KR20130009804A - 태양전지용 흡수제 박막 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지용 A-B-C2 또는 0≤x≤1인 A2-(Dx,E1 -x)-C4 흡수제 박막 제조 방법에 관한 것으로, A는 11족으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이며, B는 13족으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이며, C는 16족으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이며, D는 12족으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이며 E는 14족으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이다. 상기 방법은 11, 12, 13 및 14족으로부터 선택된 원소들의 산화물을 전기화학적으로 증착하는 단계(S1), 환원분위기에서 어닐링하는 단계(S2) 및 16족의 원소를 공급하는 단계(S3)를 포함한다.
Description
본 발명은 태양전지, 특히 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지의 제조에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 태양전지용 흡수제 박막 제조 방법 및 본 발명에 따라 제조된 흡수제 박막을 포함하는 태양전지 제조 방법에 관한 것이다.
태양전지는 주로 박막들의 적어도 하나가 광기전 특성을 가지는 박막들의 스택(stack)을 포함하는 구조를 가진다.
태양전지의 한 예시적 구조는 도 1에 도시된다.
도 1에 도시된 대로, 태양전지는 일반적으로 절연 지지체(12) 상에 놓인 막들의 스택을 가진다. 일반적으로, 절연 지지체(12)는 한 층의 유리이다.
0.5㎛ 내지 1㎛의 두께를 가진 몰리부덴의 막(14)이 절연 지지체(12) 상에 증착된다. 몰리부덴 막(14)은 일반적으로 진공 증발 또는 스퍼터링에 의해 증착된다.
흡수제 막(16)은 몰리부덴 막(14) 상에 증착된다. 흡수제 막(16)은 일반적으로 약 2 마이크론의 두께를 가지며 진공 증발 또는 캐소드 스퍼터링에 의해 증착될 수 있다.
계면 막(18)이 흡수제 막(16) 상에 증착된다. 버퍼 막으로도 불리는 계면 막(18)은 용액에서 화학적으로 증착된 황화카드뮴 또는 황화아연을 포함할 수 있다. 계면 막(18)은 일반적으로 10nm 내지 80nm의 두께를 가진다.
약간 도핑된 산화아연 막(20)은 계면 막(18) 상에 캐소드 스퍼터링에 의해 증착된다. 약하게 도핑된 산화아연 막(20)은 약 50nm 내지 100nm의 두께를 가진다.
알루미늄 도핑된 산화아연 막(22)은 약하게 도핑된 산화아연 막(20) 상에 증착된다. 알루미늄 도핑된 산화아연 막(22)은 약 0.5㎛ 내지 1㎛의 두께를 갖도록 통상적으로 진공 스퍼터링에 의해 증착된다.
상기 산화아연 막의 도핑은 상기 막을 n-형 도전성으로 만들고 태양전지의 전면에서 (눈에 투명한) 전극으로 역할하는 하려는 것이다.
흡수제 막(16)이 화합물로 CuInSe2 또는 Cu(Inx,Ga1 -x)Se2로 구성되는 태양전지는 20%까지의 변환 효율을 가진다.
박막으로 태양전지를 제조하는 주요 방법은, 예를 들어 공동-증발 또는 평평한 캐소드 스퍼터링과 같은 물리적 방법을 사용한다.
CuInSe2 또는 Cu(Inx,Ga1 -x)Se2 박막의 광기전 특성은 흡수제 박막의 조성에 상당히 의존한다. 따라서, 흡수제 박막의 조성을 가능하면 정확하게 제어할 수 있는 것이 중요하다.
전기증착은 CuInSe2 또는 Cu(Inx,Ga1 -x)Se2 박막의 조성의 제어를 향상시키는 역할을 할 수 있는 방법이다.
CuInSe2 합금을 전기증착하는 방법은 출원 US 4,581,108에 기술된다.
출원 US 4,581,108에 기술된 방법은 다음 연속 단계를 포함한다:
- 구리(Cu) 및 인듐(In)의 박막을 전기증착하는 단계,
- CuInSe2 막을 형성하기 위해 셀렌화에 의해 셀레늄(Se)을 첨가하는 단계.
전기증착에 의한 흡수제 박막의 제조는, 특히, 다음과 같은 이유 때문에 실행하기 복잡하다:
- 박막의 다양한 구성 원소들의 산화화원 전위의 매우 큰 차이,
- 인듐염 및/또는 칼륨염의 낮은 용해도,
- 산소에 대한 갈륨의 강한 친화력, 및
- 셀레늄 화학반응의 큰 복잡성.
따라서 잘 제어된 조성을 가진 흡수제 박막을 제조하는 쉽게 응용할 수 있는 방법에 대한 요구가 존재한다.
따라서 본 발명은 태양전지용 A-B-C2 또는 0≤x≤1인 A2-(Dx,E1 -x)-C4 흡수제 박막 제조 방법을 제안하며, A는 11족으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이며, B는 13족으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이며, C는 16족으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이며, D는 12족으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이며 E는 14족으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이며, 상기 방법은 다음 연속 단계:
·A-B-C2 막을 위한, 11족의 적어도 하나의 원소 및 13족의 한 원소 또는 A2-(Dx,E1-x)-C4 막을 위한, 11족의 적어도 하나의 원소, x>0인 경우 12족의 적어도 하나의 원소 및 x<1인 경우 14족의 적어도 하나의 원소를 포함하는 산화물 및/또는 수산화물의 혼합물의 박막을 전기증착하는 단계,
·환원 분위기에서 상기 박막을 어닐링하는 단계,
·A-B-C2 또는 0≤x≤1인 A2-(Dx,E1 -x)-C4 박막을 형성하기 위해 16족의 적어도 하나의 원소를 공급하는 단계를 포함한다.
유리하게는, 산화물 및/또는 수산화물 형태의 11, 12, 13 및 14족 원소들의 전기증착은 실행하기 쉬우며 비-산화 형태의 이런 원소들의 전기증착보다 최종 조성의 제어가 더욱 잘 된다. 특히, 전해질 용액은 산화물이 용액에서 Se 또는 S 원자의 부존재하에서 형성될 때 더욱 안정하며, 종래 기술의 전기증착과 반대로, 흡수제 박막의 화학적 조성은 상기 막의 성장 동안 변하지 않는다.
유리하게는, 산업적 수준에서 완벽하게 정립되어 있고 대용량으로 저비용으로 태양전지 패널의 생산에 매우 유리한 코팅 기술에 의해 큰 영역 상에 증착을 실행하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 방법은 개별적으로 또는 이의 모든 가능한 조합으로 고려된 아래의 선택적 특징들의 하나 이상을 더 포함할 수 있다:
- 전기증착은 적어도 5℃이며 95℃ 이하의 온도에서 실행된다;
- 환원 분위기에서 어닐링은 적어도 300℃이며 650℃ 이하의 온도에서 실행된다;
- 환원 분위기에서 어닐링은 적어도 20초이며 15분 이하의 지속기간을 가진다;
- 박막의 전기증착 전에, A-B-C2 막을 위한 A 및 B의 염들의 혼합물 또는 A2-(Dx,E1-x)-C4 막을 위한 A, D 및/또는 E의 염의 혼합물을 함유하는 수용액은 적어도 하나의 산소 도너 종들의 존재하에서 제조된다;
- 산소 도너 종들은 질산염 이온 또는 이산소 또는 과산화수소 또는 하이포아염소산염 이온들로 이루어진다;
- 원소 A는 구리 또는 은 또는 구리와 은의 혼합물이며 C는 셀레늄 또는 황 또는 셀레늄과 황의 혼합물이다;
- 태양전지용 흡수제 박막은 A-B-C2 형태이며 B는 인듐, 갈륨, 알루미늄 또는 이의 혼합물로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함한다;
- 전기증착은 포화 Hg/Hg2SO4/K2SO4 기준 전극과 비교하여, 적어도 -1.8V, 예를 들어 적어도 -1.0V이며 -0.5V 이하, 예를 들어 -0.70V 이하의 전압 또는 1 내지 30mA.cm-2의 전류 밀도를 몰리부덴 막으로 코팅된 절연 기판을 포함하는 전극에 인가함으로써 실행된다;
- 전기 증착은 포화 Hg/Hg2SO4/K2SO4 기준 전극과 비교하여,
- 적어도 -1.8V 및 엄격하게는 -1.0V 미만, 또는
- 적어도 -1.0V이며 -0.70V 이하, 또는
- 엄격하게는 -0.70V 초과 및 -0.5V 이하의 전압 또는 1 내지 30mA.cm-2의 전류 밀도를 몰리부덴 막으로 코팅된 절연 기판을 포함하는 전극에 인가함으로써 실행된다;
- 전해질 용액에서 원소 A 및 B의 원자 비는 적어도 0.2, 예를 들어 적어도 0.8이며 1.5 이하, 예를 들어, 1.2 이하이다;
- 전해질 용액에서 원소 A 및 B의 원자 비는
- 적어도 0.2 및 엄격하게는 0.8 미만, 또는
- 적어도 0.8이며 1.2 이하, 또는
- 엄격하게는 1.2 초과 및 1.5 이하이다;
- 태양전지용 흡수제 박막은 A-B-C2 형태이며 B는 인듐과 갈륨의 혼합물을 포함하며, 전해질 용액에서 인듐과 갈륨의 농도 비는 적어도 0.2, 예를 들어, 적어도 0.8이며 1.5 이하, 예를 들어, 1.2 이하이다;
- 태양전지용 흡수제 박막은 A-B-C2 형태이며 B는 인듐과 갈륨의 혼합물을 포함하며, 전해질 용액에서 인듐과 갈륨의 농도 비는
- 적어도 0.2 및 엄격하게는 0.8 미만, 또는
- 적어도 0.8이며 1.2 이하, 또는
- 엄격하게는 1.2 초과 및 1.5 이하이다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 태양전지용 흡수제 박막 제조 방법을 포함하는, 태양 전지 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
본 발명은 전적으로 예로서 제공된 다음 상세한 설명을 읽고 첨부된 도면들을 참조하여 잘 이해될 것이다.
- 도 1은 태양전지를 구성하는 박막들의 스택을 개략적으로 도시한다.
- 도 2는 본 발명에 따른 방법의 여러 단계를 도시한다.
- 도 3은 흡수제 박막을 포함하는 태양전지의 변환 효율에 대한 흡수제 박막의 갈륨 함량의 영향을 설명하는 그래프이다.
- 도 4는 흡수제 박막을 포함하는 태양전지의 변환 효율에 대한 흡수제 박막의 환원 분위기에서 어닐링 시간의 영향을 설명하는 그래프이다.
- 도 5는 흡수제 박막을 포함하는 태양전지의 변환 효율에 대한 흡수제 박막의 환원 분위기에서 어닐링 온도의 영향을 설명하는 그래프이다.
- 도 6은 환원 분위기에서 어닐링 후 흡수제 박막의 X-레이 회절도이다.
- 도 7과 8은 본 발명의 한 예시적 실시태양의 환원 분위기에서 어닐링 및 셀레늄 증기에서 어닐링의 온도 프로파일을 도시한다.
- 도 1은 태양전지를 구성하는 박막들의 스택을 개략적으로 도시한다.
- 도 2는 본 발명에 따른 방법의 여러 단계를 도시한다.
- 도 3은 흡수제 박막을 포함하는 태양전지의 변환 효율에 대한 흡수제 박막의 갈륨 함량의 영향을 설명하는 그래프이다.
- 도 4는 흡수제 박막을 포함하는 태양전지의 변환 효율에 대한 흡수제 박막의 환원 분위기에서 어닐링 시간의 영향을 설명하는 그래프이다.
- 도 5는 흡수제 박막을 포함하는 태양전지의 변환 효율에 대한 흡수제 박막의 환원 분위기에서 어닐링 온도의 영향을 설명하는 그래프이다.
- 도 6은 환원 분위기에서 어닐링 후 흡수제 박막의 X-레이 회절도이다.
- 도 7과 8은 본 발명의 한 예시적 실시태양의 환원 분위기에서 어닐링 및 셀레늄 증기에서 어닐링의 온도 프로파일을 도시한다.
명확함을 위해서, 도면들의 다양한 요소들은 반드시 정확한 축적으로 도시되지 않는다.
본 발명은 태양전지용 흡수제 박막 제조 방법에 관한 것이다. 흡수제 박막은 A-B-C2 또는 0≤x≤1인 A2-(Dx,E1 -x)-C4 합금을 기초로 하며, A는 11족으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이며, B는 13족으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이며, C는 16족으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이며, D는 12족으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이며 E는 14족으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이다.
본 발명의 한 실시태양에 따라, A는 구리(Cu) 및 은(Ag)으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이다.
본 발명의 한 실시태양에 따라, B는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga) 및 인듐(In)으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이다.
본 발명의 한 실시태양에 따라, C는 황(S) 및 셀레늄(Se)으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이다.
본 발명의 한 실시태양에 따라, D는 아연(Zn) 및 카드뮴(Cd)으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이다.
본 발명의 한 실시태양에 따라, E는 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn) 및 납(Pb)으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이다.
본 발명의 한 실시태양에 따라, 흡수제 박막은 0≤p≤1, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1 및 x+y+z = 1인 CupAg1 -p(InxGayAlz)Se2 합금을 기초로 한다.
본 발명의 한 실시태양에 따라, 흡수제 박막은 0≤x≤1인 Cu(InxGa1 -x)Se2 합금을 기초로 한다.
본 발명의 한 실시태양에 따라, 흡수제 박막은 0≤x≤1 및 0≤y≤1인 Cu2(SnxZn1-x)(SeyS1-y)4 합금을 기초로 한다.
도 2에 도시된 대로, 본 발명에 따른 방법은
- 전기증착의 단계 S1,
- 환원 분위기에서 어닐링의 단계 S2, 및
- 16족의 적어도 하나의 원소를 공급하는 단계 S3를 포함한다.
본 발명의 한 실시태양에 따라, 전기증착 단계 S1 이전에, 상기 방법은 전해질의 제조 단계를 포함한다.
유리하게는, 본 발명에 따른 방법은 원소 A, B, D 또는 E의 산화물 막의 증착을 사용한다. 산화물 및/또는 수산화물 막의 이런 증착은 저온, 적어도 5℃이며 95℃ 이하에서 전기분해에 의해 실행될 수 있으며 고가의 진공 또는 증기 증착 장비를 필요로 하지 않는다.
전해질은, 예를 들어, A-B-C2 막의 제조의 후속물(follow-up)을 제조하기 위해서 A 및 B의 염들의 혼합물 또는 A2-(Dx,E1 -x)-C4 막의 경우 A, D 및/또는 E의 염들의 혼합물을 함유하는 수용액이다. 염들은 산소 도너 종들을 존재하에서 혼합되며, 한 실시태양에 따라, 원소 A, B, D 및 E의 염들은 질산염이다. 산소 도너 종들은 질산, 또는 산소 기체 또는 과산화수소 또는 하이포아염소산염 이온일 수 있다.
수용액은 또한 이의 전도성을 향상시키기 위해 지지 전해질을 포함할 수 있다.
유리하게는, 본 발명에 따른 수성 전해질 용액은 안정하고 침전하는 경향을 전혀 갖지 않는다.
전기증착은 기준 전극과 비교하여 증착 전극에 전압 또는 전류 밀도를 인가함으로써 실행될 수 있다. 증착 전극은 절연판, 예를 들어, 몰리부덴 막으로 코팅된 유리판을 포함할 수 있다. 기준 전극은 포화 칼로멜 전극 또는 황산수은 전극 또는 Ag/AgCl 전극일 수 있다.
한 실시태양에 따라, 전기증착은 적어도 5℃이며 95℃ 이하의 온도, 예를 들어 적어도 30℃, 바람직하게는 적어도 60℃이며 83℃ 이하, 예를 들어 실질적으로 80℃와 동일한 온도에서 실행된다.
한 실시태양에 따라, 원소 A는 구리이며 원소 B는 인듐, 갈륨 및 알루미늄 또는 이의 혼합물로부터 선택되며, 전기증착은 포화 황산수은 기준 전극과 비교하여, 적어도 -1.8V, 예를 들어 적어도 -1V이며 -0.5V 이하, 예를 들어, -0.70V 이하의 전압을 전극에 인가함으로써 실행된다. 1.0 내지 30mA.cm-2의 전류 밀도가 또한 인가될 수 있다.
산화물 및/또는 수산화물 막은 반응 동안 변화된 전기의 양, 반응 온도 및 반응 시간에 의해 두께가 제어되는 박막 형태로 몰리부덴 막으로 코팅된 절연 기판을 포함하는 전극 상에 증착된다.
증착 속도는 25℃에서 시간당 약 3.5 마이크론 및 80℃에서 시간당 10 마이크론 초과로 높다.
통상적으로, 증착은 약 10 내지 20분의 기간 동안 수용액에서 실행되며 600 내지 2000 나노미터, 예를 들어 800 내지 1200 나노미터의 두께를 가진 산화물 막의 형성을 유도한다.
증착된 흡수제 막의 조성은 한편으로는 수용액의 염 조성 및 다른 한편으로는 증착 전극에 인가된 전압 또는 전류 밀도에 의해 제어된다.
본 발명자들은 A-B-C2 합금을 포함하는 흡수제 막으로 얻은 태양전지는 전해질 용액에서 원소 A 및 B의 원자 비가 적어도 0.2, 예를 들어 0.8 초과 및 1.5 이하, 예를 들어 1.2 이하, 예를 들어 1 이하, 예를 들어 실질적으로 1과 동일할 때향상된 변환 효율을 가진다는 것을 발견하였다.
예를 들어, Cu(InxGa1 -x)Se2 합금을 포함하는 흡수제의 경우에, 본 발명자들은 변환 효율은 Cu/(In+Ga) 원자 비가 1에 근접하고 갈륨 함량:Ga/(In+Ga)가 적어도 0.2이며 0.35 이하, 예를 들어, 실질적으로 0.3과 동일할 때 향상되는 것을 발견하였다.
도 3은 상기 흡수제 막을 포함하는 태양전지의 변환 효율에 대한 Cu(InxGa1 -x)Se2 흡수제 막에서 갈륨 함량의 영향을 설명한다.
변환 효율은 0.2 내지 0.35, 바람직하게는 실질적으로 0.3과 동일한 갈륨 Ga(In+Ga) 함량에 대해 최적이다. 본 발명자들은 산화물 및/또는 수산화물 증착물들이 비결정 외관을 가진다는 것을 X-레이 회절에 의해 관찰하였다.
본 발명에 따른 방법은 전기증착 동안 얻은 산화물 박막의 환원 분위기에서 어닐링 단계를 더 포함한다.
도 4는 Cu(InxGa1 -x)Se2 흡수제 막을 포함하는 태양전지의 변환 효율에 대한 환원 분위기에서 어닐링 단계의 온도의 영향을 설명하며, 어닐링 단계는 20초 동안 에탄올 분위기에서 실행된다.
도 4에 도시된 대로, 변환 효율을 향상시키기 위해서, 환원 분위기에서 어닐링 단계는 적어도 300℃이며 650℃ 이하의 온도, 예를 들어, 적어도 500℃이며 575℃ 이하의 온도, 예를 들어, 실질적으로 500℃와 동일한 온도에서 실행되는 것이 유리하다.
본 발명의 한 실시태양에 따라, 환원 분위기에서 어닐링 단계는 20초 내지 15분, 예를 들어 20초 내지 5분 동안 지속할 수 있다.
도 5는 Cu(InxGa1 -x)Se2 흡수제 막을 포함하는 태양전지의 변환 효율에 대한 환원 분위기에서 어닐링 단계의 지속기간의 영향을 설명하며, 어닐링 단계는 550℃의 온도에서 에탄올 분위기에서 실행된다.
도 5에 도시된 대로, 변환 효율을 향상시키기 위해서, 환원 분위기에서 어닐링 단계는 20초 내지 50초 동안 지속하는 것이 유리하다.
환원 분위기에서 어닐링 단계는 H2/N2 혼합물 또는 알코올 증기, 탄화수소 증기, 또는 암모니아 증기를 사용하여 실행할 수 있다.
환원 분위기에서 어닐링 단계는 산화물 막을 금속 합금으로 환원시키는 역할을 한다.
도 6은 환원 분위기에서 어닐링 후 구리, 갈륨 및 인듐 산화물의 혼합물의 증착물의 X-레이 회절도이다. 도 6에 도시된 회절도는 Cu9In4 및 Cu9Ga4 입방체 상 및 몰리부덴 기판에 해당하는 대형 피크를 확인시키는 역할을 한다. 회절도는 입방체 구조 및 Cu9In4 및 Cu9Ga4의 변수 사이의 중간 변수를 가지는 혼합 Cu9(Inx, Ga1 -x)4 상으로 나타낼 수 있다.
도 6의 회절도에 도시된 대로, 환원 분위기에서 어닐링의 완료시에, 모든 산화물들이 환원되었다.
본 발명에 따른 방법은 A-B-C2 또는 0≤x≤1인 A2-(Dx,E1 -x)-C4 박막을 형성하기 위해서 16족의 적어도 하나의 원소를 첨가하는 단계를 더 포함한다. 예를 들어, 첨가 단계는 CIS 또는 CIGS 화합물의 형성을 유도하는 통상적인 셀렌화 단계일 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 흡수제 박막의 제조 단계 및 전지들을, 예를 들어 화학적 바스 증착(CBD) 및 최종 투명 전도성 산화물(TCO) 막의 증착에 의해 Cds의 버퍼 막으로 보충하는 단계를 포함하는 태양전지 제조 방법에 관한 것이다.
태양전지는 통상적인 특징을 나타낼 수 있다.
Cu
(
In
x
Ga
1
-x
)Se
2
흡수제 막을 포함하는 태양전지의 제조의
실시예
15x10-3mol.1-1 질산구리, 8x10-3mol.1-1 질산인듐 및 8x10-3mol.1-1 질산갈륨의 용액을 1.86의 pH에서 0.1 mol.1-1 질산나트륨의 지지 전해질과 혼합한다. 용액의 온도는 80℃로 설정한다.
500nm 두께 몰리부덴 막으로 코팅된 유리판으로 이루어진 증착 전극을 사용한다.
전기분해는 약 8분 동안 증착 전극과 포화 황산수은 전극(포화 Hg/Hg2SO4/K2SO4) 사이에 -0.825V의 전압 차이에서 실행한다. X-레이 형광에 의해 분석한 산화물 막의 조성은 44 원자% 구리, 38 원자% 인듐 및 18 원자% 갈륨이며, 따라서 갈륨/(인듐+갈륨) 비는 0.32이며 구리/(인듐+갈륨) 비는 0.8이다. 산화물 막의 두께는 약 1 마이크론이다.
빠른 어닐링은 도 7에 도시된 온도 프로파일에 따라 580℃에서 약 20초 동안 램프 화로에서 에탄올 증기에서 실행한다.
환원 분위기에서 이런 어닐링 후, 도 6에 도시된 회절도에 의해 확인한 대로, Cu9(In,Ga)4와 유사한 구조를 가진 Cu-In-Ga 합금 막을 얻는다.
환원 처리 후 도 8에 도시된 온도 프로파일에 따라 셀레늄 증기압하에서 더 긴 어닐링이 이어진다.
셀레늄 증기에서 이런 제 2 열처리 후, 막의 두께는 약 2.8 마이크론이며, 막은 약 1.2의 (셀레늄/구리+인듐+갈륨) 비에 상응하는 약 21 원자% 구리, 54 원자% 셀레늄, 19 원자% 인듐 및 7 원자% 갈륨을 함유한다. 그런 후에 막에 통상적인 시안화물 피클링(pickling) 처리를 하고 화학적 증착에 의한 Cds 막의 증착이 이어진다.
약하게 도핑된 산화물 아연과 그 위 알루미늄 도핑된 산화아연 막의 최종 이중막은 캐소드 스퍼터링에 의해 증착된다.
얻은 태양 전지의 변환 효율은 표준 조건에서 인공태양광 조사장치(solar stimulator)에서 측정한다(AM 1.5).
변환 효율은 0.1cm2의 면적에 대해 약 7.8%이며, 개방 전압은 약 0.375V이며, 개방 전류 밀도는 약 35mA.cm-2이며 형성 인자(form factor)는 약 60%이다. 본 발명은 기술한 실시태양들에 제한되지 않으며 비 제한적이며, 임의의 동등한 실시태양을 포함하는 것으로 해석돼야 한다.
Claims (12)
- 태양전지용 A-B-C2 또는 0≤x≤1인 A2-(Dx,E1 -x)-C4 흡수제 박막 제조 방법으로서, A는 11족으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이며, B는 13족으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이며, C는 16족으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이며, D는 12족으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이며 E는 14족으로부터 선택된 원소 또는 원소들의 혼합물이며, 상기 방법은 다음 연속 단계:
·A-B-C2 막의 경우, 11족의 적어도 하나의 원소 및 13족의 한 원소 또는 A2-(Dx,E1-x)-C4 막의 경우, 11족의 적어도 하나의 원소, x>0인 경우 12족의 적어도 하나의 원소 및 x<1인 경우 14족의 적어도 하나의 원소를 포함하는 산화물 및/또는 수산화물의 혼합물의 박막을 전기증착하는 단계,
·환원 분위기에서 상기 박막을 어닐링하는 단계,
·A-B-C2 또는 0≤x≤1인 A2-(Dx,E1 -x)-C4 박막을 형성하기 위해 16족의 적어도 하나의 원소를 공급하는 단계를 포함하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
전기증착은 적어도 5℃이며 95℃ 이하의 온도에서 실행되는 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
환원 분위기에서 어닐링은 적어도 300℃이며 650℃ 이하의 온도에서 실행되는 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
환원 분위기에서 어닐링은 적어도 20초이며 15분 이하의 지속기간을 가지는 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
박막의 전기증착 전에, A-B-C2 막을 위한 A 및 B의 염들의 혼합물 또는 A2-(Dx,E1-x)-C4 막을 위한 A, D 및/또는 E의 염의 혼합물을 함유하는 수용액은 적어도 하나의 산소 도너 종들의 존재하에서 제조되는 방법. - 제 5 항에 있어서,
산소 도너 종들은 질산염 이온 또는 이산소 또는 과산화수소 또는 하이포아염소산염 이온들로 이루어지는 방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
A는 구리 또는 은 또는 구리와 은의 혼합물이며 C는 셀레늄 또는 황 또는 셀레늄과 황의 혼합물인 방법. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
태양전지용 흡수제 박막은 A-B-C2 형태이며 B는 인듐, 갈륨, 알루미늄 또는 이의 혼합물로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는 방법. - 제 8 항에 있어서,
전기증착은 1 내지 30mA.cm-2의 전류 밀도 및 적어도 -1.8이며 -0.5V 이하의 전압을 몰리부덴 막으로 코팅된 절연 기판을 포함하는 전극 및 포화 Hg/Hg2SO4/K2SO4 기준 전극에 인가함으로써 실행되는 방법. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
전해질 용액에서 원소 A 및 B의 원자 비는 적어도 0.2이며 1.5 이하인 방법. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
태양전지용 흡수제 박막은 A-B-C2 형태이며 B는 인듐과 갈륨의 혼합물을 포함하며, 전해질 용액에서 인듐과 갈륨의 농도 비는 적어도 0.2이며 1.5 이하인 방법. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 청구된 태양전지용 흡수제 박막 제조 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조 방법.
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