KR20130058553A - 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 태양전지는, 지지기판; 상기 지지기판 상에 배치되는 베리어층; 상기 베리어층 상에 배치되는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층을 포함하고, 상기 베리어층은 나트륨을 포함한다.
실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은, 지지기판 상에 베리어층을 형성하는 단계; 상기 베리어층 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 상기 후면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 베리어층은 나트륨을 포함한다.

Description

태양전지 및 이의 제조방법{SOLAR CELL AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
실시예는 태양전지 및 이의 제조방법에 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 광 흡수층을 형성하는 방법 등 다양한 방법이 사용되고 있다. 이후, 상기 광 흡수층 상에 황화 카드뮴(CdS)을 포함하는 버퍼층이 스퍼터링 공정에 의해서 형성된다. 이후, 상기 버퍼층 상에 징크 옥사이드(ZnO)를 포함하는 고저항 버퍼층이 스퍼터링 공정에 의해서 형성된다. 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. 이후, 상기 투명전극층 등에 홈 패턴이 형성되어, 다수 개의 태양전지들이 형성될 수 있다상기 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.
한편, 현재 박막 태양전지에 사용되는 가장 일반적인 기판 재료는 소다 라임 유리((Soda lime glass)이다. 이러한 소다 라임 유리의 사용에 따른 CIGS 광 흡수층에 미치는 좋은 점은 유리로부터 알칼리 금속이 광 흡수층으로 확산되어 Voc가 증가하게 되므로써 태양 전지의 효율이 증가하는 것이다.
따라서, CIGS 박막 태양전지의 효율을 향상시키기 위한 나트륨 첨가 기술이 일부 존재하는데 기존의 소다 라임 유리와 비교하여 후면전극과의 접착성 문제, 공정의 복잡함, 나트륨의 흡습성, 재현성 등의 문제가 존재한다. 따라서, 이를 개선한 보다 효율적인 나트륨 공급 기술이 필요하다.
실시예는 고품질의 태양전지를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 태양전지는, 지지기판; 상기 지지기판 상에 배치되는 베리어층; 상기 베리어층 상에 배치되는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층을 포함하고, 상기 베리어층은 나트륨을 포함한다.
실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은, 지지기판 상에 베리어층을 형성하는 단계; 상기 베리어층 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 상기 후면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 베리어층은 나트륨을 포함한다.
실시예에 따른 태양전지는 나트륨을 포함하는 베리어층을 포함한다. 상기 베리어층을 통해, 상기 광 흡수층에 나트륨을 공급할 수 있다. 즉, 상기 광 흡수층에 나트륨을 공급함으로써, 태양전지의 효율을 증대시킬 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 태양전지의 신뢰성을 향상할 수 있다.
실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은, 베리어층을 형성하는 단계를 포함하고. 상기 베리어층은 코팅되어 형성될 수 있다. 즉, 스퍼터나 진공장비 없이도 간단하게 상기 베리어층을 형성할 수 있다. 이를 통해, 공정 비용 및 공정 시간을 절감할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 2 및 도 3은 실시예에 따른 태양전지를 제조하기 위한 공정을 도시한 단면도들이다.
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.
이하, 도 1을 참조하여, 실시예에 따른 태양전지를 상세하게 설명한다. 도 1은 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 태양전지는 지지기판(100), 베리어층(700), 후면전극층(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항버퍼층(500) 및 전면전극층(600)을 포함한다.
상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 후면전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 상기 전면전극층(600)을 지지한다.
상기 지지기판(100)은 절연체일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 플라스틱기판 또는 금속기판일 수 있다. 즉, 상기 지지기판(100)은 폴리머 또는 스테인레스 스틸을 포함할 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 지지기판(100)는 유리기판일 수 있다. 일례로, 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 베리어층(700)은 상기 지지기판(100) 상에 위치할 수 있다. 구체적으로, 상기 베리어층(700)은 상기 지지기판(100) 및 상기 후면전극층(200) 사이에 위치할 수 있다.
상기 베리어층(700)은 금속을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 베리어층(700)은 나트륨을 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 상기 베리어층(700)은 규산나트륨을 포함할 수 있다.
상기 베리어층(700)은 물유리를 포함할 수 있다.
상기 베리어층(700)은 산화나트륨(Na2O), 산화규소 및 물을 포함할 수 있다. 상기 산화나트륨은 상기 베리어층(700)에 대해 8% 이상 포함될 수 있다. 상기 산화규소는 상기 베리어층(700)에 대해 28 % 이상 포함될 수 있다. 상기 물은 상기 베리어층(700)에 대해 60 % 이상 포함될 수 있다.
상기 베리어층(700)을 통해, 상기 광 흡수층(300)에 나트륨을 공급할 수 있다. 즉, 상기 광 흡수층(300)에 나트륨을 공급함으로써, 태양전지의 효율을 증대시킬 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 태양전지의 신뢰성을 향상할 수 있다.
상기 후면전극층(200)은 상기 지지기판(100)의 상면에 배치된다. 구체적으로, 상기 후면전극층(200)을 상기 베리어층(700)의 상면에 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 황화물을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 버퍼층(400)은 황화 카드뮴을 포함할 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 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 알루미늄이 도핑되는 징크 옥사이드로 형성되는 경우, 알루미늄은 약 1.5wt% 내지 약 3.5wt%의 비율로 도핑될 수 있다. 상기 전면전극층(600)은 도전층이다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 설명한다. 명확하고 간략한 설명을 위해 앞서 설명한 내용과 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 2 및 도 3은 실시예에 따른 태양전지를 제조하기 위한 공정을 도시한 단면도들이다.
도 2를 참조하면, 먼저, 지지기판(100) 상에 베리어층(700)을 형성하는 단계를 거친다. 상기 베리어층(700)은 규산나트륨을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 베리어층(700)은 물유리일 수 있다.
상기 베리어층(700)을 형성하는 단계에서 상기 베리어층(700)은 코팅되어 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 베리어층(700)을 형성하는 단계에서 상기 베리어층(700)이 습식 코팅(wet coating)될 수 있다. 즉, 스퍼터나 진공장비 없이도 간단하게 상기 베리어층(700)을 형성할 수 있다. 이를 통해, 공정 비용 및 공정 시간을 절감할 수 있다.
이어서, 도 3을 참조하면, 상기 베리어층(700) 상에 스퍼터링 공정에 의해서 몰리브덴 등과 같은 금속이 증착되고, 후면전극층(200)이 형성된다.
일반적으로, 상기 후면전극층(200)은 공정 조건이 서로 다른 두 번의 공정들에 의해서 형성될 수 있다.
한편, 상기 지지기판(100) 및 상기 후면전극층(200) 사이에는 확산 방지막과 같은 추가적인 층이 개재될 수 있다.
이어서, 상기 후면전극층(200) 상에 광 흡수층(300)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.
이어서, 상기 광 흡수층(300) 상에 버퍼층(400)을 형성하는 단계를 거친다. 여기서, 황화 카드뮴이 스퍼터링 공정 또는 용액성장법(chemical bath depositon;CBD) 등에 의해서 증착되고, 상기 버퍼층(400)이 형성된다.
이후, 상기 버퍼층(400) 상에 징크 옥사이드가 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 고저항 버퍼층(500)이 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)은 낮은 두께로 증착된다. 예를 들어, 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)의 두께는 약 1㎚ 내지 약 80㎚이다.
이어서, 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 전면전극층(600)을 형성하는 단계를 거친다. 상기 전면전극층(600)은 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드 등과 같은 투명한 도전물질이 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 스퍼터링 공정에 의해서 증착되어 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 (13)

  1. 지지기판;
    상기 지지기판 상에 배치되는 베리어층;
    상기 베리어층 상에 배치되는 후면전극층;
    상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및
    상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층을 포함하고,
    상기 베리어층은 나트륨을 포함하는 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베리어층은 규산나트륨을 포함하는 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 베리어층은 물유리를 포함하는 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 베리어층은 산화나트륨(Na2O)을 포함하는 태양전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 산화나트륨은 상기 베리어층에 대해 8% 이상 포함되는 태양전지.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 베리어층은 산화규소 및 물을 더 포함하는 태양전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 산화규소는 상기 베리어층에 대해 28 % 이상 포함되는 태양전지.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 물은 상기 베리어층에 대해 60 % 이상 포함되는 태양전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 지지기판은 플라스틱기판 또는 금속기판인 태양전지.
  10. 지지기판 상에 베리어층을 형성하는 단계;
    상기 베리어층 상에 후면전극층을 형성하는 단계;
    상기 후면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계;
    상기 광 흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및
    상기 버퍼층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 베리어층은 나트륨을 포함하는 태양전지의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 베리어층을 형성하는 단계에서 상기 베리어층이 코팅되는 태양전지의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 베리어층을 형성하는 단계에서 상기 베리어층이 습식 코팅(wet coating)되는 태양전지의 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 베리어층은 규산나트륨을 포함하는 태양전지의 제조 방법.
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