KR20150039534A - 태양전지 - Google Patents
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Abstract
제 1 실시예에 따른 태양전지는, 지지기판; 상기 지지기판 상에 배치되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 상기 후면 전극층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 2 관통홈; 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면 전극층; 및 상기 광 흡수층 및 상기 전면 전극층을 관통하는 제 3 관통홈; 및 상기 제 2 관통홈 및 상기 제 3 관통홈 내에 배치되는 반사 부재를 포함한다.
제 2 실시예에 따른 태양전지는, 지지기판; 상기 지지기판 상에 배치되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 상기 후면 전극층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 2 관통홈; 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면 전극층; 상기 광 흡수층 및 상기 전면 전극층을 관통하는 제 3 관통홈; 상기 제 2 관통홈 내에 배치되는 제 1 반사 부재; 상기 제 3 관통홈 내에 배치되는 제 2 반사 부재; 및 상기 제 1 반사 부재 및 상기 제 2 반사 부재를 연결하는 산란 부재를 포함한다.
제 2 실시예에 따른 태양전지는, 지지기판; 상기 지지기판 상에 배치되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 상기 후면 전극층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 2 관통홈; 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면 전극층; 상기 광 흡수층 및 상기 전면 전극층을 관통하는 제 3 관통홈; 상기 제 2 관통홈 내에 배치되는 제 1 반사 부재; 상기 제 3 관통홈 내에 배치되는 제 2 반사 부재; 및 상기 제 1 반사 부재 및 상기 제 2 반사 부재를 연결하는 산란 부재를 포함한다.
Description
실시예는 태양전지에 관한 것이다.
태양광 발전을 위한 태양전지의 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 기판이 제공되고, 상기 기판 상에 후면 전극층이 형성되고, 레이저에 의해서 패터닝되어, 다수 개의 후면 전극들이 형성된다.
이후, 상기 이면전극들 상에 광 흡수층, 버퍼층, 고저항 버퍼층 및 전면 전극층이 차례로 형성된다.
상기 후면 전극층, 상기 광 흡수층, 상기 버퍼층 및 상기 전면 전극층에는 이들 중 적어도 하나의 측을 관통하는 제 1 관통홈들, 제 2 관통홈들 및 제 3 관통홈들이 형성된다.
이러한 관통홈들은 태양전지 내에서 발전이 이루어지지 않는 데드존 영역으로서 접속 배선들이 형성되는 부분이다.
상기 데드존 영역이 넓어질수록 태양전지의 효율이 저하될 수 있다. 즉, 데드존 영역으로 입사하는 태양광들이 많아질수록 태양전지의 효율이 저하되는 문제점이 있다.
이에 따라, 데드존 영역으로 입사하는 태양광을 이용하여 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 새로운 구조의 태양전지가 요구된다.
실시예는 향상된 광-전 변환 효율을 가지는 새로운 구조의 태양전지를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 태양전지는, 지지기판; 상기 지지기판 상에 배치되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 상기 후면 전극층 상기 광 흡수층을 관통하는 제 2 관통홈; 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면 전극층; 상기 광 흡수층 및 상기 전면 전극층을 관통하는 제 3 관통홈; 및 상기 제 2 관통홈 및 상기 제 3 관통홈 내에 배치되는 반사 부재를 포함한다.
제 2 실시예에 따른 태양전지는, 지지기판; 상기 지지기판 상에 배치되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 상기 후면 전극층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 2 관통홈; 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면 전극층; 상기 광 흡수층 및 상기 전면 전극층을 관통하는 제 3 관통홈; 상기 제 2 관통홈 내에 배치되는 제 1 반사 부재; 상기 제 3 관통홈 내에 배치되는 제 2 반사 부재; 및 상기 제 1 반사 부재 및 상기 제 2 반사 부재를 연결하는 산란 부재를 포함한다.
실시예에 따른 태양전지는 제 2 관통홈들 및 제 3 관통홈들 즉, 발전이 행해지지 않는 영역에 반사 부재를 형성하여, 데드존 영역으로 입사하는 광을 발전 영역으로 반사시킬 수 있다.
즉, 상기 제 2 관통홈들 및 상기 제 3 관통홈들로 입사되는 광은 상기 제 2 관통홈들 및 상기 제 3 관통홈들 내에 배치되는 반사 부재에 의해 반사되어 상기 데드존 영역에서 유효 영역 방향으로 반사될 수 있다.
또한, 상기 제 1 반사 부재 및 상기 제 2 반사 부재가 연결되는 부분을 전면 전극층의 상면에 대해 볼록한 형상으로 형성함으로써, 이러한 연결 부분이 산란층의 역할을 하여 데드존 영역으로 입사하는 광을 유효 영역 방향으로 산란시킬 수 있다.
따라서, 데드존 영역으로 입사되는 광을 유효 영역 방향으로 반사하여 태양전지의 전체적인 발전 영역을 증가시킬 수 있으므로, 실시예에 따른 태양전지는 향상된 광-전 변환 효율을 가질 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지 패널을 도시한 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 제 2 실시예에 따른 제 2 관통홈 및 제 3 관통홈의 단면을 확대하여 도시한 도면이다.
도 4는 제 2 실시예에 따른 제 2 관통홈 및 제 3 관통홈의 단면을 확대하여 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 12는 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2는 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 제 2 실시예에 따른 제 2 관통홈 및 제 3 관통홈의 단면을 확대하여 도시한 도면이다.
도 4는 제 2 실시예에 따른 제 2 관통홈 및 제 3 관통홈의 단면을 확대하여 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 12는 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 4를 참조하여, 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 태양전지를 상세하게 설명한다. 도 1은 실시예에 따른 태양전지 패널을 도시한 도면이고, 도 2는 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 도면이며, 도 3은 실시예에 따른 제 2 관통홈 및 제 3 관통홈의 단면을 확대하여 도시한 도면이고, 도 4는 다른 실시예에 따른 제 2 관통홈 및 제 3 관통홈의 단면을 확대하여 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제 1 실시예에 따른 태양전지는 지지기판(100), 후면 전극층(200), 광 흡수층(3000, 버퍼층(400), 전면 전극층(500), 다수 개의 접속부(600)들 및 반사 부재(700)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 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.
상기 광 흡수층(300)은 상기 후면 전극층(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 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.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 및 상기 제 3 관통홈 내에는 반사부재(700)가 배치된다. 자세하게, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내에는 제 1 반사 부재(710)가 배치되고, 상기 제 3 관통홈들(TH3) 내에는 제 2 반사 부재(720)가 배치된다.
상기 제 1 반사 부재(710)는 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 내부를 메우면서 배치된다. 자세하게, 상기 제 1 반사 부재(710)는 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 내측면에 형성되는 상기 전면 전극층(500)과 직접 접촉하면서 형성된다.
상기 제 2 반사 부재(720)는 상기 제 3 관통홈들(TH3)의 내부를 메우면서 배치된다. 자세하게, 상기 제 2 반사 부재(720)는 상기 제 3 관통홈들(TH3)의 내측면과 직접 접촉하면서 형성된다.
상기 제 1 반사 부재(710)는 상기 전면 전극층(500)의 상면에 대해 돌출되어 형성된다. 또한, 상기 제 2 반사 부재(720)는 상기 전면 전극층(500)의 상면에 대해 돌출되어 형성된다.
상기 제 1 반사 부재(710) 및 상기 제 2 반사 부재(720)는 서로 일체로 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 반사 부재(710) 및 상기 제 2 반사 부재(720)는 상기 제 2 관통홈들(TH2) 및 상기 제 3 관통홈들(TH3)을 메우면서 상기 전면 전극층(500)의 상면에 대해 돌출되고, 이렇게 돌출된 상기 제 1 반사 부재(710) 및 상기 제 2 반사 부재(720)는 서로 연결될 수 있다.
이에 따라, 상기 제 1 반사 부재(710) 및 상기 제 2 반사 부재(720)는 상기 전면 전극층(500)의 상면에서 연결되어 서로 일체로 형성될 수 있다.
도 3을 참고하면, 상기 제 1 반사 부재(710) 및 상기 제 2 반사 부재(720)가 연결되는 부분은 상기 전면 전극층(500)의 상면에 대해 곡면을 가지면서 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 반사 부재(710) 및 상기 제 2 반사 부재(720)의 연결 부분은 상기 전면 전극층(500)의 상면에 대해 볼록 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제 1 반사 부재(710) 및 상기 제 2 반사 부재(720) 중 적어도 하나의 반사 부재는 2개 이상의 반사층을 포함할 수 있다.
자세하게, 상기 제 1 반사 부재(710) 및 상기 제 2 반사 부재(720) 중 적어도 하나의 반사 부재는 서로 다른 굴절률을 가지는 2개 이상의 반사층을 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 반사 부재는 고굴절 반사층과 저굴절 반사층이 교대로 배치되어 형성될 수 있다. 일레로, 상기 고굴절 반사층은 TiO2를 포함할 수 있다. 또한, 상기 저굴절 반사층은 SiO2를 포함할 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 고굴절 반사층과 상기 저굴절 반사층은 다양한 물질을 포함할 수 있다.
상기 제 1 반사 부재 및 상기 제 2 반사 부재는 상기 전면 전극층을 통해 상기 제 2 관통홈들 및 상기 제 3 관통홈들로 입사되는 광을 반사시킬 수 있다.
자세하게, 도 1에 도시되어 있듯이, 상기 제 1 관통홈들, 상기 제 2 관통홈들 및 상기 제 3 관통홈들이 형성되는 영역은 태양전지에 있어서 발전이 되지 않는 영역 즉, 데드존 영역(DZ)일 수 있다. 이와 같은 데드존 영역이 넓어질수록 발전이 되지 않는 영역이 넓어짐에 따라 전체적인 태양전지의 효율이 저하될 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는 제 2 관통홈들 및 제 3 관통홈들 즉, 발전이 행해지지 않는 영역에 반사 부재를 형성하여, 데드존 영역으로 입사하는 광을 발전 영역으로 반사시킬 수 있다.
즉, 상기 제 2 관통홈들 및 상기 제 3 관통홈들로 입사되는 광은 상기 제 2 관통홈들 및 상기 제 3 관통홈들 내에 배치되는 반사 부재에 의해 반사되어 상기 데드존 영역에서 유효 영역 방향으로 반사될 수 있다.
또한, 상기 제 1 반사 부재 및 상기 제 2 반사 부재가 연결되는 부분을 전면 전극층의 상면에 대해 볼록한 형상으로 형성함으로써, 이러한 연결 부분이 산란층의 역할을 하여 데드존 영역으로 입사하는 광을 유효 영역 방향으로 산란시킬 수 있다.
따라서, 데드존 영역으로 입사되는 광을 유효 영역 방향으로 반사하여 태양전지의 전체적인 발전 영역을 증가시킬 수 있으므로, 실시예에 따른 태양전지는 향상된 광-전 변환 효율을 가질 수 있다.
이하, 도 2 및 도 4를 참조하여 제 2 실시예에 따른 태양전지를 설명한다. 제 2 실시예에 따른 태양전지에 대한 설명에서는 앞서 설명한 제 1 실시예에 따른 태양전지에 대한 설명과 동일 유사한 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 제 2 실시예에 따른 태양전지는, 제 2 관통홈들(TH2) 내에 배치되는 제 1 반사 부재(710), 제 3 관통홈들(TH30 내에 배치되는 제 2 반사 부재(720) 및 상기 제 1 반사 부재(710) 및 상기 제 2 반사 부재(720)를 연결하는 산란 부재(730)을 포함한다.
상기 산란 부재(730)는 전면 전극층(500)의 상면 상에 형성된다. 자세하게, 상기 산란 부재(730)는 상기 전면 전극층(500)의 상면과 접촉하며 형성될 수 있다.
상기 산란 부재(730)는 상기 제 1 반사 부재(710) 및 상기 제 2 반사 부재(720)로부터 상기 전면 전극층(500)의 상면으로 연장되어 형성된다. 즉, 상기 산란 부재(730)는 상기 전면 전극층(500)의 상면에 대해 돌출되어 형성된다.
상기 산란 부재(730)는 상기 전면 전극층(500)의 상면에 대해서 곡면을 가지면서 형성될 수 있다. 일례로, 상기 산란 부재(730)는 상기 전면 전극층(500)의 상면에 대해서 볼록한 형상으로 형성될 수 있다.
상기 산란 부재(730)는 상기 제 2 관통홈들 또는 상기 제 3 관통홈들 방향 즉, 데드존 영역으로 입사되는 태양광을 유효 영역 방향으로 확산 또는 산란시킬 수 있다.
또한, 상기 제 2 관통홈들 또는 상기 제 3 관통홈들 방향으로 입사된느 태양광은 산란 부재 이외에도 내부에 배치되는 반사 부재들에 의해 유효 영역 방향으로 반사될 수 있다.
따라서, 데드존 영역으로 입사되는 태양광에 따른 손실을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 제 2 실시예에 따른 태양전지는 데드존 영역으로 입사하는 광을 유효 영역으로 반사 또는 산란하여 전체적인 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 12를 참조하여, 실시예에 따른 태양전지 제조방법을 설명한다. 도 5 내지 도 12는 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
먼저, 도 5를 참조하면, 지지기판(100) 상에 후면 전극층(200)이 형성된다.
이어서, 도 6을 참조하면, 상기 후면 전극층(200)은 패터닝되어 제 1 관통홈들(TH1)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 레이저 등에 의해서 패터닝 될 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 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 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 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.
이어서, 도 11을 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.
이어서, 도 12를 참조하면, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 및 상기 제 3 관통홈들(TH3) 내에 반사 부재(700)를 배치할 수 있다. 상기 반사 부재(700)는 고굴절 반사층과 저굴절 반사층이 교대로 배치되어 있을 수 있다. 일례로, 상기 고굴절 반사층은 TiO2를 포함하고, 상기 저굴절 반사층은 SiO2를 포함할 수 있다.
상기 반사 부재(700)는 상기 전면 전극층(500)의 상면에 대해서 돌출된 형상으로 배치되며, 이때, 돌출 부분은 상기 전면 전극층(500)의 상면에 대해서 볼록한 형상으로 형성될 수 있다.
앞서 설명하였듯이, 실시예에 따른 태양전지는 관통홈들 내에 반사 부재가 형성된다. 이에 따라, 발전이 이루어지지 않는 관통홈들 즉, 데드존 영역으로 입사하는 태양광들을 유효 영역으로 반사시킬 수 있다.
또한, 반사 부재의 상면은 볼록한 형상으로 형성함으로써, 이로 입사되는 광을 산란 또는 반사시키는 산란층의 역할을 함께 수행할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지는 향상된 광-전 변환 효율을 가질 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 (14)
- 지지기판;
상기 지지기판 상에 배치되는 후면 전극층;
상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층;
상기 후면 전극층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 2 관통홈;
상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면 전극층;
상기 광 흡수층 및 상기 전면 전극층을 관통하는 제 3 관통홈; 및
상기 제 2 관통홈 및 상기 제 3 관통홈 내에 배치되는 반사 부재를 포함하는 태양전지. - 제 1항에 있어서,
상기 반사 부재는,
상기 제 2 관통홈 내에 배치되는 제 1 반사 부재; 및
상기 제 3 관통홈 내에 배치되는 제 2 반사 부재를 포함하는 태양전지. - 제 2항에 있어서,
상기 제 1 반사 부재 및 상기 제 2 반사 부재는 상기 전면 전극층의 상면에 대해 돌출되어 배치되는 태양전지. - 제 2항에 있어서,
상기 제 1 반사 부재는 상기 제 2 반사 부재는 일체로 형성되는 태양전지. - 제 4항에 있어서,
상기 제 1 반사 부재 및 상기 제 2 반사 부재는 상기 전면 전극층의 상면에서 연결되는 태양전지. - 제 5항에 있어서,
상기 제 1 반사 부재 및 상기 제 2 반사 부재의 연결 부분은 볼록 형상인 태양전지. - 제 2항에 있어서,
상기 제 1 반사 부재 및 상기 제 2 반사 부재 중 적어도 하나의 반사 부재는 서로 다른 굴절률을 가지는 2개 이상의 반사층을 포함하는 태양전지. - 제 7항에 있어서,
상기 제 1 반사 부재 및 상기 제 2 반사 부재 중 적어도 하나의 반사 부재는 고굴절층 및 저굴절층이 교대로 배치되어 형성되는 태양전지. - 제 8항에 있어서,
상기 고굴절층은 TiO2를 포함하고,
상기 저굴절층은 SiO2를 포함하는 태양전지. - 지지기판;
상기 지지기판 상에 배치되는 후면 전극층;
상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층;
상기 후면 전극층 및 상기 광 흡수층을 관통하는 제 2 관통홈;
상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면 전극층;
상기 광 흡수층 및 상기 전면 전극층을 관통하는 제 3 관통홈;
상기 제 2 관통홈 내에 배치되는 제 1 반사 부재;
상기 제 3 관통홈 내에 배치되는 제 2 반사 부재; 및
상기 제 1 반사 부재 및 상기 제 2 반사 부재를 연결하는 산란 부재를 포함하는 태양전지. - 제 10항에 있어서,
상기 산란 부재는 상기 전면 전극층의 상면에 대해 돌출되어 형성되는 태양전지. - 제 11항에 있어서,
상기 산란 부재는 상기 전면 전극층의 상면에 대해 볼록 형상인 태양전지. - 제 10항에 있어서,
상기 제 1 반사 부재 및 상기 제 2 반사 부재 중 적어도 하나의 반사 부재는 고굴절층 및 저굴절층이 교대로 배치되어 형성되는 태양전지. - 제 13항에 있어서,
상기 고굴절층은 TiO2를 포함하고,
상기 저굴절층은 SiO2를 포함하는 태양전지.
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- 2013-10-02 KR KR20130118216A patent/KR20150039534A/ko not_active Application Discontinuation
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |