KR20140078783A - 태양전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 태양전지는, 기판; 상기 기판 상에 형성되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 형성되는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 형성되는 전면 전극층을 포함하고, 상기 후면 전극층은 제 1 후면 전극층 및 제 2 후면 전극층을 포함하고, 상기 제 2 후면 전극층의 일단은, 상기 제 1 후면 전극층의 측면 상에 및 상기 제 1 후면 전극층의 상면 상에 직접 접촉한다.
실시예에 따른 태양전지 제조방법은, 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 후면 전극층을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 제 1 후면 전극층을 형성하는 단계; 및 상기 기판 상 및 상기 제 1 후면 전극층 상에 제 2 후면 전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 후면 전극층의 일단은, 상기 제 1 후면 전극층의 측면 상에 및 상기 제 1 후면 전극층의 상면 상에 직접 접촉하여 형성된다.
실시예에 따른 태양전지 제조방법은, 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 후면 전극층을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 제 1 후면 전극층을 형성하는 단계; 및 상기 기판 상 및 상기 제 1 후면 전극층 상에 제 2 후면 전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 후면 전극층의 일단은, 상기 제 1 후면 전극층의 측면 상에 및 상기 제 1 후면 전극층의 상면 상에 직접 접촉하여 형성된다.
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 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 향상된 광 투과율 및 광-전 변환 효율을 가지는 태양전지 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 태양전지는, 기판; 상기 기판 상에 형성되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 형성되는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 형성되는 전면 전극층을 포함하고, 상기 후면 전극층은 제 1 후면 전극층 및 제 2 후면 전극층을 포함하고, 상기 제 2 후면 전극층의 일단은, 상기 제 1 후면 전극층의 측면 상에 및 상기 제 1 후면 전극층의 상면 상에 직접 접촉한다.
실시예에 따른 태양전지 제조방법은, 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 후면 전극층을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 제 1 후면 전극층을 형성하는 단계; 및 상기 기판 상 및 상기 제 1 후면 전극층 상에 제 2 후면 전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 후면 전극층의 일단은, 상기 제 1 후면 전극층의 측면 상에 및 상기 제 1 후면 전극층의 상면 상에 직접 접촉하여 형성된다.
실시예에 따른 태양전지는, 후면 전극층을 포함하고, 상기 후면 전극층은 제 1 후면 전극층 및 제 2 후면 전극층을 포함하며, 상기 제 2 후면 전극층의 일단은, 상기 제 1 후면 전극층의 측면 상에 및 상기 제 1 후면 전극층의 상면 상에 직접 접촉하여 형성된다.
또한, 상기 제 1 후면 전극층과 상기 제 2 후면 전극층에 포함되는 나트륨의 양은 상기 제 1 후면 전극층에서 상기 제 2 후면 전극층 방향으로 갈수록 감소한다.
이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는, 상기 제 1 후면 전극층과 상기 제 2 후면 전극층의 나트륨의 양을 서로 달리하면서, 상기 광 흡수층으로 확산되는 나트륨의 양을 효율적으로 조절할 수 있다.
즉, 실시예에 따른 태양전지는 상기 제 1 후면 전극층에서 상기 제 2 후면 전극층 방향으로 갈수록 상기 나트륨의 양이 감소하도록 상기 후면 전극층을 형성함으로써, 태양전지의 각각의 셀에서 전위차가 (-)극으로 갈수록 낮아지도록 할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지는 상기 태양전지를 통해 흐르는 전류의 흐름을 보다 원활하게 하여 개방전압과 충실도를 향상시킬 수 있으며, 결과적으로 태양전지의 광-전 변환 효율은 향상될 수 있다.
또한, 상기 제 2 후면 전극층의 일단은 상기 제 1 후면 전극층의 측면 상 및 상기 제 1 후면 전극층의 상면 상에 직접 접촉하도록 형성되므로, 전체적인 태양전지의 후면 전극층은 중심부 부근에서 일정한 단차부를 형성한다.
이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는 상기 후면 전극층(200)에서 반사되는 빛의 경로를 길게 할 수 있고, 낮은 각도에서 입사되는 광을 용이하게 포집할 수 있으므로, 전체적인 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예에 따른 태양전지 제조방법에 의해 제조되는 태양전지는 상기와 같은 효과 이외에 제 1 관통홈 형성 공정을 생략할 수 있어 공정 시간을 단축할 수 있으므로, 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지를 도시한 평면도이다.
도 2는 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 실시예에 따른 태양전지의 후면 전극층의 단면을 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 10은 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2는 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 실시예에 따른 태양전지의 후면 전극층의 단면을 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 10은 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 3을 참조하여, 실시예에 따른 태양전지를 상세하게 설명한다. 도 1은 실시예에 따른 태양전지를 도시한 평면도이고, 도 2는 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 도면이며, 도 3은 실시예에 따른 태양전지의 후면 전극층의 단면을 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 태양전지는, 지지 기판(100), 후면 전극층(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 전면 전극층(500) 및 다수 개의 접속부(600)를 포함한다.
상기 지지 기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 후면 전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 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. 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)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴 등의 금속을 들 수 있다.
상기 후면 전극층(200)은 제 1 후면 전극층(210) 및 제 2 후면 전극층(210)을 포함한다. 상기 제 1 후면 전극층(210) 및 상기 제 2 후면 전극층(220)은 상기 지지 기판(100) 상에 형성된다.
자세하게, 도 2 및 도 3에 도시되어 있듯이, 상기 제 1 후면 전극층(210)은 상기 지지 기판(100)상에 형성되고, 상기 제 2 후면 전극층(220)은 상기 지지 기판(100) 상 및 상기 제 1 후면 전극층(210)의 상면 및 측면에 직접 접촉하며 형성된다. 즉, 상기 제 2 후면 전극층(210)의 일단은 상기 제 1 후면 전극층(210)의 측면 상에 및 상기 제 1 후면 전극층(210)의 상면 상에 직접 접촉하며 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 1 후면 전극층(210)의 두께는 약 20㎚ 내지 약 70㎚일 수 있고, 상기 제 2 후면 전극층(220)의 최대 두께는 약 150㎚ 내지 약 400㎚일 수 있다. 여기서, 상기 제 2 후면 전극층(220)의 최대 두께는 상기 제 1 후면 전극층(210)과 직접 접촉하는 부분의 두께를 의미한다.
상기 제 1 후면 전극층(210)과 상기 제 2 후면 전극층(220)의 두께 범위는 상기 나트륨의 확산 및 공정 시간을 고려하여 설정된 범위이다. 즉, 상기 제 1 후면 전극층(210) 및 상기 제 2 후면 전극층(220)의 두께가 상기 범위를 벗어나면, 상기 나트륨의 확산이 어려워지거나, 공정시간이 증가하여 공정 효율 및 태양전지의 효율이 감소할 수 있다.
상기 제 1 후면 전극층(210) 및 상기 제 2 후면 전극층(220)은 몰리브덴(Mo)을 포함한다. 또한, 상기 제 1 후면 전극층(210) 및 상기 제 2 후면 전극층(220) 중 적어도 하나는 나트륨(Na)을 포함한다. 바람직하게는, 상기 제 1 후면 전극층(210)은 나트륨을 포함하고, 상기 제 2 후면 전극층(220)은 나트륨을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.
상기 제 1 후면 전극층(210) 및 상기 제 2 후면 전극층(220)의 나트륨 포함 비율은 서로 상이할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제 1 후면 전극층(210)은 상기 제 2 후면 전극층(220)에 비해 나트륨을 더 많이 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 상기 나트륨이 포함되는 비율은 상기 제 1 후면 전극층(210)에서 상기 제 2 후면 전극층(220) 방향으로 갈수록 감소할 수 있다.
상기 제 1 후면 전극층(210) 및 상기 제 2 후면 전극층(220)에 포함되는 나트륨은 태양전지의 제조 공정 중 열처리 공정에 의하여 상기 광 흡수층(300) 상으로 확산될 수 있다. 즉, 실시예에 따른 태양전지는, 상기 제 1 후면 전극층(210)과 상기 제 2 후면 전극층(220)의 나트륨의 양을 서로 달리하면서, 상기 광 흡수층(300)으로 확산되는 나트륨의 양을 효율적으로 조절할 수 있다.
즉, 실시예에 따른 태양전지는 상기 제 1 후면 전극층(210)에서 상기 제 2 후면 전극층(220) 방향으로 갈수록 상기 나트륨의 양이 감소하도록 상기 후면 전극층(200)을 형성함으로써, 태양전지의 각각의 셀에서 전위차가 (-)극으로 갈수록 낮아지도록 할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는 상기 태양전지를 통해 흐르는 전류의 흐름을 보다 원활하게 하여 개방전압과 충실도를 향상시킬 수 있으며, 결과적으로 태양전지의 광-전 변환 효율은 향상될 수 있다.
또한, 상기 제 2 후면 전극층(220)의 일단은 상기 제 1 후면 전극층(210)의 측면 상 및 상기 제 1 후면 전극층(210)의 상면 상에 직접 접촉하도록 형성되므로, 전체적인 태양전지의 후면 전극층(200)은 중심부 부근에서 일정한 단차부를 형성한다.
이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는 상기 후면 전극층(200)에서 반사되는 빛의 경로를 길게 할 수 있고, 낮은 각도에서 입사되는 광을 용이하게 포집할 수 있으므로, 전체적인 태양전지의 효율을 향상시킬 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 약 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) 상에는 고저항 버퍼층(도면에 미도시)이 더 배치될 수 있다. 상기 고저항 버퍼층은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층의 에너지 밴드갭은 약 3.1eV 내지 3.3eV일 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 약 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.
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 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 전면 전극층(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 전면 전극층(500)은 다수 개의 전면전극들로 구분된다. 즉, 상기 전면전극들은 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서 정의된다.
상기 전면 전극들은 상기 후면전극들과 대응되는 형상을 가진다. 즉, 상기 전면 전극들은 스트라이프 형태로 배치된다. 이와는 다르게, 상기 전면 전극들은 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 태양전지는 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 상기 접속부들(600)에 의해서 서로 직렬로 연결된다.
상기 접속부들(600)은 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 접속부들(600)은 상기 제 1 셀(C1)의 전면전극으로부터 연장되어, 상기 제 2 셀(C2)의 후면전극에 접속된다.
따라서, 상기 접속부들(600)은 서로 인접하는 태양전지들을 연결한다. 더 자세하게, 상기 접속부들(600)은 서로 인접하는 태양전지들에 각각 포함된 전면전극과 후면전극을 연결한다.
상기 접속부(600)는 상기 전면전극층(600)과 일체로 형성된다. 즉, 상기 접속부(600)로 사용되는 물질은 상기 전면전극층(500)으로 사용되는 물질과 동일하다.
이하, 도 4 내지 도 10을 참조하여, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명한다. 도 4 내지 도 10은 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다. 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에 대한 설명에서는 앞서 설명한 실시예에 따른 태양전지에 대한 설명과 동일 유사한 부분에 대한 설명은 생략하며. 실시예에 따른 태양전지에 대한 설명과 본질적으로 결합된다.
먼저, 도 4를 참조하면, 지지 기판(100) 상에 제 1 후면 전극층(210)이 형성된다. 상기 제 1 후면 전극층(210)은 상기 지지 기판(100) 상에서 일정한 간격으로 이격하여 복수 개의 제 1 후면 전극층(210)들이 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 제 1 후면 전극층(210)들은 마스크 패턴 공정에 의해 형성될 수 있다. 즉, 상기 지지 기판(100) 상에 마스크를 배치한 후, 상기 제 1 후면 전극층(210)들을 증착함으로써, 상기 제 1 후면 전극층(210)들은 일정한 패턴을 형성하면서 일정한 간격으로 이격하여 형성될 수 있다.
상기 제 1 후면 전극층은 20㎚ 내지 70㎚의 두께로 형성될 수 있다.
이어서, 도 5를 참조하면, 상기 지지 기판(100) 상에 제 2 후면 전극층(220)이 형성된다. 상기 제 2 후면 전극층(220)은 상기 제 1 후면 전극층(210)과 직접 접촉하면 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 후면 전극층(220)의 일단은, 상기 제 1 후면 전극층의 측면 상에 및 상기 제 1 후면 전극층의 상면 상에 직접 접촉하여 형성된다.
상기 제 2 후면 전극층(220)들도 상기 제 1 후면 전극층(210)과 동일하게 마스크 패턴 공정에 의해 형성될 수 있다.
상기 제 2 후면 전극층은 150㎚ 내지 400㎚의 두께로 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 제 1 후면 전극층(210) 및 상기 제 2 후면 전극층(220)을 포함하는 상기 후면 전극층(200)은 부분적인 2층 이상으로 형성될 수 있으며, 상기 후면 전극층(200)의 중심부는 일정한 단차부를 가지도록 형성될 수 있다.
상기 제 1 후면 전극층(210) 및 상기 제 2 후면 전극층(220)은 몰리브덴(Mo)을 포함한다. 또한, 상기 제 1 후면 전극층(210) 및 상기 제 2 후면 전극층(220) 중 적어도 하나는 나트륨(Na)을 포함한다. 바람직하게는, 상기 제 1 후면 전극층(210)은 나트륨을 포함하고, 상기 제 2 후면 전극층(220)은 나트륨을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.
상기 제 1 후면 전극층(210) 및 상기 제 2 후면 전극층(220)의 나트륨 포함 비율은 서로 상이할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제 1 후면 전극층(210)은 상기 제 2 후면 전극층(220)에 비해 나트륨을 더 많이 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 상기 나트륨이 포함되는 비율은 상기 제 1 후면 전극층(210)에서 상기 제 2 후면 전극층(220) 방향으로 갈수록 감소할 수 있다.
상기 제 1 후면 전극층(210) 및 상기 제 2 후면 전극층(220)에 포함되는 나트륨은 태양전지의 제조 공정 중 열처리 공정에 의하여 상기 광 흡수층(300) 상으로 확산될 수 있다. 즉, 실시예에 따른 태양전지는, 상기 제 1 후면 전극층(210)과 상기 제 2 후면 전극층(220)의 나트륨의 양을 서로 달리하면서, 상기 광 흡수층(300)으로 확산되는 나트륨의 양을 효율적으로 조절할 수 있다.
즉, 실시예에 따른 태양전지 제조방법에 의해 제조되는 태양전지는, 상기 제 1 후면 전극층(210)에서 상기 제 2 후면 전극층(220) 방향으로 갈수록 상기 나트륨의 양이 감소하도록 상기 후면 전극층(200)을 형성함으로써, 태양전지의 각각의 셀에서 전위차가 (-)극으로 갈수록 낮아지도록 할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는 상기 태양전지를 통해 흐르는 전류의 흐름을 보다 원활하게 하여 개방전압과 충실도를 향상시킬 수 있으며, 결과적으로 태양전지의 광-전 변환 효율은 향상될 수 있다.
또한, 상기 제 2 후면 전극층(220)의 일단은 상기 제 1 후면 전극층(210)의 측면 상 및 상기 제 1 후면 전극층(210)의 상면 상에 직접 접촉하도록 형성되므로, 전체적인 태양전지의 후면 전극층(200)은 중심부 부근에서 일정한 단차부를 형성한다.
이에 따라, 실시예에 따른 태양전지 제조방법에 의해 제조되는 태양전지는, 상기 후면 전극층(200)에서 반사되는 빛의 경로를 길게 할 수 있고, 낮은 각도에서 입사되는 광을 용이하게 포집할 수 있으므로, 전체적인 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예에 따른 태양전지 제조방법은 상기 후면 전극층 상에 관통홈을 형성하는 공정을 생략할 수 있다. 즉, 상기 후면 전극층을 형성할 때, 마스크에 의해 일정한 간격으로 이격하여 형성하므로, 관통홈 형성 공정을 생략할 수 있다.
즉, 종래에는, 상기 후면 전극층을 형성한 후, 상기 후면 전극층을 다수 개의 후면 전극층으로 분리하는 제 1 관통홈들이 형성되었으나, 실시예에 따른 태양전지 제조방법은 상기 마스크 패턴 공정에 의해 상기 후면 전극층이 형성되므로, 도 5에 도시되어 있듯이, 상기 지지 기판 상에 후면 전극층을 형성함과 동시에 제 1 관통홈이 자연스럽게 형성되면서 상기 후면 전극층은 다수 개의 후면 전극층들로 분리될 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지 제조방법은 공정 시간을 단축할 수 있으므로, 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
이어서, 도 6을 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.
이후, 도 7을 참조하면, 황화 카드뮴이 스퍼터링 공정 또는 용액성장법(chemical bath depositon;CBD) 등에 의해서 증착되고, 상기 버퍼층(400)이 형성된다.
이어서, 상기 버퍼층(400) 상에 징크 옥사이드가 증착 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 고저항 버퍼층이 더 형성될 수 있다. 상기 고저항 버퍼층은 디에틸아연(diethylzinc, DEZ)을 증착함으로써 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 8을 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)은 패터닝될 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 약 200㎚ 내지 약 600㎚의 파장을 가지는 레이저에 의해서 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 100㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 후면전극층(200)의 상면의 일부를 노출하도록 형성된다. 자세하게, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 제 1 후면 전극층(210)의 상면의 일부를 노출하도록 형성된다.
이어서, 도 9를 참조하면, 상기 버퍼층(400) 상에 투명한 도전물질이 증착되어 전면 전극층(500)이 형성된다.
상기 전면 전극층(500)은 무산소 분위기에서 상기 투명한 도전물질이 증착되어 형성될 수 있다. 더 자세하게, 상기 전면 전극층(500)은 산소를 포함하지 않는 불활성 기체 분위기에서 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드가 증착되어 형성될 수 있다.
상기 전면 전극층을 형성하는 단계는, RF 스퍼터링 방법으로 ZnO 타겟을 사용하여 증착하는 방법 또는 Zn 타겟을 이용한 반응성 스퍼터링 방법으로 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드를 증착하여 형성될 수 있다.
이어서, 도 10을 참조하면, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 전면 전극층(500)의 일부가 제거되어 제 3 관통홈들(TH3)이 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 관통홈들(TH3)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 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 (10)
- 기판;
상기 기판 상에 형성되는 후면 전극층;
상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층;
상기 광 흡수층 상에 형성되는 버퍼층; 및
상기 버퍼층 상에 형성되는 전면 전극층을 포함하고,
상기 후면 전극층은 제 1 후면 전극층 및 제 2 후면 전극층을 포함하고,
상기 제 2 후면 전극층의 일단은,
상기 제 1 후면 전극층의 측면 상에 및 상기 제 1 후면 전극층의 상면 상에 직접 접촉하는 태양전지. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 후면 전극층 및 상기 제 2 후면 전극층은 몰리브덴을 포함하고,
상기 제 1 후면 전극층 및 상기 제 2 후면 전극층 중 적어도 하나는 나트륨을 포함하는 태양전지. - 제 2항에 있어서,
상기 제 1 후면 전극층은 나트륨을 포함하는 태양전지. - 제 2항에 있어서,
상기 제 1 후면 전극층 및 상기 제 2 후면 전극층은 나트륨을 포함하고,
상기 제 1 후면 전극층은 상기 제 2 후면 전극층보다 더 많은 나트륨을 포함하는 태양전지. - 제 2항에 있어서,
상기 제 1 후면 전극층 및 상기 제 2 후면 전극층은 나트륨을 포함하고,
상기 나트륨의 양은 상기 제 1 후면 전극층에서 상기 제 2 후면 전극층 방향으로 갈수록 감소하는 태양전지. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 후면 전극층의 두께는 20㎚ 내지 70㎚이고,
상기 제 2 후면 전극층의 두께는 150㎚ 내지 400㎚인 태양전지. - 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 후면 전극층을 형성하는 단계는,
상기 기판 상에 제 1 후면 전극층을 형성하는 단계; 및
상기 기판 상 및 상기 제 1 후면 전극층 상에 제 2 후면 전극층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제 2 후면 전극층의 일단은,
상기 제 1 후면 전극층의 측면 상에 및 상기 제 1 후면 전극층의 상면 상에 직접 접촉하여 형성되는 태양전지 제조방법. - 제 7항에 있어서,
상기 제 1 후면 전극층 및 상기 제 2 후면 전극층은 마스크 패턴 공정에 의해 형성되는 태양전지 제조방법. - 제 8항에 있어서,
상기 제 1 후면 전극층 및 상기 제 2 후면 전극층 중 적어도 하나는 나트륨을 포함하고,
상기 나트륨의 양은 상기 제 1 후면 전극층에서 상기 제 2 후면 전극층 방향으로 갈수록 감소하는 태양전지 제조방법. - 제 9항에 있어서,
상기 제 1 후면 전극층은 20㎚ 내지 70㎚의 두께로 형성되고,
상기 제 2 후면 전극층은 150㎚ 내지 400㎚의 두께로 형성되는 태양전지 제조방법.
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| KR1020120147124A KR20140078783A (ko) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | 태양전지 및 이의 제조 방법 |
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2012
- 2012-12-17 KR KR1020120147124A patent/KR20140078783A/ko not_active Application Discontinuation
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