KR20120137929A - Ｃｉ（ｇ）ｓ태양전지용 기판 및 이를 이용한 ｃｉ（ｇ）ｓ태양전지 - Google Patents

Ｃｉ（ｇ）ｓ태양전지용 기판 및 이를 이용한 ｃｉ（ｇ）ｓ태양전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20120137929A
KR20120137929A KR1020110057108A KR20110057108A KR20120137929A KR 20120137929 A KR20120137929 A KR 20120137929A KR 1020110057108 A KR1020110057108 A KR 1020110057108A KR 20110057108 A KR20110057108 A KR 20110057108A KR 20120137929 A KR20120137929 A KR 20120137929A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
solar cell
substrate
lower electrode
metal layer
Prior art date
Application number
KR1020110057108A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101228685B1 (ko
Inventor
김경보
백제훈
박영준
김종상
Original Assignee
주식회사 포스코
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 주식회사 포스코 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020110057108A priority Critical patent/KR101228685B1/ko
Priority to PCT/KR2012/004573 priority patent/WO2012173360A2/ko
Priority to JP2014515716A priority patent/JP5908073B2/ja
Priority to US14/126,115 priority patent/US20140130859A1/en
Priority to EP12800914.9A priority patent/EP2720279A4/en
Priority to CN201280039611.6A priority patent/CN103733352A/zh
Publication of KR20120137929A publication Critical patent/KR20120137929A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101228685B1 publication Critical patent/KR101228685B1/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
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/022441—Electrode arrangements specially adapted for back-contact solar cells
    • 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
    • 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
    • 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

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 Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 은 CI(G)S 태양전지용의 하부전극에 Na를 함유하여 태양전지의 전지 효율을 향상시키고, 금속물질을 이용함으로서 하부전극의 밀착성과 내식성을 향상시킨 CI(G)S 태양전지용 기판과 이용한 CI(G)S 태양전지을 제공한다.
이를 위해 본 발명은 하부기판과 상기 하부기판의 상부에 하부전극을 포함하고, 상기 하부전극은 Mo-X-Na 3성분계 복합금속층으로 이루어지며, 상기 X는 Nb, Ni, Si, Ti, W, Cr 중 선택된 1종이고, 상기 Mo-X-Na 3성분계 복합금속층에서 Mo의 함량은 50중량% 이하인 것을 특징으로 하는 CI(G)S 태양전지용 기판 및 하부기판과 상기 하부기판 상부에는 하부전극으로서 Mo-X-Na 3성분계 복합금속층을 포함하며, 상기 하부전극층 상부에는 광흡수층으로서 CI(G)S층을 포함하고, 상기 광흡수층 상부에는 버퍼층으로서 CdS층을 포함하며, 상기 버퍼층 상부에는 투명창을 포함하고, 상기 투명창 상부에는 상부전극을 포함하는 CI(G)S 태양전지를 제공한다.

Description

ＣＩ（Ｇ）Ｓ태양전지용 기판 및 이를 이용한 ＣＩ（Ｇ）Ｓ태양전지{SUBSTRATE FOR CI(G)S SOLAR CELL AND CI(G)S SOLAR CELL USING THE SAME}
본 발명은 CI(G)S 태양전지용 기판 및 태양전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하부기판과 하부전극의 밀착성 및 내식성을 향상시키기 위해, 금속 원소를 포함하는 새로운 하부전극을 포함한 CI(G)S 태양전지용 기판 및 이를 이용한 CI(G)S 태양전지에 관한 것이다.
지구의 온난화, 연료 자원의 고갈, 환경오염 등의 영향으로 화석연료를 사용하여 에너지를 채취하는 전통적인 에너지 채취 방법은 서서히 한계에 달하고 있다. 특히, 석유 연료의 경우에는 예측자마다 약간씩 상이하기는 하지만, 그리 멀지 않은 시간내에 바닥을 드러낼 것이라는 전망이 우세하다.
뿐만 아니라, 교토 의정서로 대표되는 에너지 기후 협약에 따르면, 화석 연료의 연소에 따라 생성되는 이산화탄소의 배출을 감소시킬 것을 강제적으로 요구하고 있다. 따라서, 현재의 체약국은 물론이며 향후에는 전세계 각국에 그 효력이 미쳐서 화석연료의 연간 사용량에 제약을 받을 것은 불을 보듯이 명확하다.
화석연료에 대체하기 위하여 사용되는 가장 대표적인 에너지 원으로서는, 원자력 발전을 들 수 있다. 원자력 발전은 원료가 되는 우라늄이나 플루토늄 단위 중량당 채취 가능한 에너지의 양이 크고, 이산화탄소 등의 온실가스를 발생시키지 않으므로, 상기 석유 등의 화석연료를 대체할 수 있는 유력한 무한에 가까운 대체 에너지원으로 각광 받아왔다.
그러나, 구소련 체르노빌 원자력 발전소나, 동일본 대지진에 의한 일본 후쿠시마 원자력 발전소 등의 폭발 사고는 무한의 청정 에너지원으로 간주되어 왔던 원자력의 안전성을 다시 검토하게 하는 계기가 되었으며, 그 결과 원자력이 아닌 또다른 대체 에너지의 도입이 어느 때보다도 절실히 요망되고 있다.
그 밖의 대체 에너지로서 많이 사용되고 있는 에너지 원으로서는 수력 발전을 들 수 있으나, 상기 수력 발전은 지형적인 인자와 기후적인 인자에 의해 많이 영향받기 때문에 그 사용이 제한적일 수 밖에 없다. 또한, 기타의 대체 에너지원들 역시 발전양이 적거나 또는 사용 지역이 크게 제한되는 등의 이유로 화석연료의 대체수단으로까지는 사용되기 어렵다.
그러나, 태양 전지는 적당한 일조량만 보장된다면 어디서나 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 발전용량과 설비규모가 거의 직선적으로 비례하기 때문에, 가정용과 같은 소용량 수요로 사용할 경우에는 건물 옥상 등에 작은 면적으로 전지판을 설치함으로써 발전이 가능하다는 장점이 있어, 세계적으로 그 이용이 증가되고 있을 뿐만 아니라, 그와 관련된 연구 역시 증가하고 있다.
태양전지는 반도체의 원리를 이용한 것으로서, p-n 접합된 반도체에 일정 수준 이상의 에너지를 갖춘 빛을 조사하면 상기 반도체의 가전자가 자유롭게 이동될 수 있는 가전자로 여기되어 전자와 정공의 쌍(EHP: electron hole pair)이 생성된다. 생성된 전자와 정공은 서로 반대쪽에 위치하는 전극으로 이동하여 기전력을 발생시키게 된다.
상기 태양전지의 가장 최초 형태는 실리콘 기판에 불순물(B)을 도핑하여 p형 반도체를 형성시킨 다음 그 위에 또다른 불순물(P)을 도핑시켜 층의 일부를 n형 반도체화 함으로써 p-n 접합이 이루어지도록 한 실리콘계 태양전지로서 1세대 태양전지로 많이 불린다.
상기 실리콘계 태양전지는 비교적 높은 에너지 전환효율과 셀 전환효율(실험실 최고의 에너지 전환효율에 대한 양산시 전환효율의 비율)이 높기 때문에, 가장 상용화 정도가 높다. 그러나, 상기 실리콘계 태양전지 모듈을 제조하기 위해서는 우선 소재로부터 잉곳을 제조하고 상기 잉곳을 웨이퍼화한 후 셀을 제조하고 모듈화한다고 하는 다소 복잡한 공정단계를 거쳐야 할 뿐만 아니라, 벌크 재질의 재료를 사용하기 때문에, 재료소비가 증가하여 제조비용이 높다는 문제가 있다.
이러한 실리콘계 태양전지의 단점을 해결하기 위하여, 2세대 태양전지로 불리우는 소위 박막형 태양전지가 제안되게 되었다. 박막형 태양전지는 상술한 과정으로 태양전지를 제조하는 것이 아니라, 기판 위에 순차적으로 필요한 박막층을 적층하는 형태로 제조하기 때문에, 그 과정이 단순하며, 두께가 얇아 재료비용이 저렴하다는 장점을 가진다.
그러나, 많은 경우 아직까지는 상기 실리콘계 태양전지와 비교할 때 에너지 전환효율이 높지 않아 상용화에 많은 걸림돌이 되고 있으나, 일부 높은 에너지 전환효율을 가진 태양전지가 개발되어 상용화 추진 중에 있다.
그 중 하나로서 CI(G)S계 태양전지를 들 수 있는데, 상기 태양전지는 구리(Cu), 인듐(In), 게르마늄(Ge)(게르마늄은 포함되지 않을 수 있음. 게르마늄이 포함되지 않을 경우에는 CIS로 불림), 셀레늄(Se)을 포함하는 CI(G)S 화합물 반도체를 기본으로 한 것이다.
상기 반도체는 3 또는 4가지 원소를 포함하고 있기 때문에 원소의 함량을 조절함으로써 밴드갭의 폭을 제어할 수 있어 에너지 변환효율을 상승시킬 수 있다는 장점을 가진다. 간혹 셀레늄(Se)을 황(S)으로 대체하거나 셀레늄(Se)을 황(S)과 함께 사용하는 경우도 있다. 본 발명에서는 이러한 경우 모두 CI(G)S 태양전지로 간주한다.
CIGS(게르마늄이 포함된 경우) 태양전지는 최하층에 기판이 존재하며, 상기 기판 위에 전극으로 사용되는 하부전극이 형성된다. 상기 하부전극 위에는 p형 반도체로서 광흡수층(CIGS)과 n형 반도체로서 버퍼층(예를 들면 CdS), 투명창, 상부 전극이 순차적으로 형성된다.
종래에 CI(G)S 태양전지의 기판으로는 유리를 많이 사용하였고, 하부전극으로는 몰리브덴(Mo)으로된 금속전극을 많이 사용하였다. 상기 유리 기판을 사용하는 경우에, 유리에 포함된 Na이 태양전지의 특성을 향상시키는 것으로 알려져 있다. 즉, 상기 Na이 CI(G)S 박막에 확산되어 첨가되면 전하농도가 증가하여 태양전지의 개방전압과 충실도를 높여준다.
최근에, 고가이고 대량 생산이 적지 않으며, 정형화된 형태로만 사용될 수 있는 유리 기판 대신에 유연성 기판을 사용하고자 하는 시도가 다수 이루어졌다. 유연성 기판은 유리에 비해서는 저렴하며, 롤 투 롤 방식으로 태양전지를 제조할 수 있으며, 여러가지 형태로 가공할 수 있기 때문에 건물 일체형 모듈(BIPV) 뿐만 아니라 항공 우주용 등의 다양한 용도로 사용될 수 있다. 상기 유연성 기판으로는 스테인레스강, 알루미늄 호일, 폴리이미드 필름와 같은 금속판이나 플라스틱 계열의 기판이 많이 사용된다.
상기 유연성 기판의 경우에는 Na의 첨가에 의한 효과를 볼 수 있다는 문제가 발생하였다. 이에 도 1에 나타난 바와 같이, 기판(10)과 CI(G)S층(30) 사이에 형성된 하부전극(20)을 Na를 함유하는 Mo-Na층으로 형성하여, 상기 문제를 해결하려는 시도가 있다.
그러나, 상기 Na 함유한 하부전극의 경우에도 하부전극의 금속기판과의 밀착성 및 내식성에 대한 문제가 여전히 남아있다.
본 발명의 일측면은 CI(G)S 태양전지용의 하부전극으로서 Na를 함유하여 태양전지의 전지 효율을 향상시키고, 금속물질을 이용함으로서 하부전극과 하부기판과의 밀착성 및 하부전극의 내식성을 향상시킨 CI(G)S 태양전지용 기판 및 이를 이용한 CI(G)S 태양전지를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일실시예는 하부기판과 상기 하부기판의 상부에 하부전극을 포함하고, 상기 하부전극은 Mo-X-Na 3성분계 복합금속층으로 이루어지며, 상기 X는 Nb, Ni, Si, Ti, W, Cr 중 선택된 1종이고, 상기 Mo-X-Na 3성분계 복합금속층에서 Mo의 함량은 50중량% 이하인 것을 특징으로 하는 CI(G)S 태양전지용 기판을 제공한다.
상기 Mo-X-Na 3성분계 복합금속층의 두께는 1㎛ 이하인 것이 바람직하다.
상기 하부기판과 상기 Mo-X-Na 3성분계 복합금속층 사이에 적어도 2층 이상이고, 서로 접하는 층간은 이종의 금속인 다층 확산방지막을 포함할 수 있다.
상기 다층 확산방지막은 금속층 사이에 산화물층을 추가로 포함할 수 있다.
상기 하부기판은 스테인레스, 알루미늄 호일, Fe-Ni계 금속, Fe-Cu계 금속, 폴리이미드로 이루어진 그룹에서 선택된 1종인 것이 바람직하다.
하부기판과 상기 하부기판 상부에는 하부전극층으로서 Mo-X-Na 3성분계 복합금속층을 포함하며, 상기 하부전극층 상부에는 광흡수층으로서 CI(G)S층을 포함하고, 상기 광흡수층 상부에는 버퍼층으로서 CdS층을 포함하며, 상기 버퍼층 상부에는 투명창을 포함하고, 상기 투명창 상부에는 상부전극을 포함하는 CI(G)S 태양전지를 제공한다.
상기 하부기판과 하부전극 사이에 적어도 2층 이상이고, 서로 접하는 층간은 이종의 금속인 다층 확산방지막을 포함할 수 있다.
상기 다층 확산방지막은 금속층 사이에 산화물층을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 기존의 Mo-Na 화합물 형태의 하부전극에 비해, 밀착성과 내식성이 향상된 CI(G)S 태양전지용 하부전극을 포함한 기판을 제공할 수 있고, 이로 인해, 내구성 및 품질 안정성이 향상된 CI(G)S 태양전지를 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 Mo-Na 금속의 하부전극을 나타낸 단면도임.
도 2는 본 발명의 일실시예인 Mo-X-Na 3성분계 복합금속층으로 이루어진 하부전극을 나타낸 단면도임.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명자들은 유연성 하부기판의 상부에 적층된 하부전극에 나트륨(Na)을 함유하고, Na에 의한 CI(G)S 태양전지의 성능을 향상시킬 뿐만 아니라, 밀착성 및 내식성을 향상시킬 수 있는 방안을 깊이 연구한 결과, 하부전극을 복합금속 전극으로 제조함으로서, 이를 해결할 수 있음을 인지하고 본 발명에 이르게 되었다.
먼저, 본 발명의 CI(G)S 태양전지용 기판에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명에서 기판은 하부기판과 상기 하부기판에 적층된 하부전극, 확산방지막을 모두 포함한다.
상기 하부전극은 Mo-X-Na 3성분계 복합금속층의 형태인 것을 특징으로 한다. 도 2를 참조하여 본 발명을 설명하면, 하부기판(10)과 CI(G)S층(30)사이에 형성되는 하부전극(20')을 Mo-X-Na 3성분계 복합금속층으로 형성한다. 상기 Mo-X-Na 3성분계 복합금속층을 형성하는 X는 Nb, Ni, Si, Ti, W, Cr 등이 적용될 수 있다. X 중 Mo 보다 밀도가 큰 W을 사용하는 것이 바람직하며, 이를 통하여 내식성향상 효과를 극대화할 수 있다. X를 포함함으로서 Mo만으로 이루어진 전극을 사용할 때 보다 하기 서술할 확산방지막과의 밀착성 및 내식성을 향상시킬 수 있으며, Na을 포함함으서 정공의 밀도를 높여 태양전지의 개방전압을 향상시킬 수 있다.
Mo-X-Na 3성분계 복합금속층의 X는 상술한 바와 같은 원소들이 적용될 수 있으나, Mo-X-Na 3성분계 복합금속층과 하부기판 사이에 확산방지막이 형성되는 경우 상기 확산방지막과 동일한 원소로 이루어지는 것이 바람직하다. 양 원소가 동일한 경우 하부전극과 기판의 밀착성을 더욱 높일 수 있다. 그리고, 확산방지막이 단층으로 구성되지 아니하고 2층 이상으로 적층되는 경우 최상층의 원소와 Mo-X-Na 3성분계 복합금속층의 X는 동일한 원소인 것이 바람직하다.
Mo-X-Na 3성분계 복합금속 중 Mo의 함량의 상한은 50중량%인 것이 바람직하며, 잔부는 X 및 Na일 수 있다. Mo의 함량이 50중량%를 초과하는 경우에는 Mo 대비 X의 함량이 크지 않아서 X의 투입효과로서 내식성이 향상되지 않고 밀착성이 저하된다. 단, 본 발명에서 Na 및 X의 함량은 제한하지 않을 수 있다..
여기서, 상기 Mo-X-Na 3성분계 복합금속층으로 이루어진 하부전극의 두께는 1㎛ 이하인 것이 바람직하다. 하부전극층의 두께를 1㎛ 이하로 제어하여야, 본 발명이 의도하는 박막 CI(G)S 태양전지용 하부전극으로 사용하기 적합하다.
상기 기판으로 유연성 기판을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 유연성 기판은 스테인레스, 알루미늄 호일, Fe-Ni계 금속, Fe-Cu계 금속, 폴리이미드계 등이 사용되는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 CI(G)S 태양전지용 기판을 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명하면, 먼저, Mo-X-Na 3성분계 복합금속을 타겟물질로 준비한다. 또한, Mo, X, Na 각각 타겟물질로 준비할 수 있다. 상기 X는 전술한 바와 같이 Nb, Ni, Si, Ti, W, Cr 등이 적용될 수 있고, 바람직하게는 W을 사용한다.
상기 타겟물질을 스퍼터링(sputtering)법을 이용하여 상기 하부기판 위에 증착시킬 수 있다. 상기 스퍼터링은 Co-스퍼터링을 이용하여 실시하는 것이 바람직하다. 즉, 타겟물질로서 Mo, X, Na를 한번에 스퍼터링 할 수 있다. 또한, Mo 및 X를 타겟물질로 적층하고 Na를 추후 도핑할 수 있다. 더불어, 스퍼터링법에 의하여, 각 원소를 레이어(layer)로 적층한 후 열처리하여 상기 복합금속층을 형성할 수도 있다.
더불어 본 발명의 CI(G)S 태양전지는 상기 하부기판과 상기 Mo-X-Na 3성분계 복합금속층 사이에 1 또는 2이상의 금속층으로 이루어진 확산방지막을 포함할 수 있다.
본 발명의 확산방지막은 태양전지의 기판 및 하부전극 사이에 형성되고, 2이상의 금속층으로 이루어질 수 있다. 3개의 금속층으로 이루어지는 것이 보다 바람직하다. 이종 물질에 의해 형성되는 계면은 불순물 등의 이종 원소가 확산하는데 장벽으로 작용할 수 있다. 동일한 물질내를 확산하던 이종 원소는 새로운 물질을 만나게 되면 기존 물질과의 확산 거동 차이에 의하여 확산에 장벽을 느끼게 된다. 이와 같은 장벽 효과에 의해 다층 확산방지막 구조는 불순물의 확산을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명에서 확산방지막의 총두께는 100~1500㎚로 제어하는 것이 바람직하다. 100㎚ 미만인 경우 본 발명이 의도하고자 하는 확산방지효과를 얻기 어렵다. 반면에, 1500㎚를 초과하는 경우 기판과 하부전극 사이의 밀착성이 떨어질 수 있다.
또한, 상기 금속층 계면에 의한 확산방지 효과를 통해, 단일층과 동일한 두께로 확산방지막을 형성하더라도, 단일층에 비해 월등히 우수한 확산 방지 효과를 확보할 수 있다. 가령, 150㎚의 단일층으로 이루어진 확산방지막과, 50㎚로 3개의 층으로 이루어진 다층의 확산방지막을 비교하면, 다층의 확산방지막은 단일층으로 이루어진 확산방지막보다 2개 이상의 계면을 더 보유하고 있기 때문에 동일한 두께에서도 보다 우수한 확산 방지 효과를 가질 수 있다.
상기 2이상의 금속층은 서로 다른 금속 물질로 이루어진 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 2이상의 금속층은 서로 접하는 금속층간에는 서로 다른 물질로 이루어진 것이 바람직하다. 상기 금속층은 Nb, Ni, Si, Ti, W, Cr 중 1종의 금속을 적용할 수 있다. 또한 각각의 금속층은 10㎚ 이상인 것이 바람직하다.
그리고 상기 금속층 사이에는 산화물층이 형성되는 것이 바람직하며, 상기 산화물층은 SiOX, SiNX, Al2O3 중 1종을 포함할 수 있다. 더불어, 상기 산화물층의 두께는 10㎚ 이상인 것이 바람직하다. 세라믹 물질의 경우 이종 원소의 확산이 금속 등에 대비하여 어렵기 때문에 확산방지효과를 향상시킬 수 있다.
여기서, 각층을 적층하는 방법은 스퍼터링을 이용할 수 있다. 다만, 반드시 스퍼터링법에 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 의도하는 방향으로 상기 금속층 또는 산화물층을 적층하는 방법이라면, 모두 가능하다.
이하, 본 발명의 일측면인 CI(G)S 태양전지에 대하여 상세히 설명한다.
상기 CI(G)S 태양전지는 하부기판과 상기 하부기판 상부에는 하부전극으로서 Mo-X-Na 3성분계 복합금속층을 포함하며, 상기 하부전극 상부에는 광흡수층으로서 CI(G)S층을 포함하고, 상기 광흡수층 상부에는 버퍼층으로서 CdS층을 포함하며, 상기 버퍼층 상부에는 투명창을 포함하고, 상기 투명창 상부에는 상부전극을 포함할 수 있다.
10: 하부기판
20, 20': 하부전극
30: CI(G)S층

Claims (8)

  1. 하부기판과 상기 하부기판의 상부에 하부전극을 포함하고, 상기 하부전극은 Mo-X-Na 3성분계 복합금속층으로 이루어지며, 상기 X는 Nb, Ni, Si, Ti, W, Cr 중 선택된 1종이고, 상기 Mo-X-Na 3성분계 복합금속층에서 Mo의 함량은 50중량% 이하인 것을 특징으로 하는 CI(G)S 태양전지용 기판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 Mo-X-Na 3성분계 복합금속층의 두께는 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 CI(G)S 태양전지용 기판.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부기판과 상기 Mo-X-Na 3성분계 복합금속층 사이에 적어도 2층 이상이고, 서로 접하는 층간은 이종의 금속인 다층 확산방지막을 포함하는 CI(G)S 태양전지용 기판.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 다층 확산방지막은 금속층 사이에 산화물층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 CI(G)S 태양전지용 기판.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부기판은 스테인레스, 알루미늄 호일, Fe-Ni계 금속, Fe-Cu계 금속, 폴리이미드로 이루어진 그룹에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 CI(G)S 태양전지용 기판.
  6. 하부기판과 상기 하부기판 상부에는 하부전극으로서 Mo-X-Na 3성분계 복합금속층을 포함하며, 상기 하부전극 상부에는 광흡수층으로서 CI(G)S층을 포함하고, 상기 광흡수층 상부에는 버퍼층으로서 CdS층을 포함하며, 상기 버퍼층 상부에는 투명창을 포함하고, 상기 투명창 상부에는 상부전극을 포함하는 CI(G)S 태양전지.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 하부기판과 하부전극 사이에 적어도 2층 이상이고, 서로 접하는 층간은 이종의 금속인 다층 확산방지막을 포함하는 CI(G)S 태양전지.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 다층 확산방지막은 금속층 사이에 산화물층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 CI(G)S 태양전지.
KR1020110057108A 2011-06-13 2011-06-13 Ｃｉ（ｇ）ｓ태양전지용 기판 및 이를 이용한 ｃｉ（ｇ）ｓ태양전지 KR101228685B1 (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110057108A KR101228685B1 (ko) 2011-06-13 2011-06-13 Ｃｉ（ｇ）ｓ태양전지용 기판 및 이를 이용한 ｃｉ（ｇ）ｓ태양전지
PCT/KR2012/004573 WO2012173360A2 (ko) 2011-06-13 2012-06-08 태양전지 기판 및 이를 이용한 태양전지
JP2014515716A JP5908073B2 (ja) 2011-06-13 2012-06-08 太陽電池基板及びこれを用いた太陽電池
US14/126,115 US20140130859A1 (en) 2011-06-13 2012-06-08 Solar cell substrate and solar cell using same
EP12800914.9A EP2720279A4 (en) 2011-06-13 2012-06-08 SOLAR CELL SUBSTRATE AND SOLAR CELL WITH IT
CN201280039611.6A CN103733352A (zh) 2011-06-13 2012-06-08 太阳能电池基板和使用所述基板的太阳能电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110057108A KR101228685B1 (ko) 2011-06-13 2011-06-13 Ｃｉ（ｇ）ｓ태양전지용 기판 및 이를 이용한 ｃｉ（ｇ）ｓ태양전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120137929A true KR20120137929A (ko) 2012-12-24
KR101228685B1 KR101228685B1 (ko) 2013-01-31

Family

ID=47904830

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110057108A KR101228685B1 (ko) 2011-06-13 2011-06-13 Ｃｉ（ｇ）ｓ태양전지용 기판 및 이를 이용한 ｃｉ（ｇ）ｓ태양전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101228685B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101501742B1 (ko) * 2013-11-01 2015-03-12 전북대학교산학협력단 확산 방지 막을 구비하는 박막 태양전지의 제조방법 및 이에 의해 제조된 박막 태양전지
US9412524B2 (en) 2013-11-15 2016-08-09 Hyundai Motor Company Method for forming conductive electrode patterns and method for manufacturing solar cells comprising the same
US9491878B2 (en) 2013-03-14 2016-11-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Electronic device with protective case and operating method thereof
KR20190103637A (ko) * 2018-02-28 2019-09-05 한국에너지기술연구원 용액성장법에 의한 박막형성장치, 박막형성방법 및 cigs계 태양전지의 제조방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102165322B1 (ko) * 2018-11-23 2020-10-14 한국과학기술연구원 후면 반사 색상이 조절되는 유연 박막태양전지

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002261302A (ja) * 2001-02-28 2002-09-13 Kyocera Corp 薄膜結晶質Ｓｉ太陽電池
JP2006165386A (ja) * 2004-12-09 2006-06-22 Showa Shell Sekiyu Kk Ｃｉｓ系薄膜太陽電池及びその作製方法
US8134069B2 (en) * 2009-04-13 2012-03-13 Miasole Method and apparatus for controllable sodium delivery for thin film photovoltaic materials

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9491878B2 (en) 2013-03-14 2016-11-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Electronic device with protective case and operating method thereof
US10216318B2 (en) 2013-03-14 2019-02-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Electronic device with protective case and operating method thereof
US10649576B2 (en) 2013-03-14 2020-05-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Electronic device with protective case and operating method thereof
US11294494B2 (en) 2013-03-14 2022-04-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Electronic device with protective case and operating method thereof
KR101501742B1 (ko) * 2013-11-01 2015-03-12 전북대학교산학협력단 확산 방지 막을 구비하는 박막 태양전지의 제조방법 및 이에 의해 제조된 박막 태양전지
US9412524B2 (en) 2013-11-15 2016-08-09 Hyundai Motor Company Method for forming conductive electrode patterns and method for manufacturing solar cells comprising the same
US9916936B2 (en) 2013-11-15 2018-03-13 Hyundai Motor Company Method for forming conductive electrode patterns and method for manufacturing solar cells comprising the same
KR20190103637A (ko) * 2018-02-28 2019-09-05 한국에너지기술연구원 용액성장법에 의한 박막형성장치, 박막형성방법 및 cigs계 태양전지의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR101228685B1 (ko) 2013-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5789716B2 (ja) 太陽電池基板とその製造方法及びこれを用いた太陽電池
KR101228685B1 (ko) Ｃｉ（ｇ）ｓ태양전지용 기판 및 이를 이용한 ｃｉ（ｇ）ｓ태양전지
JP5908073B2 (ja) 太陽電池基板及びこれを用いた太陽電池
KR101228735B1 (ko) 다층 확산방지막을 포함하는 태양전지 기판 및 이를 이용한 태양전지
KR20120119807A (ko) 태양 전지
KR101253953B1 (ko) Ｃｉ（ｇ）ｓ 태양전지용 기판 및 그 제조방법
KR101502208B1 (ko) 태양 전지 어레이, 박막 태양광 모듈 및 그 제조 방법
KR101412150B1 (ko) 탠덤 구조 ｃｉｇｓ 태양전지 및 그 제조방법
KR20150071553A (ko) 전도성 산화물을 포함하는 확산방지막을 갖는 플렉서블 태양전지
KR101228666B1 (ko) 다층 하부전극을 포함한 ｃｉ（ｇ）ｓ 태양전지용 기판 및 이를 이용한 ｃｉ（ｇ）ｓ 태양전지
KR101228772B1 (ko) Ｎａ이 포함된 다층 금속 확산방지막을 포함하는 태양전지 기판 및 이를 이용한 태양전지
KR101867617B1 (ko) 다층 확산방지막을 포함하는 태양전지
KR101304710B1 (ko) 다층 금속 확산방지막을 포함하는 태양전지 기판 및 이를 이용한 태양전지
CN104254926B (zh) 光伏装置
KR101242856B1 (ko) ＣＩ(Ｇ)Ｓ 태양전지용 Ｆｅ-Ｃｒ합금 기판 및 그 제조방법
KR20120136931A (ko) ＣＩ(Ｇ)Ｓ 태양전지용 Ｆｅ-Ｎｉ합금 기판 및 그 제조방법
KR20130104347A (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR101765922B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR20140106533A (ko) 초박형 유연성 유리를 적용한 다중-접합 광발전형 모듈
KR101867616B1 (ko) 확산방지층을 포함하는 태양전지
KR101228743B1 (ko) 태양전지용 기판 및 그 제조방법
KR101253907B1 (ko) Ｎａ이 포함된 확산방지막을 갖는 태양전지 기판 및 그 제조방법
KR101242942B1 (ko) 태양전지용 기판 및 그 제조방법
KR101189366B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
JP2013077692A (ja) 光電変換装置

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: 20160122

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170120

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180125

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190123

Year of fee payment: 7