KR20150031978A - 태양전지 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 태양전지는, 지지기판; 상기 지지기판 상에 배치되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 배치되는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 배치되는 전면 전극층을 포함하고, 상기 후면 전극층 상에는 상기 후면 전극층을 관통하는 제 1 관통홈이 형성되고, 상기 버퍼층 상에는 상기 버퍼층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 2 관통홈 또는 제 3 관통홈이 형성되며, 상기 전면 전극층 상에는 상기 전면 전극층, 상기 버퍼층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 3 관통홈이 형성된다.
Description
실시예는 태양전지에 관한 것이다.
최근 환경문제와 천연자원의 고갈에 대한 관심이 높아지면서, 환경오염에 대한 문제가 없으며 에너지 효율이 높은 대체 에너지로서의 태양전지에 대한 관심이 높아지고 있다. 태양전지는 구성성분에 따라 실리콘 반도체 태양전지, 화합물 반도체 태양전지, 적층형 태양전지 등으로 분류되며, 본 발명과 같은 CIGS 광 흡수층을 포함하는 태양전지는 그 중 화합물 반도체 태양전지의 분류에 속한다.
I-III-VI족 화합물반도체인 CIGS는 1 eV 이상의 직접 천이형 에너지 밴드갭을 가지고 있고, 반도체 중에서 가장 높은 광 흡수 계수를 가질 뿐만 아니라, 전기 광학적으로 매우 안정하여 태양전지의 광 흡수층으로 매우 이상적인 소재이다.
CIGS계 태양전지는 지지기판, 후면 전극층, 광 흡수층, 버퍼층 및 전면 전극층이 순차적으로 증착되어 형성된다.
이때, 상기 광 흡수층을 형성하는 공정은 매우 고온에서 진행될 수 있다. 이에 따라, 상기 후면 전극층에 패터닝되는 관통홈들이 고온 공정시 휘어지는 현상이 발생할 수 있다.
이에 따라, 상기 관통홈들이 휘어짐에 따라 발전이 행해지지 않는 영역 즉, 데드존 영역이 증가하게 되어 태양전지의 효율이 감소하는 문제점이 있다.
이에 따라, 상기 후면 전극층 상에 형성된 관통홈의 휨을 방지하고, 데드존 영역을 감소시킬 수 있는 새로운 구조의 태양전지가 요구된다.
실시예는 향상된 광-전 변환 효율을 가지는 태양전지 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 태양전지는, 지지기판; 상기 지지기판 상에 배치되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 배치되는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 배치되는 전면 전극층을 포함하고, 상기 후면 전극층 상에는 상기 후면 전극층을 관통하는 제 1 관통홈이 형성되고, 상기 버퍼층 상에는 상기 버퍼층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 2 관통홈 또는 제 3 관통홈이 형성되며, 상기 전면 전극층 상에는 상기 전면 전극층, 상기 버퍼층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 3 관통홈이 형성된다.
실시예에 따른 태양전지는 오픈 영역과 클로즈 영역을 포함하는 제 2 관통홈 및 제 1 관통홈 방향 즉, 상기 오픈 영역 방향으로 절곡되어 형성되는 제 3 관통홈을 포함한다.
종래에는, 상기 제 1 관통홈, 상기 제 2 관통홈 및 상기 제 3 관통홈은 상기 지지기판이 연장하는 방향과 대응되는 방향으로 연장되어 형성되었다. 즉, 상기 제 1 관통홈, 상기 제 2 관통홈 및 상기 제 3 관통홈은 모두 일 방향으로 연장되며 형성되었다.
그러나, 제 1 관통홈 형성 후, 광 흡수층을 형성하는 공정에 의해서 제 1 관통홈이 휘는 현상이 발생하는 문제점이 있다. 즉, 상기 광 흡수층을 형성하는 공정은 약 500℃ 이상의 고온에서 진행되는 공정으로 상기 고온에 의해 제 1 관통홈이 휠 수 있었다.
이에 따라, 상기 제 1 관통홈의 폭이 증가하고, 또한, 상기 제 1 관통홈과 상기 제 2 관통홈의 이격거리(G1)이 증가함으로써 데드존 영역이 증가하는 문제점이 있었다. 상기 데드존 영역이란 태양전지의 발전이 이루어지지 않는 영역으로서, 제 1 관통홈 내지 제 3 관통홈과, 이들의 이격거리를 의미한다.
따라서, 종래에는 상기 제 1 관통홈의 휨에 의해 데드존 영역이 증가하여 태양전지의 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위해, 실시예에 따른 태양전지는 제 2 관통홈과 제 3 관통홈의 형상을 변경하여 데드존 영역을 감소시킬 수 있다.
즉, 실시예에 따른 태양전지는 제 2 관통홈을 완전히 형성하지 않고, 형성 영역과 비형성 영역 즉, 일정한 간격으로 이격하여 제 2 관통홈을 형성하고, 형성되지 않는 영역에는 제 3 관통홈을 절곡하여 형성하였다.
이에 따라, 제 2 관통홈이 형성되지 않는 영역에서는 데드존 영역이 감소될 수 있다. 즉 제 2 관통홈이 형성되지 않는 영역에서는 제 1 관통홈 옆에 바로 제 3 관통홈이 형성된다. 즉, 상기 제 2 관통홈이 형성되지 않는 영역에 상기 제 2 관통홈의 역할을 하는 제 3 관통홈이 형성된다.
이에 따라, 제 2 관통홈이 형성되지 않는 영역에서는 제 3 관통홈이 형성되지 않으므로, 제 3 관통홈의 영역 및 제 2 관통홈과 제 3 관통홈의 이격거리(G2) 만큼 데드존 영역이 감소할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지는 제 2 관통홈 및 제 3 관통홈의 형상을 변경하여 데드존 영역을 감소시킴으로써 전체적인 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지를 도시한 평면도이다.
도 2는 실시예에 따른 제 1 관통홈 내지 제 3 관통홈의 위치관계를 설명하기 위한 태양전지의 상면도를 도시한 도면이다.
도 3는 도 2의 A 부분의 단면을 도시한 단면도이다.
도 4는 도 2의 B 부분의 단면을 도시한 단면도이다.
도 5 내지 도 11은 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2는 실시예에 따른 제 1 관통홈 내지 제 3 관통홈의 위치관계를 설명하기 위한 태양전지의 상면도를 도시한 도면이다.
도 3는 도 2의 A 부분의 단면을 도시한 단면도이다.
도 4는 도 2의 B 부분의 단면을 도시한 단면도이다.
도 5 내지 도 11은 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.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 실시예에 따른 태양전지를 상세하게 설명한다. 도 1은 실시예에 따른 태양전지를 도시한 평면도이고, 도 2는 실시예에 따른 제 1 관통홈 내지 제 3 관통홈의 위치관계를 설명하기 위한 태양전지의 상면도를 도시한 도면이며, 도 3는 도 2의 A 부분의 단면을 도시한 단면도이고, 도 4는 도 2의 B 부분의 단면을 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 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 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 후면전극층(200)에는 제 1 관통홈(710)이 형성된다. 상기 제 1 관통홈(710)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 상기 제 1 관통홈(710)은 평면에서 보았을 때, 제 1 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 관통홈(710)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
상기 제 1 관통홈(710)에 의해서, 상기 후면전극층(200)은 다수 개의 후면전극들로 구분된다. 즉, 상기 제 1 관통홈(710)에 의해서, 상기 후면전극들이 정의된다.
상기 후면 전극들은 상기 제 1 관통홈(710)에 의해서 서로 이격된다. 상기 후면 전극들은 스트라이프 형태로 배치된다.
이와는 다르게, 상기 후면 전극들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 관통홈(710)은 평면에서 보았을 때, 격자 형태로 형성될 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 상기 후면 전극층(200) 상에 배치된다. 또한, 상기 광 흡수층(300)에 포함된 물질은 상기 제 1 관통홈(710)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 포함할 수 있다. 상기 고저항 버퍼층의 에너지 밴드갭은 약 3.1eV 내지 3.3eV일 수 있다.
상기 버퍼층(400) 상에는 제 2 관통홈(710) 또는 제 3 관통홈(730)이 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 버퍼층(400) 상에는 상기 제 2 관통홈(710) 및 상기 제 3 관통홈(730)이 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(400)은 상기 제 2 관통홈(720) 또는 상기 제 3 관통홈(730)에 의해서, 다수 개의 버퍼층들로 정의된다.
상기 버퍼층(400)은 상기 제 2 관통홈(720)과 상기 제 3 관통홈(730)에 의해 상기 후면 전극층(200)의 상면이 노출될 수 있다.
도 2는 실시예에 따른 제 1 관통홈 내지 제 3 관통홈의 위치관계에 대해 설명하기 위한 태양전지의 상면도를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 제 1 관통홈(710), 상기 제 2 관통홈(720) 및 상기 제 3 관통홈(730)은 상기 지지기판(100)이 연장되는 방향으로 연장되면서 순차적으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 관통홈(710), 상기 제 2 관통홈(720) 및 상기 제 3 관통홈(730)은 형성되는 대상 및 위치는 서로 상이하나 연장되는 방향은 동일할 수 있다.
상기 제 1 관통홈(710)은 상기 지지기판(100)이 연장하는 방향과 대응되는 ?향으로 연장되며 형성된다.
상기 제 2 관통홈(720)은 상기 지지기판(100)이 연장하는 방향과 대응되는 방향으로 연장되며 형성된다. 즉, 평면에서 보았을 때, 상기 제 2 관통홈(720)은 상기 제 1 관통홈(710)과 나란히 배치될 수 있다. 상기 제 1 관통홈(710)과 상기 제 2 관통홈(720)이 형성되는 방향은 동일 또는 유사할 수 있다.
상기 제 2 관통홈(720) 2개의 서로 다른 영역을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 관통홈은 상기 제 2 관통홈이 이어지는 클로즈(close) 영역(721) 및 상기 제 2 관통홈이 끊어지는 오픈(open) 영역(722)을 포함할 수 있다.
즉, 도 2를 참조하면, 상기 버퍼층(400) 상에는 상기 제 2 관통홈(720)이 형성되는 영역과 상기 제 2 관통홈(720)이 형성되지 않는 영역을 포함한다. 여기서, 상기 제 2 관통홈(720)이 형성되는 영역은 상기 클로즈 영역(721)일 수 있고, 상기 제 2 관통홈(720)이 형성되지 않는 영역은 상기 오픈 영역(722)일 수 있다.
상기 오픈 영역(722)에는 이후에 설명하는 제 3 관통홈(730)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 버퍼층(400) 상에는 상기 제 2 관통홈(720) 또는 상기 제 3 관통홈(730)이 형성된다. 자세하게, 상기 버퍼층(400) 상에는 상기 제 2 관통홈(720) 및 상기 제 3 관통홈(730) 번갈아가면서 형성된다.
상기 클로즈 영역(721)과 상기 오픈 영역(722)은 일정한 비율 범위로 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 오픈 영역(722)은 상기 제 2 관통홈 영역 전체에 대해 약 20% 내지 약 40% 만큼의 비율로 형성될 수 있다.
상기 제 2 관통홈은 이후에 설명하는 전면 전극층(500)이 채워져서 전면 전극과 후면 전극이 접촉하는 영역으로서, 상기 제 2 관통홈이 형성되지 않는 영역 즉, 오픈 영역이 너무 넓어지게 되면 전자의 이동 영역이 감소하게 되어 저항이 증가될 수 있다. 즉, 상기 오픈 영역(722)이 20% 미만으로 형성되는 경우 효율 향상이 미미하고, 상기 오픈 영역(722)이 40%를 초과하여 형성되는 경우 전자 이동 영역이 너무 좁아져서 저항이 상승하여 오히려 효율이 저하될 수 있다.
상기 전면 전극층(500)은 상기 버퍼층(400) 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 관통홈(720) 또는 상기 제 3 관통홈(730)을 채우면서 배치된다. 자세하게, 상기 전면 전극층(500)은 상기 제 2 관통홈(720) 및 상기 제 3 관통홈(730)을 채우면서 배치된다.
상기 전면 전극층(500)은, 상기 제 2 관통홈(720)이 형성되는 영역 즉, 상기 클로즈 영역(721)에서는 상기 제 2 관통홈(720)을 채우면서 배치될 수 있다.
또한, 상기 전면 전극층(500)은 상기 제 3 관통홈(730)이 형성되는 영역 즉, 상기 오픈 영역(722)에서는 상기 제 3 관통홈(730)을 채우면서 배치될 수 있다.
상기 전면 전극층(500) 상에는 제 3 관통홈(730)이 형성된다. 자세하게, 상기 전면 전극층(500) 상에는 상기 전면 전극층(500), 상기 버퍼층(400) 및 상기 광 흡수층(300)을 관통하는 제 3 관통홈(730)이 형성된다. 상기 전면 전극층(500)은 상기 제 3 관통홈(730)에 의해 상기 후면 전극층(200)의 상면이 노출된다.
상기 제 3 관통홈(730)에 의해서, 상기 전면 전극층(500)은 다수 개의 전면전극들로 구분된다.
도 2를 참조하면, 상기 제 3 관통홈(730)은 상기 제 1 관통홈(710)의 방향과 대응되는 방향으로 형성되는 평행부(731) 및 상기 제 2 관통홈(720)의 상기 오픈 영역에서 상기 제 1 관통홈(710) 방향으로 절곡되어 형성되는 절곡부(732)를 포함할 수 있다.
상기 평행부(731)와 상기 절곡부(732)는 서로 일체로 형성될 수 있다. 즉, 상기 평행부(731)와 상기 절곡부(732)는 서로 연결될 수 있다.
상기 절곡부(732)는 상기 제 1 관통홈(710)과 일정한 간격으로 이격하여 형성될 수 있다.
상기 절곡부(732)는 상기 제 2 관통홈(720)이 형성되지 않는 영역 즉, 상기 오픈 영역을 절곡될 수 있다. 이에 따라, 상기 절곡부(732)가 형성되는 위치는 상기 제 2 관통홈(720)이 형성되는 위치와 대응될 수 있다.
실시예에 따른 태양전지는 오픈 영역과 클로즈 영역을 포함하는 제 2 관통홈 및 제 1 관통홈 방향 즉, 상기 오픈 영역 방향으로 절곡되어 형성되는 제 3 관통홈을 포함한다.
종래에는, 상기 제 1 관통홈, 상기 제 2 관통홈 및 상기 제 3 관통홈은 상기 지지기판이 연장하는 방향과 대응되는 방향으로 연장되어 형성되었다. 즉, 상기 제 1 관통홈, 상기 제 2 관통홈 및 상기 제 3 관통홈은 모두 일 방향으로 연장되며 형성되었다.
그러나, 제 1 관통홈 형성 후, 광 흡수층을 형성하는 공정에 의해서 제 1 관통홈이 휘는 현상이 발생하는 문제점이 있다. 즉, 상기 광 흡수층을 형성하는 공정은 약 500℃ 이상의 고온에서 진행되는 공정으로 상기 고온에 의해 제 1 관통홈이 휠 수 있었다.
이에 따라, 상기 제 1 관통홈의 폭이 증가하고, 또한, 상기 제 1 관통홈과 상기 제 2 관통홈의 이격거리(G1)이 증가함으로써 데드존 영역이 증가하는 문제점이 있었다. 상기 데드존 영역이란 태양전지의 발전이 이루어지지 않는 영역으로서, 제 1 관통홈 내지 제 3 관통홈과, 이들의 이격거리를 의미한다.
따라서, 종래에는 상기 제 1 관통홈의 휨에 의해 데드존 영역이 증가하여 태양전지의 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위해, 실시예에 따른 태양전지는 제 2 관통홈과 제 3 관통홈의 형상을 변경하여 데드존 영역을 감소시킬 수 있다.
즉, 실시예에 따른 태양전지는 제 2 관통홈을 완전히 형성하지 않고, 형성 영역과 비형성 영역 즉, 일정한 간격으로 이격하여 제 2 관통홈을 형성하고, 형성되지 않는 영역에는 제 3 관통홈을 절곡하여 형성하였다.
이에 따라, 제 2 관통홈이 형성되지 않는 영역에서는 데드존 영역이 감소될 수 있다. 즉 제 2 관통홈이 형성되지 않는 영역에서는 제 1 관통홈 옆에 바로 제 3 관통홈이 형성된다. 즉, 상기 제 2 관통홈이 형성되지 않는 영역에 상기 제 2 관통홈의 역할을 하는 제 3 관통홈이 형성된다.
이에 따라, 제 2 관통홈이 형성되지 않는 영역에서는 제 3 관통홈이 형성되지 않으므로, 제 3 관통홈의 영역 및 제 2 관통홈과 제 3 관통홈의 이격거리(G2) 만큼 데드존 영역이 감소할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지는 제 2 관통홈 및 제 3 관통홈의 형상을 변경하여 데드존 영역을 감소시킴으로써 전체적인 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 제 3 관통홈(730)은 태양전지를 복수의 셀로 구분하는 홈일 수 있다. 자세하게, 상기 제 3 관통홈(730) 중 상기 평행부(731)에 의해서, 다수 개의 태양전지들(C1, C2...)이 정의된다. 즉, 상기 제 3 관통홈(730)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 관통홈(720) 또는 제 3 관통홈(730) 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 5 내지 도 11을 참조하여, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명한다. 도 5 내지 도 11은 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다. 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에 대한 설명에서는 앞서 설명한 태양전지의 설명과 동일 유사한 부분에 대해서는 설명을 생략한다. 즉, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에 대한 설명은 앞서 설명한 태양전지의 설명과 본질적으로 결합된다.
먼저, 도 5를 참조하면, 지지기판(100) 상에 후면 전극층(200)이 형성된다.
이어서, 도 6을 참조하면, 상기 후면 전극층(200)은 패터닝되어 제 1 관통홈(710)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 지지기판(100) 상에 다수 개의 후면 전극들, 제 1 연결 전극 및 제 2 연결 전극이 형성된다. 상기 후면 전극층(200)은 레이저에 의해서 패터닝된다.
상기 제 1 관통홈(710)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 관통홈(710)은 상기 추가적인 층의 상면을 노출하게 된다.
이어서, 도 7을 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 8을 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 9를 참조하면, 상기 광 흡수층(300) 및 상기 버퍼층(400)의 일부가 제거되어 제 2 관통홈(720) 또는 제 3 관통홈(730)이 형성된다.
즉, 앞서 설명하였듯이, 상기 버퍼층(400) 상에는 제 2 관통홈(720)이 부분적으로 형성되고, 상기 제 2 관통홈이 형성되지 않는 영역에는 제 3 관통홈(730)이 형성된다.
상기 제 2 관통홈(720) 또는 상기 제 3 관통홈(730)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 관통홈(720) 및 상기 제 3 관통홈(730)은 약 200㎚ 내지 약 600㎚의 파장을 가지는 레이저에 의해서 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 2 관통홈(720)의 폭은 약 100㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈(720)은 상기 후면전극층(200)의 상면의 일부를 노출하도록 형성된다.
이어서, 도 10을 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 버퍼층(400) 상에 형성되는 상기 제 2 관통홈(720) 또는 상기 제 3 관통홈(730)을 채우며 배치된다. 즉, 상기 전면 전극층(500)은 상기 제 2 관통홈(720)이 형성되는 영역에서는 상기 제 2 관통홈(720) 을 채우면서 배치되고, 상기 제 3 관통홈이 형성되는 영역에서는 상기 제 3 관통홈(730)을 채우면서 배치된다.
이에 따라, 상기 전면 전극층(500)은 상기 제 2 관통홈(720) 또는 상기 제 3 관통홈(730)에 의해 노출되는 상기 후면 전극층(200)과 접촉할 수 있다.
이어서, 도 11을 참조하면, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 전면 전극층(500)의 일부가 제거되어 제 3 관통홈(730)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 관통홈(730)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 (8)
- 지지기판;
상기 지지기판 상에 배치되는 후면 전극층;
상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층;
상기 광 흡수층 상에 배치되는 버퍼층; 및
상기 버퍼층 상에 배치되는 전면 전극층을 포함하고,
상기 후면 전극층 상에는 상기 후면 전극층을 관통하는 제 1 관통홈이 형성되고,
상기 버퍼층 상에는 상기 버퍼층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 2 관통홈 또는 제 3 관통홈이 형성되며,
상기 전면 전극층 상에는 상기 전면 전극층, 상기 버퍼층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 3 관통홈이 형성되는 태양전지. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 관통홈, 상기 제 2 관통홈 및 상기 제 3 관통홈은 상기 지지기판이 연장되는 방향으로 연장되며 순차적으로 형성되고,
상기 제 2 관통홈은,
상기 제 2 관통홈이 이어지는 클로즈(close) 영역; 및
상기 제 2 관통홈이 끊어지는 오픈(open) 영역을 포함하는 태양전지. - 제 2항에 있어서,
상기 클로즈 영역과 상기 오픈 영역은 번갈아가며 형성되는 태양전지. - 제 2항에 있어서,
상기 제 3 관통홈은,
상기 제 1 관통홈의 방향과 대응되는 방향으로 형성되는 평행부; 및
상기 제 2 관통홈의 상기 오픈 영역에서 상기 제 1 관통홈 방향으로 절곡되어 형성되는 절곡부를 포함하는 태양전지. - 제 4항에 있어서,
상기 절곡부는 상기 제 1 관통홈과 이격하여 형성되는 태양전지. - 제 4항에 있어서,
상기 평행부와 상기 절곡부는 일체로 형성되는 태양전지. - 제 4항에 있어서,
상기 절곡부는 상기 제 2 관통홈의 위치와 대응되는 위치에 형성되는 태양전지. - 제 2항에 있어서,
상기 오픈 영역은 상기 제 2 관통홈 영역 전체에 대해 20% 내지 40% 만큼 형성되는 태양전지.
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|---|---|---|---|---|
| WO2023151209A1 (zh) * | 2022-02-08 | 2023-08-17 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 薄膜太阳能电池组件及其制作方法、用电装置 |
-
2013
- 2013-09-17 KR KR20130111903A patent/KR20150031978A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023151209A1 (zh) * | 2022-02-08 | 2023-08-17 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 薄膜太阳能电池组件及其制作方法、用电装置 |
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