KR20130030905A - 태양전지 - Google Patents

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KR20130030905A
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Abstract

실시예에 따른 태양전지는 오목부를 포함하는 지지기판; 및 상기 지지기판 상에 위치하는 광흡수층, 버퍼층 및 전면전극층을 포함한다.

Description

태양전지{SOLAR CELL}
본 기재는 태양전지에 관한 것이다.
태양광 발전을 위한 태양전지의 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 기판이 제공되고, 상기 기판 상에 후면전극층이 형성되고, 레이저에 의해서 패터닝되어, 다수 개의 이면전극들이 형성된다.
이후, 상기 이면전극들 상에 광 흡수층, 버퍼층 및 고저항 버퍼층이 차례로 형성된다. 상기 광 흡수층을 형성하기 위해서 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시키면서 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층을 형성하는 방법과 금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션(Selenization) 공정에 의해 형성시키는 방법이 폭넓게 사용되고 있다. 상기 광 흡수층의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1 내지 1.8 eV 이다.
이후, 상기 광 흡수층 상에 황화 카드뮴(CdS)을 포함하는 버퍼층이 스퍼터링 공정에 의해서 형성된다. 상기 버퍼층의 에너지 밴드갭은 약 2.2 내지 2.4 eV 이다. 이후, 상기 버퍼층 상에 징크 옥사이드(ZnO)를 포함하는 고저항 버퍼층이 스퍼터링 공정에 의해서 형성된다. 상기 고저항 버퍼층의 에너지 밴드갭은 약 3.1 내지 3.3 eV 이다.
이후, 상기 광 흡수층, 상기 버퍼층 및 상기 고저항 버퍼층에 홈 패턴이 형성될 수 있다.
이후, 상기 고저항 버퍼층 상에 투명한 도전물질이 적층되고, 상기 홈패턴이 상기 투명한 도전물질이 채워진다. 이에 따라서, 상기 고저항 버퍼층 상에 투명전극층이 형성되고, 상기 홈 패턴 내측에 접속배선들이 각각 형성된다. 상기 투명전극층 및 상기 접속배선으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드 등을 들 수 있다. 상기 투명전극층의 에너지 밴드갭은 약 3.1 내지 3.3 eV 이다.
이후, 상기 투명전극층 등에 홈 패턴이 형성되어, 다수 개의 태양전지들이 형성될 수 있다. 상기 투명전극들 및 상기 고저항 버퍼들은 각각의 셀에 대응한다. 상기 투명전극들 및 상기 고저항 버퍼들은 스트라이프 형태 또는 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
상기 투명전극들 및 상기 이면전극들은 서로 미스 얼라인되며, 상기 투명전극들 및 상기 이면전극들은 상기 접속배선들에 의해서 각각 전기적으로 연결된다. 이에 따라서, 다수 개의 태양전지들이 서로 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다.
이와 같이, 태양광을 전기에너지로 변환시키기 위해서, 다양한 형태의 태양광 발전장치가 제조되고, 사용될 수 있다. 이와 같은 태양광 발전장치는 특허 공개 공보 10-2008-0088744 등에 개시된다.
실시예는 향상된 광-전 변환 효율을 가지는 태양전지를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 태양전지는 오목부를 포함하는 지지기판; 및 상기 지지기판 상에 위치하는 광흡수층, 버퍼층 및 전면전극층을 포함한다.
실시예에 따른 태양전지는 지지기판의 후면에 오목부를 포함한다. 상기 오목부로 인해 상기 지지기판 후면의 단면적이 늘어나 상기 중앙부에서 열방출이 효과적으로 일어날 수 있고, 상기 중앙부의 열 집중 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 열에 의한 발생 전력의 손실을 방지할 수 있고, 태양광에 의한 극부 표면 온도 상승에 의한 효율 감소 현상을 방지할 수 있다.
또한, 상기 오목부로 인해 상기 지지기판의 강성이 증대되어 대면적 박막형 태양전지에서 중력에 의한 휨 및 쳐짐 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 고효율의 태양전지를 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 태양전지를 도시한 단면도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 태양전지에 포함되는 지지기판의 평면도이다.
도 3은 제2 실시예에 따른 태양전지에 포함되는 지지기판의 평면도이다.
도 4는 제3 실시예에 따른 태양전지에 포함되는 지지기판의 평면도이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저 도 1 및 도 2를 참조하여, 제1 실시예에 따른 태양전지를 상세하게 설명한다. 도 1은 제1 실시예에 따른 태양전지를 도시한 단면도이다. 도 2는 제1 실시예에 따른 태양전지에 포함되는 지지기판의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 태양전지는 오목부(120)를 포함하는 지지기판(100), 후면전극층(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500) 및 전면전극층(600)을 포함한다.
상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 후면전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500) 및 상기 전면전극층(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)은 투명할 수 있다. 상기 지지기판(100)은 리지드하거나 플렉서블할 수 있다.
상기 지지기판(100)은 오목부(120)를 포함할 수 있다. 상기 지지기판(100)에 상기 오목부(120)가 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.
상기 지지기판(100)은 서로 반대되는 제1 면(100a)(이하, “상면(100a)”이라 한다) 및 제2 면(100b)(이하, “후면(100b)”이라 한다)을 포함하고, 상기 상면(100a)에 상기 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 전면전극층(600)이 위치하고, 상기 후면(100b)에 상기 오목부(120)가 구비될 수 있다.
구체적으로, 도 2를 참조하면, 상기 지지기판(100)의 후면(100b)에 다수개의 오목부(120)가 위치할 수 있다. 상기 오목부(120)는 제1 오목부(121) 및 제2 오목부(122)를 포함할 수 있다. 상기 제1 오목부(121) 및 상기 제2 오목부(122)는 상기 지지기판(100)에서 서로 다른 위치에 위치할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 오목부(121)는 상기 지지기판(100)의 제1 방향으로 연장되고, 상기 제2 오목부(122)는 상기 지지기판(100)의 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장될 수 있다. 따라서, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 오목부(120)는 바둑판 모양의 패턴을 가질 수 있다.
상기 지지기판(100)은 중앙부(CA) 및 상기 중앙부(CA)를 둘러싸는 외곽부(EA)를 포함할 수 있고, 상기 오목부(120)는 상기 중앙부(CA) 및 상기 외곽부(EA)에 위치할 수 있다. 이때, 상기 중앙부(CA)에 위치하는 오목부(120)가 상기 외곽부(EA)에 위치하는 오목부(120)는 서로 다른 폭을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 중앙부(CA)에 위치하는 오목부(120)의 폭이 상기 외곽부(EA)에 위치하는 오목부(120)의 폭보다 넓게 구비될 수 있다.
상기 오목부(120)로 인해 상기 지지기판(100) 후면(100b)의 단면적이 늘어나 상기 중앙부(CA)에서 열방출이 효과적으로 일어날 수 있고, 상기 중앙부(CA)의 열 집중 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 열에 의한 발생 전력의 손실을 방지할 수 있고, 태양광에 의한 극부 표면 온도 상승에 의한 효율 감소 현상을 방지할 수 있다.
또한, 상기 오목부(120)로 인해 상기 지지기판(100)의 강성이 증대되어 대면적 박막형 태양전지에서 중력에 의한 휨 및 쳐짐 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 고효율의 태양전지를 제공할 수 있다.
상기 오목부(120)의 면적은 상기 지지기판(100)의 면적의 10% 내지 20%일 수 있다.
상기 오목부(120)의 깊이는 상기 지지기판(100)의 두께의 20% 내지 80%일 수 있다. 상기 오목부(120)의 깊이가 상기 지지기판(100)의 두께의 20% 미만일 경우, 열방출의 효과가 미약할 수 있다. 또한, 상기 오목부(120)의 깊이가 상기 지지기판(100)의 두께의 80%를 초과하는 경우, 상기 지지기판(100)의 물리적 강도가 약해질 수 있다.
상기 후면전극층(200)은 상기 지지기판(100)의 상면(100a)에 배치된다. 상기 후면전극층(200)은 도전층이다. 상기 후면전극층(200)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴(Mo) 등의 금속을 들 수 있다.
또한, 상기 후면전극층(200)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 상기 후면전극층(200) 상에 배치된다. 상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족계 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)의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1eV 내지 1.8eV일 수 있다.
상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300)에 직접 접촉한다. 상기 버퍼층(400)은 황화 카드뮴을 포함한다. 상기 버퍼층(400)의 에너지 밴드갭은 약 1.9eV 내지 약 2.3eV일 수 있다.
상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 배치된다. 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 3.3eV일 수 있다.
상기 전면전극층(600)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 더 자세하게, 상기 전면전극층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 배치된다.
상기 전면전극층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 배치된다. 상기 전면전극층(600)은 투명하다. 상기 전면전극층(600)으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드(Al doped ZnO;AZO), 인듐 징크 옥사이드(indium zinc oxide;IZO) 또는 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide;ITO) 등을 들 수 있다.
상기 전면전극층(600)의 두께는 약 500㎚ 내지 약 1.5㎛일 수 있다. 또한, 상기 전면전극층(600)이 알루니늄이 도핑되는 징크 옥사이드로 형성되는 경우, 알루미늄은 약 2.5wt% 내지 약 3.5wt%의 비율로 도핑될 수 있다. 상기 전면전극층(600)은 도전층이다.
이하, 도 3을 참조하여, 제2 실시예에 따른 태양전지를 설명한다. 명확하고 간략한 설명을 위해 제1 실시예와 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 제2 실시예에 따른 태양전지에 포함되는 지지기판(100)의 평면도이다.
도 3을 참조하면, 제2 실시예에 따른 태양전지에 포함되는 지지기판(100)의 후면(100b)에 오목부(120)가 구비될 수 있다.
상기 오목부(120)는 제1 오목부(121) 및 제2 오목부(122)를 포함할 수 있고, 상기 제1 오목부(121) 및 상기 제2 오목부(122)는 이격되어 위치할 수 있다.
일례로, 상기 제1 오목부(121) 및 상기 제2 오목부(122)는 상기 지지기판(100)의 각 변을 따라 연장될 수 있다. 구체적으로, 도 3에 도시한 바와 같이 상기 오목부(120)는 상기 지지기판(100)에서 원을 그리며 위치할 수 있다. 즉, 상기 제1 오목부(121)가 상기 지지기판(100)의 중앙부(CA)에서 원을 그리며 위치하고, 상기 제2 오목부(122)가 상기 지지기판(100)의 외곽부(EA)에서 원을 그리며 위치할 수 있다. 이때, 상기 제1 오목부(121)의 폭은 상기 제2 오목부(122)의 폭보다 크게 구비될 수 있다. 이를 통해, 상기 중앙부(CA)에서의 열방출이 효율적으로 일어날 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여, 제4 실시예에 따른 태양전지에 대해 설명한다. 도 4는 제3 실시예에 따른 태양전지에 포함되는 지지기판(100)의 평면도이다.
도 4를 참조하면, 제3 실시예에 따른 태양전지에 포함되는 지지기판(100)은 오목부(120)를 포함한다. 상기 지지기판(100)은 중앙부(CA) 및 상기 중앙부(CA)를 둘러싸는 외곽부(EA)를 포함하고, 상기 오목부(120)는 상기 중앙부(CA)로부터 상기 외곽부(EA)까지 방사형으로 연장될 수 있다. 따라서, 상기 중앙부(CA)에 상기 오목부(120)들이 집중되고, 상기 외곽부(EA)로 갈수록 상기 오목부(120)들이 분산될 수 있다. 이를 통해, 중앙부(CA)에서의 열방출이 효율적으로 일어날 수 있다.
그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 오목부(120)는 상기 지지기판(100)의 열방출을 위한 다양한 패턴으로 형성될 수 있다.
상술한 실시예에 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 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 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, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 오목부를 포함하는 지지기판; 및
    상기 지지기판 상에 위치하는 광 흡수층, 버퍼층 및 전면전극층을 포함하는 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지기판은 서로 반대되는 제1 면 및 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면 상에 상기 광 흡수층, 버퍼층 및 전면전극층이 위치하고, 상기 제2 면에 상기 오목부가 구비되는 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 오목부는 적어도 하나 이상 구비되는 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 오목부는 제1 오목부 및 제2 오목부를 포함하고, 상기 제1 오목부 및 상기 제2 오목부는 상기 지지기판에서 서로 다른 위치에 위치하는 태양전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 오목부는 상기 지지기판의 제1 방향으로 연장되고,
    상기 제2 오목부는 상기 지지기판의 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 태양전지.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 오목부 및 상기 제2 오목부는 이격되어 위치하는 태양전지.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 오목부 및 상기 제2 오목부는 상기 지지기판의 각 변을 따라 연장되는 태양전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 지지기판은 중앙부 및 상기 중앙부를 둘러싸는 외곽부를 포함하고,
    상기 오목부는 상기 중앙부 및 상기 외곽부에 위치하는 태양전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 오목부는 상기 중앙부로부터 상기 외곽부까지 방사형으로 연장되는 태양전지.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 오목부는 상기 중앙부에 위치하는 상기 제1 오목부 및 상기 외곽부에 위치하는 상기 제2 오목부를 포함하고, 상기 제1 오목부 및 상기 제2 오목부는 서로 다른 깊이를 가지는 태양전지.
  11. 제1항에 있어서, 상기 오목부의 깊이는 상기 지지기판의 두께의 20% 내지 80% 인 태양전지.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 오목부 및 상기 제2 오목부는 서로 다른 폭을 가지는 태양전지.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 오목부는 상기 제2 오목부보다 더 큰 폭을 가지는 태양전지.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 오목부의 면적은 상기 지지기판의 면적의 10% 내지 20%인 태양전지.
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