KR20150035300A - 박막 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속-황화 물질 등으로 구성된 전구체를 셀렌화 열처리 또는 황화 열처리하여 CZTS(Se)계 박막 태양전지를 제조하는 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 고온 열처리시 발생하는 MoSe2 층을 제어하고, 광흡수층 박막 내의 S/Se의 조성비 조절이 용이한 열처리 공정 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 Cu2ZnSn(SSe)4 (이하, CZTS(Se)계)의 5원계 원소를 포함하는 박막 태양전지의 광흡수층을 제조하는 방법 및 이로부터 제조된 CZTS(Se)계 박막 태양전지에 관한 것이다.
CIGS는 구리(Cu)-인듐(In)-갈륨(Ga)-셀레늄(Se)의 4원소로 이루어진 칼코제나이드계 화합물 반도체로써 태양전지 흡수층으로 활발한 연구가 진행되었다. 이 소재는 직접천이 반도체 화합물이기 때문에 광전환효율이 좋으며, Al, S 등의 원소를 첨가 도핑함으로써 에너지 갭을 1.0 ~ 2.7 eV까지 광대역으로 변환할 수도 있어, 광전환효율을 더욱 향상시킬 수 있다고 알려져 있다. CIGS는 3원소(ternary) 반도체 CuInSe2(CIS)에 갈륨(Ga) 원소를 In치환으로 도핑하여 효율을 증가시킨 것이다. 이 소재의 광흡수계수가 105cm-1로서 광흡수소재 중 가장 높아서 고효율 태양전지를 만들 수 있다. 또한, 환경 안정성과 방사선에 대한 소재의 저항력도 매우 강하다. 두께 1~2㎛의 박막으로도 고효율 태양전지 제조가 가능하며, 또한 장기적으로 전기광학적 안정성이 매우 우수한 특성을 보이고 있어 태양전지의 광흡수층으로 매우 이상적인 박막이다. 이에 따라 현재 사용되고 있는 고가의 결정질 실리콘 태양전지를 대체하여 태양광 발전의 경제성 및 환경 친화적 저가 고효율 태양전지 재료로 활발히 연구되고 있다.
그러나, CIGS 화합물 태양전지는 In, Ga의 재료의 수급 및 고가라는 단점으로 인하여, In, Ga을 Zn, Sn으로 대체함으로써 새로운 태양전지를 제조하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. CZTS 태양전지는 Zn 와 Sn이 자연적으로 매장량이 매우 풍부한 원소이고, 상대적으로 값싸며, 유해성이 낮기 때문에 친환경적인 흡수층 물질로 평가받고 있다.
CZTS 박막의 연구는 일본 신슈 대학에서 1988년 원자 빔 스퍼터링 방법으로 광학적 밴드갭 에너지가 1.45 eV인 태양전지 흡수층을 선보임으로써 본격적으로 시작되었다. 또한 같은 곳에서 처음으로 소다라임 글라스에 CZTS 박막을 제조하였고, 황화 처리를 통하여 흡수층을 형성하여 태양전지 소자를 제조 효율 0.66%를 확보하였다. 이때 단락 전류는 400 mV 였으며, Mo 후면 전극 상에 CZTS의 형성 후 CdS/ZnO:Al로 이루어진 구조였다.
슈투트가르트 대학의 프라이들마이어(Friedlmeier) 등은 위와 동일한 구조로써 동시 증착 방법을 통하여 단락 전류 470 mV를 가진 2.3%의 태양전지를 1997년도에 보고하였다. 신슈 대학의 시마다(Shimada) 등의 연구원들은 Cu/Sn/Zn 와 Cu/SnS/ZnS 구조의 프리커서 층을 형성하여 Ar과 H2S 혼합 가스를 사용하여 황화처리하였으며, 이때 태양전지 효율은 각각 4.02%, 2.69%를 확보하였다. 일본 NCT(Nagano National College of Technology) 연구 그룹에서는 Cu/SnS/ZnS 구조에서 황화 파우더를 이용한 황화처리 기술을 적용하여 1.36%의 태양전지 효율을 확보하였다.
CZTSe 또는 CZTSSe는 일반적으로 CZT 및 CZTS의 전구체를 셀렌화 열처리하여 제조한다. 셀렌화 열처리 공정을 통한 CZTSe 박막은 높은 흡광계수로 인하여 태양전지로서의 특성이 우수하다는 장점을 가지고 있다. 이러한 셀렌화 열처리 공정은 후면 전극층의 Mo와 반응하여 발생하는 MoSe2 층을 통해 오믹 컨택(omic contact)을 만들어 줌으로서 효율을 향상시키는 장점이 있지만, MoSe2 층의 두께가 큰 경우 면저항이 높아져 태양전지의 전류 특성에 악영향을 미치게 된다. 이에 따라 MoSe2을 제어하기 위하여 TiN과 같은 확산 방지막을 Mo 상에 증착한 후 흡수층 공정을 진행하게 되는데, 이때 MoSe2 층을 제어하기 위하여 TiN 증착 두께를 높일 경우, 컨택 및 직렬 저항에 좋지 않은 영향을 끼치게 된다.
CZTS의 박막은 밴드갭 1.4 이상이며, CZTSe 박막의 밴드갭은 1.0 이하로 알려져 있으며, CZTS계의 밴드갭은 S/Se의 조성비로 조절이 가능한데, 아직까지 열처리 방법으로 S/Se의 조성비를 조절하는 공정 방법이 없어 밴드갭 모듈레이션이 어렵다. 본 발명에서는 단계적 열처리 공정 방법을 제시함으로써 이 문제를 해결하고자 하였다.
본 발명의 목적은 광흡수층 내의 S/Se의 조성비 제어가 가능한 CZTS(Se)계 박막 태양전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 후면 전극층과 광흡수층 계면에 생성되는 MoSe2 층의 두께 제어가 용이한 CZTS(Se)계 박막 태양전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 광전환효율 특성이 우수한 CZTS(Se)계 박막 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 구현예는 CZTS(Se)계 박막 태양전지의 제조 방법으로서, 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계 (A); 상기 후면 전극층 상에 하나 이상의 금속 전구체를 증착하여 금속 전구체층을 형성하는 단계 (B); 및 상기 금속 전구체층을 단계적으로 열처리하여 광흡수층을 형성하는 단계 (C)를 포함하며, 상기 단계 (C)가 셀렌화 분위기 하에서 420℃ 내지 450℃의 온도로 열처리하는 단계 (c1); 및 황화 분위기 하에서 560℃ 내지 610℃의 온도로 열처리하는 단계 (c2)를 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 후면 전극층은 Mo일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 금속 전구체는 Cu 전구체, Zn 전구체 및 Sn 전구체를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 Cu 전구체는 Cu, CuS 또는 CuSe이고, Zn 전구체는 Zn, ZnS 또는 ZnSe이며, Sn 전구체는 Sn, SnS 또는 SnSe인 태양전지의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 금속 전구체는 스퍼터링 공정, 증발 공정 또는 용액 공정에 의해 후면 전극층 상에 증착될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 단계 (c2)에서의 열처리 시간을 5 분 내지 60분으로 제어함으로써 광흡수층 내의 S/Se의 조성비를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 광흡수층 내의 S/Se의 조성비는 1.0 내지 2.5일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 방법에 의해 제조되는 CZTS(Se)계 박막 태양전지를 제공한다.
본 발명은 CZTS(Se)계 박막 태양전지의 제조 방법으로서, 후면 전극층 상에 증착된 금속 전구체층을 단계적으로 열처리함과 동시에 열처리 시간을 조절하여, S/Se의 조성비 및 MoSe2 층의 두께를 제어함으로써, 광전환효율 특성이 우수한 CZTS(Se)계 박막 태양전지를 제조할 수 있다.
도 1은 금속 전구체가 증착된 후면 전극층의 단면도를 보여준다.
도 2는 본 발명의 실시예에서, 금속 전구체를 증착한 후의 TEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 비교예에서, 셀렌화 열처리 한 후의 광흡수층의 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서, 셀렌화 분위기 하에서 열처리(단계 c1) 한 후의 광흡수층의 SEM 사진이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 실시예에서, 황화 분위기 하에서 5분 동안 열처리(단계 c2) 한 후의 광흡수층의 SEM 사진이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 실시예에서, 황화 분위기 하에서 10분 동안 열처리(단계 c2) 한 후의 광흡수층의 SEM 사진이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 실시예에서, 황화 분위기 하에서 15분 동안 열처리(단계 c2) 한 후의 광흡수층의 SEM 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서, 금속 전구체를 증착한 후의 TEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 비교예에서, 셀렌화 열처리 한 후의 광흡수층의 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서, 셀렌화 분위기 하에서 열처리(단계 c1) 한 후의 광흡수층의 SEM 사진이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 실시예에서, 황화 분위기 하에서 5분 동안 열처리(단계 c2) 한 후의 광흡수층의 SEM 사진이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 실시예에서, 황화 분위기 하에서 10분 동안 열처리(단계 c2) 한 후의 광흡수층의 SEM 사진이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 실시예에서, 황화 분위기 하에서 15분 동안 열처리(단계 c2) 한 후의 광흡수층의 SEM 사진이다.
이하, 본 발명의 구현예로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 구현예는 본 발명에 대한 예시로 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술하는 특허청구범위의 기재 및 그로부터 해석되는 균등 범주 내에서 다양한 변형 및 응용이 가능하다.
본 발명의 일 구현예는 CZTS(Se)계 박막 태양전지의 제조 방법을 제공한다.
상기 CZTS(Se)계 박막 태양전지 제조방법은 하기 단계를 포함한다.
기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계 (A),
상기 후면 전극층 상에 하나 이상의 금속 전구체를 증착하여 금속 전구체층을 형성하는 단계 (B), 및
상기 금속 전구체층을 단계적으로 열처리하여 광흡수층을 형성하는 단계 (C).
이때, 상기 단계 (C)는 셀렌화 분위기 하에서 420℃ 내지 450℃의 온도로 열처리하는 단계 (c1) 및 황화 분위기 하에서 560℃ 내지 610℃의 온도로 열처리하는 단계 (c2)를 포함한다.
이하에서는 각 단계별로 구체적으로 살펴보도록 한다. 한편, 보다 이해하기 쉽도록 본원에 첨부된 도 1 내지 7b를 참조하여 본 발명의 박막 태양전지의 제조방법을 설명하도록 한다.
단계 (A) 및 단계 (B)
본 발명은 기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계 (A) 및 상기 후면 전극층 상에 하나 이상의 금속 전구체를 증착하여 금속 전구체층을 형성하는 단계 (B)를 포함한다.
본 발명에 따른 단계 (A)에 있어서, 기판은 주로 유리 기판을 이용하며, 전극 물질로서 광흡수층과의 오믹(ohmic) 접합 및 고온의 열처리에서 우수한 안정성을 갖는 Mo층을 상기 유리 기판에 DC 스퍼터링 방법으로 증착할 수 있다.
본 발명에 따른 단계 (B)에 있어서, 후면 전극층 상에 증착되는 금속 전구체층은 하나 이상의 금속 전구체를 증착함으로써 형성될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 금속 전구체는 Cu 전구체, Zn 전구체 및 Sn 전구체를 포함할 수 있다. 상기 Cu 전구체는 Cu, CuS 또는 CuSe를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. Zn 전구체는 Zn, ZnS 또는 ZnSe를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 또한, Sn 전구체는 Sn, SnS 또는 SnSe를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명에 따른 상기 금속 전구체층은 후면 전극층 상에 스퍼터링 방법을 사용하여 Cu/Zn/Sn, CuS/Zn/Sn, CuSe/Zn/Sn, Cu/ZnS/Sn, Cu/ZnSe/Sn, CuS/ZnS/Sn, CuS/ZnSe/Sn, CuSe/ZnS/Sn, CuSe/ZnSe/Sn, Cu/Zn/SnS, Cu/Zn/SnSe, CuS/Zn/SnS, CuS/Zn/SnSe, Cu/ZnS/SnS, Cu/ZnS/SnSe, Cu/ZnSe/SnS, Cu/ZnSe/SnSe, CuS/ZnS/SnS, CuS/ZnS/SnSe, CuS/ZnSe/SnS 또는 CuS/ZnSe/SnSe 등의 순서로 증착될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 스퍼터링 방법은 상온에서 4 내지 7 mTorr, 바람직하게는 5 내지 6 mTorr의 압력 하에서, 10 내지 30 sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute), 바람직하게는 15 내지 20 sccm의 Ar의 유량 조건 하에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 금속 전구체의 증착은 진공방법 기반의 스퍼터링 공정 이외에도 증발 공정(evaporation), 또는 비진공방법 기반의 용액 공정으로 수행될 수 있으며, 바람직하게는 스퍼터링 공정으로 수행된다. 스퍼터링 공정으로 증착하는 경우에, 재현성이 우수한 대면적의 박막 태양전지의 제조가 가능하다.
단계 (C)
본 발명은 금속 전구체층을 단계적으로 열처리하여 광흡수층을 형성하는 단계 (C)를 포함한다. 이 때, 상기 단계 (C)는 하기의 2 단계 열처리 단계를 포함한다.
셀렌화 분위기 하에서 420℃ 내지 450℃의 온도로 열처리하는 단계 (c1), 및
황화 분위기 하에서 560℃ 내지 610℃의 온도로 열처리하는 단계 (c2).
본원에서 사용되는 경우의 용어 “단계적으로 열처리” 또는 “단계적 열처리”는 후면 전극층 상에 증착된 금속 전구체층을 열처리하는 경우에, 각기 온도가 다른 2단계 이상의 열처리를 수행함을 의미한다. 본 발명의 일 구현예는, 후면 전극층 상에 증착된 금속 전구체층을 열처리하는 경우에 서로 상이한 온도에서 2 단계 이상의 열처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 보다 구체척으로, 본 발명의 일 구현예는 금속 전구체층을 저온 열처리하고, 이어서 고온 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 금속 전구체층을 단계적으로 열처리하여 광흡수층을 형성하는 단계 (C)에 있어서, 단계 (c1)에서는 Se 물질을 이용하여 셀렌화 열처리하며, 단계 (c2)에서는 S 물질을 이용하여 황화 열처리한다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 Se 물질 및 S 물질은 펠렛(pellet) 또는 분말 형태일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명에 따른 저온 열처리하는 단계 (c1)는 셀렌화 분위기 하에서 420℃ 내지 450℃의 온도로 열처리를 수행한다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 셀렌화 열처리 온도는 또한 420℃ 내지 440℃ 또는 425℃ 내지 435℃일 수 있다.
본 발명에 따른 고온 열처리하는 단계 (c2)는 황화 분위기 하에서 560℃ 내지 610℃의 온도로 열처리를 수행한다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 황화 열처리 온도는 또한 570℃ 내지 600℃ 또는 575℃ 내지 585℃일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 열처리 단계 (c2)의 수행 시간은 분단위로 제어될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 본 발명에 따른 열처리 단계 (c2)의 수행 시간은 5 내지 60 분, 10 내지 40 분, 또는 20 내지 30 분의 범위로 제어될 수 있다. 열처리 단계 (c2)의 수행 시간이 10 분 미만일 경우에는 광흡수층 내에 형성되는 S/Se의 조성비가 너무 낮아질 수 있고, 60 분을 초과할 경우에는 광습수층 내에 형성되는 S/Se의 조성비가 너무 높아질 수 있어, 두 경우 모두 박막의 광전환효율이 저해되는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명은 상기 열처리 단계 (c2)의 시간을 상기 시간 범위 내에서 분단위로 조절함으로써, 광흡수층 내의 S/Se의 조성비를 제어할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 단계 (c2)에 따른 열처리 후에 상기 광흡수층 내에 형성되는 S/Se의 조성비는 1.0 내지 2.5이다. 또한, 본 발명의 일 구현예에서, 단계 (c2)에 따른 열처리 후의 상기 광흡수층 내에 형성되는 S/Se의 조성비는 1.2 내지 2.3이다. 이때, 상기 S/Se의 조성비가 1.0 미만일 경우에는 광흡수층 내의 S 비율이 너무 낮아 태양전지의 광전환효율이 떨어질 수 있으며, 2.5 초과의 경우에는 태양전지의 밴드갭을 모듈레이션하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 본 발명에 따른 열처리 단계 (C)에 의해 후면 전극층과 광흡수층 계면에 생성되는 MoSe2 층의 두께를 조절할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 단계 (C)에서의 열처리 온도 및 열처리 시간에 따라 MoSe2 층의 두께를 최소화할 수 있다. 일반적으로, MoSe2 층의 두께가 두꺼운 경우에는 면저항이 증가함에 따라 태양전지의 전기적 특성에 악영향을 미친다.
본 발명의 일 구현예에서, 본 발명의 따른 단계 (C)의 열처리 공정 중 후면 전극과 광흡수층의 계면에 생성되는 MoSe2 층의 두께는 수nm 사이즈이다. 도 5b, 6b 및 7b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에서는, 후면 전극층과 광흡수층의 계면에서 MoSe2 층이 거의 생성되지 않았다. 이와 같이, 본 발명은 MoSe2 층의 두께를 최소화함으로써, 후면 전극층의 면저항을 감소시키고 궁극적으로, 우수한 전기적 특성 및 광전환효율을 가지는 박막 태양전지를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는, 전술한 제조방법에 의해 제조된 CZTS(Se)계 박막 태양전지를 제공한다. 본 발명에 따라 제조된 CZTS(Se)계 박막 태양전지는 약 9%의 광전환효율을 가질 수 있다.
이하에서는 보다 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 설명한다.
실시예
:
CZTS
(
Se
)계 박막 태양전지의 제조
먼저, 도 1에 나타낸 바와 같이, 고온에서 사용 가능한 기판(100) 상에 후면 전극층 Mo(101)를 증착하였다(단계 A). 이어서, 스퍼터링 방법으로 상기 후면 전극층 상에 금속 전구체를 증착하였다(단계 B). 이러한 금속 전구체의 증착은 Cu(104), ZnS(102) 및 SnS(103)를 이용하여 증착하였고, 이 때, 압력은 3 mTorr, Ar의 유량은 15 sccm였으며, 상온에서 증착하였다. 금속 전구체는 열처리 후의 조성비 및 균일도를 고려하여 Cu(104)/SnS(103)/ZnS(102)의 순서로 증착하였다. 도 2는 증착된 금속 전구체층의 TEM 사진이다.
다음으로, 형성된 금속 전구체층을 430℃의 온도에서 셀렌화 열처리하였다(단계 c1). 도 4에 나타난 바와 같이, Mo 층은 거의 반응하지 않았으며, 전구체층만 셀렌화되어 결정성이 우수하였다. 이때, 광흡수층 표면에서의 EDS 분석을 통한 조성비는 원자 비율로 Cu 23.25%, Zn 15.49%, Sn 14.06%, S 4.46% 및 Se 42.74%를 나타내었다.
상기 셀렌화 열처리에 이어서, 상기 금속 전구체층을 580℃의 온도에서 황화 열처리하였다(단계 c2). 이때, RTP 열처리 장비를 이용하여 상기 황화 열처리를 진행하였다.
도 5a-5b, 6a-6b, 및 7a-7b는 각각 5분, 10분, 및 15분 동안 580℃에서 열처리한 후에 확보한 광흡수층의 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진이다. 도 5a 내지 도 7b에 나타난 바와 같이, 단면에서의 그레인 크기가 일정 부분 커진 것을 확인할 수 있었으며, 고온에서 열처리를 했음에도 불구하고 후면 전극의 손상을 확인할 수 없었다.
또한, 2단계 열처리 공정을 통하여 제조한 CZTSSe 박막의 표면 EDS 분석을 통하여 조성비를 확인한 결과, 5 분 동안 열처리 한 광흡수층에서의 조성비는 Cu 22.14%, Zn 18.64%, Sn 13.04%, S 26.86% 및 Se 19.33%이었다. 10 분 동안 열처리한 광흡수층에서의 조성비는 Cu 22.10%, Zn 18.70%, Sn 12.34%, S 28.44% 및 Se 18.41%이었으며, 15 분 동안 열처리 한 광흡수층에서의 조성비는 Cu 24.37%, Zn 15.34%, Sn 12.92%, S 33.17% 및 Se 14.21%임을 확인하였다. 이처럼, 1단계 열처리 후 S/Se의 조성비는 0.1이었지만, 2단계 열처리 후 상기 S/Se의 조성비가 1.38, 1.54, 2.33까지 증가되어 본 발명에 따른 열처리 공정만으로도 1.0 내지 2.5 범위의 S/Se의 조성비를 확보할 수 있음을 보여준다.
또한, 도 5b, 6b 및 7b에 나타난 것처럼, 상기 실시예에서 얻어진 CZTS(Se)계 박막 태양전지에 있어서, 후면 전극층과 광흡수층 사이에 MoSe2 층이 거의 생성되지 않았음을 확인할 수 있었다.
비교예
상기 실시예와 동일하게 기판 상에 본 발명의 단계 A 및 단계 B를 이용하여 후면 전극층(Mo)과 금속 전구체층을 증착하였다. 이어서, 상기 증착된 금속 전구체층을 570℃의 온도에서 셀렌화 열처리하였다.
도 3은 증착된 금속 전구체층을 570℃의 온도에서 셀렌화 열처리한 후의 광흡수층의 SEM 사진이다. 이러한 1 단계 셀렌화 열처리는 Se 금속 원소의 기화를 효과적으로 진행하기 위하여 열처리시 열처리 챔버 안에 샘플 및 Se 금속 소스를 포함하는 2중 구조의 챔버를 이용하였다. 열처리 공정은 상압에서 1시간 동안 진행하였으며, 대략 상온까지 냉각시킨 후에 샘플을 제조하였다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 이 경우, 광흡수층의 결정이 우수하게 형성된 것을 확인할 수 있었으나, Mo가 증착된 후면 전극층이 셀렌화되어 1.8 ㎛ 두께의 MoSe2 층을 가지는 것으로 확인되었다. 이 경우, 후면 전극층의 면 저항 증가로 인하여 태양전지의 전기적 특성에 악영향을 미칠 수 있다.
이상에서 첨부된 실시예를 참조하여 본 발명의 효과에 대해 설명하였으나 본 발명의 기술적 구성은 상기에 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 않으며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능하므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 또한 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 기판
101: Mo 후면 전극층
102: ZnS 금속 전구체층
103: SnS 금속 전구체층
104: Cu 금속 전구체층
101: Mo 후면 전극층
102: ZnS 금속 전구체층
103: SnS 금속 전구체층
104: Cu 금속 전구체층
Claims (9)
- CZTS(Se)계 박막 태양전지의 제조 방법으로서,
기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계 (A);
상기 후면 전극층 상에 하나 이상의 금속 전구체를 증착하여 금속 전구체층을 형성하는 단계 (B); 및
상기 금속 전구체층을 단계적으로 열처리하여 광흡수층을 형성하는 단계 (C)를 포함하며,
상기 단계 (C)가 셀렌화 분위기 하에서 420℃ 내지 450℃의 온도로 열처리하는 단계 (c1); 및 황화 분위기 하에서 560℃ 내지 610℃의 온도로 열처리하는 단계 (c2)를 포함하는, CZTS(Se)계 박막 태양전지의 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 후면 전극층이 Mo인 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 금속 전구체가 Cu 전구체, Zn 전구체 및 Sn 전구체를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 3항에 있어서,
Cu 전구체가 Cu, CuS 또는 CuSe이고,
Zn 전구체가 Zn, ZnS 또는 ZnSe이며,
Sn 전구체가 Sn, SnS 또는 SnSe인 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 금속 전구체가 스퍼터링 공정, 증발 공정 또는 용액 공정에 의해 후면 전극층 상에 증착되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1항에 있어서,
단계 (c2)에서의 열처리 시간을 5 분 내지 60 분으로 제어함으로써 광흡수층 내의 S/Se의 조성비를 조절하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 6항에 있어서,
상기 광흡수층 내의 S/Se의 조성비가 1.0 내지 2.5인 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조되는 CZTS(Se)계 박막 태양전지.
- 제 8항에 있어서,
광흡수층 내의 S/Se의 조성비가 1.0 내지 2.5인 것을 특징으로 하는 CZTS(Se)계 박막 태양전지.
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