KR20140027629A - 태양전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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실시예에 따른 태양전지는, 기판; 상기 기판 상면에 형성되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상면 형성되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상면에 형성되는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상면에 형성되는 전면 전극층을 포함하고, 상기 기판 후면에는 복수 개의 돌기들이 형성된 패턴부가 형성된다.
실시예에 따른 태양전지 제조 방법은, 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계; 상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼층 상에 전면 전극층을 형성한느 단계를 포함하고, 상기 기판 후면에는 복수 개의 돌기들이 형성된 패턴부가 형성되고, 상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계에서는, 상기 돌기들은 상기 지기 기판을 이동시키는 구동 롤러와 직접 접촉한다.

Description

태양전지 및 이의 제조 방법{SOLAR CELL AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
실시예는 태양전지 및 이의 제조 방법에 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 효율이 증대된 태양전지를 제공한다.
실시예에 따른 태양전지는, 기판; 상기 기판 상면에 형성되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상면 형성되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상면에 형성되는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상면에 형성되는 전면 전극층을 포함하고, 상기 기판 후면에는 복수 개의 돌기들이 형성된 패턴부가 형성된다.
실시예에 따른 태양전지 제조 방법은, 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계; 상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼층 상에 전면 전극층을 형성한느 단계를 포함하고, 상기 기판 후면에는 복수 개의 돌기들이 형성된 패턴부가 형성되고, 상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계에서는, 상기 돌기들은 상기 지기 기판을 이동시키는 구동 롤러와 직접 접촉한다.
실시예에 따른 태양전지 및 태양전지 제조 방법에 따르면, 상기 지지 기판의 후면에는 복수 개의 돌기들을 포함하는 패턴부가 형성된다.
상기 지지 기판 상에 광 흡수층을 증착시 상기 지지 기판의 후면에 형성된 패턴부는 지지 기판을 이동시키는 구동롤러와 직접 접촉할 수 있다.
종래에는, 상기 광 흡수층을 증착시, 상기 지지 기판은 이를 지지하는 캐리어(carrier)에 의해 지지되고, 상기 캐리어는 구동축에 의해 상기 구동 롤러와 접촉하였다. 여기서, 상기 구동축은 상기 구동 롤러와 캐리어간의 접촉 저항을 상승시켜 상기 캐리어의 이동을 원활하게 하는 역할을 한다.
그러나, 상기 지지 기판이 상기 캐리어에 의해 지지되며 이동될 때는, 상기 캐리어의 온도 불균일로 인하여 상기 지지 기판 상에 전달되는 열전달 분포의 불균일이 발생할 수 있고, 상기 광 흡수층을 증착한 후에 상기 흑연 소재의 캐리어를 냉각하는 공정에 있어서 장기간의 냉각 시간이 소요되므로 공정 효율이 저하된다는 문제점이 있어으며, 상기 캐리어의 제작 및 관리 비용이 증대된다는 문제점이 있었다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지 및 태양전지 제조 방법에 따르면 상기 광 흡수층을 증착 공정에 있어서, 상기 캐리어를 제거하고, 상기 지지 기판의 후면 상에 상기 구동 롤러와 직접 접촉하는 복수 개의 돌기들 즉, 패턴부를 형성하였다.
즉, 상기 복수 개의 돌기들은 상기 구동 롤러와 직접 접촉하고, 상기 돌기들과 상기 구동 롤러의 접촉으로 인해 접촉 저항이 상승하여 상기 지지 기판은 캐리어 없이 이동할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지는 상기 광 흡수층 증착 공정에 있어서, 상기 캐리어로 인한 여러가지 문제점들 즉, 상기 캐리어로 인한 불균일한 온도 분배 및 냉각 공정시 장시간의 시간이 걸리는 문제점 등을 해결할 수 있다.
또한, 캐리어의 제작 및 관리 비용을 감소할 수 있어 공정 효율 및 공정 비용을 절감할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지는 상기 지지 기판의 후면에 형성되는 복수 개의 돌기들로 인해 종래 사용되는 캐리어를 제거할 수 있어 보다 용이하게 광 흡수층을 제조할 수 있고, 광 흡수층 제조시 캐리어에 의한 불순물들을 방지할 수 있어 전체적으로 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지를 도시한 평면도이다.
도 2는 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 제 1 실시예에 따른 기판을 도시한 평면도이다.
도 4는 제 1 실시예에 따른 기판의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 5는 제 2 실시예에 따른 기판을 도시한 평면도이다.
도 6은 제 2 실시예에 따른 기판의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 7은 제 3 실시예에 따른 기판을 도시한 평면도이다.
도 8은 제 3 실시예에 따른 기판의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 9는 실시예에 따른 돌기들의 측면을 도시한 측면도이다.
도 10은 실시예에 따른 기판과 구동 롤러가 결합한 단면을 도시한 단면도이다.
도 11은 실시예에 따른 기판과 구동 롤러가 결합한 측면을 도시한 측면도이다.
도 12 내지 도 18은 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
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 1 내지 도 18을 참조하여, 실시예에 따른 태양전지를 상세하게 설명한다. 도 1은 실시예에 따른 태양전지를 도시한 평면도이고, 도 2는 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이며, 도 3은 제 1 실시예에 따른 기판을 도시한 평면도이고, 도 4는 제 1 실시예에 따른 기판의 일 단면을 도시한 단면도이며, 도 5는 제 2 실시예에 따른 기판을 도시한 평면도이고, 도 6은 제 2 실시예에 따른 기판의 일 단면을 도시한 단면도이며, 도 7은 제 3 실시예에 따른 기판을 도시한 평면도이고, 도 8은 제 3 실시예에 따른 기판의 일 단면을 도시한 단면도이며, 도 9는 실시예에 따른 돌기들의 측면을 도시한 측면도이고, 도 10은 실시예에 따른 기판과 구동 롤러가 결합한 단면을 도시한 단면도이며, 도 11은 실시예에 따른 기판과 구동 롤러가 결합한 측면을 도시한 측면도이고, 도 12 내지 도 18은 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 태양전지는, 지지 기판(100), 후면 전극층(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 전면 전극층(500)을 포함한다.
상기 지지 기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 후면 전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 전면 전극층(500) 및 상기 접속부(600)를 지지한다.
상기 지지 기판(100)은 절연체일 수 있다. 상기 지지 기판(100)은 유리 기판, 플라스틱 기판 또는 금속 기판일 수 있다. 더 자세하게, 상기 지지 기판(100)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있다. 이와는 다르게, 상기 지지 기판(100)의 재질로 알루미나와 같은 세라믹 기판, 스테인레스 스틸, 유연성이 있는 고분자 등이 사용될 수 있다. 상기 지지 기판(100)은 투명할 수 있다. 상기 지지 기판(100)은 리지드(rigid)하거나 플렉서블(flexible)할 수 있다.
상기 지지 기판(100)은 전면 및 후면으로 구분될 수 있다. 즉, 상기 지지 기판(100)은 상기 후면 전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 전면 전극층(500)을 지지하는 전면과 상기 전면의 반대면인 후면으로 구분될 수 있다.
상기 지지 기판(100)의 후면에는 패턴부가 형성될 수 있다. 상기 패턴부는 복수 개의 돌기들로 형성될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 패턴부는 상기 지지 기판(100)의 양 끝단에 형성될 수 있다. 바람직하게, 상기 지지 기판(100)은 상기 지지 기판(100) 후면의 일 끝단에 형성되는 제 1 패턴부(110)과 상기 지지 기판(100) 후면의 다른 끝단에 형성되는 제 2 패턴부(200)를 포함한다.
상기 제 1 패턴부(100)와 상기 제 2 패턴부(200)에는 복수 개의 돌기들이 형성된다. 상기 돌기들은 상기 기판에 대해 수직 방향으로 연장할 수 있다. 또한, 상기 돌기들은 사각형의 형상을 포함한다. 자세하게, 상기 돌기들은 직사각형 또는 정사각형의 형상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 패턴부들(110, 120)은 상기 지지 기판(100)이 연장하는 방향과 동일한 방향으로 연장될 수 있다. 자세하게, 상기 지지 기판(100)은 직사각형의 형상을 포함할 수 있고, 상기 패턴부들(110, 120)은 상기 지지 기판(100)이 길어지는 방향과 동일한 방향으로 연장될 수 있다.
상기 돌기들의 높이는 상기 지지 기판(100) 높이의 1/3 내지 1/2 높이일 수 있다. 또한, 상기 돌기들의 간격은 상기 지지 기판(100) 길이의 1/1000 내지 1/100일 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 지지 기판(100)의 후면에는 제 3 패턴부(130)가 더 형성될 수 있다. 상기 제 3 패턴부(130)는 상기 제 1 패턴부(110)와 상기 제 2 패턴부(120)의 사이에 위치할 수 있다. 즉, 상기 제 3 패턴부(130)는 상기 지지 기판(100)의 중앙 부분에 위치할 수 있다.
또한, 도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 지지 기판(100)의 후면에는 제 1 패턴부(110)만이 형성될 수 있다. 이때, 상기 제 1 패턴부(110)는 상기 지지 기판(100)의 일 끝단에서 다른 끝단까지 연장될 수 있다. 즉, 상기 제 1 패턴부(110)에 형성되는 복수 개의 돌기들의 길이와 상기 지지 기판(100)의 가로 길이는 동일할 수 있다.
도 9에는 실시예에 따른 돌기들의 측면이 도시되어 있다. 즉, 상기 도 3 내지 도 8에 도시된 다양한 실시예에 따른 지지 기판은 도 9에 도시되어 있듯이, 일정한 높이 및 간격을 가지는 복수 개의 돌기들로 형성되는 패턴부가 형성된다.
상기 후면 전극층(200)은 상기 지지 기판(100) 상에 배치된다. 상기 후면 전극층(200)은 도전층이다. 상기 후면 전극층(200)은 몰리브덴(Mo), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 텅스템(W) 및 구리(Cu) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 이 가운데, 특히 몰리브덴은 다른 원소에 비해 상기 지지 기판(100)과 열팽창 계수의 차이가 적기 때문에, 접착성이 우수하여 박리 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 후면 전극층(200)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
상기 후면전극층(200)에는 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 제 1 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)의 폭은 약 80㎛ 내지 200㎛ 일 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 상기 후면전극층(200)은 다수 개의 후면전극들로 구분된다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 상기 후면전극들이 정의된다.
상기 후면 전극들은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서 서로 이격된다. 상기 후면 전극들은 스트라이프 형태로 배치된다.
이와는 다르게, 상기 후면 전극들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 격자 형태로 형성될 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 상기 후면전극층(200) 상에 배치된다. 또한, 상기 광 흡수층(300)에 포함된 물질은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 채워진다.
상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 계 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.
이어서, 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 카드뮴, ZnS, InXSY 및 InXSeYZn(O, OH) 등을 포함한다. 상기 버퍼층(400)의 두께는 약 50 ㎚ 내지 약 150 ㎚ 일 수 있으며, 상기 버퍼층(400)의 에너지 밴드갭은 약 2.2 eV 내지 2.4 eV 일 수 있다.
상기 버퍼층(400) 상에는 고저항 버퍼층이 더 배치될 수 있다. 상기 고저항 버퍼층은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층의 에너지 밴드갭은 약 3.1 eV 내지 약 3.3 eV 일 수 있다. 또한, 상기 고저항 버퍼층은 생략될 수 있다.
상기 버퍼층(400) 상에는 제 2 관통홈들(TH2)이 형성될 수 있다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 지지 기판(100)의 상면 및 상기 후면 전극층(200)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 평면에서 보았을 때, 일 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 80㎛ 내지 200㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 버퍼층(400)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 버퍼층들로 정의된다. 즉, 상기 버퍼층(400)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 상기 버퍼층들로 구분된다.
이어서, 상기 전면 전극층(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 배치된다. 더 자세하게, 상기 전면 전극층(500)은 상기 고저항 버퍼층 상에 배치된다. 상기 전면 전극층(500)은 투명하며 도전층이다. 또한, 상기 전면 전극층(500)의 저항은 상기 후면 전극층(500)의 저항보다 높다.
상기 전면 전극층(500)은 산화물을 포함한다. 일례로, 상기 전면 전극층(500)으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드(Al doped ZnC;AZO), 인듐 징크 옥사이드(indium zinc oxide;IZO) 또는 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide;ITO) 등을 들 수 있다.
상기 전면 전극층(500)의 두께는 약 500㎚ 내지 약 1.5㎛일 수 있다. 또한, 상기 전면 전극층(500)이 알루미늄이 도핑되는 징크 옥사이드로 형성되는 경우, 알루미늄은 약 2.5wt% 내지 약 3.5wt%의 비율로 도핑될 수 있다.
상기 버퍼층(400) 및 상기 전면 전극층(500)에는 제 3 관통홈들(TH3)이 형성된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 버퍼층(400)의 일부 또는 전부, 상기 고저항 버퍼층 및 상기 전면 전극층(500)을 관통할 수 있다. 즉, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 후면 전극층(200)의 상면을 노출시킬 수 있다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 인접하는 위치에 형성된다. 더 자세하게, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 옆에 배치된다. 즉, 평면에서 보았을 때, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 옆에 나란히 배치된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 1 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 전면전극층(500)을 관통한다. 더 자세하게, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및/또는 상기 고저항 버퍼층을 일부 또는 전부 관통할 수 있다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 전면전극층(500)은 다수 개의 전면전극들로 구분된다. 즉, 상기 전면전극들은 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서 정의된다.
상기 전면전극들은 상기 후면전극들과 대응되는 형상을 가진다. 즉, 상기 전면 전극들은 스트라이프 형태로 배치된다. 이와는 다르게, 상기 전면전극들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
또한, 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 다수 개의 태양전지들(C1, C2...)이 정의된다. 더 자세하게, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 및 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 태양전지들(C1, C2...)이 정의된다. 즉, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 및 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 태양전지들(C1, C2...)로 구분된다. 또한, 상기 태양전지들(C1, C2...)은 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 서로 연결된다. 즉, 상기 태양전지들(C1, C2...)을 통하여 상기 제 2 방향으로 전류가 흐를 수 있다.
즉, 상기 태양전지 패널(10)은 상기 지지기판(100) 및 상기 태양전지들(C1, C2...)을 포함한다. 상기 태양전지들(C1, C2...)은 상기 지지기판(100) 상에 배치되고, 서로 이격된다. 또한, 상기 태양전지들(C1, C2...)은 접속부들에 의해서 서로 직렬로 연결된다.
상기 접속부들은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 배치된다. 상기 접속부들(600)은 상기 전면 전극층(500)으로부터 하방으로 연장되며, 상기 후면 전극층(200)에 접속된다. 예를 들어, 상기 접속부들은 상기 제 1 셀(C1)의 전면전극으로부터 연장되어, 상기 제 2 셀(C2)의 후면전극에 접속된다.
따라서, 상기 접속부들은 서로 인접하는 태양전지들을 연결한다. 더 자세하게, 상기 접속부들은 서로 인접하는 태양전지들에 각각 포함된 전면전극과 후면전극을 연결한다.
상기 접속부는 상기 전면 전극층(500)과 일체로 형성된다. 즉, 상기 접속부로 사용되는 물질은 상기 전면 전극층(500)으로 사용되는 물질과 동일하다.
앞서 설명하였듯이, 실시예에 따른 태양전지는 지지 기판의 후면에 복수 개의 돌기들을 포함하는 패턴부를 포함한다.
상기 지지 기판 상에 광 흡수층을 증착시 상기 지지 기판의 후면에 형성된 패턴부는 지지 기판을 이동시키는 구동롤러(150)와 직접 접촉할 수 있다. 즉, 도 10 및 도 11을 참고하면, 상기 지지 기판에 형성된 패턴부들은 상기 구동 롤러(150)과 직접 접촉할 수 있다.
종래에는, 상기 광 흡수층을 증착시, 상기 지지 기판은 이를 지지하는 캐리어(carrier)에 의해 지지되고, 상기 캐리어는 구동축에 의해 상기 구동 롤러와 접촉하였다. 여기서, 상기 구동축은 상기 구동 롤러와 캐리어간의 접촉 저항을 상승시켜 상기 캐리어의 이동을 원활하게 하는 역할을 한다.
그러나, 상기 지지 기판이 상기 캐리어에 의해 지지되며 이동될 때는, 상기 캐리어의 온도 불균일로 인하여 상기 지지 기판 상에 전달되는 열전달 분포의 불균일이 발생할 수 있고, 상기 광 흡수층을 증착한 후에 상기 흑연 소재의 캐리어를 냉각하는 공정에 있어서 장기간의 냉각 시간이 소요되므로 공정 효율이 저하된다는 문제점이 있어으며, 상기 캐리어의 제작 및 관리 비용이 증대된다는 문제점이 있었다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지는 상기 광 흡수층을 증착 공정에 있어서, 상기 캐리어를 제거하고, 상기 지지 기판의 후면 상에 상기 구동 롤러(150)와 직접 접촉하는 복수 개의 돌기들 즉, 패턴부를 형성하였다.
즉, 상기 복수 개의 돌기들은 상기 구동 롤러와 직접 접촉하고, 상기 돌기들과 상기 구동 롤러의 접촉으로 인해 접촉 저항이 상승하여 상기 지지 기판은 캐리어 없이 이동할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지는 상기 광 흡수층 증착 공정에 있어서, 상기 캐리어로 인한 여러가지 문제점들 즉, 상기 캐리어로 인한 불균일한 온도 분배 및 냉각 공정시 장시간의 시간이 걸리는 문제점 등을 해결할 수 있다.
또한, 캐리어의 제작 및 관리 비용을 감소할 수 있어 공정 효율 및 공정 비용을 절감할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지는 상기 지지 기판의 후면에 형성되는 복수 개의 돌기들로 인해 종래 사용되는 캐리어를 제거할 수 있어 보다 용이하게 광 흡수층을 제조할 수 있고, 광 흡수층 제조시 캐리어에 의한 불순물들을 방지할 수 있어 전체적으로 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 12 내지 도 18을 참조하여 실시예에 따른 태양전지 제조 방법을 설명한다.
도 12 내지 도 18은 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
먼저, 도 12를 참조하면, 지지 기판(100) 상에 후면 전극층(200)이 형성된다. 상기 후면 전극층(200)은 PVD(Physical Vapor Deposition) 또는 도금의 방법으로 형성될 수 있다. 상기 지지 기판(100)의 후면에는 복수 개의 돌기들이 형성된 패턴부가 형성될 수 있다. 즉, 상기 지지 기판(100)은 앞서 설명한 상기 제 1 패턴부(110), 상기 제 2 패턴부(120) 및 상기 제 3 패턴부(130)에 형성되는 복수 개의 돌기를 포함한다. 앞서 설명한 패턴부에 대한 설명은 상기 태양전지의 제조 방법의 설명에 본질적으로 결합된다.
상기 돌기 즉, 상기 패턴부들(110, 120, 130)은 플로팅(floating) 방식으로 지지 기판을 제조할 때, 함께 형성할 수 있다.
이어서, 도 13을 참조하면, 상기 후면 전극층(200)은 패터닝되어 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 지지 기판(100) 상에 다수 개의 후면전극들이 형성된다. 상기 후면 전극층(200)은 레이저에 의해서 패터닝된다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지 기판(100)의 상면을 노출하며, 약 80㎛ 내지 약 200㎛의 폭을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 지지 기판(100) 및 상기 후면 전극층(200) 사이에 확산방지막 등과 같은 추가적인 층이 개재될 수 있고, 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 추가적인 층의 상면을 노출하게 된다.
이어서, 도 14를 참조하면, 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 후면전극(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.
이때, 상기 광 흡수층을 증착하기 위해, 상기 지지 기판은 구동부를 포함하는 챔버 내로 투입될 수 있다. 또한, 상기 챔버 내에서, 상기 지지 기판(100)에 형성되는 상기 돌기들과 상기 구동 롤러(150)는 직접 접촉한다. 즉, 도 10 및 도 11에 도시되어 있듯이, 상기 패턴부와 상기 구동 롤러는 직접 접촉하며, 상기 패턴부와 상기 구동 롤러의 접촉 저항에 의해 상기 지지 기판은 원하는 방향으로 이동할 수 있다.
이후, 도 15를 참조하면, 상기 광 흡수층(300) 상에 버퍼층(400)이 형성된다. 상기 버퍼층(400)의 제조방법은 당업계에서 태양전지의 버퍼층 제조를 위해 사용하는 것이라면 특별히 제한없이 사용가능하다. 예를 들어, 상기 버퍼층(400)은 스퍼터링법(sputtering), 증발법(evaporation), CVD법(Chemical vapor deposition), 유기금속화학기상증착(MOCVD), 근접승화법(Close-spaced sublimation, CSS), 스프레이 피롤리시스(Spray pyrolysis), 화학 스프레이법(Chemical spraying), 스크린프린팅법(Screeen printing), 비진공 액상성막법, CBD법(Chemicalbath deposition), VTD법(Vapor transport deposition), 원자층 증착 (Atomic layer deposition: ALD), 및 전착법(electrodeposition) 중에서 선택된 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다. 더 자세하게, 상기 버퍼층(400)은 용액성장법(Chemicalbath deposition; CBD), 원자층 증착 (Atomic layer deposition: ALD) 또는, 유기금속화학기상증착(MOCVD)에 의하여 제조될 수 있다.
이어서, 상기 버퍼층(400) 상에 징크 옥사이드가 증착 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 고저항 버퍼층이 더 형성될 수 있다.
상기 고저항 버퍼층은 화학 증착(chemical vapor deposition, CVD), 유기금속 화학 증착(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD) 또는 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD)에 의해 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 고저항 버퍼층은 유기금속 화학 증착을 통해 형성될 수 있다.
이어서, 도 16을 참조하면, 상기 광 흡수층(300) 및 상기 버퍼층(400)의 일부가 제거되어 제 2 관통홈들(TH2)이 형성된다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)은 팁 등의 기계적인 장치 또는 레이저 장치 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 180㎛의 폭을 가지는 팁에 의해서, 상기 광 흡수층(300) 및 상기 버퍼층(400) 및/또는 고저항 버퍼층은 패터닝될 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 약 200 내지 600㎚의 파장을 가지는 레이저에 의해서 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 후면전극층(200)의 상면의 일부를 노출하도록 형성된다.
이어서, 도 17을 참조하면, 상기 버퍼층(400) 상에 전면 전극층이 형성될 수 있다. 일례로, 상기 전면 전극층(800)은 RF 스퍼터링 방법으로 ZnO 타겟을 사용하여 증착하는 방법과 Zn 타겟을 이용한 반응성 스퍼터링, 또는 유기금속화학증착법 등으로 형성될 수 있다.
이어서, 도 18을 참조하면, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 전면 전극층(500)의 일부가 제거되어 제 3 관통홈(TH3)들이 형성된다. 이에 따라서, 상기 전면 전극층(500)은 패터닝되어, 다수 개의 전면전극들 및 제 1 셀(C1), 제 2 셀(C2) 및 제 3 셀들(C3)이 정의된다. 상기 제 3 관통홈(TH3)들의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
앞서 설명하였듯이, 실시예에 따른 태양전지 제조 방법은, 광 흡수층 증착시 상기 지지 기판(100)의 후면에 형성된 돌기와 구동 롤러를 직접 접촉하여 상기 지지 기판을 이동시키면서, 상기 지지 기판의 상면에 광 흡수층을 증착한다.
즉, 종래에 사용되는 캐리어를 제거하여 캐리어로 인한 불균일한 온도 분배 및 및 냉각 공정시 장시간의 시간이 걸리는 문제점 등을 해결할 수 있다.
또한, 캐리어의 제작 및 관리 비용을 감소할 수 있어 공정 효율 및 공정 비용을 절감할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지 제조 방법은 상기 지지 기판의 후면에 형성되는 복수 개의 돌기들로 인해 종래 사용되는 캐리어를 제거할 수 있어 보다 용이하게 광 흡수층을 제조할 수 있고, 광 흡수층 제조시 캐리어에 의한 불순물들을 방지할 수 있어 전체적으로 태양전지의 효율을 향상시킬 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 (11)

  1. 기판;
    상기 기판 상면에 형성되는 후면 전극층;
    상기 후면 전극층 상면 형성되는 광 흡수층;
    상기 광 흡수층 상면에 형성되는 버퍼층; 및
    상기 버퍼층 상면에 형성되는 전면 전극층을 포함하고,
    상기 기판 후면에는 복수 개의 돌기들이 형성된 패턴부가 형성되는 태양전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 패턴부는,
    상기 기판 후면의 일 끝단에 형성되는 제 1 패턴부; 및
    상기 기판 후면의 다른 끝단에 형성되는 제 2 패턴부를 포함하는 태양전지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 패턴부 및 상기 제 2 패턴부 사이에 형성되는 제 3 패턴부를 더 포함하는 태양전지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 돌기들의 두께는 상기 기판 두께의 1/3 내지 1/2인 태양전지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 돌기들은 상기 기판에 대해 수직 방향으로 연장하는 태양전지.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 돌기들은 사각형 형상을 포함하는 태양전지.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 패턴부는 상기 기판이 연장하는 방향과 동일한 방향으로 연장되는 태양전지.
  8. 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계;
    상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계;
    상기 광 흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및
    상기 버퍼층 상에 전면 전극층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 기판 후면에는 복수 개의 돌기들이 형성된 패턴부가 형성되고,
    상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계에서는,
    상기 돌기들은 상기 지기 기판을 이동시키는 구동 롤러와 직접 접촉하는 태양전지 제조 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 패턴부는,
    상기 기판 후면의 일 끝단에 형성되는 제 1 패턴부; 및
    상기 기판 후면의 다른 끝단에 형성되는 제 2 패턴부를 포함하는 태양전지 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1 패턴부 및 상기 제 2 패턴부 사이에 형성되는 제 3 패턴부를 더 포함하는 태양전지 제조 방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 돌기들은 상기 기판에 대해 수직 방향으로 연장하고,
    상기 돌기들은 사각형 형상을 포함하는 태양전지 제조 방법.
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