과율 저하 등의 문제가 존재하였다.
또한, 두께가 증가하면 제 3 관통홈들(TH3)을 형성할 때, 윈도우층(600)의 파티클(particle)로 인해 단락될 가능성도 증가하게 된다.
그리고, 셀들(C1, C2...)의 각각의 폭(W1)이 감소하면 개방전압(Voc)이 증가할 수 있지만, 동시에 합선전류(Isc)가 감소하게 되어 이에 따라 태양전지의 효율이 감소할 수 있고, 폭(W1)이 필요 이상으로 증가하면 개방전압(Voc)이 감소할 수 있으므로 이러한 점을 고려하여 3mm 내지 6mm의 범위로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 셀들(C1, C2...)의 각각의 폭(W1)의 범위와 생산성을 향상시키기 위한 윈도우층(600)의 두께(W2)를 최적화한 관계식은 다음과 같다.
W2=A×W1
상기 A의 값이 1×10-4 이하로 감소하게 되면, 상기 윈도우층(600)의 저항특성이 악화될 수 있고, 1.5×10-4 이상으로 증가하면, 상기 윈도우층(600)의 두께가 증가하게 되어 투과율이 감소하고 생산비용이 증가하게 된다.
따라서, 상기 A는 1×10-4 내지 1.7×10-4의 값을 가질 수 있다. 바람직하게는 1.2×10-4 내지 1.3×10-4의 값을 가질 수 있다.
즉, 셀들(C1, C2...)의 각각의 폭(W1)이 3mm인 경우, 윈도우층(600)의 두께(W2)는 375nm이고, 셀들(C1, C2...)의 각각의 폭(W1)이 4mm인 경우, 윈도우층(600)의 두께(W2)는 500nm이며, 셀들(C1, C2...)의 각각의 폭(W1)이 5mm인 경우, 윈도우층(600)의 두께(W2)는 625nm의 값을 갖도록 형성되었다.
실시예에 따르면, 각 셀들(C1, C2...)의 폭에 따라 윈도우층의 두께를 일정한 비율로 조절함으로써, 윈도우층의 두께 감소를 통해 생산성이 향상될 수 있다.
또한 윈도우층의 두께가 감소되어 투과율이 향상되므로, 이에 따라 광-전 변환 효율이 향상된다.
도 3 내지 도 6은 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법을 도시한 단면도들이다. 본 제조방법에 관한 설명은 앞서 설명한 태양광 발전장치에 대한 설명을 참고한다.
도 3을 참고하면, 지지기판(100) 상에 이면전극층(200)이 형성되고, 상기 이면전극층(200)은 패터닝되어 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 지지기판(100) 상에 다수 개의 이면전극들이 형성된다. 상기 이면전극층(200)은 레이저에 의해서 패터닝된다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하며, 약 80㎛ 내지 약 200㎛의 폭을 가질 수 있다.
또한, 상기 지지기판(100) 및 상기 이면전극층(200) 사이에 확산방지막 등과 같은 추가적인 층이 개재될 수 있고, 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 추가적인 층의 상면을 노출하게 된다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)은 예를 들어, 약 200 내지 600㎚의 파장을 가지는 레이저에 의해서 형성될 수 있다.
도 4를 참고하면, 상기 이면전극층(200) 상에 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 고저항 버퍼층(500)이 형성된다.
상기 광 흡수층(300)은 스퍼터링 공정 또는 증발법 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(300)을 형성하기 위해서 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시키면서 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(300)을 형성하는 방법과 금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션(Selenization) 공정에 의해 형성시키는 방법이 폭넓게 사용되고 있다.
금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션 하는 것을 세분화하면, 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정에 의해서, 상기 이면전극(200) 상에 금속 프리커서 막이 형성된다.
이후, 상기 금속 프리커서 막은 셀레이제이션(selenization) 공정에 의해서, 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(300)이 형성된다.
이와는 다르게, 상기 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 상기 셀레니제이션 공정은 동시에 진행될 수 있다.
이와는 다르게, 구리 타겟 및 인듐 타겟 만을 사용하거나, 구리 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 셀레니제이션 공정에 의해서, CIS계 또는 CIG계 광 흡수층(300)이 형성될 수 있다.
이후, 황화 카드뮴이 스퍼터링 공정 또는 용액성장법(chemical bath depositon;CBD) 등에 의해서 증착되고, 상기 버퍼층(400)이 형성된다.
이후, 상기 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 고저항 버퍼층(500)의 일부가 제거되어 제 2 관통홈들(TH2)이 형성된다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)은 팁 등의 기계적인 장치 또는 레이저 장치 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 180㎛의 폭을 가지는 팁에 의해서, 상기 광 흡수층(300) 및 상기 버퍼층(400)은 패터닝될 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 약 200 내지 600㎚의 파장을 가지는 레이저에 의해서 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 100㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 이면전극층(200)의 상면의 일부를 노출하도록 형성된다.
도 5를 참고하면, 상기 광 흡수층(300) 상 및 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 윈도우층(600)이 형성된다. 즉, 상기 윈도우층(600)은 상기 버퍼층(400) 상 및 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 투명한 도전물질이 증착되어 형성된다.
이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 상기 투명한 도전물질이 채워지고, 상기 윈도우층(600)은 상기 이면전극층(200)에 직접 접촉하게 된다.
이때, 상기 윈도우층(600)은 무산소 분위기에서, 상기 투명한 도전물질이 증착되어 형성될 수 있다. 더 자세하게, 상기 윈도우층(600)은 산소를 포함하지 않는 불활성 기체 분위기에서 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드가 증착되어 형성될 수 있고,갈륨과 알루미늄이 동시에 도핑된 징크 옥사이드가 증착되어 형성될 수도 있다.
상기 접속부들(700)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 배치된다. 상기 접속부들(700)은 상기 윈도우층(600)으로부터 하방으로 연장되며, 상기 이면전극층(200)에 접속된다. 예를 들어, 상기 접속부들(700)은 상기 제 1 셀의 윈도우로부터 연장되어, 상기 제 2 셀의 이면전극에 접속된다.
따라서, 상기 접속부들(700)은 서로 인접하는 셀들을 연결한다. 더 자세하게, 상기 접속부들(700)은 서로 인접하는 셀들(C1, C2...)에 각각 포함된 윈도우층(6000과 이면전극을 연결한다.
상기 접속부(700)는 상기 윈도우층(600)과 일체로 형성된다. 즉, 상기 접속부(700)로 사용되는 물질은 상기 윈도우층(600)으로 사용되는 물질과 동일하다.
도 6을 참조하면, 상기 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500) 및 상기 윈도우층(600)의 일부가 제거되어 제 3 관통홈들(TH3)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 윈도우층(600)은 패터닝되어, 다수 개의 윈도우들 및 다수 개의 셀들(C1, C2...)이 정의된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
이와 같이, 실시예에 따르면 두께가 감소된 윈도우층을 형성하여 생산성을 향상시킬 수 있고, 투과율이 향상되어 광-전 변환 효율이 향상된 태양전지를 제공할 수 있다.
또한, 이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 기판;
    기판 상에 후면전극층;
    상기 후면전극층 상에 광 흡수층;
    상기 광 흡수층 상에 버퍼층; 및
    상기 버퍼층 상에 윈도우층;이 형성된 복수개의 셀을 포함하고,
    상기 복수개의 셀의 각각의 폭을 W1이라 하고, 상기 윈도우층의 두께를 W2라 하였을 때,
    W2=A×W1의 식을 만족하고, 상기 A는 1×10-4 내지 1.7×10-4의 값을 갖는 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 윈도우층은 3mm 내지 6mm의 두께로 형성되는 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 윈도우층은 징크 옥사이드(zinc oxide), 인듐 틴 옥사이드(induim tin oxide;ITO), 인듐 징크 옥사이드(induim zinc oxide;IZO), 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(Al doped zinc oxide;AZO) 또는 갈륨 도핑된 징크 옥사이드(Ga doped zinc oxide;GZO) 중 적어도 하나를 포함하는 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼층과 윈도우층 사이에 형성되는 고저항 버퍼층을 포함하는 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 셀의 사이에 형성되는 관통홈들을 더 포함하고 상기 관통홈들은 80㎛ 내지 200㎛의 폭으로 형성되는 태양전지.
  6. 기판 상에 이면전극층을 형성하는 단계;
    상기 이면전극층 상에 광 흡수층, 버퍼층 및 윈도우층을 형성하는 단계; 및,
    상기 광 흡수층, 버퍼층 및 윈도우층의 일부를 제거하여 다수 개의 윈도우들 및 복수개의 셀들(C1, C2...)이 정의되도록 관통홈들을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 복수개의 셀들의 각각의 폭을 W1이라 하고, 상기 윈도우층의 두께를 W2라 하였을 때,
    W2=A×W1의 식을 만족하고, 상기 A는 1×10-4 내지 1.7×10-4의 값을 갖도록 형성하는 태양전지 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 버퍼층과 윈도우층 사이에 고저항 버퍼층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 태양전지 제조방법.
KR1020110007530A 2011-01-25 2011-01-25 태양전지 및 이의 제조방법 KR101189415B1 (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110007530A KR101189415B1 (ko) 2011-01-25 2011-01-25 태양전지 및 이의 제조방법
US13/882,639 US20130220398A1 (en) 2011-01-25 2011-10-06 Solar cell and method for manufacturing the same
CN201180066029.4A CN103339740B (zh) 2011-01-25 2011-10-06 太阳能电池和制造该太阳能电池的方法
EP11856871.6A EP2619801A1 (en) 2011-01-25 2011-10-06 Solar cell and method for manufacturing the same
JP2013550373A JP2014503128A (ja) 2011-01-25 2011-10-06 太陽電池及びその製造方法
PCT/KR2011/007401 WO2012102453A1 (en) 2011-01-25 2011-10-06 Solar cell and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110007530A KR101189415B1 (ko) 2011-01-25 2011-01-25 태양전지 및 이의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120086217A true KR20120086217A (ko) 2012-08-02
KR101189415B1 KR101189415B1 (ko) 2012-10-10

Family

ID=46581005

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110007530A KR101189415B1 (ko) 2011-01-25 2011-01-25 태양전지 및 이의 제조방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20130220398A1 (ko)
EP (1) EP2619801A1 (ko)
JP (1) JP2014503128A (ko)
KR (1) KR101189415B1 (ko)
CN (1) CN103339740B (ko)
WO (1) WO2012102453A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160050929A (ko) * 2014-10-31 2016-05-11 한국과학기술연구원 박막 태양전지의 제조 방법 및 모듈 구조

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150287843A1 (en) * 2014-04-03 2015-10-08 Tsmc Solar Ltd. Solar cell with dielectric layer
CN104300017B (zh) * 2014-10-17 2017-03-29 中国科学技术大学 具有多孔高电阻层的薄膜太阳能电池
CN108807600A (zh) * 2018-07-10 2018-11-13 成都先锋材料有限公司 太阳能电池制作方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3527815B2 (ja) * 1996-11-08 2004-05-17 昭和シェル石油株式会社 薄膜太陽電池の透明導電膜の製造方法
SE0301350D0 (sv) * 2003-05-08 2003-05-08 Forskarpatent I Uppsala Ab A thin-film solar cell
JP2006013028A (ja) * 2004-06-24 2006-01-12 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 化合物太陽電池及びその製造方法
US7838868B2 (en) * 2005-01-20 2010-11-23 Nanosolar, Inc. Optoelectronic architecture having compound conducting substrate
JP2007012976A (ja) 2005-07-01 2007-01-18 Honda Motor Co Ltd 太陽電池モジュール
JP2007305876A (ja) 2006-05-12 2007-11-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 太陽電池モジュール
US7842881B2 (en) * 2006-10-19 2010-11-30 Emcore Solar Power, Inc. Solar cell structure with localized doping in cap layer
US20100236607A1 (en) * 2008-06-12 2010-09-23 General Electric Company Monolithically integrated solar modules and methods of manufacture
KR101114193B1 (ko) * 2009-06-12 2012-03-14 엘지이노텍 주식회사 태양광 발전장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160050929A (ko) * 2014-10-31 2016-05-11 한국과학기술연구원 박막 태양전지의 제조 방법 및 모듈 구조
US9941423B2 (en) 2014-10-31 2018-04-10 Korea Institute Of Science And Technology Method for manufacturing thin film solar cell

Also Published As

Publication number Publication date
KR101189415B1 (ko) 2012-10-10
WO2012102453A1 (en) 2012-08-02
CN103339740A (zh) 2013-10-02
EP2619801A1 (en) 2013-07-31
JP2014503128A (ja) 2014-02-06
CN103339740B (zh) 2016-01-06
US20130220398A1 (en) 2013-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20120087030A (ko) 태양광 발전장치 및 제조방법
KR101189415B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101219835B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR20120113130A (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR20120012325A (ko) 태양광 발전장치 및 이의 제조방법
KR101210046B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101189432B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101173418B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101091361B1 (ko) 태양광 발전장치 및 이의 제조방법
KR101154696B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR20120086447A (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101349429B1 (ko) 태양광 발전장치
KR101220015B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101765922B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101846337B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101273123B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101231398B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101189366B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101210164B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101762958B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR20120086446A (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101081222B1 (ko) 태양광 발전장치
KR101144540B1 (ko) 태양광 발전장치 및 이의 제조방법
KR101306527B1 (ko) 태양광 발전장치
KR101349432B1 (ko) 태양광 발전장치 및 이의 제조방법

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: 20150904

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160905

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170905

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee