KR20120116807A - 태양전지 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 태양전지는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 이면 전극층과, 상기 이면 전극층 상에 형성되며 이면 전극층의 일부가 노출되도록 패턴 영역이 형성된 광 흡수층과, 상기 광 흡수층의 패턴 영역에 형성된 접촉저항 감소층과, 상기 광 흡수층 및 접촉저항 감소층 상에 형성된 투명 전극층을 포함한다.
상기와 같은 발명은 이면 전극층과 투명 전극층 사이에 접촉저항 감소층을 형성함으로써, 이면 전극층과 투명 전극층 사이의 접촉 저항을 낮출 수 있는 효과가 있다.

Description

태양전지 및 그의 제조방법{SOLAR CELL AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
실시예는 태양전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 태양전지는 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 역할을 하며, 이러한 태양전지는 최근 에너지의 수요가 증가함에 따라 상업적으로 널리 이용되고 있다.
종래 태양전지는 기판 상에 이면 전극층, 광 흡수층 및 투명 전극층이 순차적으로 적층 형성되며, 외부로부터 입사된 태양광을 전기 에너지로 변환시켜 전력을 외부로 공급한다.
하지만. 태양전지는 셀로 분리되어 직렬 연결되도록 구성되기 때문에 이면 전극층과 투명 전극층 간에 접촉면이 형성되며, 이는 이면 전극층과 투명 전극층 사이의 높은 접촉 저항에 의해 태양전지의 전체 효율을 떨어뜨리는 문제점을 발생시킨다.
실시예는 이면 전극층과 투명 전극층 사이의 접촉면의 접촉 저항을 낮춰 태양전지 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위한 태양전지 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
일 실시예에 따른 태양전지는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 이면 전극층과, 상기 이면 전극층 상에 형성되며 이면 전극층의 일부가 노출되도록 패턴 영역이 형성된 광 흡수층과, 상기 광 흡수층의 패턴 영역에 형성된 접촉저항 감소층과, 상기 광 흡수층 및 접촉저항 감소층 상에 형성된 투명 전극층을 포함한다.
또한, 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 기판을 마련하는 단계와, 상기 기판 상에 이면 전극층을 증착하는 단계와, 상기 이면 전극층 상에 광 흡수층을 증착하는 단계와, 상기 광 흡수층에 기판의 일부가 노출되도록 패턴 영역을 형성하는 단계와, 상기 패턴 영역에 접촉저항 감소층을 형성하는 단계와, 상기 광 흡수층 및 접촉저항 감소층 상에 투명 전극층을 증착하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 태양전지는 이면 전극층과 투명 전극층 사이에 접촉저항 감소층을 형성함으로써, 이면 전극층과 투명 전극층 사이의 접촉 저항을 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 실시예에 따른 태양전지는 접촉저항 감소층을 패턴영역을 형성하는 패턴영역을 형성하는 스크라이빙용 팁에 의해 형성함으로써, 별도의 추가 공정 없이 간단하게 접촉저항 감소층을 형성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 접촉저항 감소층을 중심으로 나타낸 태양전지의 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 접촉저항 감소층을 형성시키기 위한 스크라이빙용 팁을 나타낸 단면도, 및
도 4 내지 도 9는 본 발명에 따른 태양전지의 제조공정을 나타낸 단면도.
실시 예의 설명에 있어서, 각 패널, 배선, 전지, 장치, 면 또는 패턴 등이 각 패턴, 배선, 전지, 면 또는 패턴 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 본 발명에 따른 태양전지를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 접촉저항 감소층을 중심으로 나타낸 태양전지의 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 접촉저항 감소층을 형성시키기 위한 스크라이빙용 팁을 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 태양전지는 기판(100)과, 상기 기판(100) 상에 형성된 이면 전극층(200)과, 상기 이면 전극층(200) 상에 형성되며 이면 전극층(200)의 일부가 노출되도록 제2 패턴영역이 형성된 광 흡수층(300)과, 상기 광 흡수층(300)의 패턴 영역에 형성된 접촉저항 감소층(700)과, 상기 광 흡수층(300) 및 접촉저항 감소층(700) 상에 형성된 투명 전극층(600)을 포함한다. 여기서, 광 흡수층(300) 상에는 제1 버퍼층 및 제2 버퍼층(400, 500)이 더 형성될 수 있다.
기판(100)은 사각의 플레이트 형상으로 형성되며, 투명한 재질의 유리로 형성될 수 있다. 이러한 기판(100)은 리지드(Rigid)하거나 플렉서블(Flexible)할 수 있으며, 제조 공정 중 전력 효율을 높이기 위해 나트륨 성분이 포함된 소다 라임 글래스(Soda Lime Glass) 기판이 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 기판(100)으로 유리 기판 이외에 PET(Polyethylene Terephthalate), PEN(Polyethylenenaphthelate), PP(Polypropylene), TAC(Tri Acethl Cellulose)와 같은 플라스틱 또는 금속 재질의 기판이 사용될 수 있다.
기판(100) 상에는 이면 전극층(200)이 형성된다.
이면 전극층(200)에는 다수의 이면 전극층(200)을 갖도록 분할 형성된 라인 형상의 제1 패턴영역이 형성되며, 이로 인해 기판(100)의 일부가 상부로 노출될 수 있다. 여기서, 제1 패턴영역은 레이저를 사용하여 형성될 수 있다.
이면 전극층(200)은 n형 전극 기능의 역할을 하며, 이면 전극층(200)으로는 몰리브덴(Mo)이 사용될 수 있다. 이면 전극층(200)으로는 몰리브덴 외에 전도성 재질인 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 텅스텐(W) 및 구리(Cu) 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 동종 또는 이종 금속을 이용하여 두 개 이상의 층을 이루도록 형성될 수도 있다.
이면 전극층(200) 상에는 광 흡수층(300)이 형성된다.
광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족계 화합물을 포함하며, CIGS, CIS, CGS, CdTe 중 적어도 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.
예컨대, 광 흡수층(300)은 CdTe, CuInSe2, Cu(In,Ga)Se2, Cu(In,Ga)(Se,S)2, Ag(InGa)Se2, Cu(In,Al)Se2, CuGaSe2로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
상기 광 흡수층(300)의 상부에는 제1 버퍼층(400) 및 제2 버퍼층(500)이 순차적으로 형성된다.
제1 버퍼층(400)은 황화 카드뮴(CdS)을 포함하는 물질로 형성될 수 있으며, 에너지 밴드갭은 이면 전극층(200)과 투명 전극층(600)의 중간 정도 크기인 약 1.9eV 내지 약 2.3eV일 수 있다. 이러한 제1 버퍼층(400)은 2개 이상의 층으로 형성될 수 있다.
제2 버퍼층(500)은 산화아연(ZnO) 재질로 고저항성을 가지도록 형성되며, 이러한 제2 버퍼층(500)은 투명 전극층(600)과의 절연 및 충격 데미지를 방지할 수 있다.
상기와 같이 적층 형성된 광 흡수층(300), 제1 버퍼층(400) 및 제2 버퍼층(500) 상에는 이면 전극층(200)의 일부가 상부로 노출되도록 제2 패턴영역이 형성된다.
제2 패턴영역은 제1 패턴영역과 일정 간격으로 인접 형성될 수 있다. 여기서, 제2 패턴영역은 스크라이빙 공정에 의해 형성될 수 있다.
상기 제2 버퍼층(500) 상에는 투명 전극층(600)이 형성된다.
투명 전극층(600)은 투명한 형태의 도전성 재질로 형성되며, 투명 전극층(600) 상에는 제2 패턴영역과 일정 간격으로 인정 형성되도록 제3 패턴영역이 형성된다. 이로부터 이면 전극층(200)의 상부가 노출될 수 있다. 여기서, 제3 패턴영역은 스크라이빙 공정에 의해 형성될 수 있다.
투명 전극층(600)으로는 알루미늄이 도핑된 산화 아연인 AZO(ZnO:Al) 재질의 물질이 사용될 수 있으며, 이외에도 광 투과율과 전기전도성이 높은 물질인 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2), 산화인듐주석(ITO) 중 어느 하나의 물질을 포함하여 형성될 수 있다.
한편, 광 흡수층(300)에 형성된 제2 패턴영역에는 본 발명에 따른 접촉저항 감소층(700)이 더 형성될 수 있다.
상기 접촉저항 감소층(700)은 이면 전극층(200)과 투명 전극층(600) 사이의 접촉 저항을 낮춰주는 역할을 하며, 이를 위해 접촉저항 감소층(700)은 면저항이 낮은 물질 예컨대, CdlnO, CdSnO 및 Sr Cuprate:B 중 어느 하나를 포함하도록 형성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 접촉저항 감소층(700)은 광 흡수층(300)의 제2 패턴영역 상에 일정 두께, 예컨대, 광 흡수층(300) 두께의 1/3 이하로 형성될 수 있으며, 투명 전극층(600)이 형성되기 이전에 형성될 수 있다. 이로부터 접촉저항 감소층(700)은 이면 전극층(200)과 투명 전극층(600)의 계면에 형성될 수 있다.
이러한 접촉저항 감소층(700)은 페이스트 형태의 물질을 일정 속도로 이동 및 분사시켜 형성될 수 있으며, 이로부터 광 흡수층(300)의 제2 패턴영역에 일정 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
접촉저항 감소층(700)을 페이스트 형태의 물질로 만들기 위해 CdlnO, CdSnO 및 Sr Cuprate:B 중 어느 하나를 솔벤트에 녹여 형성시킬 수 있다. 이로부터 솔벤트에 녹여지는 CdlnO, CdSnO 및 Sr Cuprate:B 중 어느 하나는 약 10% 이하만 첨가함으로써 접촉저항 감소층(700)이 형성될 수 있다. 여기서, 솔벤트로서 질산은이 사용되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 페이스트 상태의 접촉저항 감소층(700)은 제2 패턴영역에 분사된 이후, 건조, 열처리, 자외선 조사와 같은 큐어링(Curing) 처리를 함으로써, 광 흡수층(300)의 제2 패턴영역에 단단하게 형성시킬 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 접촉저항 감소층(700)은 이면 전극층(200)과 투명 전극층(600) 사이의 접촉 저항을 충분히 낮춰줄 수 있으며, 별도의 추가 공정 없이 한번에 일정 두께를 가지도록 형성할 수 있다.
상기에서는 접촉저항 감소층(700)을 제2 패턴영역이 형성된 이후에 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 제2 패턴영역이 형성됨과 동시에 형성시킬 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 접촉저항 감소층을 형성하기 위해 스크라이빙용 팁(800)을 다음과 같이 구성할 수 있다.
스크라이빙용 팁(800)은 몸체(820)와, 상기 몸체(820)의 일측에 형성된 분사홀(840)을 포함한다. 몸체(820)의 하부면은 하부를 향해 뾰족하도록 형성될 수 있으며, 몸체(820)의 하부면은 광 흡수층(300)의 일부를 긁어내어 제2 패턴영역을 형성할 수 있다.
분사홀(840)은 몸체(820)의 상부와 하부가 서로 연통되도록 형성될 수 있으며, 분사홀(840)의 상부에는 접촉저항 감소층 형성용 물질이 저장된 공급부(미도시)가 연결될 수 있다. 이로부터 스크라이빙용 팁(800)이 광 흡수층(300)의 일부를 제거하도록 일정 속도로 이동하면, 페이스트 형태의 접촉저항 감소층용 액상 물질은 분사홀(840)을 통해 분사될 수 있다.
상기와 같이, 분사홀(840)로부터 분사된 접촉저항 감소층용 액상 물질은 광 흡수층(300)에 제2 패턴영역이 형성되는 동시에 이면 전극층(200) 상에 일정 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
상기에서는 광 흡수층(300)에 제2 패턴영역을 형성하는 동시에 액상 물질을 동시에 분사하여 접촉저항 감소층(700)을 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 스크리이빙용 팁(800)에 의해 광 흡수층(300)에 제2 패턴영역을 형성한 후에 이와 별도로 액상 물질이 분사되도록 스크라이빙용 팁(800)을 일정 속도로 재이동시킬 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양전지의 제조방법을 살펴본다. 도 4 내지 도 9는 본 발명에 따른 태양전지의 제조공정을 나타낸 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 기판(100)이 마련되면, 기판(100) 상에 Mo를 증착하여 이면 전극층(200)을 형성하는 단계를 수행한다. 이면 전극층(200)은 스퍼터링 법에 의해 일정 두께 예컨대, 1㎛로 증착될 수 있다.
상기와 같이 이면 전극층(200)이 증착되면 이면 전극층(200)을 다수개로 분리하도록 패터닝 공정을 수행하여 제1 패턴영역(P1)을 형성한다. 여기서, 패터닝 공정은 레이저에 의해 수행될 수 있으며, 제1 패턴영역(P1)은 라인 형상으로 길게 형성될 수 있다.
이어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 이면 전극층(200) 상에 CIGS계 화합물을 동시 증착법으로 증착하여 광 흡수층(300)을 형성하고, 상기 광 흡수층(300) 상에 황하 카드뮴(CdS)와 산화 아연(ZnO)을 각각 화학 용액 성장법(Chemical Bath Deposition; CBD)과 스퍼터링 법에 의해 증착하여 제1 버퍼층(400)과 제2 버퍼층(500)을 형성한다.
이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 스크라이빙용 팁(800)을 사용하여 광 흡수층(300), 제1 버퍼층(400) 및 제2 버퍼층(500)의 일부를 제거하여 제2 패턴영역(P2)을 형성하고, 이와 동시에 제2 패턴영역(P2) 상에 스크라이빙용 팁(800)에 형성된 분사홀(840)을 통해 액상 페이스트를 도포하여 본 발명에 따른 접촉저항 감소층(700)을 형성하는 단계를 수행한다.
상기와 같이, 제2 패턴영역(P2) 상에 접촉저항 감소층(700)이 형성되면 도 7에 도시된 바와 같이, 일정 시간 예컨대, 약 10 내지 30분 동안 건조 및 열처리를 통해 큐어링을 수행하여 액상 페이스트에 남아 있는 솔벤트를 증발시킨다.
상기와 같이, 건조 및 열처리가 완료되면 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 패턴영역(P2) 상에 접촉저항 감소층(700)의 형성이 완료된다.
이어서, 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 버퍼층(500) 상에 AZO를 스퍼터링 법에 의해 증착하여 투명 전극층(600)을 형성하는 단계를 수행한다. 여기서, 투명 전극층(600)은 제2 버퍼층(500)과 광 흡수층(300)의 제2 패턴영역(P2)에 형성된 접촉저항 감소층(700)의 상부를 덮도록 형성될 수 있다.
상기와 같이, 투명 전극층(600)이 형성되면, 투명 전극층(600), 제2 버퍼층(500), 제1 버퍼층(400) 및 광 흡수층(300)의 일부를 제거하도록 제2 패턴영역(P2)과 일정 간격으로 인접 형성되도록 패터닝 공정이 수행하여 제3 패턴영역(P3)을 형성시키고, 이로부터 고효율 태양전지의 제조가 완료된다.
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.
100: 기판 200: 이면 전극층
300: 광 흡수층 400: 제1 버퍼층
700: 접촉저항 감소층 800: 스크라이빙용 팁
820: 몸체 840: 분사홀

Claims (9)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 이면 전극층;
    상기 이면 전극층 상에 형성되며 이면 전극층의 일부가 노출되도록 패턴 영역이 형성된 광 흡수층;
    상기 광 흡수층의 패턴 영역에 형성된 접촉저항 감소층; 및
    상기 광 흡수층 및 접촉저항 감소층 상에 형성된 투명 전극층;
    을 포함하는 태양전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 접촉저항 감소층의 두께는 광 흡수층 두께의 1/3 이하로 형성되는 태양전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 접촉저항 감소층은 CdlnO, CdSnO 및 Sr Cuprate:B 중 어느 하나를 포함하는 태양전지.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 접촉저항 감소층은 CdlnO, CdSnO 및 Sr Cuprate:B 중 어느 하나를 솔벤트에 녹여 페이스트 형태로 증착 형성되는 태양전지.
  5. 기판을 마련하는 단계;
    상기 기판 상에 이면 전극층을 증착하는 단계;
    상기 이면 전극층 상에 광 흡수층을 증착하는 단계;
    상기 광 흡수층에 기판의 일부가 노출되도록 패턴 영역을 형성하는 단계;
    상기 패턴 영역에 접촉저항 감소층을 형성하는 단계; 및
    상기 광 흡수층 및 접촉저항 감소층 상에 투명 전극층을 증착하는 단계;
    를 포함하는 태양전지 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 접촉저항 감소층은 CdlnO, CdSnO 및 Sr Cuprate:B 중 어느 하나를 솔벤트에 녹여 페이스트 형태로 증착하는 태양전지 제조방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 패턴 영역에 접촉저항 감소층을 형성하는 단계는 광 흡수층에 패턴 영역을 형성하는 단계와 동시에 수행되는 태양전지 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 광 흡수층에 패턴 영역을 형성하는 단계는 스크라이빙 팁에 형성되는 태양전지 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 접촉저항 감소층을 형성하는 단계는 스크라이빙 팁에 형성된 인젝터 홀로부터 분사되는 페이스트에 의해 형성되는 태양전지 제조방법.
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