KR20150031887A - 태양전지 - Google Patents

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KR20150031887A
KR20150031887A KR20130111657A KR20130111657A KR20150031887A KR 20150031887 A KR20150031887 A KR 20150031887A KR 20130111657 A KR20130111657 A KR 20130111657A KR 20130111657 A KR20130111657 A KR 20130111657A KR 20150031887 A KR20150031887 A KR 20150031887A
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rear electrode
groove
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유영삼
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

제 1 실시예에 따른 태양전지는, 복수 개의 홈이 형성되는 지지기판; 상기 지지기판 상에 형성되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 형성되는 전면 전극층을 포함하고, 상기 홈은 상기 기판 상부에서 상기 기판 하부로 연장할수록 폭이 좁아진다.
제 2 실시예에 따른 태양전지는, 복수 개의 홈이 형성되는 지지기판; 상기 지지기판 상에 형성되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 형성되는 전면 전극층을 포함하고, 상기 후면 전극층의 두께에 대한 상기 홈의 깊이의 비는 1000 내지 2000이다.

Description

태양전지{SOLAR CELL}
실시예는 태양전지에 관한 것이다.
태양광 발전을 위한 태양전지의 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 지지기판이 제공되고, 상기 지지기판 상에 후면 전극층이 형성되고, 레이저에 의해서 패터닝되어, 다수 개의 후면 전극들이 형성된다.
이후, 상기 후면 전극들 상에 광 흡수층, 버퍼층 및 고저항 버퍼층이 차례로 형성된다.
이어서, 상기 버퍼층 상에 전면 전극층이 형성되어 상기 광 흡수층과 상기 전면 전극층이 p-n 접합된다.
상기 지지기판 상에 후면 전극층을 형성하고, 상기 후면 전극층을 다수 개의 후면 전극들로 분리하기 위해 패터닝 공정이 수행되는데, 이때, 패터닝 공정 과정에서 상기 후면 전극층에 버(burr)가 발생할 수 있다.
이러한, 버는 상기 후면 전극층에 형성되는 광 흡수층 및 전면 전극층에도 영향을 주어 전체적으로 태양전지의 효율을 저하하는 원인이 된다.
이에 따라, 상기 후면 전극층을 패터닝 할 때 발생하는 버를 방지할 수 있는 새로운 구조의 태양전지가 요구된다.
실시예는 향상된 광-전 변환 효율을 가지는 새로운 구조의 태양전지를 제공하고자 한다.
제 1 실시예에 따른 태양전지는, 복수 개의 홈이 형성되는 지지기판; 상기 지지기판 상에 형성되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 형성되는 전면 전극층을 포함하고, 상기 홈은 상기 기판 상부에서 상기 기판 하부로 연장할수록 폭이 좁아진다.
제 2 실시예에 따른 태양전지는, 복수 개의 홈이 형성되는 지지기판; 상기 지지기판 상에 형성되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 형성되는 전면 전극층을 포함하고, 상기 후면 전극층의 두께에 대한 상기 홈의 깊이의 비는 1000 내지 2000이다.
실시예에 따른 태양전지는 지지기판 상에 일정한 비율 및 일정한 깊이로 홈을 형성함에 따라, 제 1 관통홈 형성시 후면 전극에서 발생하는 버(burr)의 높이를 감소시킬 수 있다.
종래에는, 평평한 지지기판 상에 후면 전극층을 형성하고, 상기 후면 전극층을 다수 개의 후면 전극들로 구분하기 위해 상기 후면 전극층을 관통하는 복수 개의 제 1 관통홈들을 형성하였다. 이때, 상기 제 1 관통홈들을 형성하는 공정에서, 상기 후면 전극의 측면에는 버(burr)가 발생할 수 있었다. 이러한 후면 전극층의 버(burr)는 상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층 등에도 영향을 주고, 전체적으로는 태양전지의 효율을 감소시키는 원인이 되었다.
이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는 상기 지지기판 상에 미리 일정한 깊이로 홈들을 형성하고, 상기 홈들이 형성된 상기 지지기판 상에 후면 전극층을 형성한 후, 제 1 관통홈들을 형성한다.
이러한 홈들에 의해 상기 제 1 관통홈들을 형성할 때, 상기 후면 전극층이 분리되는 후면 전극의 내측면에서 발생할 수 있는 버(burr)의 높이를 감소시킬 수 있다. 즉, 상기 홈들에 의해 레이저 등으로 제 1 관통홈들을 형성할 때, 후면 전극층에 버(burr) 없이 후면 전극층 상에 제 1 관통홈들을 형성할 수 있으므로, 전체적으로 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 홈들의 하부면이 원형 또는 삼각형 형상으로 형성됨에 따라, 레이저 식각시 볼록렌즈 효과에 따라, 홈의 내측면 및 지지기판의 상면에 형성된 후면 전극층을 버(burr)가 발생하지 않도록 용이하게 식각할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지 패널을 도시한 평면도이다.
도 2는 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 실시예에 따른 지지기판의 일 단면을 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 다양한 실시예에 따른 지지기판의 일 단면을 도시한 도면이다.
도 7은 도 4에 따른 지지기판 상에 후면 전극층이 형성되고, 제 1 관통홈이 형성된 일 단면을 도시한 도면이다.
도 8 및 도 9는 다른 다양한 실시예에 따른 지지기판의 일 단면을 도시한 도면이다.
도 10은 도 8에 따른 지지기판 상에 후면 전극층이 형성되고, 제 1 관통홈이 형성된 일 단면을 도시한 도면이다.
도 11 내지 도 18은 실시예에 따른 태양전지의 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 10을 참조하여, 실시예에 따른 태양전지를 상세하게 설명한다. 도 1은 실시예에 따른 태양전지 패널을 도시한 평면도이고, 도 2는 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 도면이며, 도 3은 실시예에 따른 지지기판의 일 단면을 도시한 도면이고, 도 4 내지 도 6은 다양한 실시예에 따른 지지기판의 일 단면을 도시한 도면이며, 도 7은 도 4에 따른 지지기판 상에 후면 전극층이 형성되고, 제 1 관통홈이 형성된 일 단면을 도시한 도면이고, 도 8 및 도 9는 다른 다양한 실시예에 따른 지지기판의 일 단면을 도시한 도면이며, 도 10은 도 8에 따른 지지기판 상에 후면 전극층이 형성되고, 제 1 관통홈이 형성된 일 단면을 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 10을 참조하면, 실시예에 따른 태양전지는 지지기판,(100), 후면 전극층(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 전면 전극층(500) 및 다수 개의 접속부(600)를 포함한다.
상기 지지기판(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 지지기판(100)은 절연체일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 유리 기판, 플라스틱 기판 또는 금속 기판일 수 있다. 더 자세하게, 상기 지지기판(100)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 투명할 수 있다. 상기 지지기판(100)은 리지드(rigid)하거나 플렉서블(flexible)할 수 있다.
상기 지지기판(100) 상에는 복수 개의 홈(110)들이 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 지지기판(100) 상에는 일정한 거리로 복수 개의 홈(110)들이 형성될 수 있다.
상기 홈(110)은 상기 지지기판(100)을 관통하지 않고, 상기 지지기판(100)의 내부면에 형성될 수 있다. 도 3에 도시되어 있듯이, 상기 홈(110)은 사각 형상으로 형성될 수 있다.
또는, 도 4 내지 도 6에 도시되어 있듯이, 상기 홈(110)은 상기 지지기판(100)의 상부에서 상기 지지기판(100)의 하부로 연장할수록 폭이 좁아지도록 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 홈(110)은 상기 홈의 내측면의 거리가 상기 지지기판(100)의 상부에서 상기 지지기판(100)의 하부로 연장할수록 좁아지도록 형성될 수 있다.
상기 홈(110)은 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 자세하게, 도 4에 도시되어 있듯이, 상기 홈(110a)은 바닥면이 평평한 형상으로 형성되거나, 도 5에 도시되어 있듯이, 상기 홈(110b)은 타원 또는 원형 형상으로 형성되거나, 도 6에 도시되어 있듯이, 상기 홈(110c)은 삼각 형상으로 형성될 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 홈(110)은 다양한 형상으로 형성되거나, 다양한 형상의 조합으로 형성될 수 있다.
상기 후면 전극층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 후면 전극층(200)은 도전층이다. 상기 후면 전극층(200)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴 등의 금속을 들 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 후면 전극층(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 있으나, 실시예가 이에 제한되지는 않는다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 상기 후면 전극층(200)은 다수 개의 후면 전극들로 구분된다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 다수 개의 후면 전극들이 정의될 수 있다.
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.
도 7을 참조하면, 상기 후면 전극층(200)은 상기 제 1 관통홈들(TH1) 및 상기 지지기판(100)의 상기 홈(110)을 제외한 상기 지지기판(100) 영역 상에 배치될 수 있다.
즉, 앞서 설명한 상기 지지기판(100)의 상기 홈(110)들은 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 중첩되는 위치에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 관통홈(TH1)들과 상기 홈(110)들은 일체로 형성될 수 있다.
상기 홈(110)은 일정한 깊이로 상기 지지기판(100) 상에 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 홈(110)의 깊이(D1)는 약 500㎛ 내지 약 1000㎛의 깊이로 상기 지지기판(100) 상에 형성될 수 있다.
또한, 상기 홈(110)의 깊이(D1)은 상기 후면 전극층(200)의 두께(D2)와 일정한 비율을 가지도록 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 홈의 깊이(D1)은 상기 후면 전극층의 두께(D2)보다 약 1000배 내지 약 2000배 만큼 크게 형성될 수 있다. 즉, 상기 후면 전극층의 두께에 대한 상기 홈의 깊이의 비는 약 1000 내지 약 2000일 수 있다.
상기 홈(110)은 상기 제 1 관통홈(TH1) 형성시 상기 후면 전극층(200)에서 발생할 수 있는 버(burr)를 방지할 수 있다.
종래에는, 평평한 지지기판 상에 후면 전극층을 형성하고, 상기 후면 전극층을 다수 개의 후면 전극들로 구분하기 위해 상기 후면 전극층을 관통하는 복수 개의 제 1 관통홈들을 형성하였다. 이때, 상기 제 1 관통홈들을 형성하는 공정에서, 상기 후면 전극의 측면에는 버(burr)가 발생할 수 있었다. 즉, 도 7의 A 부분에는 식각 공정에 따라 높은 높이로 버(burr)가 발생할 수 있었다. 이러한 후면 전극층의 버(burr)는 상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층 등에도 영향을 주고, 전체적으로는 태양전지의 효율을 감소시키는 원인이 되었다.
이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는 상기 지지기판 상에 미리 일정한 깊이로 홈들을 형성하고, 상기 홈들이 형성된 상기 지지기판 상에 후면 전극층을 형성한 후, 제 1 관통홈들을 형성한다.
이러한 홈들에 의해 상기 제 1 관통홈들을 형성할 때, 상기 후면 전극층이 분리되는 후면 전극의 내측면에서 발생할 수 있는 버(burr)의 높이를 감소시킬 수 있다. 즉, 상기 홈들에 의해 레이저 등으로 제 1 관통홈들을 형성할 때, 후면 전극층에 버(burr) 없이 후면 전극층 상에 제 1 관통홈들을 형성할 수 있으므로, 전체적으로 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 홈들의 하부면이 원형 또는 삼각형 형상으로 형성됨에 따라, 레이저 식각시 볼록렌즈 효과에 따라, 홈의 내측면 및 지지기판의 상면에 형성된 후면 전극층을 버(burr)가 발생하지 않도록 용이하게 식각할 수 있다.
이하, 도 8 내지 도 10을 참조하여, 다른 실시예에 따른 태양전지를 설명한다. 도 8 내지 도 10에 대한 설명에서는 앞서 설명한 실시예에 따른 태양전지에 대한 설명과 동일 유사한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 상기 지지기판(100)에는 다양한 형상으로 홈(110)들이 형성될 수 있다. 자세하게, 도 8을 참조하면, 상기 홈(110d)들은 하부면이 원형 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 도 9를 참조하면, 상기 홈(110e)들은 하부면이 삼각 형상으로 형성될 수 있다.
도 10은 도 8에 따른 지지기판 상에 후면 전극층이 형성되고, 제 1 관통홈이 형성된 일 단면을 도시한 도면이다. 도 10을 참조하면, 상기 홈(110)들이 형성된 지지기판(100) 상에 후면 전극층(200)이 형성된다. 이어서, 상기 후면 전극층(200)을 다수 개의 후면 전극으로 분리하는 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 홈(110)이 형성되는 위치에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 홈(110)들과 중첩되는 위치에 형성된다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)과 상기 홈(110)들은 서로 일체로 형성된다.
상기 홈(110)의 깊이(D3)는 상기 후면 전극층의 두께(D4)에 대해 일정한 비율의 깊이로 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 후면 전극층의 두께(D4)에 대한 상기 홈의 깊이(D3)의 비(D3/D4)는 약 1000 내지 약 2000일 수 있다.
상기 홈(110)은 제 1 내측면(111), 제 2 내측면(112) 및 하부면(113)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 내측면(111)과 상기 제 2 내측면(112)은 상기 지지기판(100)의 상면에서 상기 지지기판(100)의 하면 방향으로 연장한다. 또한, 상기 하부면(113)은 상기 제 1 내측면(111)과 상기 제 2 내측면(112)를 연결한다.
상기 제 1 내측면(111) 및 상기 제 2 내측면(112)은 상기 지지기판(100)의 상면에 대하여 수직 방향으로 연장할 수 있다. 또는, 상기 제 1 내측면(111) 및 상기 제 2 내측면(112)은 상기 지지기판(100)의 상면에 대하여 둔각의 각도로 연장할 수 있다. 즉, 상기 제 1 내측면(111) 및 상기 제 2 내측면(112)은 상기 지지기판(100)의 상면에서 상기 지지기판(100)의 하면 방향으로 연장할수록 그 거리가 좁아지도록 형성될 수 있다.
상기 홈(110)의 상기 하부면(113)에서 상기 지지기판(100)의 상면까지의 높이는 약 500㎛ 내지 약 1000㎛일 수 있다. 즉, 상기 홈(110)의 깊이는 약 500㎛ 내지 약 1000㎛일 수 있다.
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 있으나 실시예는 이에 제한되지 않는다.
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 있으나 실시예는 이에 제한되지 않는다.
상기 버퍼층(400) 상에는 제 2 관통홈들(TH2)이 형성될 수 있다. 상기 제 2 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 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있으나, 실시예는 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 전면 전극층(500)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내부에 위치하는 접속부(600)들을 포함한다.
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 전부를 관통할 수 있다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 전면 전극층(500)은 다수 개의 전면 전극들로 구분된다. 즉, 상기 전면 전극들은 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 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 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 전면 전극과 후면 전극을 연결한다.
상기 접속부(600)는 상기 전면 전극층(600)과 일체로 형성된다. 즉, 상기 접속부(600)로 사용되는 물질은 상기 전면 전극층(500)으로 사용되는 물질과 동일하다.
이하, 실험예를 통하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 본 발명을 좀더 상세하게 설명하기 위하여 예시로 제시한 것에 불과하다. 따라서 본 발명이 이러한 실험예에 한정되는 것은 아니다.
실험예
유리 또는 플라스틱의 지지기판 상에 복수 개의 홈을 형성한 후, 몰리브덴을 포함하는 후면 전극층을 형성하였다. 이때, 상기 후면 전극층은 약 0.5㎛의 두께로 형성하였다.
이어서, 상기 지지기판 상에 형성된 후면 전극층을 레이저에 의해 패터닝하여 다수 개의 후면 전극들로 구분하였다.
결과
지지기판 상에 형성되는 홈의 깊이와 지지기판 상에 형성되는 후면 전극층의 두께를 일정하게 변화시켜 후면 전극에서 발생하는 버(burr)의 높이를 확인하였으며, 결과는 표 1과 같았다.
비율
(홈의 깊이/ 후면 전극층 두께)		 홈의 깊이(㎛) 버(burr) 높이(㎛) 비고
0 0(홈 형성X) 0.77
200 100 0.67
400 200 0.66
600 300 0.27
800 400 0.12
1000 500 0.03
1200 600 0.03
1400 700 0.03
1600 800 0.01
1800 900 0.01
2000 100 0.01
2000 초과 1000 초과 - 기판 파손
표 1을 참조하면, 홈이 형성된 지지기판의 경우에는 홈이 형성되지 않은 지지기판과 비교하여 버의 높이가 감소되는 것을 알 수 있다.
특히, 홈의 깊이가 500㎛ 이상, 자세하게, 500㎛ 내지 1000㎛의 경우에는 버의 높이가 0.1㎛ 이하 자세하게, 0.01㎛ 내지 0.03㎛의 높이로 감소하는 것을 알 수 있다.
또한, 홈의 깊이와 후면 전극층 두께의 비(홈의 깊이/후면 전극층 두께)가 1000 내지 2000의 경우에는 버의 높이가 0.1㎛ 이하 자세하게, 0.01㎛ 내지 0.03㎛의 높이로 감소하는 것을 알 수 있다.
또한, 홈의 깊이가 1000㎛를 초과하거나, 상기 비율이 2000을 초과하는 경우에는, 지지기판이 파손되는 것을 알 수 있다.
즉, 상기 지지기판 상에 일정한 비율 및 일정한 깊이로 홈을 형성함에 따라, 제 1 관통홈 형성시 후면 전극에서 발생하는 버(burr)의 높이를 감소시킬 수 있다.이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는 이로 인한 효율 저하를 방지할 수 있어 전체적으로 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 11 내지 도 18을 참조하여, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명한다. 도 11 내지 도 18은 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
먼저 도 11을 참조하면, 복수 개의 홈(110)들이 형성된 지지기판이 준비된다. 상기 홈(110)들은 상기 지지기판(100)을 식각하거나, 몰드 등을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 지지기판에는 도 11에 형성된 홈(110)의 형상 이외에도 앞서 설명한 다양한 형상의 홈(110)들이 형성될 수 있다.
일례로,
이어서, 도 12를 참조하면, 지지기판(100) 상에 후면 전극층(200)이 형성된다.
이어서, 도 13을 참조하면, 상기 후면 전극층(200)은 패터닝되어 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 지지기판(100) 상에 다수 개의 후면 전극들이 형성된다. 상기 후면 전극층(200)은 레이저에 의해서 패터닝된다. 즉, 상기 홈(110) 상에 형성되는 상기 후면 전극층(200)이 제거되어 상기 후면 전극층(200)은 다수 개의 후면 전극들로 구분될 수 있다. 이때, 상기 홈(110)에 의해, 분리되는 후면 전극들의 내측면에서 발생하는 버(burr)의 높이를 감소시킬 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하며, 약 80㎛ 내지 약 200㎛의 폭을 가질 수 있다.
또한, 상기 지지기판(100) 및 상기 후면 전극층(200) 사이에 확산 방지막 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 후면 전극층(200) 상에 광 흡수층(300)이 형성된다. 상기 광 흡수층(300)은 스퍼터링 공정 또는 증발법 등에 의해서 형성될 수 있다. 상기 광 흡수층(300)은 상기 지지기판(100)의 홈(110)을 모두 채우면서 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 15를 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 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)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.
이어서, 도 17을 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.
상기 전면 전극층(500)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해 노출되는 상기 후면 전극층(200)과 접촉한다.
이어서, 도 18을 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.
앞서 설명하였듯이, 실시예에 따른 태양전지 제조 방법에 의해 향상된 광-전 효율을 가지는 태양전지를 제조할 수 있다.
즉, 실시예에 따른 태양전지 제조 방법은, 미리 복수 개의 홈들을 형성된 지지기판 상에 후면 전극층을 형성하고, 상기 후면 전극층을 다수 개의 후면 전극들로 구분하는 제 1 관통홈을 형성한다.
이에 따라, 상기 지지기판 상에 형성된 홈에 의해 상기 제 1 관통홈을 형성할 때, 상기 후면 전극의 측면에서 발생하는 버(burr)의 높이를 감소시킬 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지 및 태양전지 제조 방법은 후면 전극에서 발생하는 버(burr)를 제거 또는 감소함에 따라 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 (10)

  1. 복수 개의 홈이 형성되는 지지기판;
    상기 지지기판 상에 형성되는 후면 전극층;
    상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층; 및
    상기 광 흡수층 상에 형성되는 전면 전극층을 포함하고,
    상기 홈은 상기 지지기판 상부에서 상기 지지기판 하부로 연장할수록 폭이 좁아지는 태양전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 홈의 깊이는 500㎛ 내지 1000㎛인 태양전지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 홈의 깊이는 상기 후면 전극층의 두께보다 1000배 내지 2000배 더 큰 태양전지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 홈은 사각, 삼각 또는 원형의 형상을 포함하는 태양전지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 후면 전극층을 관통하는 제 1 관통홈을 더 포함하고,
    상기 제 1 관통홈과 상기 홈은 서로 중첩되는 태양전지.
  6. 복수 개의 홈이 형성되는 지지기판;
    상기 지지기판 상에 형성되는 후면 전극층;
    상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층; 및
    상기 광 흡수층 상에 형성되는 전면 전극층을 포함하고,
    상기 후면 전극층의 두께에 대한 상기 홈의 깊이의 비는 1000 내지 2000인 태양전지.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 홈은,
    상기 지지기판의 상면에서 하면 방향으로 연장되는 제 1 내측면; 제 2 내측면; 및 상기 제 1 내측면과 상기 제 2 내측면을 연결하는 하부면을 포함하고,
    상기 하부면은 타원형, 원형 또는 삼각형의 형상으로 형성되는 태양전지.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 내측면과 상기 제 2 내측면은 상기 지지기판의 상면에 대해 수직 또는 둔각의 각도로 연장하는 태양전지.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 하부면에서 상기 지지기판의 상면까지의 높이는 500㎛ 내지 1000㎛인 태양전지.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 후면 전극층을 관통하는 제 1 관통홈을 더 포함하고,
    상기 제 1 관통홈과 상기 홈은 서로 중첩되는 태양전지.
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