KR20150071553A - 전도성 산화물을 포함하는 확산방지막을 갖는 플렉서블 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 위로부터 상부전극, 투명창, n형 버퍼층, p형 광흡수층, 하부전극, 확산방지막 및 플렉서블 하부기판이 순서대로 적층된 복수의 쿠폰셀(coupon cell)을 포함하고, 쿠폰셀의 상기 상부전극은 금속 리본에 의해 인접하는 쿠폰셀의 상기 플렉서블 하부기판과 전기적으로 연결되며, 상기 확산방지막은 ZnO, ITO, FTO 및 AZO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 플렉서블 태양전지를 제공한다.
본 발명의 플렉서블 태양전지는 전도성 산화물을 포함하는 확산방지막을 가짐으로써 확산 방지기능 및 전기 전도도가 우수하고, 인접하는 쿠폰셀의 상부 전극과 하부 기판이 금속 리본에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 플렉서블 태양전지는 전도성 산화물을 포함하는 확산방지막을 가짐으로써 확산 방지기능 및 전기 전도도가 우수하고, 인접하는 쿠폰셀의 상부 전극과 하부 기판이 금속 리본에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
Description
본 발명은 전도성 산화물을 포함하는 확산방지막을 갖는 플렉서블 태양전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전도성 산화물을 포함하는 확산방지막을 가짐으로써 확산 방지기능 및 전기 전도도가 우수한 플렉서블 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 원리를 이용한 것으로서, p-n 접합된 반도체에 일정 수준 이상의 에너지를 갖춘 빛을 조사하면 상기 반도체의 가전자가 자유롭게 이동될 수 있는 가전자로 여기되어 전자와 정공의 쌍(EHP: electron hole pair)이 생성된다. 생성된 전자와 정공은 서로 반대쪽에 위치하는 전극으로 이동하여 기전력을 발생시키게 된다.
상기 태양전지의 가장 최초 형태는 실리콘 기판에 불순물(B)을 도핑하여 p형 반도체를 형성시킨 다음 그 위에 또다른 불순물(P)을 도핑시켜 층의 일부를 n형 반도체화 함으로써 p-n 접합이 이루어지도록 한 실리콘계 태양전지로서 1세대 태양전지로 많이 불린다.
상기 실리콘계 태양전지는 비교적 높은 에너지 전환효율과 셀 전환효율(실험실 최고의 에너지 전환효율에 대한 양산시 전환효율의 비율)이 높기 때문에, 가장 상용화 정도가 높다. 그러나, 상기 실리콘계 태양전지 모듈을 제조하기 위해서는 우선 소재로부터 잉곳을 제조하고 상기 잉곳을 웨이퍼화한 후 셀을 제조하고 모듈화한다고 하는 다소 복잡한 공정단계를 거쳐야 할 뿐만 아니라, 벌크 재질의 재료를 사용하기 때문에, 재료소비가 증가하여 제조비용이 높다는 문제가 있다.
이러한 실리콘계 태양전지의 단점을 해결하기 위하여, 2세대 태양전지로 불리우는 소위 박막형 태양전지가 제안되게 되었다. 박막형 태양전지는 상술한 과정으로 태양전지를 제조하는 것이 아니라, 기판 위에 순차적으로 필요한 박막층을 적층하는 형태로 제조하기 때문에, 그 과정이 단순하며, 두께가 얇아 재료비용이 저렴하다는 장점을 가진다.
그러나, 많은 경우 아직까지는 상기 실리콘계 태양전지와 비교할 때 에너지 전환효율이 높지 않아 상용화에 많은 걸림돌이 되고 있으나, 일부 높은 에너지 전환효율을 가진 태양전지가 개발되어 상용화 추진 중에 있다.
그 중 하나로서 CI(G)S계 태양전지를 들 수 있는데, 상기 태양전지는 구리(Cu), 인듐(In), 게르마늄(Ge)(게르마늄은 포함되지 않을 수 있음. 게르마늄이 포함되지 않을 경우에는 CIS로 불림), 셀레늄(Se)을 포함하는 CI(G)S 화합물 반도체를 기본으로 한 것이다.
상기 반도체는 3 또는 4가지 원소를 포함하고 있기 때문에 원소의 함량을 조절함으로써 밴드갭의 폭을 제어할 수 있어 에너지 변환효율을 상승시킬 수 있다는 장점을 가진다. 간혹 셀레늄(Se)을 황(S)으로 대체하거나 셀레늄(Se)을 황(S)과 함께 사용하는 경우도 있다. 본 발명에서는 이러한 경우 모두 CI(G)S 태양전지로 간주한다.
CIGS(게르마늄이 포함된 경우) 태양전지는 최하층에 하부기판이 존재하며, 상기 하부기판 위에 전극으로 사용되는 하부전극이 형성된다. 상기 하부기판과 하부전극을 포함하여 통상 태양전지 기판으로 칭한다. 상기 하부전극 위에는 p형 반도체로서 광흡수층(CIGS)과 n형 반도체로서 버퍼층(예를 들면 CdS), 투명창, 상부 전극이 순차적으로 형성된다.
그리고, 근래에는 멀티미디어의 발달과 함께 플렉서블(flexible) 전자소자의 중요성이 증대되고 있는 가운데, 플렉서블 태양전지도 많은 관심을 받고 있다.
플렉서블 태양전지 모듈을 제조하기 위해서는 셀을 제조한 후, 제조될 모듈의 용도에 맞는 크기로 절단하여 Bulk Si 태양전지와 유사하게 셀과 셀을 연결하여 모듈을 제조할 수 있다. 상기 플렉서블 태양전지 모듈은 셀의 기판 하부와 다른 셀의 상부가 전기적으로 통전이 되도록 연결되어야 하기 때문에, 기존의 기판 상부에 형성되는 확산 방지층은 Cr 등의 금속을 사용하였다. 그러나, Cr등의 금속은 확산 방지 특성이 떨어진다는 문제가 있으며, 확산 방지 특성이 우수한 SiO2는 절연체이기 때문에 플렉서블 태양전지 모듈에서는 사용할 수 없는 문제가 있다.
본 발명의 한 측면은 전도성 산화물을 포함하는 확산방지막을 가짐으로써 확산 방지기능 및 전기 전도도가 우수한 플렉서블 태양전지를 제공하고자 한다.
본 발명은 위로부터 상부전극, 투명창, n형 버퍼층, p형 광흡수층, 하부전극, 확산방지막 및 플렉서블 하부기판이 순서대로 적층된 복수의 쿠폰셀(coupon cell)을 포함하고, 쿠폰셀의 상기 상부전극은 금속 리본에 의해 인접하는 쿠폰셀의 상기 플렉서블 하부기판과 전기적으로 연결되며, 상기 확산방지막은 ZnO, ITO, FTO 및 AZO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 플렉서블 태양전지를 제공한다.
상기 확산방지막은 ZnO, ITO, FTO 및 AZO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 전도성 산화물층; 및 Ti, Cr, Ni, Al 및 Zn로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 금속층을 포함할 수 있다.
상기 확산방지막은 복수의 전도성 산화물층 및 금속층이 교대로 적층될 수 있다.
상기 확산방지막의 전기 전도도는 0.1~100 Ω/sq일 수 있다.
상기 확산방지막의 두께는 100~1500nm일 수 있다.
상기 플렉서블 하부기판은 스테인레스강, 알루미늄, 구리 또는 인바(invar)의 금속 박막을 포함할 수 있다.
상기 금속 리본은 주석, 구리, 주석-납 합금 및 주석-납-은 합금으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 플렉서블 태양전지는 전도성 산화물을 포함하는 확산방지막을 가짐으로써 확산 방지기능 및 전기 전도도가 우수하고, 인접하는 쿠폰셀의 상부 전극과 하부 기판이 금속 리본에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
도 1은 플렉서블 하부 기판 상에 확산방지막 및 하부전극을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 인접하는 쿠폰셀 중 어느 하나의 상부전극과 다른 하나의 플렉서블 하부기판이 금속 리본에 의해 전기적으로 연결된 쿠폰셀의 측면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 인접하는 쿠폰셀 중 어느 하나의 상부전극과 다른 하나의 플렉서블 하부기판이 금속 리본에 의해 전기적으로 연결된 쿠폰셀의 평면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 인접하는 쿠폰셀 중 어느 하나의 상부전극과 다른 하나의 플렉서블 하부기판이 금속 리본에 의해 전기적으로 연결된 쿠폰셀의 측면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 인접하는 쿠폰셀 중 어느 하나의 상부전극과 다른 하나의 플렉서블 하부기판이 금속 리본에 의해 전기적으로 연결된 쿠폰셀의 평면도를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명은 위로부터 상부전극(700), 투명창(600), n형 버퍼층(500), p형 광흡수층(400), 하부전극(300), 확산방지막(200) 및 플렉서블 하부기판(100)이 순서대로 적층된 복수의 쿠폰셀(1000)(coupon cell)을 포함하고, 쿠폰셀(1000)의 상기 상부전극(700)은 금속 리본(800)에 의해 인접하는 쿠폰셀의 상기 플렉서블 하부기판(100)과 전기적으로 연결되며, 상기 확산방지막(200)은 ZnO, ITO, FTO 및 AZO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 플렉서블 태양전지를 제공한다.
플렉서블 하부기판(100)에는 Fe와 같은 불순물이 존재하며, 이러한 불순물이 하부전극(300)으로 확산되는 것을 방지하기 위해 하부전극(300)과 플렉서블 하부기판(100) 사이에 확산방지막(200)이 구비된다.
또한, 플렉서블 태양전지는 복수의 쿠폰셀(1000)이 전기적으로 연결되어야 하는데, 어느 하나의 쿠폰셀(1000)의 기판 하부와 인접하는 다른 쿠폰셀(1000)의 상부가 전기적으로 통전되어 연결될 수 있다. 이를 위해서 상기 확산방지막(200)은 확산 방지 특성뿐만 아니라 전기 전도도 우수한 물질을 사용하여야 한다. 본 발명에서는 이러한 물질로서 전도성 산화물(Transparent Conducting Oxide, TCO)을 사용할 수 있다.
본원발명의 플렉서블 태양전지에 적층되는 확산방지막(200)은 전도성 산화물을 포함할 수 있으며, 특별히 한정하지 않으나 ZnO, ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorine-doped tin oxide (SnO2:F)) 및 AZO(Aluminum-doped zinc-oxide)로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
모듈을 제조하기 위해서는 셀을 제조한 후, 제조될 모듈의 용도에 맞는 크기로 절단하여 Bulk Si 태양전지와 유사하게 셀과 셀을 연결하여 모듈을 제조할 수 있다. 상기 플렉서블 태양전지 모듈은 셀의 기판 하부와 다른 셀의 상부가 전기적으로 통전이 되도록 연결되어야 하기 때문에, 기존의 기판 상부에 형성되는 확산 방지층은 Cr 등의 금속을 사용하였다. 그러나, Cr 등의 금속은 확산 방지 특성이 떨어진다는 문제가 있으며, 확산 방지 특성이 우수한 SiO2는 절연체이기 때문에 플렉서블 태양전지 모듈에서는 사용할 수 없는 문제가 있다.
또한, 특별히 한정하지 않으나 상기 확산방지막(200)은 전도성 산화물층(201) 및 금속층(202)을 포함할 수 있으며, 예를 들어 ZnO, ITO, FTO 및 AZO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 전도성 산화물층(201); 및 Ti, Cr, Ni, Al 및 Zn로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 금속층(202)을 포함할 수 있다.
본 발명의 플렉서블 태양전지에 포함되는 확산방지막(200)은 전도성 산화물층(201)과 금속층(202)을 포함할 수 있어, 이종 물질 사이에 형성된 계면이 Fe 등의 불순물이 확산하는 장벽으로서 작용하게 되므로, 확산 방지 효과와 더불어 상기 층과 층 사이에 형성되는 계면의 확산 방지 효과가 추가적으로 발현되어 우수한 불순물 확산 방지 효과를 가질 수 있다. 또한, 상기 전도성 산화물층(201)과 금속층(202)은 미세조직이 서로 다를 수 있어, 확산방지막(200)을 통과하는 불순물의 이동을 보다 더 곤란하게 할 수 있다.
상기 확산방지막(200)은 하나의 전도성 산화물층(201) 및 금속층(202)을 포함할 수도 있으며, 도 1과 같이 복수의 전도성 산화물층(201) 및 금속층(202)이 교대로 적층되어 확산방지 효과를 향상시킬 수 있다.
특별히 한정하지 않으나, 상기 확산방지막(200)의 전기 전도도는 0.1~100 Ω/sq일 수 있다. 0.1 Ω/sq 미만인 경우 전도막의 성장 조건 확보가 용이하지 않아 구현이 어렵고, 100 Ω/sq을 초과하는 경우 전도성이 저하되어 전기가 통전되지 않을 수 있다.
상기 다층 구조의 확산방지막(200)은 전체 두께가 100~1500㎚인 것이 바람직하다. 상기 확산방지막(200)으로서의 역할을 확보하기 위해서는 100㎚ 이상의 두께를 확보하는 것이 바람직하며, 1500㎚를 초과하면 두께에 비해 확산방지 효과의 상승을 기대하기 어려우므로 1500㎚는 넘지 않는 것이 바람직하다.
상기 플렉서블 기판은 태양전지가 형성되는 베이스로서의 기능을 수행하며, 전기가 통전될 수 있는 스테인레스강, 알루미늄, 구리 또는 인바(invar)의 금속 박막을 포함하여 구성될 수 있다.
복수의 쿠폰셀(1000)을 포함하는 플렉서블 태양전지의 측면도 및 평면도를 나타내는 도 2 및 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 금속 리본(800)은 인접하는 쿠폰셀(1000) 중 어느 하나의 상부전극(700)과 다른 하나의 플렉서블 하부기판(100)을 연결시켜 각 쿠폰셀(1000)이 전기적으로 연결될 수 있도록 한다. 보다 구체적으로는 상기 금속 리본(800)은 상부전극(700)의 그리드(900)와 플렉서블 하부기판(100)과 접촉되어 각 쿠폰셀(1000)이 전기적으로 연결되도록 한다. 특별히 한정하지 않으나 상기 금속 리본(800)은 주석, 구리, 주석-납 합금 및 주석-납-은 합금으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100: 플렉서블 하부기판
200: 확산방지막
201: 전도성 산화물층 202: 금속층
300: 하부전극 400: p형 광흡수층
500: n형 버퍼층 600: 투명창
700: 상부전극 800: 금속 리본
900: 그리드 1000: 쿠폰셀
201: 전도성 산화물층 202: 금속층
300: 하부전극 400: p형 광흡수층
500: n형 버퍼층 600: 투명창
700: 상부전극 800: 금속 리본
900: 그리드 1000: 쿠폰셀
Claims (7)
- 위로부터 상부전극, 투명창, n형 버퍼층, p형 광흡수층, 하부전극, 확산방지막 및 플렉서블 하부기판이 순서대로 적층된 복수의 쿠폰셀을 포함하고,
쿠폰셀의 상기 상부전극은 금속 리본에 의해 인접하는 쿠폰셀의 상기 플렉서블 하부기판과 전기적으로 연결되며,
상기 확산방지막은 ZnO, ITO, FTO 및 AZO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 플렉서블 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 확산방지막은
ZnO, ITO, FTO 및 AZO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 전도성 산화물층; 및
Ti, Cr, Ni, Al 및 Zn로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 금속층을 포함하는 플렉서블 태양전지.
- 제2항에 있어서, 상기 확산방지막은 복수의 전도성 산화물층 및 금속층이 교대로 적층된 것인 플렉서블 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 확산방지막의 전기 전도도는 0.1~100 Ω/sq인 플렉서블 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 확산방지막의 두께는 100~1500nm인 플렉서블 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 플렉서블 하부기판은 스테인레스강, 알루미늄, 구리 또는 인바(invar)의 금속 박막을 포함하는 플렉서블 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 금속 리본은 주석, 구리, 주석-납 합금 및 주석-납-은 합금으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 플렉서블 태양전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130158712A KR20150071553A (ko) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | 전도성 산화물을 포함하는 확산방지막을 갖는 플렉서블 태양전지 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR20150071553A true KR20150071553A (ko) | 2015-06-26 |
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ID=53517813
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| KR (1) | KR20150071553A (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101709999B1 (ko) | 2015-10-30 | 2017-02-24 | 한국생산기술연구원 | ZnO 확산 방지층을 갖는 태양 전지 및 그 제조 방법 |
| JP2019036598A (ja) * | 2017-08-10 | 2019-03-07 | 株式会社東芝 | 半導体素子およびその製造方法 |
| CN110752265A (zh) * | 2018-07-24 | 2020-02-04 | 北京铂阳顶荣光伏科技有限公司 | 薄膜太阳能电池及其制备方法 |
-
2013
- 2013-12-18 KR KR1020130158712A patent/KR20150071553A/ko not_active Application Discontinuation
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| US11410818B2 (en) | 2017-08-10 | 2022-08-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor elements and method for manufacturing the same |
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