KR20140047258A - 태양전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
제 1 실시예에 따른 태양전지 제조방법은, 지지 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계; 상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 상에 상기 광 흡수층을 관통하는 제 1 관통홈들을 형성하는 단계; 상기 제 1 관통홈들에 의해 노출되는 상기 후면 전극층을 관통하는 제 2 관통홈들을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층, 상기 후면 전극층, 상기 지지 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층을 관통하는 제 3 관통홈들을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼층 상에 전면 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.
제 2 실시예에 따른 태양전지 제조방법은, 지지 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계; 상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층 상에 상기 버퍼층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 1 관통홈들을 형성하는 단계; 상기 제 1 관통홈들에 의해 노출되는 상기 후면 전극층을 관통하는 제 2 관통홈들을 형성하는 단계; 상기 버퍼층, 상기 광 흡수층, 상기 후면 전극층, 상기 지지 기판 상에 고저항 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층을 관통하는 제 3 관통홈들을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼층 상에 전면 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.
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Description
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 산화아연(ZnO)을 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 산화아연 등을 들 수 있다. 상기 투명전극층의 에너지 밴드갭은 약 3.1 내지 3.3 eV 이다.
이후, 상기 투명전극층 등에 홈 패턴이 형성되어, 다수 개의 태양전지들이 형성될 수 있다. 상기 투명전극들 및 상기 고저항 버퍼들은 각각의 셀에 대응한다. 상기 투명전극들 및 상기 고저항 버퍼들은 스트라이프 형태 또는 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
상기 투명전극들 및 상기 이면전극들은 서로 미스 얼라인되며, 상기 투명전극들 및 상기 이면전극들은 상기 접속배선들에 의해서 각각 전기적으로 연결된다. 이에 따라서, 다수 개의 태양전지들이 서로 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다.
이와 같이, 태양광을 전기에너지로 변환시키기 위해서, 다양한 형태의 태양광 발전장치가 제조되고, 사용될 수 있다. 이와 같은 태양광 발전장치는 특허 공개 공보 10-2008-0088744 등에 개시된다.
실시예는 향상된 광-전 변환 효율을 가지는 태양전지 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
제 1 실시예에 따른 태양전지 제조방법은, 지지 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계; 상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 상에 상기 광 흡수층을 관통하는 제 1 관통홈들을 형성하는 단계; 상기 제 1 관통홈들에 의해 노출되는 상기 후면 전극층을 관통하는 제 2 관통홈들을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층, 상기 후면 전극층, 상기 지지 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층을 관통하는 제 3 관통홈들을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼층 상에 전면 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.
제 2 실시예에 따른 태양전지 제조방법은, 지지 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계; 상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층 상에 상기 버퍼층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 1 관통홈들을 형성하는 단계; 상기 제 1 관통홈들에 의해 노출되는 상기 후면 전극층을 관통하는 제 2 관통홈들을 형성하는 단계; 상기 버퍼층, 상기 광 흡수층, 상기 후면 전극층, 상기 지지 기판 상에 고저항 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층을 관통하는 제 3 관통홈들을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼층 상에 전면 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.
제 1 실시예에 따른 태양전지는, 지지 기판; 상기 지지 기판 상에 형성되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 및 상기 후면 전극층을 관통하는 제 1 관통홈들 및 상기 제 2 관통홈들; 상기 광 흡수층 상에 형성되는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 형성되는 전면 전극층을 포함하고, 상기 버퍼층은, 상기 광 흡수층의 상면 및 측면, 상기 후면 전극층의 상면 및 측면과 상기 지지 기판의 상면에 형성된다.
제 2 실시예에 따른 태양전지는, 지지 기판; 상기 지지 기판 상에 형성되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 형성되는 버퍼층; 상기 버퍼층, 상기 광 흡수층 및 상기 후면 전극층을 관통하는 제 1 관통홈들 및 상기 제 2 관통홈들; 상기 버퍼층 상에 형성되는 고저항 버퍼층; 및 상기 고저항 버퍼층 상에 형성되는 전면 전극층을 포함하고, 상기 고저항 버퍼층은, 상기 광 흡수층의 상면 및 측면, 상기 후면 전극층의 상면 및 측면과 상기 지지 기판의 상면에 형성된다.
제 1 실시예 및 제 2 실시예에에 따른 태양전지 및 태양전지 제조방법에서는는, 상기 광 흡수층 및/또는 상기 제 1 버퍼층이 증착된 후, 패턴들이 형성된다, 즉, 실시예들에 따른 태양전지는, 상기 광 흡수층 및/또는 상기 제 1 버퍼층이 증착된 후, 상기 제 1 관통홈들, 상기 제 2 관통홈들, 상기 제 3 관통홈들 및 상기 제 4 관통홈들이 형성된다.
종래에는, 상기 후면 전극층을 형성한 후, 제 1 관통홈들을 형성한 후, 이어서, 광 흡수층을 증착하였다. 그러나, 상기 광 흡수층을 증착하는 공정은 500℃ 이상의 고온에서 진행되기 때문에, 상기 광 흡수층 증착 공정시 상기 지지 기판이 휘는 현상이 발생할 수 있다. 이러한, 지지 기판의 휨 현상은 상기 지지 기판 상에 배치되는 상기 후면 전극층에도 함께 영향을 주며, 상기 후면 전극층에 형성되는 패터닝 즉, 제 1 관통홈들도 함께 휘어질 수 있다. 상기 제 1 관통홈들은 태양전지에서 발전이 되지 않는 데드존(dead zone) 영역인데, 상기 제 1 관통홈들이 휘어짐에 따라, 상기 제 1 관통홈들의 너비 즉, 데드존 영역이 증가하게 되고, 따라서 전체적인 태양전지의 효율을 감소시키는 원인이 되었다.
이에 따라, 실시예들에 따른 태양전지 및 제조방법에서는는 상기 광 흡수층 및 또는 제 1 버퍼층을 증착 후에 패터닝 공정이 진행되므로, 고온 공정인 광 흡수층 증착에 따라. 지지 기판이 휘어도 상기 패터닝 영역에는 영향을 주지 않는다. 이에 따라, 상기 데드존 영역을 감소할 수 있다.
또한, 상기 제 1 관통홈들 및 상기 제 2 관통홈들을 단차를 주어 형성하므로, 이후에 진행되는 버퍼층 공정시 발생할 수 있는 과립 현상을 억제할 수 있다.
즉, 실시예들에 따른 태양전지 및 태양전지 제조방법에 따르면 태양전지의 전체적인 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지를 도시한 평면도이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 제 2 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 4는 제 1 실시예에 따른 태양전지 제조방법의 공정 흐름도를 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 12는 제 1 실시예에 따른 태양전지 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 13은 제 1 실시예에 따른 태양전지 제조방법의 공정 흐름도를 도시한 도면이다.
도 14 내지 도 21은 제 2 실시예에 따른 태양전지 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 제 2 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 4는 제 1 실시예에 따른 태양전지 제조방법의 공정 흐름도를 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 12는 제 1 실시예에 따른 태양전지 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 13은 제 1 실시예에 따른 태양전지 제조방법의 공정 흐름도를 도시한 도면이다.
도 14 내지 도 21은 제 2 실시예에 따른 태양전지 제조방법을 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.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 실시예에 따른 태양전지를 상세하게 설명한다. 도 1은 실시예에 따른 태양전지를 도시한 평면도이고, 도 2는 제 1 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이며, 도 3은 제 2 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제 1 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)을 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 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 광 흡수층(300)은 상기 후면전극층(200) 상에 배치된다.
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.
상기 광 흡수층(300) 상에는 제 1 관통홈들(TH1a) 및 제 2 관통홈들(TH1b)이 형성된다. 자세하게, 상기 광 흡수층(300) 상에는 상기 제 1 관통홈들(TH1a)이 형성되고, 상기 제 1 관통홈들(TH1a)에 의해 노출되는 상기 후면 전극층(200) 상에 상기 제 2 관통홈들(TH1b)이 형성된다.
상기 제 1 관통홈들(TH1a)과 상기 제 2 관통홈들(TH1b)은 서로 중첩되는 위치에 형성된다. 즉, 상기 제 2 관통홈들(TH1b)이 형성되는 위치는 상기 제 1 관통홈들(TH1a)이 형성되는 위치에 대응될 수 있다.
또한, 상기 제 1 관통홈들(TH1a)과 상기 제 2 관통홈들(TH1b)은 서로 단차를 가지면서 형성될 수 있다. 상기 제 1 관통홈들(TH1a)의 너비는 상기 제 2 관통홈들(TH1b)의 너비보다 더 클 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 관통홈들(TH1a)의 너비는 약 80㎛ 내지 90㎛일 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH1b)의 너비는 40㎛ 내지 70㎛ 일 수 있다.
이에 따라, 상기 제 1 관통홈들(TH1a)과 상기 제 2 관통홈들(TH1b)은 상기 너비의 차이에 따라 일정한 단차를 형성할 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH1b)은 상기 제 1 관통홈들(TH1a)의 중앙 부분이 아닌 좌우 측면 중 적어도 일면에 치우쳐서 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 관통홈들(TH1a) 및 상기 제 2 관통홈들(TH1b)은 일체로 형성될 수 있다.
이어서, 상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 자세하게, 상기 버퍼층(400)은 상기 광흡수층은 상기 광 흡수층의 상면에 증착되고, 상기 제 1 관통홈들(TH1a) 및 상기 제 2 관통홈들(TH1b)에 채워질 수 있다. 더 자세하게, 상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300)의 상면에 증착되고, 상기 제 1 관통홈들(TH1a)과 상기 제 2 관통홈들(TH1b)에 의해 노출되는 상기 광 흡수층의 측면, 상기 후면 전극층의 상면 및 측면, 상기 지지 기판(100)의 상면에 증착될 수 있다. 즉, 서로 단차를 가지는 상기 제 1 관통홈들(TH1a) 및 상기 제 2 관통홈들(TH1b)에 의해, 상기 버퍼층은 상기 광 흡수층(300), 상기 후면 전극층(200) 및 상기 지지 기판(100) 상에 증착될 수 있다.
상기 버퍼층(400)의 두께는 약 50㎚ 내지 약 150㎚ 일 수 있다.
상기 버퍼층(400)은 2층 이상으로 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 버퍼층(400)은 제 1 버퍼층(410)과 제 2 버퍼층(420)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제 1 버퍼층(410)은 앞서 말한 황화 카드뮴(CdS), 황화 아연(ZnS), InXSY 및 InXSeYZn(O, OH) 등을 포함할 수 있다. 상기 제 1 버퍼층(400)의 에너지 밴드갭은 약 2.2 eV 내지 2.4 eV 일 수 있다.
또한, 상기 제 2 버퍼층(420)은 고저항 버퍼층일 수 있다. 상기 고저항 버퍼층은 상기 제 1 버퍼층(410) 상에 증착될 수 있다. 즉, 상기 고저항 버퍼층은 상기 광 흡수층(300), 상기 후면 전극층(200) 및 상기 지지 기판(100) 상에 증착되는 상기 제 1 버퍼층(410)과 직접 접촉하여 증착될 수 있다. 상기 고저항 버퍼층(420)은 불순물이 도핑되지 않은 산화아연(i-ZnO)을 포함한다. 상기 고저항 버퍼층(420)의 에너지 밴드갭은 약 3.1 eV 내지 약 3.3 eV 일 수 있다
상기 버퍼층(400) 상에는 제 3 관통홈들(TH2)이 형성될 수 있다. 상기 제 3 관통홈들(TH2)은 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 45㎛ 내지 55㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 버퍼층(400)은 상기 제 3 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 버퍼층들로 정의된다. 즉, 상기 버퍼층(400)은 상기 제 3 관통홈들(TH2)에 의해서, 상기 버퍼층들로 구분된다.
이어서, 상기 전면 전극층(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 배치된다. 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(200)의 저항보다 높다.
상기 전면 전극층(500)은 산화물을 포함한다. 일례로, 상기 전면 전극층(500)으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄이 도핑된 산화아연(Al doped ZnC;AZO), 인듐 산화아연(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 산화아연으로 형성되는 경우, 알루미늄은 약 2.5wt% 내지 약 3.5wt%의 비율로 도핑될 수 있다.
상기 전면 전극층(500)에는 제 4 관통홈들(TH3)이 형성된다. 상기 제 4 관통홈들(TH3)은 상기 전면 전극층(500)을 관통할 수 있다. 즉, 상기 제 4 관통홈(TH3)들은 상기 후면 전극층(200)의 상면을 노출시킬 수 있다.
상기 제 4 관통홈(TH3)들은 상기 제 3 관통홈(TH2)들에 인접하는 위치에 형성된다. 더 자세하게, 상기 제 4 관통홈(TH3)들은 상기 제 3 관통홈(TH2)들 옆에 배치된다. 즉, 평면에서 보았을 때, 상기 제 4 관통홈(TH3)들은 상기 제 3 관통홈(TH2)들 옆에 나란히 배치된다. 상기 제 4 관통홈(TH3)들은 상기 제 1 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제 4 관통홈(TH3)들에 의해서, 상기 전면 전극층(500)은 다수 개의 전면 전극들로 구분된다. 즉, 상기 전면 전극들은 상기 제 4 관통홈(TH3)들에 의해서 정의된다.
상기 전면 전극들은 상기 후면 전극들과 대응되는 형상을 가진다. 즉, 상기 전면 전극들은 스트라이프 형태로 배치된다. 이와는 다르게, 상기 전면 전극들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
또한, 상기 제 3 관통홈(TH3)들에 의해서, 다수 개의 태양전지들(C1, C2...)이 정의된다. 더 자세하게, 상기 제 2 관통홈(TH2)들 및 상기 제 3 관통홈(TH3)들에 의해서, 상기 태양전지들(C1, C2...)이 정의된다. 즉, 상기 제 2 관통홈(TH2)들 및 상기 제 3 관통홈(TH3)들에 의해서, 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 지지 기판(100) 및 상기 태양전지들(C1, C2...)을 포함한다. 상기 태양전지들(C1, C2...)은 상기 지지 기판(100) 상에 배치되고, 서로 이격된다.
이하, 제 2 실시예에 따른 태양전지를 설명한다. 제 2 실시예에 따른 태양전지에 대한 설명에서는 앞서 설명한 제 1 실시예에 따른 태양전지의 설명과 동일 또는 유사한 부분에 대한 설명은 편의상 생략한다. 즉, 제 2 실시예에 따른 태양전지에 대한 설명은 앞서 설명한 제 1 실시예에 따른 태양전지의 설명과 본질적으로 결합한다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 제 2 실시예에 따른 태양전지는, 지지 기판(100), 후면 전극층(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 전면 전극층(500)을 포함한다. 제 2 실시예에 따른 태양전지는, 지지 기판; 상기 지지 기판 상에 형성되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 형성되는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 형성되는 고저항 버퍼층; 및 상기 고저항 버퍼층 상에 형성되는 전면 전극층을 포함한다.
상기 버퍼층(400)은 제 1 버퍼층(410)과 제 2 버퍼층(420)을 포함한다. 즉, 제 1 실시예에 따른 버퍼층과 동일한 버퍼층을 포함한다.
제 2 실시예에 따른 태양전지는, 상기 광 흡수층(300) 상에 상기 제 1 버퍼층(410)을 형성하고, 상기 제 1 버퍼층 상에는 상기 제 1 버퍼층(410), 상기 광 흡수층(300) 및 상기 후면 전극층(200)을 관통하는 제 1 관통홈들(TH1a) 및 제 2 관통홈들(TH1b)이 형성된다.
또한, 상기 제 2 버퍼층(420) 즉, 상기 고저항 버퍼층은 상기 제 1 관통홈들(TH1a) 및 상기 제 2 관통홈들(TH1b)에 의해 노출되는 상기 제 1 버퍼층(410)의 상면 및 측면, 상기 광 흡수층(300)의 측면, 상기 후면 전극층(200)의 상면 및 측면과 상기 지지 기판(100)의 상면에 증착된다.
이어서, 상기 제 2 버퍼층(420)을 관통하고, 상기 제 2 버퍼층(420)을 다수개의 버퍼층으로 구분하는 제 3 관통홈들(TH2)이 형성되고, 상기 제 2 버퍼층(420) 상에 상기 전면 전극층(500)이 증착된다.
이어서, 상기 전면 전극층(500)을 관통하고, 상기 전면 전극층(500)을 다수 개의 전면 전극층(500)으로 구분하는 제 4 관통홈들(TH3)들을 형성된다.
즉, 제 2 실시예에 따른 태양전지는, 상기 제 1 버퍼층(410)을 형성한 후, 상기 제 1 관통홈들(TH1a), 상기 제 2 관통홈들(TH1b), 상기 제 3 관통홈들(TH2) 및 상기 제 4 관통홈들(TH3)들을 형성한다.
제 1 실시예 및 제 2 실시예에에 따른 태양전지는, 상기 광 흡수층 및/또는 상기 제 1 버퍼층이 증착된 후, 패턴들이 형성된다, 즉, 실시예들에 따른 태양전지는, 상기 광 흡수층 및/또는 상기 제 1 버퍼층이 증착된 후, 상기 제 1 관통홈들(TH1a), 상기 제 2 관통홈들(TH1b), 상기 제 3 관통홈들(TH2) 및 상기 제 4 관통홈들(TH3)들이 형성된다.
종래에는, 상기 후면 전극층을 형성한 후, 제 1 관통홈들을 형성한 후, 이어서, 광 흡수층을 증착하였다. 그러나, 상기 광 흡수층을 증착하는 공정은 500℃ 이상의 고온에서 진행되기 때문에, 상기 광 흡수층 증착 공정시 상기 지지 기판이 휘는 현상이 발생할 수 있다. 이러한, 지지 기판의 휨 현상은 상기 지지 기판 상에 배치되는 상기 후면 전극층에도 함께 영향을 주며, 상기 후면 전극층에 형성되는 패터닝 즉, 제 1 관통홈들도 함께 휘어질 수 있다. 상기 제 1 관통홈들은 태양전지에서 발전이 되지 않는 데드존(dead zone) 영역인데, 상기 제 1 관통홈들이 휘어짐에 따라, 상기 제 1 관통홈들의 너비 즉, 데드존 영역이 증가하게 되고, 따라서 전체적인 태양전지의 효율을 감소시키는 원인이 되었다.
이에 따라, 실시예들에 따른 태양전지는 상기 광 흡수층 및 또는 제 1 버퍼층을 증착 후에 패터닝 공정이 진행되므로, 고온 공정인 광 흡수층 증착에 따라. 지지 기판이 휘어도 상기 패터닝 영역에는 영향을 주지 않는다. 이에 따라, 상기 데드존 영역을 감소할 수 있다.
또한, 상기 제 1 관통홈들 및 상기 제 2 관통홈들을 단차를 주어 형성하므로, 이후에 진행되는 버퍼층 공정시 발생할 수 있는 과립 현상을 억제할 수 있다.
즉, 실시예들에 따른 태양전지는 태양전지의 전체적인 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 12를 참조하여, 제 1 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명한다. 도 4는 제 1 실시예에 따른 태양전지 제조방법의 공정 흐름도를 도시한 도면이고, 도 5 내지 도 12는 제 1 실시예에 따른 태양전지 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4 내지 도 12를 참조하면, 제 1 실시예에 따른 태양전지 제조방법은, 지지 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계(ST10); 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계(ST20); 제 1 관통홈들을 형성하는 단계(ST30); 제 2 관통홈들을 형성하는 단계(ST40); 버퍼층을 형성하는 단계(ST50); 제 3 관통홈들을 형성하는 단계(ST60); 전면 전극층을 형성하는 단계(ST70); 및 제 4 관통홈들을 형성하는 단계(TO80)를 포함한다.
상기 지지 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계(ST10)에서는 도 5에 도시되어 있듯이, 상기 지지 기판(100) 상에 후면 전극층(200)이 형성된다. 상기 후면 전극층(200)은 PVD(Physical Vapor Deposition) 또는 도금의 방법으로 형성될 수 있다.
이어서, 상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계(ST20)에서는 도 6에 도시되어 있듯이, 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.
이어서, 상기 제 1 관통홈들을 형성하는 단계(ST30) 및 상기 제 2 관통홈들을 형성하는 단계(ST40)에서는 도 7 및 도 8에 도시되어 있듯이, 상기 광 흡수층 상에 제 1 관통홈들(TH1a) 및 제 2 관통홈들(TH1b) 패터닝된다.
상기 제 1 관통홈들(TH1a) 및 상기 제 2 관통홈들(TH1b)은 팁 등의 기계적인 장치 또는 레이저 장치 등에 의해서 형성될 수 있다.
도 7에 도시되어 있듯이. 상기 제 1 관통홈들(TH1a)은 상기 광 흡수층(300)을 관통하여 형성된다. 또한, 도 8에 도시되어 있듯이. 상기 제 2 관통홈들(TH1b)은 상기 후면 전극층(200)을 관통하여 형성된다. 상기 제 1 관통홈들(TH1a) 및 상기 제 2 관통홈들(TH1b)이 형성되는 공정은 동시에 수행될 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1a)이 형성되는 위치와 상기 제 2 관통홈들(TH1b)이 형성되는 위치는 서로 중첩될 수 있다. 즉, 상기 후면 전극층(200)을 관통하는 상기 제 2 관통홈들(TH1b)은 상기 제 1 관통홈들(TH1a)이 형성되는 위치와 대응되는 위치에 형성된다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH1b)은 상기 제 1 관통홈들(TH1a)의 중앙 부분이 아닌 좌우 측면 중 적어도 일면에 치우쳐서 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 관통홈들(TH1a)과 상기 제 2 관통홈들(TH1b)은 서로 단차를 가지면서 형성된다. 일례로, 상기 제 1 관통홈들(TH1a)과 상기 제 2 관통홈들(TH1b)은 서로 다른 너비를 가지면서 너비의 차이만큼 단차를 형성한다. 일례로, 상기 제 1 관통홈들(TH1a)은 상기 제 2 관통홈들(TH1b)의 너비보다 클 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 관통홈들(TH1a)의 너비는 약 80㎛ 내지 약 90㎛일 수 있고, 상기 제 2 관통홈들(TH1b)의 너비는 약 40㎛ 내지 약 70㎛일 수 있다. 이에 따라, 서로 다른 너비를 가지는 상기 제 1 관통홈들(TH1a) 및 상기 제 2 관통홈들(TH1b)은 서로 단차를 가지면서 형성될 수 있다.
이어서, 상기 버퍼층을 형성하는 단계(ST50)에서는, 도 9에 도시되어 있듯이, 상기 광 흡수층(300) 상에 상기 버퍼층(400)이 증착된다. 자세하게, 상기 광 흡수층 상에 제 1 버퍼층(410) 및 제 2 버퍼층(420)이 증착된다.
상기 버퍼층(400)의 증착은 당업계에서 태양전지의 버퍼층 증착을 위해 사용하는 것이라면 특별히 제한없이 사용가능하다. 예를 들어, 상기 버퍼층(400)은 스퍼터링법(sputtering), 증발법(evaporation), 화학기상증착법(Chemical vapor deposition) 등에 의해 증착된다.
상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층의 상면과 상기 제 1 관통홈들(TH1a) 및 상기 제 2 관통홈들(TH1b)에 의해 노출되는 상기 후면 전극층(200) 및 상기 지지 기판(100) 상에도 증착된다. 자세하게, 상기 버퍼층(400)은 상기 제 1 관통홈들(TH1a) 및 상기 제 2 관통홈들(TH1b)에 의해 노출되는 상기 광 흡수층(300)의 측면, 상기 후면 전극층(200)의 상면 및 측면, 상기 지지 기판(100)의 상면에 증착된다.
이어서, 상기 제 3 관통홈들을 형성하는 단계(ST60)에서는, 도 10에 도시되어 있듯이, 상기 버퍼층(400) 상에 제 3 관통홈들(TH2)을 형성한다.
상기 제 3 관통홈들(TH2)은 팁 등의 기계적인 장치 또는 레이저 장치 등에 의해서 패터닝될 수 있다. 상기 제 3 관통홈들(TH2)은 약 45㎛ 내지 약 55㎛의 너비로 형성될 수 있다. 상기 제 3 관통홈들(TH2)에 의해 상기 버퍼층(400)은 다수 개의 버퍼층들로 구분된다.
이어서, 상기 전면 전극층을 형성하는 단계(ST70)에서는, 도 11에 도시되어 있듯이, 상기 버퍼층(400) 상에 전면 전극층(500)이 증착된다.
상기 전면 전극층(500)은 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD), 유기금속 화학 증착(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD) 또는 스퍼터링(sputtering)에 의해 증착될 수 있다.
상기 전면 전극층(500)은 상기 버퍼층(400)의 상면 및 상기 제 3 관통홈들(TH2)에 의해 노출되는 부분에 증착된다. 즉, 상기 전면 전극층(500)은 상기 제 1 버퍼층(410)의 상면과 상기 제 3 관통홈들(TH2)에 의해 노출되는 후면 전극층(200)의 상면에 증착된다.
이어서, 상기 제 4 관통홈들(TH3)을 형성하는 단계에서는, 도 12에 도시되어 있듯이, 상기 전면 전극층 상에 제 4 관통홈들(TH3)을 형성한다.
상기 제 4 관통홈들(TH3)은 팁 등의 기계적인 장치 또는 레이저 장치 등에 의해서 패터닝될 수 있다. 상기 제 4 관통홈들(TH3)은 약 45㎛ 내지 약 60㎛의 너비로 형성될 수 있다. 상기 제 4 관통홈들(TH3)에 의해 상기 전면 전극층(500)은 다수 개의 전면 전극층들로 구분된다.
이하, 도 13 내지 도 21을 참고하여 제 2 실시예에 따른 태양전지 제조방법을 설명한다. 제 2 실시예에 따른 태양전지 제조방법에 대한 설명에서는 앞서 설명한 제 1 실시예에 따른 태양전지 제조방법의 설명과 동일 또는 유사한 부분에 대한 설명은 편의상 생략한다. 즉, 제 2 실시예에 따른 태양전지 제조방법에 대한 설명은 앞서 설명한 제 1 실시예에 따른 태양전지 제조방법의 설명과 본질적으로 결합한다.
도 13 내지 도 21를 참조하면, 제 2 실시예에 따른 태양전지 제조방법은, 지지 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계(ST100); 후면 전극층 상에 광 흡수층 및 버퍼층을 형성하는 단계(ST200); 제 1 관통홈들을 형성하는 단계(ST300); 제 2 관통홈들을 형성하는 단계(ST400); 고저항 버퍼층을 형성하는 단계(ST500); 제 3 관통홈들을 형성하는 단계(ST600); 전면 전극층을 형성하는 단계(ST700); 및 제 4 관통홈들을 형성하는 단계(TO800)를 포함한다.
제 2 실시예에 따른 태양전지 제조방법에서는, 상기 지지 기판(100) 상에 상기 후면 전극층(200), 상기 광 흡수층(300) 및 상기 제 1 버퍼층(410)을 형성한 후, 상기 제 1 관통홈들(TH1a) 및 상기 제 2 관통홈들(TH1b)이 패터닝된다.
즉, 도 14 내지 도 21에 도시되어 있듯이, 상기 지지 기판(100) 상에 상기 제 1 버퍼층(410)까지 증착한 후에, 상기 제 1 관통홈들(TH1a) 및 상기 제 2 관통홈들(TH1b)을 패터닝 한 후, 상기 제 2 버퍼층(420) 즉, 고저항 버퍼층, 제 3 관통홈들(TH2), 전면 전극층(500) 및 제 4 관통홈들(TH3)이 형성된다.
제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 태양전지 제조방법에 따르면, 상기 제 1 관통홈들(TH1a) 및 상기 제 2 관통홈들(TH1b)을 패터닝하는 공정은 상기 광 흡수층 증착 공정 이후에 이루어진다.
즉, 종래에는 상기 후면 전극층을 증착 후에 상기 패터닝 공정이 수행되었으나, 이후에 진행되는 광 흡수층 증착 공정이 500℃ 이상의 온도에서 이루어지는 고온 공정이므로, 상기 고온에 의해 상기 지지 기판이 휘게되면서, 상기 지지 기판 상에 증착된 후면 전극층의 패터닝에도 함께 영향을 줄 수 있었다. 즉, 상기 패터닝이 지지 기판이 휘면서 함께 휘게 되므로, 원치 않는 데드존 영역이 증가하게 되고, 이는 태양전지의 전체적이 효율을 감소시키는 원인이 되었다.
그러나 실시예들에 따른 태양전지 제조방법에서는, 상기 광 흡수층 및/또는 상기 버퍼층 증착 이후에 패터닝 공정이 이루어지므로, 고온 공정에 의해 패터닝이 휘는 것을 방지할 수 있어 데드존 영역이 증가하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 광 흡수층 및/또는 상기 버퍼층 상에 형성되는 패터닝에 단차를 주므로, 이후에 진행되는 버퍼층 또는 고저항 버퍼층 증착 공정시 발생할 수 있는 과립 현상을 방지할 수 있다.
이에 따라, 실시예들에 따른 태양전지 제조방법은 데드존 영역을 감소시킬 수 있어, 전체적인 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 (19)
- 지지 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계;
상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계;
상기 광 흡수층 상에 상기 광 흡수층을 관통하는 제 1 관통홈들을 형성하는 단계;
상기 제 1 관통홈들에 의해 노출되는 상기 후면 전극층을 관통하는 제 2 관통홈들을 형성하는 단계;
상기 광 흡수층, 상기 후면 전극층, 상기 지지 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계;
상기 버퍼층을 관통하는 제 3 관통홈들을 형성하는 단계; 및
상기 버퍼층 상에 전면 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 제 2 관통홈들은 상기 제 1 관통홈들과 중첩되는 위치에 형성되는 태양전지 제조방법. - 제 2항에 있어서,
상기 제 1 관통홈들과 상기 제 2 관통홈들은 단차를 가지면서 형성되는 태양전지 제조방법. - 제 3항에 있어서,
상기 제 1 관통홈들과 상기 제 2 관통홈들을 형성하는 단계는 동시에 수행되는 태양전지 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 관통홈들의 너비는 상기 제 2 관통홈들의 너비보다 더 큰 태양전지 제조방법. - 지지 기판;
상기 지지 기판 상에 형성되는 후면 전극층;
상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층;
상기 광 흡수층 및 상기 후면 전극층을 관통하는 제 1 관통홈들 및 상기 제 2 관통홈들;
상기 광 흡수층 상에 형성되는 버퍼층; 및
상기 버퍼층 상에 형성되는 전면 전극층을 포함하고,
상기 버퍼층은,
상기 광 흡수층의 상면 및 측면, 상기 후면 전극층의 상면 및 측면과 상기 지지 기판의 상면에 형성되는 태양전지. - 제 6항에 있어서,
상기 제 1 관통홈들 및 상기 제 2 관통홈들은 일체로 형성되는 태양전지. - 제 7항에 있어서,
상기 제 2 관통홈들은 상기 제 1 관통홈들과 중첩되는 위치에 형성되는 태양전지. - 제 8항에 있어서,
상기 제 1 관통홈들과 상기 제 2 관통홈들은 단차를 가지면서 형성되는 태양전지. - 제 9항에 있어서,
상기 제 1 관통홈들의 너비는 상기 제 1 관통홈들의 너비보다 더 큰 태양전지. - 지지 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계;
상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계;
상기 광 흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계;
상기 버퍼층 상에 상기 버퍼층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 1 관통홈들을 형성하는 단계;
상기 제 1 관통홈들에 의해 노출되는 상기 후면 전극층을 관통하는 제 2 관통홈들을 형성하는 단계;
상기 버퍼층, 상기 광 흡수층, 상기 후면 전극층, 상기 지지 기판 상에 고저항 버퍼층을 형성하는 단계;
상기 버퍼층을 관통하는 제 3 관통홈들을 형성하는 단계; 및
상기 버퍼층 상에 전면 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지 제조방법. - 제 11항에 있어서,
상기 제 2 관통홈들은 상기 제 1 관통홈들과 중첩되는 위치에 형성되는 태양전지 제조방법. - 제 12항에 있어서,
상기 제 1 관통홈들과 상기 제 2 관통홈들은 단차를 가지면서 형성되는 태양전지 제조방법. - 제 13항에 있어서,
상기 제 1 관통홈들의 너비는 상기 제 2 관통홈들의 너비보다 더 큰 태양전지 제조방법. - 지지 기판;
상기 지지 기판 상에 형성되는 후면 전극층;
상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층;
상기 광 흡수층 상에 형성되는 버퍼층;
상기 버퍼층, 상기 광 흡수층 및 상기 후면 전극층을 관통하는 제 1 관통홈들 및 상기 제 2 관통홈들;
상기 버퍼층 상에 형성되는 고저항 버퍼층; 및
상기 고저항 버퍼층 상에 형성되는 전면 전극층을 포함하고,
상기 고저항 버퍼층은,
상기 버퍼층의 상면 및 측면, 상기 광 흡수층의 측면, 상기 후면 전극층의 상면 및 측면과 상기 지지 기판의 상면에 형성되는 태양전지. - 제 15항에 있어서,
상기 제 1 관통홈들 및 상기 제 2 관통홈들은 일체로 형성되는 태양전지. - 제 16항에 있어서,
상기 제 2 관통홈들은 상기 제 1 관통홈들과 중첩되는 위치에 형성되는 태양전지. - 제 17항에 있어서,
상기 제 1 관통홈들과 상기 제 2 관통홈들은 단차를 가지면서 형성되는 태양전지. - 제 18항에 있어서,
상기 제 1 관통홈들의 너비는 상기 제 1 관통홈들의 너비보다 더 큰 태양전지.
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