KR20130068793A - Cigs film solar cell using the cigs thin film fabricating method - Google Patents
Cigs film solar cell using the cigs thin film fabricating method Download PDFInfo
- Publication number
- KR20130068793A KR20130068793A KR1020110136168A KR20110136168A KR20130068793A KR 20130068793 A KR20130068793 A KR 20130068793A KR 1020110136168 A KR1020110136168 A KR 1020110136168A KR 20110136168 A KR20110136168 A KR 20110136168A KR 20130068793 A KR20130068793 A KR 20130068793A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- thin film
- cigs thin
- electrode layer
- sputtering
- light absorption
- Prior art date
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 85
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 239000010408 film Substances 0.000 title 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 55
- 239000011669 selenium Substances 0.000 claims abstract description 53
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims abstract description 43
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 37
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 23
- 238000001552 radio frequency sputter deposition Methods 0.000 claims description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 18
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 8
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims 1
- KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N [Cu].[Se].[Se].[In] Chemical compound [Cu].[Se].[Se].[In] KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 9
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 8
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 8
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000010549 co-Evaporation Methods 0.000 description 3
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 2
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 210000004185 liver Anatomy 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- SPVXKVOXSXTJOY-UHFFFAOYSA-N selane Chemical compound [SeH2] SPVXKVOXSXTJOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000058 selane Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000005361 soda-lime glass Substances 0.000 description 1
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
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
- H01L31/0248—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
- H01L31/0256—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 the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
- H01L31/0322—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312 comprising only AIBIIICVI chalcopyrite compounds, e.g. Cu In Se2, Cu Ga Se2, Cu In Ga Se2
-
- 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier
- 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
Description
본 발명은 CIGS 박막 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 CIGS 박막 태양전지에 관한 것으로, 구체적으로는 기판 상부에 전극층을 증착하는 제 1단계, 상기 전극층을 열처리하는 제 2단계 및 상기 전극층의 상부에 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)을 포함하는 단일타겟을 스퍼터링 처리하여 광흡수층을 증착하는 제 3단계를 포함하는 CIGS 박막 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 CIGS 박막 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a CIGS thin film and a CIGS thin film solar cell manufactured using the same, and specifically, a first step of depositing an electrode layer on a substrate, a second step of heat treating the electrode layer, and a copper on the electrode layer. CIGS thin film manufacturing method comprising a third step of depositing a light absorption layer by sputtering a single target containing (Cu), indium (In), gallium (Ga) and selenium (Se) and CIGS thin film manufactured using the same It relates to a solar cell.
일반적으로, CIGS 박막 태양전지는 제조단가가 낮고 태양광의 흡수에 가장 이상적인 1.04 eV 정도의 에너지 금지대 폭을 가지므로 변환효율이 높은 이점이 있어 박막형 태양전지로써 많은 연구 및 개발이 이루어지고 있다.In general, CIGS thin film solar cells have a low energy cost and an energy barrier width of about 1.04 eV, which is ideal for absorbing sunlight, and thus have a high conversion efficiency and are being researched and developed as a thin film solar cell.
또한, CIGS 박막 태양전지는 대개 기판층, 전극층, 광흡수층, 버퍼층 및 투명전극으로 구비되는 상부전극층으로 이루어지는데, 기판 층은 유리 또는 금속 재질로 구비되고 상기 기판층의 상부에 전극층(Back Contact)을 증착하게 된다.In addition, CIGS thin film solar cells are generally composed of an upper electrode layer comprising a substrate layer, an electrode layer, a light absorbing layer, a buffer layer, and a transparent electrode, wherein the substrate layer is made of glass or metal and has an electrode layer on the substrate layer. Will be deposited.
또한, 상기 전극층의 상부에 광흡수층이 증착되며 상기 광흡수층은 빛을 흡수하여 전기 에너지를 발생시키는 부분으로 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)의 화합물로 구비된다. 또한, 상기 버퍼층은 대개 황화 카드늄(CdS)를 이용하여 구비되고, 상기 상부전극층은 산화아연(ZnO)으로 구비된다.In addition, a light absorption layer is deposited on the electrode layer and the light absorption layer absorbs light to generate electrical energy and is formed of a compound of copper (Cu), indium (In), gallium (Ga), and selenium (Se). do. In addition, the buffer layer is usually made of cadmium sulfide (CdS), and the upper electrode layer is made of zinc oxide (ZnO).
또한, 상기CIGS 박막 태양전지의 광흡수층은 동시증발법(co-evaporation) 또는 금속전구체의 셀렌화법(two-stage process) 등의 제조방식이 가장 널리 이용되며, 상기 동시증발법의 경우 단위 원소인 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)을 열 증발원을 이용하여 동시에 증발시켜서 상기 전극층이 형성된 고온의 기판에 상기 광흡수층을 형성하게 된다.In addition, the light absorption layer of the CIGS thin film solar cell is the most widely used manufacturing method such as co-evaporation or selenization of the metal precursor (two-stage process), in the case of the co-evaporation method is a unit element Copper (Cu), indium (In), gallium (Ga) and selenium (Se) are simultaneously evaporated using a thermal evaporation source to form the light absorption layer on a high temperature substrate on which the electrode layer is formed.
또한, 상기 금속전구체의 셀렌화법은 2단계 공정법으로 불리기도 하는데, 전구체 증착공정 및 열처리를 하는 셀렌화 공정을 포함하는 2단계 공정으로 이루어지며, 상기 전극층이 형성된 기판에 스퍼터링 처리를 통해 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)으로 이루어진 전구체를 순차적으로 진공 증착한 후 고온에서 셀렌화 공정을 실시하여 상기 광흡수층을 형성하게 된다.Also, the selenization of the metal precursor may be referred to as a two-step process. The metal precursor may be a two-step process including a precursor deposition process and a selenization process for heat treatment. The substrate having the electrode layer formed thereon may be sputtered to form copper Cu), indium (In), and gallium (Ga) are successively vacuum-deposited, and the selenification process is performed at a high temperature to form the light absorbing layer.
한편, 동시증발법은 구리, 인듐, 갈륨 및 셀렌의 재료소비가 많아 각 단위 원소들의 이용효율이 낮고, 대면적 기판에는 적용하기 어려운 문제점이 있었다.On the other hand, the co-evaporation method has a high consumption of materials of copper, indium, gallium, and selenium, so that the utilization efficiency of each unit element is low and it is difficult to apply to a large area substrate.
또한, 금속전구체의 셀렌화법의 경우에는 셀렌화 공정에서 H2Se와 같은 유독성 가스를 사용해야 하는 점과, 셀렌의 농도가 불균일한 점 및 CIGS 박막의 조성비를 제어하기 어려운 문제점이 있었다.Further, in the case of the selenization method of the metal precursor, toxic gas such as H2Se must be used in the selenization process, the concentration of selenium is uneven, and the composition ratio of the CIGS thin film is difficult to control.
또한, 금속전구체의 셀렌화법은 상기 전극층과 상기 광흡수층 간의 계면에서 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)과 상기 전극층을 이루는 단위 원소 간의 상호확산(counter diffusion)이 발생하면서 전도띠의 배열이 달라지는 문제점이 있었고, 또한 금속전구체의 셀렌화 과정중의 부피팽창 등으로 인한 계면탈리 현상등이 발생하는 문제점이 있었다. 따라서, 제조된 CIGS 박막 특성에 열화를 발생시키는 문제점이 발생되었던 것이다.In addition, in the selenization method of the metal precursor, at the interface between the electrode layer and the light absorption layer, copper (Cu), indium (In), gallium (Ga), and selenium (Se) and counter diffusion between the unit elements forming the electrode layer As a result of this, there was a problem in that the arrangement of the conduction bands was changed, and there was also a problem in that an interfacial desorption phenomenon occurred due to volume expansion during selenization of the metal precursor. Therefore, a problem occurs that causes deterioration of the manufactured CIGS thin film properties.
본 발명자들은 셀렌화 후공정을 실시하지 않고 스퍼터링 공정만을 이용하는 단일 공정으로 CIGS 박막을 제조할 수 있게 하고 광흡수층 및 전극층 간의 상호확산을 방지하고자 연구 노력한 결과, CIGS 박막 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 CIGS 박막 태양전지의 기술적 구성을 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.The inventors of the present invention have made a CIGS thin film production process using a single process using only a sputtering process without performing the selenization process and to prevent the mutual diffusion between the light absorption layer and the electrode layer. The technical configuration of the CIGS thin film solar cell was developed to complete the present invention.
따라서, 본 발명의 목적은 단일 공정으로 광흡수층을 형성하게 하여 제조공정을 단순화하는 CIGS 박막 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 CIGS 박막 태양전지를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a CIGS thin film manufacturing method for simplifying the manufacturing process by forming a light absorption layer in a single process and a CIGS thin film solar cell manufactured using the same.
또한, 본 발명의 다른 목적은 광흡수층 및 전극층 간의 상호확산을 방지하고 CIGS 박막의 구조적 특성, 조성적 특성 또는 광학적 특성이 우수한 CIGS 박막 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 CIGS 박막 태양전지를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a CIGS thin film manufacturing method and CIGS thin film solar cell manufactured using the same to prevent the mutual diffusion between the light absorption layer and the electrode layer and excellent structural, compositional or optical properties of the CIGS thin film. .
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기판을 준비하고 상기 기판 상부에 전극층을 증착하는 제 1단계; 상기 전극층을 열처리하는 제 2단계; 및 상기 전극층의 상부에 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)을 포함하는 단일타겟을 스퍼터링 처리하여, 광흡수층을 증착하는 제 3단계;를 포함하는 CIGS 박막 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 CIGS 박막 태양전지를 제공한다.The present invention to achieve the above object is a first step of preparing a substrate and depositing an electrode layer on the substrate; A second step of heat-treating the electrode layer; And a third step of depositing a light absorbing layer by sputtering a single target including copper (Cu), indium (In), gallium (Ga), and selenium (Se) on the electrode layer; It provides a method and a CIGS thin film solar cell manufactured using the same.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 광흡수층을 열처리하는 제 4단계;를 더 포함하고, 상기 제 4단계는 500℃ 내지 600℃ 사이의 특정온도에서 1분 내지 60분 사이의 특정시간 동안 이루어진다.In a preferred embodiment, further comprising a fourth step of heat-treating the light absorption layer, wherein the fourth step is performed for a specific time between 1 minute and 60 minutes at a specific temperature between 500 ℃ to 600 ℃.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 2단계는 300℃ 내지 500℃ 사이의 특정온도에서 1분 내지 30분 사이의 특정시간 동안 상기 전극층을 열처리한다.In a preferred embodiment, the second step is heat treatment of the electrode layer for a specific time between 1 minute and 30 minutes at a specific temperature between 300 ℃ and 500 ℃.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 3단계는 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)이 포함된 단일타겟을 이용하여 RF 스퍼터링 또는 DC 스퍼터링 처리하여, 상기 광흡수층을 증착한다.In a preferred embodiment, the third step is RF sputtering or DC sputtering using a single target containing copper (Cu), indium (In), gallium (Ga) and selenium (Se), the light absorption layer Deposit.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 RF 스퍼터링 처리는 500℃ 내지 600℃ 사이의 특정 온도에서 500Ｗ 내지 900Ｗ 사이의 특정 고주파전원을 가하여 이루어진다.In a preferred embodiment, the RF sputtering process is performed by applying a specific high frequency power source between 500 Hz and 900 Hz at a specific temperature between 500 and 600 ° C.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 DC 스퍼터링 처리는 실온에서 500Ｗ 내지 900Ｗ 사이의 특정 직류전원을 가하여 이루어진다.In a preferred embodiment, the DC sputtering process is accomplished by applying a specific direct current power source between 500 kV and 900 kV at room temperature.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 1단계의 전극층은 몰리브덴(Mo)을 DC 스퍼터링 처리하여 증착한다.In a preferred embodiment, the electrode layer of the first step is deposited by molybdenum (Mo) by DC sputtering.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 1단계의 DC 스퍼터링 처리는 실온에서 500Ｗ 내지 900Ｗ 사이의 특정 직류전원을 가하여 이루어진다.In a preferred embodiment, the first step of DC sputtering treatment is performed by applying a specific DC power source between 500 kV and 900 kV at room temperature.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 단일타겟은 구리(Cu) 25 : 인듐(In) 18.7 : 갈륨(Ga) 6.3 : 셀렌(Se) 50 at%의 조성비로 구비된다.In a preferred embodiment, the single target is provided with a composition ratio of copper (Cu) 25: indium (In) 18.7: gallium (Ga) 6.3: selenium (Se) 50 at%.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.The present invention has the following excellent effects.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 CIGS 박막 태양전지에 의하면, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)을 포함하는 단일 타겟을 구비하고 스퍼터링 처리를 통해 광흡수층을 증착하므로, 간단한 공정을 통해 신속하고 효율적으로 CIGS 박막을 제조할 수 있는 효과가 있다.First, according to the CIGS thin film manufacturing method and a CIGS thin film solar cell manufactured using the same according to an embodiment of the present invention, a single containing copper (Cu), indium (In), gallium (Ga) and selenium (Se) Since the target is provided and the light absorption layer is deposited through the sputtering process, the CIGS thin film can be manufactured quickly and efficiently through a simple process.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 CIGS 박막 태양전지에 의하면, 전극층에 열처리를 하고 광흡수층을 증착한 후 상기 광흡수층에 열처리를 하므로, 상기 전극층 및 상기 광흡수층의 결정성이 향상되어 상기 전극층 및 상기 광흡수층 간의 상호확산이 효과적으로 방지되고 구조적 특성, 조성적 특성 및 광학적 특성이 우수한 CIGS 박막을 제조할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the CIGS thin film manufacturing method and a CIGS thin film solar cell manufactured using the same according to an embodiment of the present invention, the electrode layer and the heat-treatment after the heat treatment on the electrode layer and the light absorption layer is deposited, The crystallinity of the light absorbing layer is improved to effectively prevent the interdiffusion between the electrode layer and the light absorbing layer and to produce a CIGS thin film having excellent structural, compositional and optical properties.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 제조방법을 나타내는 블럭도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막을 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막의 광흡수층을 증착하는 스퍼터링 장치의 개념도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 제조방법으로 제조된 CIGS 박막의 표면 및 단면구조를 나타내는 SEM 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 제조방법으로 제조된 CIGS 박막의 광학특성을 나타내는 그래프.
도 6은 350℃의 온도에서 RF 스퍼터링 처리를 통해 제조된 CIGS 박막의 XRD 패턴 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 제조방법으로 550℃의 온도에서 5분간 열처리한 CIGS 박막의 XRD 패턴도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 제조방법으로 열처리된 전극층과 광흡수층 간의 계면을 분석한 SIMS 그래프.
도 9는 별도의 열처리를 하지 않은 전극층과 광흡수층 간의 계면을 분석한 SIMS 그래프.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 전극층의 XRD 분석결과를 나타내는 그래프.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 전극층의 TEM 분석결과를 나타내는 도면.1 is a block diagram showing a CIGS thin film manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing a CIGS thin film according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram of a sputtering apparatus for depositing a light absorption layer of a CIGS thin film according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a SEM diagram showing the surface and cross-sectional structure of the CIGS thin film prepared by the CIGS thin film manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the optical characteristics of the CIGS thin film prepared by the CIGS thin film manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an XRD pattern diagram of a CIGS thin film prepared through RF sputtering at a temperature of 350 ° C. FIG.
FIG. 7 is an XRD pattern diagram of a CIGS thin film heat-treated at a temperature of 550 ° C. for 5 minutes in a CIGS thin film manufacturing method according to an embodiment of the present invention. FIG.
8 is a SIMS graph analyzing the interface between the electrode layer and the light absorbing layer heat-treated by the CIGS thin film manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
9 is a SIMS graph analyzing the interface between the electrode layer and the light absorption layer not subjected to a separate heat treatment.
10 is a graph showing an XRD analysis result of the electrode layer according to an embodiment of the present invention.
11 is a view showing a TEM analysis result of an electrode layer according to an embodiment of the present invention.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.Although the terms used in the present invention have been selected as general terms that are widely used at present, there are some terms selected arbitrarily by the applicant in a specific case. In this case, the meaning described or used in the detailed description part of the invention The meaning must be grasped.
이하, 첨부된 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical structure of the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 제조방법을 나타내는 블럭도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막을 나타내는 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막의 광흡수층을 증착하는 스퍼터링 장치의 개념도이다.1 is a block diagram showing a CIGS thin film manufacturing method according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view showing a CIGS thin film according to an embodiment of the present invention, Figure 3 according to an embodiment of the present invention It is a conceptual diagram of the sputtering apparatus which deposits the light absorption layer of CIGS thin film.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 제조방법은, 먼저, 기판(110)을 준비하고 상기 기판(110) 상부에 전극층(120)을 증착하게 되는데, 상기 기판(110)은 유리 또는 금속 재질로 구비할 수 있으며, 실리카, 석회 및 소다회를 주성분으로 이루어지고 비용이 저렴하고 효율이 우수한 소다 석회 유리(soda-lime glass)로 구비할 수 있다.1 to 3, in the CIGS thin film manufacturing method according to an embodiment of the present invention, first, a
물론, 상기 기판(110)은 스테인리스 스틸을 포함하는 금속 재질로 구비할 수 있으며, 리지드타입(Rigid Type) 또는 플렉시블타입(Flexible Type)으로 구비할 수 있다.Of course, the
또한, 상기 기판(110)을 준비한 후 상기 기판(110) 상부에 상기 전극층(120)을 증착하게 되는데, 이때 상기 전극층(120)은 몰리브덴(Mo)으로 구비할 수 있고 상기 몰리브덴을 스퍼터링 처리하여 상기 전극층(120)으로 증착할 수 있다.In addition, after preparing the
또한, 본 발명의 일실시예에서 상기 전극층(120)은 DC 스퍼터링(DC sputtering) 처리하여 증착하였으며, 상기 DC 스퍼터링 처리는 실온에서 500Ｗ 내지 900Ｗ 사이의 특정 전원을 가하여 이루어졌다.In addition, in one embodiment of the present invention, the
한편, 상기 전극층(120)은 DC 스퍼터링 처리 이외에도 상기 몰리브덴을 상기 전극층(120)으로 증착할 수 있는 다양한 증착방법을 통해 실시될 수도 있다(S1100).On the other hand, the
다음, 상기 전극층(120)을 열처리하게 되는데, 상기 전극층(120)과 후술될 광흡수층(130) 간의 상호확산을 방지하기 위해서 소정의 열을 상기 전극층(120)에 가하게 되는 것이다.Next, the
또한, 상기 전극층(120)의 열처리는 300℃ 내지 500℃ 사이의 특정온도에서 이루어지며, 1분 내지 30분 사이의 특정시간 동안 이루어진다.In addition, the heat treatment of the
즉, 상기 열처리를 통해 상기 전극층(120)의 결정성을 향상시키게 되며, 후술될 광흡수층(130)의 각 원소들 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)이 상기 전극층(120)으로 확산되지 않게 한다(S1200).That is, through the heat treatment to improve the crystallinity of the
다음, 상기 전극층(120)의 상부에 광흡수층(130)을 증착하게 되는데, 상기 광흡수층(130)은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)으로 이루어지고 스퍼터링 처리를 통해 증착할 수 있다.Next, the
또한, 상기 광흡수층(130)을 단시간에 효율적으로 증착할 수 있도록 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)을 포함하는 단일타겟(140)으로 스퍼터링 처리하며, 상기 스퍼터링 처리는 RF 스퍼터링(RF Sputtering) 또는 DC 스퍼터링(DC Sputtering)을 이용하여 상기 광흡수층(130)을 증착할 수 있다.In addition, the
또한, 상기 단일타겟(140)은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)의 조성비는 1:0.8:0.2:2 at%로 구비하는 것이 바람직하며, 이때, 상기 구리(Cu)의 조성비 1을 기준으로 상기 인듐(In)은 0.7 내지 08 at%로 구비할 수 있고, 상기 갈륨(Ga)은 0.2 내지 0.3 at%로 구비할 수도 있다. In addition, the
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 단일타겟(140)은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)이 25:18.7:6.3:50 at%의 조성비로 구비되었다.In addition, the
또한, 상기 단일타겟(140)은 갈륨(Ga)을 다른 금속 원소인 구리(Cu), 인듐(In) 및 셀렌(Se) 보다 적게 포함하도록 구비되어, 상기 단일타겟(140)을 상기 광흡수층(130)으로 증착하는 경우 상기 광흡수층(130)의 밴드갭이 낮게 형성되고, 계면이 매끄럽고 깨끗하게 형성될 수 있게 한다.In addition, the
또한, 본 발명의 일실시예에서 상기 RF 스퍼터링 처리는 500℃ 내지 600℃ 사이의 특정 온도에서 500Ｗ 내지 900Ｗ 사이의 특정 고주파전원을 가하여 이루어졌으며, 상기 단일타겟(140)의 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)이 상기 광흡수층(130)으로 증착되게 하였다.In addition, in one embodiment of the present invention, the RF sputtering treatment was performed by applying a specific high frequency power between 500 kHz and 900 kHz at a specific temperature between 500 ° C. and 600 ° C., and the copper (Cu) and indium of the
또한, 상기 RF 스퍼터링 처리는 먼저, 상기 단일타겟(140)을 진공챔버(10) 내부의 캐소드(cathode)에 장착하고, 상기 전극층(120)이 증착된 기판(110)을 상기 단일타겟(140)과 소정거리 이격하여 상기 진공챔버(10)의 내부의 애노드(anode)에 장착하게 된다.In addition, in the RF sputtering process, the
다음, 상기 RF 스퍼터링 처리는 상기 진공챔버(10)의 내부를 진공펌프(30)를 통해 진공상태로 만들고 가스주입부(40)를 통해 헬륨(He) 또는 아르곤(Ar)과 같은 불활성 기체를 상기 진공챔버(10) 내부로 주입시킨다.Next, the RF sputtering process vacuums the interior of the
다음, 상기 RF 스퍼터링 처리는 전원부(20)를 통해 전원을 인가하여 상기 진공챔버(10) 내부에 플라즈마를 발생시키게 되고, 상기 단일타겟(140)의 원소들은 방출되면서 상기 전극층(120)의 상부에 증착되어 상기 광흡수층(130)을 이루게 된다.Next, the RF sputtering process generates a plasma inside the
즉, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)을 상기 단일타겟(140)에 구비하고 상기 RF 스퍼터링 처리를 통한 단일 공정으로 상기 광흡수층(130)을 증착할 수 있으므로, 별도의 셀렌화 후공정을 실시하지 않아도 되고 간단하고 신속하게 상기 광흡수층(130)을 증착할 수 있게 된다That is, copper (Cu), indium (In), gallium (Ga) and selenium (Se) may be provided in the
또한, 아래의 [표 1]은 RF 스퍼터링 처리 시 가해지는 고주파 전원을 변동시키면서 증착된 CIGS 박막들의 조성을 분석한 결과를 나타낸다.In addition, Table 1 below shows the results of analyzing the composition of the deposited CIGS thin film while varying the high frequency power applied during the RF sputtering process.
표 1을 참조하면, CIGS 박막을 증착할 시 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)이 25 : 18.7 : 6.3 : 50 at%의 조성비로 구비된 단일타겟(140)을 사용하여 RF 스퍼터링 처리를 통해 상기 CIGS 박막을 증착한 것이다.Referring to Table 1, when the CIGS thin film is deposited, a
또한, RF 스퍼터링 처리 시 가해지는 고주파 전원을 500W, 700W 또는 900W로 변경하면서 CIGS 박막들을 증착하였고, 각 CIGS 박막을 EDX(Energy-dispersive X-ray spectroscopy)를 통해 조성분석한 결과를 나타낸다.In addition, CIGS thin films were deposited while changing the high frequency power applied to the RF sputtering process to 500W, 700W or 900W, and each CIGS thin film was subjected to composition analysis through energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX).
또한, 500W의 고주파 전원으로 RF 스퍼터링 처리 시 CIGS 박막의 조성비는 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)이 25.8 : 18.3 : 4.9 : 51.0 at%로 이루어지는데, 이는, 상기 단일타겟(140)의 조성비인 25 : 18.7 : 6.3 : 50 at%과 매우 유사한 값을 갖는다는 것을 알 수 있다.In addition, the composition ratio of the CIGS thin film is 25.8: 18.3: 4.9: 51.0 at% of the CIGS thin film when RF sputtering is performed using a 500W high-frequency power source, which is copper, indium (In), gallium (Ga) and selenium (Se). It can be seen that the composition of the
또한, 700W의 고주파 전원으로 RF 스퍼터링 처리한 경우에도, CIGS 박막의 조성비는 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)이 26.4 : 18.4 : 5.6 : 49.6 at%로 이루어지며, 상기 단일타겟(140)의 조성비와 큰 차이가 없는 것을 알 수 있다. In addition, even when RF sputtering was performed using a high frequency power supply of 700 W, the composition ratio of the CIGS thin film was 26.4: 18.4: 5.6: 49.6 at% of copper (Cu), indium (In), gallium (Ga), and selenium (Se). It can be seen that there is no significant difference with the composition ratio of the
물론, 900W의 고주파 전원으로 RF 스퍼터링 처리한 경우에도, CIGS 박막의 조성비는 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)이 24.4 : 19.4 : 4.6 : 51.6 at%로 이루어지고, 상기 단일타겟(140)의 조성비와 큰 차이가 없는 것을 알 수 있다. Of course, even in the case of RF sputtering treatment with a high frequency power source of 900W, the composition ratio of the CIGS thin film is made of copper (Cu), indium (In), gallium (Ga) and selenium (Se) 24.4: 19.4: 4.6: 51.6 at% It can be seen that there is no significant difference with the composition ratio of the
즉, RF 스퍼터링 처리를 통한 단일공정으로도 상기 단일타겟(140)의 조성이 효과적으로 증착되고, 상기 단일타겟(140)의 조성비와 유사한 조성비를 갖는 CIGS 박막이 상기 광흡수층(130)으로 증착된 것을 알 수 있다.That is, even in a single process through the RF sputtering process, the composition of the
또한, 상기 광흡수층(130)은 DC 스퍼터링 처리를 통해 증착할 수도 있는데, 상기 DC 스퍼터링 처리는 실온에서 500Ｗ 내지 900Ｗ 사이의 특정 직류전원을 가하여 이루어지며, 상기 단일타겟(140)의 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)이 상기 광흡수층(130)으로 증착된다.In addition, the
또한, 상기 DC 스퍼터링 처리는 전술한 RF 스퍼터링 처리와 같이 상기 단일타겟(140)을 구비하여 단일 공정으로 상기 광흡수층(130)을 증착하는 것으로, 다만, 상기 단일타겟(140)에 가해지는 전원이 직류 전원인 점에서 차이가 있으나 별도의 셀렌화 후공정을 실시하지 않고도 간단하고 신속하게 상기 광흡수층(130)을 증착할 수 있는 점은 동일하다(S1300).In addition, the DC sputtering process is to deposit the
다음, 상기 광흡수층(130)을 열처리하게 되는데, 상기 광흡수층(130)의 열처리는 500℃ 내지 600℃ 사이의 특정온도에서 1분 내지 60분 사이의 특정시간 동안 이루어진다.Next, the
또한, 상기 광흡수층(130)을 열처리함에 따라 상기 광흡수층(130)의 전기적 특성, 구조적 특성 및 광학적인 특성이 향상되며, 상기 광흡수층(130)의 열처리는 급속 열처리 장치(Rapid Thermal Annealing, RTA)를 이용하여 실시할 수 있다(S1400). In addition, as the
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 제조방법으로 제조된 CIGS 박막의 표면 및 단면구조를 나타내는 SEM 도면이다.Figure 4 is a SEM diagram showing the surface and cross-sectional structure of the CIGS thin film prepared by the CIGS thin film manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 제조방법으로 제조된 CIGS 박막은, 표면에서 결정구조가 명확한 결정립계를 관찰할 수 있고, 단면에서 광흡수층(130)과 전극층(120) 간의 계면구조가 명료하게 나타나는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, in the CIGS thin film manufactured by the method for manufacturing a CIGS thin film according to an embodiment of the present invention, a crystal grain boundary having a clear crystal structure can be observed on a surface thereof, and a
즉, 상기 광흡수층(130)과 상기 전극층(120) 간의 계면에서 상호확산에 의한 Mo2Se 등의 계면층이 형성되지 않고, 매우 깨끗한 상태의 계면을 형성하고 있으므로, 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 제조방법으로 제조된 CIGS 박막이 우수한 특성을 갖는다는 것을 알 수 있다.That is, since the interface layer such as Mo2Se is not formed by the interdiffusion at the interface between the
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 제조방법으로 제조된 CIGS 박막의 광학특성을 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing the optical characteristics of the CIGS thin film prepared by the CIGS thin film manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 제조방법으로 제조된 CIGS 박막의 광학특성은 열처리 이전(OC1)과, 열처리 이후(OC2)의 광학적 밴드갭에 약간의 변화가 발생되고는 있으나 그래프에서 나타난 바와 같이 1.12 eV 내지 1.17 eV에 해당하는 밴드갭을 갖는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 5, the optical characteristics of the CIGS thin film manufactured by the CIGS thin film manufacturing method according to an embodiment of the present invention may be slightly changed in the optical band gap before (OC1) and after (OC2) heat treatment. However, as shown in the graph, it can be seen that the bandgap corresponds to 1.12 eV to 1.17 eV.
또한, 1.12 eV 내지 1.17 eV에 해당하는 밴드갭은 종래의 금속전구체의 셀렌화법으로 제조된 CIGS 박막의 광학적 밴드갭과 매우 유사한 값을 갖는 것이며, 본 발명에서는 별도의 셀렌화 공정을 실시하지 않고도 광학적 밴드갭이 저하되지 않고 우수한 성질을 갖는 것임을 알 수 있다.In addition, the bandgap corresponding to 1.12 eV to 1.17 eV has a value very similar to the optical band gap of the CIGS thin film manufactured by the selenization method of the conventional metal precursor, and in the present invention, the optical bandgap is performed without performing a separate selenization process. It can be seen that the band gap does not decrease and has excellent properties.
도 6은 350℃의 온도에서 RF 스퍼터링 처리를 통해 제조된 CIGS 박막의 XRD 패턴도면이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 제조방법으로 550℃의 온도에서 5분간 열처리한 CIGS 박막의 XRD 패턴도면이다.FIG. 6 is an XRD pattern diagram of a CIGS thin film manufactured by RF sputtering at a temperature of 350 ° C., and FIG. 6 is a CIGS thin film heat-treated at a temperature of 550 ° C. for 5 minutes in a CIGS thin film manufacturing method according to an embodiment of the present invention. XRD pattern diagram of.
도 6을 참조하면, 350℃의 온도에서 RF 스퍼터링 처리를 통해 제조된 CIGS 박막의 경우 결정성 및 결정화도가 매우 낮으므로 하나의 회절피크(D1, D2, D3)만 나타나고 있으며, 스퍼터링 처리 시 가해지는 전원을 500W, 700W 또는 900W로 전환하며 공급하는 경우에도 동일하게 하나의 회절피크(D1, D2, D3)가 나타나는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 6, since the crystallinity and crystallinity of the CIGS thin film manufactured by RF sputtering at a temperature of 350 ° C. are very low, only one diffraction peak (D1, D2, D3) appears, and is applied during the sputtering process. It can be seen that the same diffraction peaks D1, D2, and D3 appear even when the power source is switched to 500W, 700W or 900W.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 제조방법으로 550℃의 온도에서 5분간 열처리한 CIGS 박막은, 열처리를 통해 CIGS 박막의 결정성이 현격히 향상되어 다양한 CIGS 결정면에 의한 회절피크들(D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, D11, D12)이 관찰되는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 7, a CIGS thin film heat-treated at a temperature of 550 ° C. for 5 minutes in a method for manufacturing a CIGS thin film according to an embodiment of the present invention is significantly improved in crystallinity of a CIGS thin film through heat treatment, and is diffracted by various CIGS crystal surfaces. It can be seen that peaks D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, D11, D12 are observed.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 제조방법은 열처리를 통해 광흡수층의 결정성 및 결정화도를 향상시켜서 다양한 회절피크(D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, D11, D12)가 나타나는 고품질의 CIGS 박막을 형성하는 것임을 알 수 있다.That is, the CIGS thin film manufacturing method according to an embodiment of the present invention according to an embodiment of the present invention by improving the crystallinity and crystallinity of the light absorption layer through the heat treatment various diffraction peaks (D1, D2, D3, D4, D5, It can be seen that D6, D7, D8, D9, D10, D11, and D12) form a high quality CIGS thin film.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 제조방법으로 열처리된 전극층과 광흡수층 간의 계면을 분석한 SIMS 그래프이며, 도 9는 별도의 열처리를 하지 않은 전극층과 광흡수층 간의 계면을 분석한 SIMS 그래프이다.FIG. 8 is a SIMS graph analyzing an interface between an electrode layer and a light absorbing layer heat treated by a CIGS thin film manufacturing method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a SIMS analyzing an interface between an electrode layer and a light absorbing layer not subjected to a separate heat treatment. It is a graph.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 제조방법으로 열처리된 전극층 및 광흡수층 간의 계면은, 각 금속 원소들의 상호확산이 억제되므로 매우 깨끗한 계면을 형성하고 있는 것임을 알 수 있다.Referring to FIG. 8, it can be seen that the interface between the electrode layer and the light absorbing layer heat-treated by the CIGS thin film manufacturing method according to the embodiment of the present invention forms a very clean interface because mutual diffusion of metal elements is suppressed.
그러나, 도 9를 참조하면, 별도의 열처리를 실시하지 않는 경우에는 인듐(In) 또는 갈륨(Ga) 등의 금속원소가 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 전극층으로 확산되는 것이 확인되고 상기 전극층의 몰리브덴(Mo)도 상기 광흡수층으로 확산된 것을 알 수 있다.However, referring to FIG. 9, when no heat treatment is performed, it is confirmed that metal elements such as indium (In) or gallium (Ga) diffuse into the electrode layer made of molybdenum (Mo), and molybdenum (Mo) of the electrode layer It can be seen that also diffused into the light absorbing layer.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 CIGS 박막 제조방법으로 열처리된 전극층 및 광흡수층은 서로 상호확산이 방지된다는 것을 알 수 있다.That is, it can be seen that the electrode layer and the light absorbing layer heat-treated by the CIGS thin film manufacturing method according to the embodiment of the present invention prevent mutual diffusion.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 전극층의 XRD 분석결과를 나타내는 그래프이다.10 is a graph showing the XRD analysis of the electrode layer according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전극층은, 열처리가 이루어지면서 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 결정립의 크기가 향상됨에 따라, 열처리 이전의 전극층의 FWHM값(F1)과 열처리 이후의 전극층의 FWHM값(F2)을 서로 비교하면, 결정립 계면의 밀도가 상대적으로 낮아지고 상기 전극층의 FWHM 값이 감소하게 된 것을 알 수 있다.10, the electrode layer according to an embodiment of the present invention, as the size of the crystal grains made of molybdenum (Mo) as the heat treatment is improved, the FWHM value (F1) of the electrode layer before the heat treatment and the electrode layer after the heat treatment Comparing the FWHM values (F2) with each other, it can be seen that the density of the grain boundary is relatively low and the FWHM value of the electrode layer is reduced.
즉, 광흡수층의 각 원소들이 상호확산 시 상기 전극층의 결정립 계면이 주요 확산경로로 작용하게 되는데, 상기 전극층의 열처리에 따라 결정립 계면의 밀도가 낮아지면서 상기 광흡수층 및 상기 전극층 간의 상호확산이 억제되는 것이다.That is, when the elements of the light absorbing layer are mutually diffused, the grain interface of the electrode layer acts as a main diffusion path. As the heat treatment of the electrode layer decreases the density of the grain interface, mutual diffusion between the light absorbing layer and the electrode layer is suppressed. will be.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 전극층의 TEM 분석결과를 나타내는 도면이다.11 is a diagram illustrating a TEM analysis result of an electrode layer according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전극층의 TEM 이미지 및 회절패턴을 확인할 수 있고, 열처리 이전의 전극층(P1)의 TEM 이미지 및 회절패턴과 열처리 이후의 전극층(P2)의 TEM 이미지 및 회절패턴을 비교한 것이다.Referring to FIG. 11, the TEM image and the diffraction pattern of the electrode layer according to the exemplary embodiment of the present invention can be confirmed, and the TEM image and the diffraction pattern of the electrode layer P1 before the heat treatment and the TEM image of the electrode layer P2 after the heat treatment. And diffraction patterns are compared.
또한, 열처리 이후의 전극층(P2)은 결정립의 크기가 증가하고 광흡수층과 전극층간의 계면이 깨끗하며 금속 원소의 상호확산이 억제됨에 따라 뚜렷한 회절패턴을 확인할 수 있는 것을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the electrode layer P2 after heat treatment has a clear diffraction pattern as the grain size increases, the interface between the light absorbing layer and the electrode layer is clean, and interdiffusion of metal elements is suppressed.
즉, 열처리 이전의 전극층(P1)에 비해 열처리된 전극층(P2)은 결정립의 크기가 증가하고 우수한 구조적 특성을 갖게 되므로, 명확한 회절패턴을 관찰할 수 있는 것임을 알 수 있다.That is, it can be seen that the electrode layer P2, which has been heat-treated as compared with the electrode layer P1 before the heat treatment, increases in grain size and has excellent structural characteristics, so that a clear diffraction pattern can be observed.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, Various changes and modifications will be possible.
110 : 기판 120 : 전극층
130 : 광흡수층110: substrate 120: electrode layer
130: light absorption layer
Claims (10)
상기 전극층을 열처리하는 제 2단계; 및
상기 전극층의 상부에 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)을 포함하는 단일타겟을 스퍼터링 처리하여, 광흡수층을 증착하는 제 3단계;를 포함하는 CIGS 박막 제조방법.
Preparing a substrate and depositing an electrode layer on the substrate;
A second step of heat-treating the electrode layer; And
A third step of depositing a light absorption layer by sputtering a single target including copper (Cu), indium (In), gallium (Ga), and selenium (Se) on the electrode layer; .
상기 광흡수층을 열처리하는 제 4단계;를 더 포함하고,
상기 제 4단계는 500℃ 내지 600℃ 사이의 특정온도에서 1분 내지 60분 사이의 특정시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 CIGS 박막 제조방법.
The method of claim 1,
And further comprising a fourth step of heat treating the light absorption layer.
The fourth step is a CIGS thin film manufacturing method, characterized in that made for a specific time between 1 minute and 60 minutes at a specific temperature between 500 ℃ to 600 ℃.
상기 제 2단계는 300℃ 내지 500℃ 사이의 특정온도에서 1분 내지 30분 사이의 특정시간 동안 상기 전극층을 열처리하는 것을 특징으로 하는 CIGS 박막 제조방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
The second step is a CIGS thin film manufacturing method characterized in that the heat treatment of the electrode layer for a specific time between 1 minute and 30 minutes at a specific temperature between 300 ℃ to 500 ℃.
상기 제 3단계는 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀렌(Se)이 포함된 단일타겟을 이용하여 RF 스퍼터링 또는 DC 스퍼터링 처리하여, 상기 광흡수층을 증착하는 것을 특징으로 하는 CIGS 박막 제조방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
In the third step, RF sputtering or DC sputtering is performed using a single target including copper (Cu), indium (In), gallium (Ga), and selenium (Se) to deposit the light absorption layer. CIGS thin film manufacturing method.
상기 RF 스퍼터링 처리는 500℃ 내지 600℃ 사이의 특정 온도에서 500Ｗ 내지 900Ｗ 사이의 특정 고주파전원을 가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 CIGS 박막 제조방법.
5. The method of claim 4,
The RF sputtering process is a CIGS thin film manufacturing method characterized in that by applying a specific high-frequency power between 500 kHz to 900 kHz at a specific temperature between 500 ℃ to 600 ℃.
상기 DC 스퍼터링 처리는 실온에서 500Ｗ 내지 900Ｗ 사이의 특정 직류전원을 가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 CIGS 박막 제조방법.
5. The method of claim 4,
The DC sputtering process is a CIGS thin film manufacturing method characterized in that by applying a specific DC power source between 500 kW to 900 kW at room temperature.
상기 제 1단계의 전극층은 몰리브덴(Mo)을 DC 스퍼터링 처리하여 증착하는 것을 특징으로 하는 CIGS 박막 제조방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
The electrode layer of the first step is a CIGS thin film manufacturing method, characterized in that the deposition by molybdenum (Mo) by sputtering DC.
상기 1단계의 DC 스퍼터링 처리는 실온에서 500Ｗ 내지 900Ｗ 사이의 특정 직류전원을 가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 CIGS 박막 제조방법.
8. The method of claim 7,
The first step of the DC sputtering treatment is CIGS thin film manufacturing method characterized in that by applying a specific DC power source between 500 kW to 900 kW at room temperature.
상기 단일타겟은 구리(Cu) 25 : 인듐(In) 18.7 : 갈륨(Ga) 6.3 : 셀렌(Se) 50 at%의 조성비로 구비된 것을 특징으로 하는 CIGS 박막 제조방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
The single target is a copper (Cu) 25: Indium (In) 18.7: Gallium (Ga) 6.3: Selenium (Se) A composition of CIGS thin film, characterized in that provided with a composition ratio of 50 at%.
A CIGS thin film solar cell manufactured by the manufacturing method of claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110136168A KR20130068793A (en) | 2011-12-16 | 2011-12-16 | Cigs film solar cell using the cigs thin film fabricating method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110136168A KR20130068793A (en) | 2011-12-16 | 2011-12-16 | Cigs film solar cell using the cigs thin film fabricating method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130068793A true KR20130068793A (en) | 2013-06-26 |
Family
ID=48864342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110136168A KR20130068793A (en) | 2011-12-16 | 2011-12-16 | Cigs film solar cell using the cigs thin film fabricating method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20130068793A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150023103A (en) * | 2013-08-22 | 2015-03-05 | 재단법인대구경북과학기술원 | Thin film solar cell and method of fabricating the same |
-
2011
- 2011-12-16 KR KR1020110136168A patent/KR20130068793A/en active Search and Examination
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150023103A (en) * | 2013-08-22 | 2015-03-05 | 재단법인대구경북과학기술원 | Thin film solar cell and method of fabricating the same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1654769B1 (en) | Method for the preparation of group ib-iiia-via quaternary or higher alloy semiconductor films | |
| KR101628312B1 (en) | PREPARATION METHOD OF CZTSSe-BASED THIN FILM SOLAR CELL AND CZTSSe-BASED THIN FILM SOLAR CELL PREPARED BY THE METHOD | |
| KR20110009133A (en) | Manufacturing method of cis thin-film solar cell | |
| WO2003005456A1 (en) | Method for forming light-absorbing layer | |
| KR20150142094A (en) | Solar cell comprising multiple buffer layer formed by atomic layer deposition and method of fabricating the same | |
| KR101582200B1 (en) | A method for preparing CZTS thin film for solar cell | |
| KR101441942B1 (en) | Flexible thin film type Solar Cell and Method for manufacturing the same | |
| US8912037B2 (en) | Method for making photovoltaic devices using oxygenated semiconductor thin film layers | |
| KR101734362B1 (en) | Forming method for acigs film at low temperature and manufacturing method for solar cell by using the forming method | |
| US9284639B2 (en) | Method for alkali doping of thin film photovoltaic materials | |
| JP2010192690A (en) | Method of manufacturing solar cell | |
| JPH06120545A (en) | Manufacture of thin film solar cell | |
| JP3976626B2 (en) | Method for producing compound semiconductor thin film | |
| KR20130068793A (en) | Cigs film solar cell using the cigs thin film fabricating method | |
| KR20100085769A (en) | Cds/cdte thin film solar cells and manufacturing method thereof | |
| KR100936487B1 (en) | Manufacturing method of cds/cdte thin film solar cells | |
| KR20140122326A (en) | Fabrication method of cigs absorber layer using indium oxide | |
| JP2014506391A (en) | Solar cell and method for manufacturing solar cell | |
| Gang et al. | Optimization of CdS buffer layer for high efficiency earth-abundant Cu2ZnSn (S, Se) 4 thin film solar cells | |
| KR101462498B1 (en) | Fabrication Method of CIGS Absorber Layers and its application to Thin Film Solar Cells | |
| TWI634669B (en) | Method for making a large area of thin film solar cell | |
| KR101552968B1 (en) | Fabrication Method of CIGS Thin Films and its application to Thin Film Solar Cells | |
| KR20130007188A (en) | Production method of cigs thin film | |
| WO2024060423A1 (en) | Surface modification method and device for cigs solar cell, and cigs solar cell | |
| KR101410671B1 (en) | Fabrication method of CIS thin films and its application to CIS thin film solar cells |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment |