KR20140018808A - 박막 태양전지 모듈 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막 태양전지 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 태양전지 모듈은, 기판, 상기 기판 상의 하부 전극층, 상기 하부 전극층 상의 광 흡수층, 상기 광 흡수층 상의 상부 전극층 및 상기 상부 전극층 상의 보호층을 포함하고, 상기 보호층은 상기 광 흡수층의 측면을 따라 상기 하부 전극층까지 연장되고, 상기 보호층은 흡습재를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 박막 태양전지 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 반도체 소자를 이용하여 태양광 에너지를 직접 전기 에너지 등으로 변화시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
태양전지는 p-n 접합을 이용한 것으로, 그 재료로서 단결정, 다결정, 비정질 실리콘, 화합물, 염료감응 태양전지 등 효율과 특성 개선을 위해 다양한 소자가 활용되고 있다. 그 중 널리 활용되는 결정형 실리콘 태양전지는 발전효율에 비해 재료 단가가 높고, 공정이 복잡한바, 이를 극복하기 위해 생산 단가가 저렴한 박막형 태양전지(Thin film solar cell)에 대한 관심이 고조되고 있다.
본 발명의 목적은, 에지 실링을 생략하더라도 투습을 방지하고 광전변환효율이 향상된 박막 태양전지 모듈 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 박막 태양전지 모듈은, 기판, 상기 기판 상의 하부 전극층, 상기 하부 전극층 상의 광 흡수층, 상기 광 흡수층 상의 상부 전극층 및 상기 상부 전극층 상의 보호층을 포함하고, 상기 보호층은 상기 광 흡수층의 측면을 따라 상기 하부 전극층까지 연장되고, 상기 보호층은 흡습재를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 광 흡수층은, CIS 재질, CIGS 재질, 비정질 실리콘 재질 및 CdTe 재질의 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 하부 전극층 상의 제1, 2 리본을 더 포함하고, 상기 광 흡수층 및 상기 상부 전극층은 상기 제1, 2 리본 사이에 위치할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 보호층은 상기 제1, 2 리본의 상면 및 측면들을 커버할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 흡습재는 금속 또는 금속 산화물일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 흡습재는 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 철(Fe), 칼슘(Ca), 바륨(Ba) 및 스트론튬(Sr)의 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 상부 전극층 상의 커버 기판을 더 포함하고, 상기 보호층의 굴절율은, 상기 커버 기판의 굴절율으로부터 상기 상부 전극의 굴절율까지의 범위를 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 커버 기판과 상기 보호층 사이의 봉지층을 더 포함하고, 상기 봉지층은 상기 기판과 접할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 봉지층은 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 에틸렌초산비닐 부분 산화물, 규소 수지, 에스테르계 수지 및 올레핀계 수지의 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 박막 태양전지 모듈의 제조방법은, 기판 상에 하부 전극층을 형성하는 단계, 상기 하부 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계, 상기 광 흡수층 상에 상부 전극층을 형성하는 단계 및 상기 상부 전극층 상에 보호층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 보호층은 상기 광 흡수층의 측면을 따라 상기 하부 전극층까지 연장되도록 형성되고, 상기 보호층은 흡습재를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 보호층을 형성하는 단계는, 상기 하부 전극층의 일부가 노출되도록, 상기 광 흡수층 및 상기 상부 전극층의 일부를 제거하는 단계 및 노출된 상기 하부 전극층 상에 상기 보호층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 광 흡수층은, CIS 재질, CIGS 재질, 비정질 실리콘 재질 및 CdTe 재질의 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 하부 전극층 상에 제1, 2 리본을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 광 흡수층 및 상기 상부 전극층은 상기 제1, 2 리본 사이에 위치할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1, 2 리본을 형성하는 단계는, 상기 하부 전극층의 제1, 2 부분을 노출시키도록 상기 보호층을 제거하는 단계 및 상기 하부 전극층의 제1, 2 부분에 각각 상기 제1, 2 리본을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 보호층은 상기 제1, 2 리본 각각의 상면 및 측면상에 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 흡습재는 금속 또는 금속 산화물일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 보호층 상에 커버 기판을 위치시키는 단계를 더 포함하고, 상기 보호층은 상기 커버 기판의 굴절율과 상기 상부 전극층의 굴절율 사이의 굴절율을 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 흡습재는 금속 산화물이고, 상기 흡습재를 형성하는 단계는, 상기 금속 산화물을 증착시 산소 분압을 조절할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 보호층 상에 봉지층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 봉지층은 상기 기판과 접하도록 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 봉지층은 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 에틸렌초산비닐 부분 산화물, 규소 수지, 에스테르계 수지 및 올레핀계 수지의 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 에지 실링을 생략하더라도 박막 태양전지 모듈로의 투습이 방지되고, 박막 태양전지의 광전변환효율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 태양전지 모듈 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 태양전지 모듈의 반사율을 도시한 도이다.
도 3 내지 도 9는 도 1의 박막 태양전지 모듈의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
도 10은 도 1의 박막 태양전지 모듈의 변형예를 도시한 도이다.
도 11 내지 도 13은 도 10의 박막 태양전지 모듈의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
도 2는 도 1의 태양전지 모듈의 반사율을 도시한 도이다.
도 3 내지 도 9는 도 1의 박막 태양전지 모듈의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
도 10은 도 1의 박막 태양전지 모듈의 변형예를 도시한 도이다.
도 11 내지 도 13은 도 10의 박막 태양전지 모듈의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 도면에서, 각 구성요소는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한, 각 구성요소의 설명에 있어서, "상(on)"에 또는 "하(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "하(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함하며, "상(on)" 또는 "하(under)"에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 태양전지 모듈의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 2는 도 1의 태양전지 모듈의 반사율을 도시한 도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 태양전지 모듈(100)은, 박막 태양전지(120), 박막 태양전지(120) 상에 형성된 보호층(140), 박막 태양전지(120)의 양단에 각각 부착된 한 쌍의 리본(130), 박막 태양전지(120)와 한 쌍의 리본(130)을 밀봉하는 봉지층(150) 및 봉지층(150) 상의 커버 기판(160)를 포함할 수 있다.
박막 태양전지(120)는 광전효과에 의해 태양광 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 소자로써, CIGS 박막 태양전지, 비정질 실리콘 박막 태양전지, CdTe 박막 태양전지 일 수 있다. 이하에서는, 박막 태양전지(120)가 CIGS 박막 태양전지인 것으로 설명하나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 박막 태양전지(120)는 비정질 실리콘 박막 태양전지, CdTe 박막 태양전지일 수도 있다.
박막 태양전지(120)는 하부 기판(121)과 하부 기판(121) 상에 순차적으로 적층된 하부 전극층(122), 광 흡수층(124), 버퍼층(126) 및 상부 전극층(128)을 포함할 수 있다.
하부 기판(121)은 유리(Glass) 기판, 스테인레스 스틸 기판 또는 폴리머 기판 등으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 유리 기판으로는 소다라임 유리(sodalime glass)를 사용할 수 있고, 폴리머 기판으로는 폴리이미드(polyimide) 등을 사용할 수 있다.
하부 전극층(122)은, 광전효과에 의해 형성된 전하를 수집하고, 광 흡수층(124)을 투과한 광을 반사시켜 광 흡수층(124)에 의해 재흡수될 수 있도록, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 등과 같은 전도성과 광 반사율이 우수한 금속 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 하부 전극층(122)은 높은 전도도, 광 흡수층(124)과의 오믹(ohmic) 접촉, 셀레늄(Se) 분위기 하에서의 고온 안정성 등을 고려하여, 몰리브덴(Mo)을 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 하부 전극층(122)은 하부 기판(121)과의 접합 및 하부 전극층(122) 자체의 저항 특성의 확보를 위해 다중 막으로 형성될 수도 있다.
광 흡수층(124)은 입사하는 태양광을 흡수하고, 구리(Cu), 인듐(In), 및 셀레늄(Se)을 포함하는 구리-인듐- 셀레나이드(CIS)계 화합물로 형성되어 P형 반도체층을 이룰 수 있다. 또한, 광 흡수층(124)은, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)을 포함하는 구리-인듐-갈륨-셀레나이드(Cu(In, Ga)Se2, CIGS)계 화합물로 형성될 수도 있다. 이러한 광 흡수층(124)은 0.7 내지 2㎛의 두께로 다양하게 형성될 수 있다.
버퍼층(126)은 광 흡수층(124)과 후술할 상부 전극층(128) 간의 밴드 갭 차이를 줄이고, 광 흡수층(124)과 상부 전극층(128)의 계면에서 발생할 수 있는 전자와 정공의 재결합을 감소시킨다. 이러한 버퍼층(126)은 CdS, ZnS, In2S3, ZnxMg(1-x)O 등으로 형성될 수 있다.
상부 전극층(128)은, 광 흡수층(124)과 P-N접합을 이루고, ZnO:B, ZnO:Al, ZnO:Ga, ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 등과 같은 광을 투과할 수 있는 성질을 가지는 전도성 재질로 이루어진다. 따라서, 상부 전극층(128)은 입사광을 투과시키며 동시에 광전효과에 의해 형성된 전하를 포획할 수 있다.
보호층(140)은 박막 태양전지(120) 상에 형성된다. 예를 들어, 보호층(140)은 상부 전극층(128)의 상면 상에 형성될 뿐 아니라, 후술할 한 쌍의 리본(130)을 부착하기 위한 공정에서 노출된 하부 전극층(122)의 일부 상면과, 광 흡수층(124), 버퍼층(126) 및 상부 전극층(128)의 측면도 커버하도록 형성될 수 있다.
보호층(140)은 흡습재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 보호층(140)은 Al2O3 또는 MgO로 형성될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 보호층(140)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 철(Fe), 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr) 및 이들의 산화물 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수도 있다.
보호층(140)은 박막 태양전지 모듈(100)의 내부로 침투한 수분을 흡수하여, 박막 태양전지 모듈(100) 내부로 침투한 수분으로부터 박막 태양전지(120)를 보호할 수 있다.
또한, 커버 기판(160)의 전면으로 입사하는 태양광이 보호층(140)에 의해 반사되는 것을 최소화하기 위해, 보호층(140)의 굴절율은 커버 기판(160)의 굴절율과 상부 전극층(128)의 굴절율 사이의 값을 가질 수 있다.
예를 들어, 유리 재질로 형성된 커버 기판(160)은 약 1.5의 굴절율을 가지고, ITO로 형성된 상부 전극층(128)은 약 2의 굴절율을 가지므로, 보호층(140)은 1.5 내지 2의 굴절율을 가지도록 형성될 수 있다. 한편, 에틸렌초산비닐 공중합체 수지 등으로 형성될 수 있는 봉지층(150)의 굴절율은 커버기판(160)의 굴절율과 동일하게 설정되므로, 보호층(140)의 굴절율 설정시, 봉지층(150)의 굴절율은 큰 영향을 미치지 않는다.
도 2는 커버 기판(160)과 봉지층(150)의 굴절율이 약 1.5이고, 상부 전극층의 굴절율이 약 2인 경우, 보호층(140)의 굴절율에 따른 태양전지 모듈(100)의 반사도를 다층막의 반사율 공식에 따라 계산한 결과를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 보호층(140)의 굴절율이 커버 기판(160)의 굴절율과 상부 전극층(128)의 굴절율 사이의 값을 가지면, 입사하는 태양광의 반사율을 최소화할 수 있으므로, 광 흡수층(124)까지 도달되는 광량이 감소하는 것을 방지할 수 있다.
보호층(140)은 50㎚ 내지 1000㎚의 두께로 형성될 수 있다. 보호층(140)의 두께가 50㎚ 이상인 경우는, 박막 태양전지 모듈(100)의 내부로 침투한 수분의 흡습 효과가 충분하다. 반면에, 보호층(140)의 두께가 1000㎚이하인 경우는, 흡습재의 광 흡수율이 증가함에 따른 광 투과량이 감소하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 보호층(140)은 50㎚ 내지 1000㎚의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같은 보호층(140)은 박막 태양전지 모듈(100)의 내부로 침투한 수분을 흡수하여 박막 태양전지(120)로 수분이 침투하는 것을 방지하는 동시에, 반사방지막의 기능을 수행하여 박막 태양전지(120)의 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
한 쌍의 리본(130)은 박막 태양전지(120)의 양단에서 노출된 하부 전극층(122) 상에 접합된다. 한 쌍의 리본(130)은 박막 태양전지(120)에서 발생한 전자와 정공을 수집하며, 전류가 역류되는 것을 방지하는 정션 박스(미도시)와 연결되는 정션 박스의 리드선과 연결된다.
봉지층(150)은 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 에틸렌초산비닐 부분 산화물, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등으로 형성될 수 있다. 봉지층(150)은 박막 태양전지(120)와 한 쌍의 리본(130)을 밀봉하며, 박막 태양전지(120)에 악영향을 미칠 수 있는 수분이나 산소를 차단할 수 있다.
커버 기판(160)은 태양광을 투과하도록 유리로 형성될 수 있으며, 외부의 충격 등으로부터 박막 태양전지(120)를 보호하기 위해 강화유리로 형성될 수 있다. 커버 기판(160)은 태양광의 반사를 방지하고 태양광의 투과율을 높이기 위해 철분이 적게 들어간 저철분 강화유리로 형성될 수 있다.
도 3 내지 도 9는 도 1의 박막 태양전지 모듈의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
이하의 도 3 내지 도 5는 도 1의 박막 태양전지 모듈의 박막 태양전지의 제조방법을 도시함과 함께 박막 태양전지의 구성을 보다 상세히 도시하고 있으며, 도 6내지 도 9는 도 3 내지 도 5에 따라 제조된 박막 태양전지를 이용한 박막 태양전지 모듈의 제조방법을 도시하고 있다.
먼저, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 박막 태양전지(120)의 제조방법을 설명한다.
박막 태양전지(120)는, 먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 하부 기판(121) 상에 하부 전극층(122)을 형성한 후, 제1 패터닝을 실시하여 하부 전극층(122)을 복수개로 분할한다.
하부 전극층(122)은 도전성 페이스트를 하부 기판(121) 상에 도포한 후 열처리하여 형성하거나, 도금법 등의 공정을 통해 형성할 수 있다. 또한, 몰리브덴(Mo) 타겟을 이용한 스퍼터링(sputtering) 공정에 의해 형성할 수 있다.
제1 패터닝은, 예를 들어, 레이저 스크라이빙(Laser scribing) 공정에 의할 수 있다. 레이저 스크라이빙 공정은 하부 기판(121)의 저면으로부터 하부 기판(121) 쪽으로 레이저를 조사하여 하부 전극층(122)의 일부를 증발시키는 공정 또는 하부 전극층(122)의 상면쪽에서 레이저를 조사하여 일부를 증발시키는 공정으로 수행할 수 있으며, 이에 의해, 하부 전극층(122)을 일정한 간격을 가지고 복수개로 분할하는 제1 패턴부(P1)가 형성될 수 있다.
이어서, 도 4와 같이 광 흡수층(124)과 버퍼층(126)을 형성한 후, 제2 패터닝을 실시한다.
광 흡수층(124)은, i) 진공 챔버 내에 설치된 작은 전기로에 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se) 등을 넣고 이를 가열하여 진공 증착시키는 동시증착(co-evaporation)법, ii) 구리(Cu) 타겟, 인듐(In) 타겟, 갈륨(Ga) 타겟을 사용하여 하부 전극층(122) 상에 CIG계 금속 프리커서막(precusor)막을 형성한 후, 셀렌화수소(H2Se) 가스 분위기에서 열처리함으로써 금속 프리커서막이 셀레늄(Se)과 반응하여 CIGS계 광 흡수층(124)을 형성하는 스퍼터링/셀레니제이션 법에 의해 형성할 수 있다. 또한, 전착(electro-deposition)법, 유기금속 화학증착(molecular organic chemical vapor deposition, MOCVD) 등에 의해 광 흡수층(124)을 형성할 수 있다.
버퍼층(126)은, 화학적 용액성장법(Chemical bath deposition, CBD), 원자층 증착(Atomic layer deposition, ALD), ILGAR(Ion layer gas reaction)법 등에 의해 형성될 수 있다.
이와 같이, 광 흡수층(124)과 버퍼층(126)을 형성한 후에는 제2 패터닝을 실시한다. 제2 패터닝은, 예를 들어, 제1 패턴부(P1)와 이격된 지점에서, 제1 패턴부(P1)와 나란한 방향으로 바늘 등과 같은 날카로운 기구를 이동시켜 제2 패턴부(P2)를 형성하는 기계적 스크라이빙(Mechanical scribing)에 의할 수 있으나, 이에 한정하지 않으며, 레이저 스크라이빙을 이용할 수도 있다.
제2 패터닝은 광 흡수층(124)을 복수개로 분할하고, 제2 패터닝에 의해 형성되는 제2 패턴부(P2)는 하부 전극층(122)의 상면까지 연장되어 하부 전극층(122)을 노출시킨다.
다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이 상부 전극층(128)을 형성한 후, 제3 패터닝을 실시한다.
상부 전극층(128)은, ZnO:B, ZnO:Al, ZnO:Ga, ITO 또는 IZO 등과 같은 투명한 전도성 재질로 형성될 수 있으며, 유기금속 화학증착(Metalorganic chemical vapor deposition, MOCVD), 저압 화학 기상증착법(Low pressure chemical vapor deposition, LPCVD) 또는 스퍼터링(Sputtering)법 등에 의해 형성할 수 있다.
상부 전극층(128)은 제2 패턴부(P2) 내에도 형성되어 제2 패턴부(P2)에 의해 노출된 하부 전극층(122)과 접촉함으로써, 제2 패턴부(P2)에 의해 복수개로 분할된 광 흡수층(124)을 전기적으로 연결한다.
이러한 상부 전극층(128)은 제1 패턴부(P1) 및 제2 패턴부(P2)와 상이한 위치에 형성된 제3 패턴부(P3)에 의해 복수개로 나뉠 수 있다.
제3 패터닝은 레이저 스크라이빙 또는 기계적 스크라이빙(Mechanical scribing)에 의할 수 있고, 제3 패터닝에 의해 형성되는 제3 패턴부(P3)는, 제1 패턴부(P1) 및 제2 패턴부(P2)와 나란하게 형성된 홈(Groove)일 수 있으며, 하부 전극층(122)의 상면까지 연장되어 형성됨으로써, 다수의 광전변환 유닛(C1~C3)이 형성된다. 또한, 제3 패턴부(P3)는 다수의 광전변환 유닛(C1~C3) 간에 절연층으로 작용하여 광전변환 유닛(C1~C3)은 직렬로 연결될 수 있다.
다음으로, 도 6 내지 도 9를 참조하여, 도 1의 박막 태양전지 모듈(100)의 제조방법을 설명한다.
먼저, 도 6에 도시된 바와 같이, 박막 태양전지(120)의 양 측에 하부 전극층(122)을 노출시키는 개구(132)를 형성한다. 개구(132)는 상술한 제1 패터부(P1) 내지 제3 패턴부(P3)와 나란하게 형성된 홈(Groove)일 수 있다. 또한, 개구(132)는 후술할 리본(130)이 안착될 영역으로 적어도 리본(130)의 폭보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 개구(132)는 기계적 스크라이빙(Mechanical scribing), 레이저 스크라이빙 또는 선택적 에칭 공정에 의해 형성될 수 있다.
이어서, 도 7과 같이 도 6의 구조물 상에 전체적으로 보호층(140)을 형성한다.
보호층(140)은 Al2O3 또는 MgO로 형성되어 박막 태양전지 모듈(100)의 내부로 침투한 수분을 흡수할 수 있다. Al2O3 또는 MgO의 증착시, 산소 분압을 조절함으로써, 형성되는 보호층(140)의 굴절율을 조절할 수 있다.
예를 들어, 보호층(140)이 Al2O3로 형성되는 경우, Al2O3 박막의 증착시, 산소 분압이 증가할수록 보호층(140)의 굴절율은 낮아진다. 따라서, 형성되는 보호층(140)의 굴절율 변경이 가능한바, 커버 기판(160)과 상부 전극층(128)의 굴절율 값에 따라, 보호층(140)이 커버 기판(160)과 상부 전극층(128) 사이의 굴절율 값을 가지도록 할 수 있다.
이와 같은 보호층(140)은 스퍼터링(Sputtering), 저압 화학 기상증착법(Low pressure chemical vapor deposition, LPCVD), 유기금속 화학증착법(Metalorganic chemical vapor deposition, MOCVD), 플라즈마 화학증착법(Plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD), 원자층 증착법(Atomic layer deposition, ALD), 스핀코팅법(Spin coating method), 인쇄법(Printing method) 등에 의해 형성할 수 있다. 보호층(140)은 버퍼층(126)과 상부 전극층(128)의 열적 손상을 방지하기 위해 200℃ 이하의 온도에서 형성되는 것이 바람직하다.
보호층(140)을 형성한 후에는, 도 8에 도시된 바와 같이 Edge deletion 공정을 수행한다. Edge deletion 공정은 박막 태양전지 모듈(100)의 모서리 전체에 대해 수행되어 도 7의 A 부분을 제거한다. 이와 같이, 하부 기판(121)의 가장자리에 형성된 박막 태양전지(120)를 제거함으로써, 봉지층(150)과 하부 기판(121) 간의 접합력이 향상되고, 박막 태양전지(120)를 외부 환경과 단절시킬 수 있다.
다음으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 도 8의 B 부분을 제거하는 전극 노출 공정을 수행하여 하부 전극층(122)의 양 단부를 노출시킨다. 한편, 전극 노출공정과 Edge deletion공정은 그 순서가 바뀌어도 무방하다.
전극 노출 공정 후, 노출된 하부 전극층(122) 상에 한 쌍의 리본(130)을 부착한다.
한 쌍의 리본(130)은, 예를 들어, 노출된 하부 전극층(122) 상에 플럭스(flux)를 도포하고, 도포된 플럭스 상에 리본(130)을 위치시킨 다음 소성 과정을 거치는 태빙공정에 의해 하부 전극층(122) 상에 부착될 수 있다. 그 밖에 전도성 테이프, Ultrasonic welding, Ultrasonic soldering 등의 공정에 의해 리본(130)은 하부 전극층(122) 상에 부착될 수 있다. 리본(130)의 부착을 Ultrasonic welding, Ultrasonic soldering 공정에 의할 경우, 도 8의 Edge deletion공정을 생략할 수도 있다.
한 쌍의 리본(130)은 도 6에서 도시하고 설명한 개구(도 6의 132) 내에 위치하여 개구(도 6의 132)의 방향을 따라 형성된다.
한 쌍의 리본(130)을 부착한 다음, 도 1의 봉지층(150)과 커버 기판(160)을 위치시킨 후, 라미네이션 공정을 통해 도 1과 같은 박막 태양전지 모듈(100)을 형성할 수 있다.
이와 같은 형성된 박막 태양전지 모듈(100)은, 봉지층(150)에 의해 외부의 수분 침투를 1차로 방지하고, 박막 태양전지 모듈(100) 내로 침투한 수분을 보호층(140)이 2차로 흡수하므로, 박막 태양전지(120)로 습기가 침투하지 못하게 된다. 따라서, 종래의 에지실링부를 생략할 수 있다. 또한, 보호층(140)은 반사방지막의 역할도 동시에 수행하므로, 박막 태양전지(120)의 광전 변환 효율이 향상될 수 있다.
도 10은 도 1의 박막 태양전지 모듈의 변형예를 도시한 도이다.
도 10의 박막 태양전지 모듈(200)은, 박막 태양전지(220), 박막 태양전지(220)의 양단에 각각 부착된 한 쌍의 리본(230), 박막 태양전지(220)와 한 쌍의 리본(230) 상에 형성된 보호층(240), 보호층(240) 상에 형성된 봉지층(250) 및 봉지층(250) 상의 커버 기판(260)를 포함할 수 있다.
박막 태양전지(220)는, 일 예로, CIGS 박막 태양전지일 수 있으며, 박막 태양전지(220)는 하부 기판(221)과 하부 기판(221) 상에 순차적으로 적층된 하부 전극층(222), 광 흡수층(224), 버퍼층(226) 및 상부 전극층(228)을 포함할 수 있다.
박막 태양전지(220), 봉지층(250) 및 커버 기판(260)은 도 1에서 도시하고 설명한 박막 태양전지(120), 봉지층(150) 및 커버 기판(160)과 동일하므로 자세한 설명은 생략하며, 이하에서는 차이점만을 설명한다.
도 10을 참조하면, 보호층(240)이 한 쌍의 리본(230)까지도 커버하도록 형성된다. 구체적으로, 보호층(240)은 상부 전극층(228)의 상면과, 한 쌍의 리본(230)을 형성하기 위한 공정 중 노출된 광 흡수층(224), 버퍼층(226) 및 상부 전극층(228)의 측면상과 하부 전극층(222)의 일부 상면상에 형성될 뿐 아니라, 한 쌍의 리본(230) 각각의 상면과 양 측면까지 커버하도록 형성된다.
이와 같이 한 쌍의 리본(230)의 표면을 흡습효과를 가지는 보호층(240)으로 밀봉함으로써, 리본(230)의 부식을 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 보호층(240)은 상부 전극층(228)과 커버 기판(미도시) 사이의 굴절율을 가짐으로써, 반사방지막의 역할도 동시에 수행하여 박막 태양전지(220)의 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
도 11 내지 도 13은 도 10의 박막 태양전지 모듈의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
한편, 도 10의 박막 태양전지 모듈(200)의 박막 태양전지(220)는 도 1에서 도시하고 설명한 박막 태양전지(120)와 동일하다. 따라서, 박막 태양전지(220)의 제조방법은 도 3 내지 도 6에서 도시하고 설명한 박막 태양전지(120)의 제조 방법과 동일하므로, 이하에서는 이를 중복하여 설명하지 않으며, 차이점만을 설명한다.
도 11 내지 도 13를 참조하여, 도 10의 박막 태양전지 모듈(200)의 제조방법을 설명하면, 먼저, 도 11과 같이 하부 기판(221) 상에 하부 전극층(222), 광 흡수층(224), 버퍼층(226) 및 상부 전극층(228)이 순차적으로 적층되어 형성된 박막 태양전지(220)의 양 측에 하부 전극층(222)을 노출시키는 개구(232)를 형성한 후, 개구(232)에 의해 노출된 하부 전극층(222) 상면에 리본(230)을 접합한다.
개구(232)는 기계적 스크라이빙(Mechanical scribing), 레이저 스크라이빙 또는 선택적 에칭 공정에 의해 형성될 수 있으며, 개구(232) 내에 리본(230)이 안착되므로, 개구(232)의 폭은 리본(230)의 폭보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.
리본(230)은, 예를 들어, 태빙공정에 의해 하부 전극층(222) 상에 부착될 수 있다. 다른 방법으로, 리본(230)은 이방성 도전 필름(미도시) 또는 도전성 테이프, ultrasonic welding, ultrasonic soldering방식 등에 의해 하부 전극층(222) 상에 부착될 수도 있다.
이와 같이, 리본(230)을 형성한 후에는 도 12와 같이 보호층(240)을 형성한다.
보호층(240)은 하부 기판(221) 상에 전체적으로 형성된다. 따라서, 보호층(240)은 상부 전극층(228)의 상면과 리본(230)의 상면뿐 아니라, 개구(232)의 형성시 노출되는 광 흡수층(224), 버퍼층(226) 및 상부 전극층(228)의 측면상과, 리본(230)의 양 측면까지 커버하도록 형성된다.
보호층(140)은 스퍼터링(Sputtering), 저압 화학 기상증착법(Low pressure chemical vapor deposition, LPCVD), 유기금속 화학증착법(Metalorganic chemical vapor deposition, MOCVD), 플라즈마 화학증착법(Plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD), 원자층 증착법(Atomic layer deposition, ALD), 스핀코팅법 (Spin costing method), 인쇄방법 (Printing method) 등에 의해 형성할 수 있다. 또한, 보호층(140)은 버퍼층(126)과 상부 전극층(128)의 열적 손상을 방지하기 위해 200℃ 이하의 온도에서 형성되는 것이 바람직하다.
다음으로 도 13과 같이 Edge deletion 공정을 수행한다.
Edge deletion 공정은 박막 태양전지 모듈(200)의 모서리 전체에 대해 수행되어, 도 12의 A'부분을 제거한다. 이와 같이, 하부 기판(121)의 가장자리에 형성된 박막 태양전지(120)를 제거함으로써, 봉지층(250)과 하부 기판(221) 간의 접합력이 향상되고, 박막 태양전지(220)를 외부 요인과 단절시킬 수 있다.
계속해서, 봉지층(250)과 커버 기판(260)을 위치시킨 후, 라미네이션 공정을 통해 도 10과 같은 박막 태양전지 모듈(200)을 형성할 수 있다.
이와 같이 형성된 박막 태양전지 모듈(200)은 봉지층(250)에 의해 외부의 수분 침투를 1차로 방지하고, 박막 태양전지 모듈(200) 내로 침투한 수분을 보호층(240)이 2차로 흡수하므로, 박막 태양전지(220)로 습기가 침투하지 못하게 된다. 또한, 보호층(240)이 한 쌍의 리본(230)까지 커버하도록 형성되므로, 리본(230)의 부식을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 보호층(240)은 반사방지막의 역할도 동시에 수행하므로, 박막 태양전지(120)의 광전 변환 효율이 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 박막 태양전지 모듈은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100, 200: 태양전지 모듈 120, 220: 박막 태양전지
121, 221: 하부 기판 122, 222: 하부 전극층(122)
124, 224: 광 흡수층 126, 226: 버퍼층
128, 228: 상부 전극층 130, 230: 리본
140, 240: 보호층 150, 250: 봉지층
160, 260: 커버 기판
121, 221: 하부 기판 122, 222: 하부 전극층(122)
124, 224: 광 흡수층 126, 226: 버퍼층
128, 228: 상부 전극층 130, 230: 리본
140, 240: 보호층 150, 250: 봉지층
160, 260: 커버 기판
Claims (20)
- 기판;
상기 기판 상의 하부 전극층;
상기 하부 전극층 상의 광 흡수층;
상기 광 흡수층 상의 상부 전극층; 및
상기 상부 전극층 상의 보호층;을 포함하고,
상기 보호층은 상기 광 흡수층의 측면을 따라 상기 하부 전극층까지 연장되고, 상기 보호층은 흡습재를 포함하는 박막 태양전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 광 흡수층은, CIS 재질, CIGS 재질, 비정질 실리콘 재질 및 CdTe 재질의 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 박막 태양전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 하부 전극층 상의 제1, 2 리본을 더 포함하고,
상기 광 흡수층 및 상기 상부 전극층은 상기 제1, 2 리본 사이에 위치하는 박막 태양전지 모듈. - 제3항에 있어서,
상기 보호층은 상기 제1, 2 리본의 상면 및 측면들을 커버하는 박막 태양전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 흡습재는 금속 또는 금속 산화물인 박막 태양전지 모듈. - 제5항에 있어서,
상기 흡습재는 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 철(Fe), 칼슘(Ca), 바륨(Ba) 및 스트론튬(Sr)의 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 박막 태양전지 모듈. - 제5항에 있어서,
상기 상부 전극층 상의 커버 기판을 더 포함하고,
상기 보호층의 굴절율은, 상기 커버 기판의 굴절율으로부터 상기 상부 전극의 굴절율까지의 범위를 가지는 박막 태양전지 모듈. - 제7항에 있어서,
상기 커버 기판과 상기 보호층 사이의 봉지층을 더 포함하고,
상기 봉지층은 상기 기판과 접하는 박막 태양전지 모듈. - 제8항에 있어서,
상기 봉지층은 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 에틸렌초산비닐 부분 산화물, 규소 수지, 에스테르계 수지 및 올레핀계 수지의 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 박막 태양전지 모듈. - 기판 상에 하부 전극층을 형성하는 단계;
상기 하부 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계;
상기 광 흡수층 상에 상부 전극층을 형성하는 단계; 및
상기 상부 전극층 상에 보호층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 보호층은 상기 광 흡수층의 측면을 따라 상기 하부 전극층까지 연장되도록 형성되고, 상기 보호층은 흡습재를 포함하는 박막 태양전지 모듈의 제조방법. - 제10항에 있어서,
상기 보호층을 형성하는 단계는,
상기 하부 전극층의 일부가 노출되도록, 상기 광 흡수층 및 상기 상부 전극층의 일부를 제거하는 단계; 및
노출된 상기 하부 전극층 상에 상기 보호층을 형성하는 단계;를 포함하는 박막 태양전지 모듈의 제조방법. - 제10항에 있어서,
상기 광 흡수층은, CIS 재질, CIGS 재질, 비정질 실리콘 재질 및 CdTe 재질의 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 박막 태양전지 모듈의 제조방법. - 제10항에 있어서,
상기 하부 전극층 상에 제1, 2 리본을 형성하는 단계;를 더 포함하고,
상기 광 흡수층 및 상기 상부 전극층은 상기 제1, 2 리본 사이에 위치하는 박막 태양전지 모듈의 제조방법. - 제13항에 있어서,
상기 제1, 2 리본을 형성하는 단계는,
상기 하부 전극층의 제1, 2 부분을 노출시키도록 상기 보호층을 제거하는 단계; 및
상기 하부 전극층의 제1, 2 부분에 각각 상기 제1, 2 리본을 형성하는 단계;를 포함하는 박막 태양전지 모듈의 제조방법. - 제13항에 있어서,
상기 보호층은 상기 제1, 2 리본 각각의 상면 및 측면상에 형성되는 박막 태양전지 모듈의 제조방법. - 제10항에 있어서,
상기 흡습재는 금속 또는 금속 산화물인 박막 태양전지 모듈의 제조방법. - 제16항에 있어서,
상기 보호층 상에 커버 기판을 위치시키는 단계;를 더 포함하고,
상기 보호층은 상기 커버 기판의 굴절율과 상기 상부 전극층의 굴절율 사이의 굴절율을 가지는 박막 태양전지 모듈의 제조방법. - 제17항에 있어서,
상기 흡습재는 금속 산화물이고,
상기 흡습재를 형성하는 단계는, 상기 금속 산화물을 증착시 산소 분압을 조절하는 박막 태양전지 모듈의 제조방법. - 제10항에 있어서,
상기 보호층 상에 봉지층을 형성하는 단계;를 더 포함하고,
상기 봉지층은 상기 기판과 접하도록 형성되는 박막 태양전지 모듈의 제조방법. - 제19항에 있어서,
상기 봉지층은 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 에틸렌초산비닐 부분 산화물, 규소 수지, 에스테르계 수지 및 올레핀계 수지의 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 박막 태양전지 모듈의 제조방법.
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