KR20150118260A - Light absorber layer, method for fabricating the same, and solar cell and electrinic device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 광흡수층, 광흡수층의 제조 방법, 그리고 이를 이용한 태양 전지및 전자기기에 관한 것이다.The present invention relates to a light absorbing layer, a method for manufacturing a light absorbing layer, and a solar cell and an electronic apparatus using the same.
특히, 본 발명은, CIGS 광흡수층 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, CIGS 광흡수층을 종래에 비해, 고속으로 제조할 수 있는 롤투롤 공정 및 이를 통해 제조된 CIGS 광흡수층, 이를 포함하는 태양 전지 및 전자기기에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a CIGS light absorbing layer and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a roll-to-roll process capable of producing a CIGS light absorbing layer at a higher speed than in the past, Solar cells and electronic devices.
최근 심각한 환경오염 문제와 화석 에너지 고갈로 차세대 청정에너지 개발에 대한 중요성이 증대되고 있다. 그 중에서도 태양전지는 태양 에너지를 직접 전기 에너지로 전환시키는 장치로서, 공해가 적고, 자원이 무한적이며 반영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 기대되고 있다.Recently, serious environmental pollution problem and depletion of fossil energy are increasing importance for next generation clean energy development. Among them, solar cells are devices that convert solar energy directly into electrical energy, and are expected to be an energy source that can solve future energy problems because it has fewer pollution, has endless resources, and has a semi-permanent lifetime.
태양전지는 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라서 다양한 종류로 구분되며, 현재 가장 많이 사용되는 것은 실리콘을 이용한 실리콘 태양전지이다. 그러나 최근 실리콘의 공급부족으로 가격이 급등하면서 박막형 태양전지에 대한 관심이 증가하고 있다.Photovoltaic cells are classified into various types according to the material used as a light absorbing layer, and silicon solar cells using silicon are the most widely used. However, recently, due to a shortage of supply of silicon, the price of solar cells has increased and interest in thin film solar cells is increasing.
박막형 태양전지는 얇은 두께로 제작되므로 재료의 소모량이 적고, 무게가 가볍기 때문에 활용범위가 넓다. 이러한 박막형 태양전지의 재료로 CIGS(CuIn1-xGaxSe2)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.Thin-film solar cells are manufactured with a thin thickness, so they have a wide range of applications because of low consumption of materials and light weight. Research on CIGS (CuIn1-xGaxSe2) has been actively conducted as a material of such a thin film solar cell.
CIS 또는 CIGS 박막은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅳ 화합물 반도체 중의 하나이며, 실험실적으로 만든 박막 태양전지 중에서 가장 높은 변환효율(약 20.3%)을 기록하고 있다. 특히 10 마이크론 이하의 두께로 제작이 가능하고, 장시간 사용시에도 안정적인 특성을 가지고 있어, 실리콘을 대체할 수 있는 저가의 고효율 태양전지로 기대되고 있다.The CIS or CIGS thin film is one of the Ⅰ-Ⅲ-Ⅳ compound semiconductors, and it has the highest conversion efficiency (about 20.3%) among the thin-film solar cells produced from the experimental results. In particular, it can be manufactured to a thickness of less than 10 microns and has stable characteristics even when used for a long time, and is expected to be a low-cost, high-efficiency solar cell that can replace silicon.
그러나, 이런 CIS 또는 CIGS 박막을 고품질로 만들면서 높은 수율로 제조해 내는 것은 현재 힘든 상황이며, 고효율의 태양 전지를 상용화 시키기 위해서는, CIS 또는 CIGS 박막을 고품질로 높은 생산성을 가지도록 제조할 수 있는 제조방법에 대한 연구가 시급한 실정이다.
However, it is currently difficult to produce such a CIS or CIGS thin film at a high yield while achieving high quality. In order to commercialize a high efficiency solar cell, a CIS or CIGS thin film is manufactured with high quality and high productivity The research on the method is urgent.
본 발명의 일 과제는, CIGS 광흡수층을 고속으로 제조하는 방법을 제공하는 것에 있다.An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a CIGS light absorbing layer at a high speed.
본 발명의 다른 과제는, 광흡수율이 우수한 CIGS 광흡수층, 이를 포함하는 태양 전지 및 전자기기를 제공하는 것에 있다.
Another object of the present invention is to provide a CIGS light absorbing layer having excellent light absorptivity, a solar cell including the same, and an electronic apparatus.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판 상에 제조되며, 구리, 인듐, 갈륨 및 셀레늄 원소를 포함하며, 표면 거칠기(surface roughness, Rz)가 30 nm 이상 150 nm 이하인 광흡수층이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a light absorbing layer which is made on a substrate and includes copper, indium, gallium and selenium, and has a surface roughness (Rz) of 30 nm or more and 150 nm or less.
상기 광흡수층의 평균 두께는, 0.8 μm 이상 10 μm 이하이다.The average thickness of the light absorbing layer is 0.8 μm or more and 10 μm or less.
상기 광흡수층은, 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 공정을 이용하여 제조될 수 있다.
The light absorbing layer may be manufactured using a roll-to-roll process.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 기판 상에 제조되며, 구리, 인듐, 갈륨 및 셀레늄 원소를 포함하는 광흡수층이 제공되며, 상기 광흡수층은, 연속상의 유연한 기판상에 구리, 인듐 및 갈륨을 전착하며, 상기 구리를 상기 기판 상에 전착하는 시간은 2초 이상 20 초 이하이고, 상기 인듐을 상기 기판 상에 전착하는 시간은 3초 이상 20초 이하이며, 상기 갈륨을 상기 기판 상에 전착하는 시간은 3초 이상 10초 이하인 것을 특징으로 하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다.According to another embodiment of the present invention there is provided a light absorbing layer made on a substrate and comprising copper, indium, gallium and selenium elements, wherein the light absorbing layer is formed by electrodepositing copper, indium and gallium The time for electrodeposition of copper on the substrate is 2 seconds or more and 20 seconds or less, the time for electrodeposition of indium on the substrate is 3 seconds or more and 20 seconds or less, and the time for electrodepositing gallium on the substrate Is not less than 3 seconds and not more than 10 seconds.
상기 구리를 상기 기판 상에 전착하는 데에 사용되는 구리용액의 농도는 0.5M 이상 2M 이하일 수 있다.The concentration of the copper solution used to deposit the copper on the substrate may be 0.5M or more and 2M or less.
상기 인듐을 상기 기판 상에 전착하는 데에 사용되는 인듐용액의 농도는 0.5M 이상 2M 이하일 수 있다.The concentration of the indium solution used to deposit the indium on the substrate may be 0.5M or more and 2M or less.
상기 갈륨을 상기 기판 상에 전착하는 데에 사용되는 갈륨용액의 농도는 0.5M 이상 2M 이하일 수 있다.The concentration of the gallium solution used for electrodepositing the gallium on the substrate may be 0.5M or more and 2M or less.
상기 구리를 상기 기판 상에 전착하는 데에 사용되는 전류밀도는 8.0A/dm2 이상 12.0A/dm2이하이일 수 있다.The current density used to deposit the copper on the substrate may be 8.0 A / dm2 or more and 12.0 A / dm2 or less.
상기 인듐을 상기 기판 상에 전착하는 데에 사용되는 전류밀도는 9.0A/dm2 이상 11.0A/dm2이하일 수 있다.The current density used to deposit the indium on the substrate may be 9.0 A / dm2 or more and 11.0 A / dm2 or less.
상기 갈륨을 상기 기판 상에 전착하는 데에 사용되는 전류밀도는 10.0A/dm2 이상 20.0A/dm2이하일 수 있다.
The current density used to deposit the gallium on the substrate may be 10.0 A / dm2 or more and 20.0 A / dm2 or less.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 전술한 광흡수층들을 포함하는 태양전지가 제공된다.
According to another embodiment of the present invention, there is provided a solar cell including the above-described light absorbing layers.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 전술한 광흡수층들을 포함하는 전자기기가 제공된다.
According to another embodiment of the present invention, there is provided an electronic apparatus including the above-described light absorbing layers.
본 발명에 의하면, 기존의 광흡수층의 제조방법과 비교할 때, 또한, 억제제(inhibitor) 또는 촉진제(accelerator)로 작용할 수 있는 유기 첨가제를 포함하지 않는 용액을 이용하여 전기화학적 증착 방식에 의해 각각의 원소들을 증착함에도 불구하고, 매우 빠른 시간 안에 각각의 원소들이 전착된 박막을 형성할 수 있다. 이러한 유기 첨가제를 사용하지 않음으로써, 본 발명에 의해 제조되는 광흡수층의 순도 및 성능은 더욱 향상될 수 있으며, 기존에 사용되던 유기 첨가제에 소요되는 비용 또한 절감할 수 있게 되는 효과가 있다.According to the present invention, as compared with the conventional method of manufacturing a light absorbing layer, it is possible to provide a method of manufacturing a light absorbing layer by using an electrochemical deposition method using a solution containing no organic additive that can act as an inhibitor or an accelerator, It is possible to form an electrodeposited thin film of each element in a very short time. By not using such an organic additive, the purity and performance of the light absorbing layer produced by the present invention can be further improved, and the cost for the organic additive that has been used can be reduced.
한편, 본 발명에 의하면, 억제제(inhibitor) 또는 촉진제(accelerator)로 작용할 수 있는 유기 첨가제를 사용하지 않고도, 기존의 방식 보다 높은 농도 및 높은 전류 밀도를 사용함으로써, 보다 더 높은 속도로 각각의 원소들이 전착된 박막을 형성할 수 있게 되었다. 특히, 높은 농도 및 높은 전류 밀도를 사용함으로써 발생할 수 있는 문제를, 소스 용액의 공급속도를 조절함으로써 해결함으로써, 성능은 더욱 향상됨과 동시에 보다 더 빠르게 광흡수층을 제조할 수 있는 효과가 발생하였다.
According to the present invention, on the other hand, by using higher concentrations and higher current densities than conventional methods, without using organic additives which can act as inhibitors or accelerators, The electrodeposited thin film can be formed. Particularly, by solving the problem that can be caused by using a high concentration and a high current density by adjusting the supply speed of the source solution, the performance is further improved and the light absorbing layer can be manufactured more quickly.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 광흡수층을 제조하기 위한 제조 공정을 설명하기 위한 공정 블록도이다.
도 2는, 종래의 광흡수층 제조 방법에 의해 제조된 광흡수층(대조군 A)의 셀렌화 전의 단면 SEM 사진을 나타낸 도면이다.
도 3은, 종래의 광흡수층 제조 방법에 의해 제조된 광흡수층(대조군 A)의 셀렌화 전의 표면 SEM 사진을 나타낸 도면이다.
도 4는 종래의 광흡수층 제조 방법에 의해 제조된 광흡수층(대조군 A)의 셀렌화 후의 단면 SEM 사진을 나타낸 도면이다.
도 5는 종래의 광흡수층 제조 방법에 의해 제조된 광흡수층(대조군 A)의 셀렌화 후의 표면 SEM 사진을 나타낸 도면이다.
도 6은, 종래의 광흡수층 제조 방법에 의해 제조된 광흡수층(대조군 B)의 셀렌화 전의 표면 SEM 사진을 나타낸 도면이다.
도 7은 종래의 광흡수층 제조 방법에 의해 제조된 광흡수층(대조군 B)의 셀렌화 후의 단면 SEM 사진을 나타낸 도면이다.
도 8은 종래의 광흡수층 제조 방법에 의해 제조된 광흡수층(대조군 B)의 셀렌화 후의 표면 SEM 사진을 나타낸 도면이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 제조방법에 의해 제조된 광흡수층(실험군)의 전의 단면 SEM 사진을 나타낸 도면이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 광흡수층 제조 방법에 의해 제조된 광흡수층(실험군)의 셀렌화 전의 표면 SEM 사진을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따르는 광흡수층 제조 방법에 의해 제조된 광흡수층(실험군)의 셀렌화 후의 단면 SEM 사진을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따르는 광흡수층 제조 방법에 의해 제조된 광흡수층(실험군)의 셀렌화 후의 표면 SEM 사진을 나타낸 도면이다.
도 13은 종래의 광흡수층의 제조방법에 의해 제조된 광흡수층(대조군 B)의 셀렌화 전 표면의 거칠기를 나타내는 그래프를 도시하는 도면이다.
도 14는, 종래의 광흡수층의 제조방법에 의해 제조된 광흡수층(대조군 B)의 셀렌화 후 표면의 거칠기를 나타내는 그래프를 도시하는 도면이다.
도 15는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 광흡수층의 제조방법에 의해 제조된 광흡수층(실험군)의 셀렌화 전 표면의 거칠기를 나타내는 그래프를 도시하는 도면이다.
도 16은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 광흡수층의 제조방법에 의해 제조된 광흡수층(실험군)의 셀렌화 후 표면의 거칠기를 나타내는 그래프를 도시하는 도면이다.1 is a process block diagram illustrating a manufacturing process for manufacturing a light absorbing layer according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a SEM photograph of a section of a light absorbing layer (control group A) produced by a conventional method of producing a light absorbing layer before selenization.
3 is a view showing a surface SEM photograph of the light absorbing layer (control group A) produced by the conventional method of producing a light absorbing layer before selenization.
4 is a cross-sectional SEM photograph of the light absorbing layer (control group A) produced by the conventional method of producing a light absorbing layer after selenization.
5 is a SEM photograph of a light absorbing layer (control group A) produced by a conventional method of producing a light absorbing layer after selenization.
6 is a view showing a surface SEM photograph of the light absorbing layer (control group B) prepared by the conventional method of producing a light absorbing layer before selenization.
7 is a cross-sectional SEM photograph of a light absorbing layer (control group B) produced by a conventional method for producing a light absorbing layer after selenization.
FIG. 8 is a SEM photograph of a light absorbing layer (control group B) produced by a conventional method for producing a light absorbing layer after selenization.
Fig. 9 is a SEM photograph of a cross-section of a light absorption layer (experimental group) manufactured by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
10 is a view showing a surface SEM photograph of a light absorbing layer (experimental group) produced by the method of manufacturing a light absorbing layer according to an embodiment of the present invention before selenization.
11 is a cross-sectional SEM photograph of a light absorbing layer (experimental group) produced by the method of manufacturing a light absorbing layer according to an embodiment of the present invention after selenization.
12 is a SEM photograph of a light absorbing layer (experimental group) produced by the method of manufacturing a light absorbing layer according to an embodiment of the present invention after selenization.
13 is a graph showing the roughness of the surface before selenization of the light absorbing layer (control group B) produced by the conventional method of manufacturing a light absorbing layer.
Fig. 14 is a graph showing the roughness of the surface after selenization of the light absorbing layer (control group B) produced by the conventional method of manufacturing a light absorbing layer.
15 is a graph showing the roughness of the surface before selenization of the light absorbing layer (experimental group) produced by the method of manufacturing the light absorbing layer according to one embodiment of the present invention.
16 is a graph showing the roughness of the surface after selenization of the light absorbing layer (experimental group) produced by the method of manufacturing the light absorbing layer according to one embodiment of the present invention.
본 발명의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다. 다만, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다. The above objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. It is to be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and similarities.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장 되어진 것이며, 또한, 구성요소(element) 또는 층이 다른 구성요소 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 구성요소 또는 층의 바로 위 뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 구성요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 원칙적으로 동일한 구성요소들을 나타낸다. In the drawings, the thicknesses of the layers and regions are exaggerated for clarity and the element or layer is referred to as being "on" or "on" Included in the scope of the present invention is not only directly above another element or layer but also includes intervening layers or other elements in between. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.
또한, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. In addition, numerals (e.g., first, second, etc.) used in the description of the present invention are merely an identifier for distinguishing one component from another.
본 명세서에 있어서, CIGS는, Cu(Inx Ga(1-x))Sen (이 때, x는 0에서 1 사이의 수)로 표현되는 화합물을 의미한다. 이 때, 대부분의 경우 n은 2인 경우가 많지만, n은 반드시 2일 필요 없다.In the present specification, CIGS means a compound represented by Cu (InxGa (1-x)) Sen (where x is a number between 0 and 1). At this time, in many cases, n is often 2, but n does not necessarily have to be 2.
또한, 본 명세서에 있어서, X원소용액이라 함은, 전기화학 증착 방법에 의하여, X원소가 이온상태로 용액 속에 존재하는 것을 말한다. 즉, 구리용액이라 함은, 구리 이온이 이온화되어 있는 용액을 말하는 것이다. 다만, X원소 용액에는, X원소의 이온뿐만 아니라, X원소의 이온을 공급하기 위한 화합물로부터 이온화된 다른 이온들도 포함되어 있을 수 있다.
In this specification, the X element solution means that the X element exists in the solution in the ion state by an electrochemical deposition method. That is, the copper solution refers to a solution in which copper ions are ionized. However, the X element solution may contain not only the ions of the X element but also other ions ionized from the compound for supplying the ions of the X element.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 광흡수층을 제조하기 위한 제조 공정을 설명하기 위한 공정 블록도이다.1 is a process block diagram illustrating a manufacturing process for manufacturing a light absorbing layer according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 광흡수층을 제조하기 위한 기판(100)은 제1 롤(R1)에 감겨 있다. According to one embodiment of the present invention, the
한편, 상기 기판(100)에는, 본 발명에 의한 광흡수층의 증착을 위하여 필요한 전도층이 형성되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(100)에는 몰리브덴(Mo) 박막이 형성되어 있을 수 있다.Meanwhile, the
제1 롤(R1)에 감겨 있던 기판(100)은 광흡수층을 형성하기 위한 원소들을 전착시키기 위한 제1 공정 블록(200)을 통과하면서, 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)의 원소들이 상기 기판(100)에 전착되게 된다. 즉, 상기 제1 공정 블록(200)을 통과하면서, 상기 기판(100)에 구리/인듐/갈륨 또는 구리-셀레니윰/인듐-셀레니움/갈륨-셀레니움, 구리-셀레니윰/인듐/갈륨, 구리-인듐-갈륨-셀레니윰/인듐/갈륨 등을 포함하는 박막이 적층되게 된다.The
상기 제1 공정 블록(200)을 통과한 기판(100)은, 제2 공정 블록(300)을 통과한다. 상기 제2 공정 블록(300)을 통과하면서, 셀렌(Se) 원소가 상기 구리/인듐/갈륨 제1 공정 블록(200)을 통과하면서, 상기 기판(100)에 구리/인듐/갈륨 또는 구리-셀레니윰/인듐-셀레니움/갈륨-셀레니움, 구리-셀레니윰/인듐/갈륨, 구리-인듐-갈륨-셀레니윰/인듐/갈륨 등을 박막에 공급될 수 있으며, 또한, 상기 박막에 대한 결정화 및 셀렌화가 수행될 수 있다.The
제1 공정 블록(200) 및 제2 공정 블록(300)을 통과한 상기 기판(100)은 제2 롤(R2)에 다시 감긴다. 상기 제2 롤(R2)에 감긴 기판은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 광흡수층이 형성된 기판일 수 있다.
The
이하에서, 각 공정에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, each process will be described more specifically.
먼저, 제1 공정 블록(200)에 대해서 설명한다.First, the
제1 공정 블록(200)은, 제1 전착 블록(210), 제2 전착 블록(220) 및 제3 전착 블록(230)을 포함할 수 있다.The
상기 제1 내지 제3 전착 블록(210,220,230)은 각각 구리, 인듐 및 갈륨을 상기 기판(100)에 전착하기 위한 블록들이다. 구리, 인듐 및 갈륨의 전착의 순서는 랜덤하게 선택될 수 있지만, 본 발명의 실시예에 있어서는, 구리가 첫번째로 증착되고, 이어서, 인듐 그리고 갈륨이 전착되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 즉, 상기 제1 전착 블록(210)은, 구리를 전착하기 위한 블록이고, 상기 제2 전착 블록(220)은, 인듐을 전착하기 위한 블록이고, 상기 제3 전착 블록(230)은, 갈륨을 전착하기 위한 블록인 것을 예로 들어 설명하기로 한다.The first to third
상기 제1 전착 블록(210)은, 구리용액 용기(Cu-solution bath)을 포함한다. 상기 기판(100)은, 상기 제1 전착 블록(210)을 통과하면서, 상기 구리용액 용기에 침지될 수 있다. The first
상기 기판(100)이 상기 구리용액 용기에 침지되는 시간(이하, 제1 시간)은 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 공정 조건에 의해 세밀하게 조절될 수 있으며, 본 발명에 의하면 상기 제1 시간은, 2초 이상 300초 이하의 범위가 될 수 있으며, 바람직하게는 상기 제1 시간은, 3초 이상 20초 이하이다.The time during which the
상기 기판(100)이 상기 구리용액 용기에 침지되어 있는 동안, 상기 구리용액 용기 내에서 전기화학적 증착 방식을 통해 상기 구리용액 용기 내에 포함되어 있는 구리 이온 또는 구리 원자가 상기 기판(100)에 전착될 수 있다.While the
이 때, 상기 구리용액 용기 내의 구리 용액은 구리이온(Cu+)의 농도(이하 제1 농도)가 0.1M 이상 2M 이하일 수 있으며, 바람직하게는, 상기 제1 농도는 0.5M 이상 1M 이하이다.At this time, the copper solution in the copper solution container may have a concentration (hereinafter referred to as a first concentration) of copper ions (Cu +) of 0.1M or more and 2M or less, and preferably the first concentration is 0.5M or more and 1M or less.
한편, 상기 구리용액 용기 내에서 상기 구리 이온 또는 구리 원자를 전기화학적 증착 방식을 통해 증착하기 위하여 흘려주는 전류의 밀도(이하, 제1 전류밀도)는 2.0A/dm2 이상 15.0A/dm2 이하일 수 있으며, 바람직하게는, 상기 제1 전류밀도는 8.0A/dm2 이상 12.0A/dm2 이하이다.Meanwhile, the density of the current (hereinafter referred to as a first current density) flowing in order to deposit the copper ion or copper atom through the electrochemical deposition method in the copper solution vessel may be 2.0 A /
한편, 상기 구리용액 용기는 상기 구리용액을 제공하기 위한 구리용액 소스(210S)와 연결되어 있을 수 있다. 이 때, 상기 구리용액은 상기 구리용액 소스(210S)로부터 제공될 수 있으며, 상기 구리용액 소스(210S)로부터 상기 구리용액이 제공되는 속도(이하, 제1 전해액공급 속도)는 일정하게 유지되지 않는 값일 수 있다. 상기 제1 전해액 공급속도의 변경에 대한 변수는, 상기 구리용액 용기의 구리 용액의 구리이온 농도가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 상기 구리 용액의 구리이온 농도는 상기한 농도 범위 내에서 유지되어야 양질의 구리박막이 형성될 수 있는데, 이를 위하여, 상기 구리용액 용기에는 구리이온의 농도를 측정하기 위한 측정장치(도면 미도시)가 구비되어 있을 수 있으며, 상기 측정 장치에 의해 측정된 구리이온 농도의 값에 따라 상기 제1 전해액 공급속도가 조절될 수 있다. 즉, 상기 구리이온 농도가 낮은 수준이라고 판단되면, 상기 제1 전해액 공급속도는 보다 더 높게 조절될 수 있으며, 상기 구리이온 농도가 높은 수준이라고 판단되면, 상기 제1 전해액 공급속도는 보다 더 낮게 조절될 수 있다.Meanwhile, the copper solution container may be connected to a
또한, 상기 구리용액은 억제제(inhibitor) 또는 촉진제(accelerator)로 작용할 수 있는 유기 첨가제를 포함하지 않는다.
In addition, the copper solution does not include an organic additive that can act as an inhibitor or an accelerator.
상기 제2 전착 블록(220)은, 인듐용액 용기(In-solution bath)을 포함한다. 상기 제1 전착블록(210)을 통과한 상기 기판(100)은, 상기 제2 전착 블록(220)을 통과하면서, 상기 인듐용액 용기에 침지될 수 있다. The
상기 기판(100)이 상기 인듐용액 용기에 침지되는 시간(이하, 제2 시간)은 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 공정 조건에 의해 세밀하게 조절될 수 있으며, 본 발명에 의하면 상기 제2 시간은, 2초 이상 300초 이하의 범위가 될 수 있으며, 바람직하게는 상기 제2 시간은, 3초 이상 30초 이하이다.The time during which the
상기 기판(100)이 상기 인듐용액 용기에 침지되어 있는 동안, 상기 인듐용액 용기 내에서 전기화학적 증착 방식을 통해 상기 인듐용액 용기 내에 포함되어 있는 인듐 이온 또는 인듐 원자가 상기 기판(100)에 전착될 수 있다.While the
이 때, 상기 인듐용액 용기 내의 인듐 용액은 인듐이온(In3+)의 농도(이하 제2 농도)가 0.1M 이상 2M 이하일 수 있으며, 바람직하게는, 상기 제2 농도는 0.5M 이상 1M 이하이다.At this time, the indium solution in the indium solution container may have a concentration (hereinafter referred to as a second concentration) of indium ions (In3 +) of 0.1 M or more and 2 M or less, and preferably the second concentration is 0.5 M or more and 1 M or less.
한편, 상기 인듐용액 용기 내에서 상기 인듐 이온 또는 인듐 원자를 전기화학적 증착 방식을 통해 증착하기 위하여 흘려주는 전류의 밀도(이하, 제2 전류밀도)는 8.0A/dm2 이상 15.0A/dm2 이하일 수 있으며, 바람직하게는, 상기 제2 전류밀도는 9.0A/dm2 이상 11.0A/dm2 이하이다.Meanwhile, the density of the current (hereinafter referred to as a second current density) to be deposited for depositing the indium ion or indium atom through the electrochemical deposition method in the indium solution container may be 8.0 A / dm2 or more and 15.0 A / dm2 or less , And preferably the second current density is 9.0 A / dm2 or more and 11.0 A / dm2 or less.
한편, 상기 인듐용액 용기는 상기 인듐용액을 제공하기 위한 인듐용액 소스(220S)와 연결되어 있을 수 있다. 이 때, 상기 인듐용액은 상기 인듐용액 소스(220S)로부터 제공될 수 있으며, 상기 인듐용액 소스(220S)로부터 상기 인듐용액이 제공되는 속도(이하, 제2 전해액공급 속도)는 일정하게 유지되지 않는 값일 수 있다. 상기 제2 전해액 공급속도의 변경에 대한 변수는, 상기 인듐용액 용기의 인듐 용액의 인듐이온 농도가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 상기 인듐 용액의 인듐이온 농도는 상기한 농도 범위 내에서 유지되어야 양질의 인듐박막이 형성될 수 있는데, 이를 위하여, 상기 인듐용액 용기에는 인듐이온의 농도를 측정하기 위한 측정장치(도면 미도시)가 구비되어 있을 수 있으며, 상기 측정 장치에 의해 측정된 인듐이온 농도의 값에 따라 상기 제2 전해액 공급속도가 조절될 수 있다. 즉, 상기 인듐이온 농도가 낮은 수준이라고 판단되면, 상기 제2 전해액 공급속도는 보다 더 높게 조절될 수 있으며, 상기 인듐이온 농도가 높은 수준이라고 판단되면, 상기 제2 전해액 공급속도는 보다 더 낮게 조절될 수 있다.Meanwhile, the indium solution container may be connected to an
또한, 상기 인듐용액은 억제제(inhibitor) 또는 촉진제(accelerator)로 작용할 수 있는 유기 첨가제를 포함하지 않는다.
In addition, the indium solution does not include an organic additive that can act as an inhibitor or an accelerator.
상기 제3 전착 블록(230)은, 갈륨용액 용기(Ga-solution bath)을 포함한다. 상기 제2 전착블록(220)을 통과한 상기 기판(100)은, 상기 제3 전착 블록(230)을 통과하면서, 상기 갈륨용액 용기에 침지될 수 있다. The
상기 기판(100)이 상기 갈륨용액 용기에 침지되는 시간(이하, 제3 시간)은 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 공정 조건에 의해 세밀하게 조절될 수 있으며, 본 발명에 의하면 상기 제3 시간은, 2초 이상 30초 이하의 범위가 될 수 있으며, 바람직하게는 상기 제3 시간은, 5초 이상 30초 이하이다.The time during which the
상기 기판(100)이 상기 갈륨용액 용기에 침지되어 있는 동안, 상기 갈륨용액 용기 내에서 전기화학적 증착 방식을 통해 상기 갈륨용액 용기 내에 포함되어 있는 갈륨 이온 또는 갈륨 원자가 상기 기판(100)에 전착될 수 있다.While the
이 때, 상기 갈륨용액 용기 내의 갈륨 용액은 갈륨이온(Ga3+)의 농도(이하 제3 농도)가 0.1M 이상 2M 이하일 수 있으며, 바람직하게는, 상기 제3 농도는 0.5M 이상 1M 이하이다.At this time, the gallium solution in the gallium solution container may have a concentration of gallium ion (Ga3 +) (hereinafter referred to as a third concentration) of 0.1M or more and 2M or less, and preferably, the third concentration is 0.5M or more and 1M or less.
한편, 상기 갈륨용액 용기 내에서 상기 갈륨 이온 또는 갈륨 원자를 전기화학적 증착 방식을 통해 증착하기 위하여 흘려주는 전류의 밀도(이하, 제3 전류밀도)는 8.0A/dm2 이상 20.0A/dm2 이하일 수 있으며, 바람직하게는, 상기 제3 전류밀도는 10.0A/dm2 이상 20.0A/dm2 이하이다.On the other hand, the density of the current (hereinafter referred to as the third current density) flowing for depositing the gallium ions or the gallium atoms through the electrochemical deposition method in the gallium solution container may be 8.0 A /
한편, 상기 갈륨용액 용기는 상기 갈륨용액을 제공하기 위한 갈륨용액 소스(230S)와 연결되어 있을 수 있다. 이 때, 상기 갈륨용액은 상기 갈륨용액 소스(230S)로부터 제공될 수 있으며, 상기 갈륨용액 소스(230S)로부터 상기 갈륨용액이 제공되는 속도(이하, 제3 전해액공급 속도)는 전술한 제1 및 제2 전해액공급속도와 유사하게, 갈륨용액의 농도에 따라 가변될 수 있다.Meanwhile, the gallium solution vessel may be connected to a
또한, 상기 갈륨용액에는 억제제(inhibitor) 또는 촉진제(accelerator)로 작용할 수 있는 유기 첨가제를 포함하지 않는다.
Also, the gallium solution does not include an organic additive that can act as an inhibitor or an accelerator.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 광흡수층의 제조방법은, 롤투롤 공정을 이용하는 것이므로, 기판(100)의 이동 속도는, 제1 내지 제3 전착 블록(210,220,230)에 대해서, 모두 동일할 수 있다. 이 때, 제1 내지 제3 전착 블록(210,220,230)의 각각의 용액 용기에 침지되는 시간을 조절하기 위하여, 각각의 전착 블록(210,220,230)에서는, 용기에 기판(100)이 침지되어 이동하는 기판 경로(substrate path)의 길이를 조절할 수 있다.Meanwhile, since the method of manufacturing the light absorbing layer according to an embodiment of the present invention uses the roll-to-roll process, the moving speed of the
즉, 구리용액에 기판(100)이 침지되어야 하는 제1 시간이 인듐용액에 기판(100)이 침지되어야 하는 제2 시간 보다 더 길 경우, 상기 기판(100)이 상기 구리용액 용기에 침지되어 이동하는 제1 기판 경로가 상기 기판(100)이 상기 인듐용액 용기에 침지되어 이동하는 제2 기판 경로 보다 더 길게 설정될 수 있다.
That is, when the first time for immersing the
이어서 제 2공정 블록 (300)에 대해서 설명한다. The second process block 300 will now be described.
기판(100) 상에 순차적인 전기화학적 전착을 통하여 얻어진 Cu,In,Ga 박막을 전구체(Precursor)라 한다. A thin film of Cu, In, or Ga obtained through electrochemical electrodeposition on a
상기 제2 공정블록(300)에서는, 상기 전구체를 셀렌 기체가 포화상태로 존재하는 최저온도 400 ℃ 에서 최고온도 600 ℃ 온도 범위 쳄버 안에서 5분에서 60 분 범위에서 처리한다. 상기 제2 공정블록(300)에서 이루어지는 처리에 의하여, 상기 전구체는 결정화가 되며, 이를 통하여 CIGS 광흡수층이 제조된다.In the
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르는 상기 광흡수층의 평균 두께는, 0.8 μm 이상 10 μm 이하일 수 있다.
At this time, the average thickness of the light absorbing layer according to an embodiment of the present invention may be 0.8 μm or more and 10 μm or less.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따르는 광흡수층의 제조방법에 대해서 설명하였다.The manufacturing method of the light absorbing layer according to the embodiment of the present invention has been described above.
본 발명에 의하면, 기존의 광흡수층의 제조방법과 비교할 때, 또한, 억제제(inhibitor) 또는 촉진제(accelerator)로 작용할 수 있는 유기 첨가제를 포함하지 않는 용액을 이용하여 전기화학적 증착 방식에 의해 각각의 원소들을 증착함에도 불구하고, 매우 빠른 시간 안에 각각의 원소들이 전착된 박막을 형성할 수 있다. 이러한 유기 첨가제를 사용하지 않음으로써, 본 발명에 의해 제조되는 광흡수층의 순도 및 성능은 더욱 향상될 수 있으며, 기존에 사용되던 유기 첨가제에 소요되는 비용 또한 절감할 수 있게 되는 효과가 있다.According to the present invention, as compared with the conventional method of manufacturing a light absorbing layer, it is possible to provide a method of manufacturing a light absorbing layer by using an electrochemical deposition method using a solution containing no organic additive that can act as an inhibitor or an accelerator, It is possible to form an electrodeposited thin film of each element in a very short time. By not using such an organic additive, the purity and performance of the light absorbing layer produced by the present invention can be further improved, and the cost for the organic additive that has been used can be reduced.
한편, 본 발명에 의하면, 일반적으로 사용되는 억제제(inhibitor) 또는 촉진제(accelerator)로 작용할 수 있는 유기 첨가제를 사용하지 않고도, 기존의 방식 보다 높은 농도 및 높은 전류 밀도를 사용하여 광흡수층을 형성하게 된다. 즉, 본 발명에 의하면, 보다 더 높은 용액회전 속도로 각각의 원소들이 전착된 박막을 형성하게 된다. 본 발명에 의하면, 높은 농도 및 높은 전류 밀도를 사용함으로써 발생할 수 있는 문제를, 전해액의 공급속도를 조절하여 해결함으로써, 광흡수층의 표면거칠기 등을 포함하여 광흡수층으로써의 성능은 더욱 향상됨과 동시에, 기존의 방식 보다 더 빠르게 광흡수층을 제조할 수 있는 효과가 발생하였다.
According to the present invention, a light absorption layer is formed at a higher concentration and a higher current density than conventional methods without using an organic additive that can act as a commonly used inhibitor or accelerator . In other words, according to the present invention, a thin film deposited with each element is formed at a higher solution rotation speed. According to the present invention, the problem that can be caused by using a high concentration and a high current density is solved by adjusting the feeding rate of the electrolyte, so that the performance as a light absorbing layer including the surface roughness of the light absorbing layer is further improved, The light absorbing layer can be manufactured more quickly than the conventional method.
또한, 일반적으로 전류밀도가 한계 전류 밀도를 초과하면, 구리이온의 환원과 동시에 수소가스가 발생하여 전착층이 산화(또는 버닝)되는 현상이 일어날 수 있는데, 본 발명에 의해 이러한 현상을 해결할 수 있게 되었다.
Generally, when the current density exceeds the critical current density, hydrogen gas is generated simultaneously with the reduction of copper ions, so that the electrodeposited layer may be oxidized (or burned). In order to solve this problem, .
나아가, 동일한 조건의 셀렌화를 수행한다고 가정할 때, 본 발명에 따라 상대적으로 높은 농도에서 짧은 시간 동안 전착하여 형성된 광흡수층의 표면 거칠기는 종래의 방식과 같이 상대적으로 낮은 농도에서 긴 시간 동안 전착하여 형성된 광흡수층의 표면거칠기에 비하여 낮아짐으로써, 광흡수층으로서의 성능이 보다 향상되는 것을 본 발명의 발명자들은 확인하였다. 본 발명자들은, 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 광흡수층의 표면 거칠기(surface roughness) Rz가 30 nm 이상 150 nm 이하의 범위에 포함되는 것을 확인하였다.Furthermore, assuming that selenization under the same conditions is carried out, the surface roughness of the light absorbing layer formed by electrodeposition at a relatively high concentration for a short time according to the present invention is electrodeposited for a long time at a relatively low concentration as in the conventional method The inventors of the present invention have confirmed that the performance as a light absorbing layer is further improved by lowering the surface roughness of the formed light absorbing layer. The present inventors have confirmed that the surface roughness Rz of the light absorption layer produced according to an embodiment of the present invention is in the range of 30 nm or more and 150 nm or less.
본 발명에 의해 형성된 광흡수층의 표면 거칠기가 종래에 비하여 향상되는 현상에 대해 본 발명자들은 다음과 같이 분석하고 있다. 일반적으로 각각의 원소들을 기판에 전착시킬 때, 전착 초기 단계에서 기판의 표면에 핵이 형성되고, 핵을 중심으로 하여 각 층들이 성장하게 된다. 그런데, 낮은 농도의 용액과 낮은 전류 밀도를 사용하게 되면, 본원 발명과 같이, 높은 농도의 용액과 높은 전류 밀도를 사용하게 될 때 보다, 전착 초기 단계에서, 단위 면적 당 더 적은 수의 핵이 생기게 되고, 단위 면적 당 더 적은 수의 핵으로부터 각 층이 성장되는 경우에 비하여, 단위 면적당 더 많은 수의 핵으로부터 각 층이 성장하는 경우에 각 층의 표면이 보다 다 균일(uniform)하게 성장될 수 있기 때문에, 본 발명에 의해 형성된 광흡수층의 표면 거칠기가 종래에 비하여 향상될 수 있는 것으로 분석된다. 즉, 종래의 경우, 단위 면적 당 핵이 더 적게 생기게 되어, 핵을 중심으로, 더 오랜 시간 동안 각 층이 성장하게 되면, 표면 거칠기가 평탄하지 못하고 울퉁불퉁하게 될 수 있으나, 본 발명에 의하는 경우, 단위 면적 당 핵이 더 많이 생기게 되어, 핵을 중심으로, 더 짧은 시간 동안 각 층이 성장하게 될 경우, 표면 거칠기가 상대적으로 더 평탄해 지는 것이다. 이러한 현상은 구리표면 위에 전착 되어지는 인듐 및 갈륨 등의 전착 과정에서 중복적으로 발생하게 되고, 결과적으로 광흡수층의 표면 거칠기는, 본원 발명에 의하게 되는 경우, 종래에 비하여 더 낮아지는 것이 관측되었다. 이에 따라, 본원 발명에 의한 광흡수층의 성능은 종래의 방법에 의하여 제조된 광흡수층에 비하여 보다 더 좋은 성능을 가질 수 있게 된 것이다.
The inventors of the present invention analyzed the phenomenon that the surface roughness of the light absorption layer formed by the present invention is improved as compared with the conventional art. Generally, when each element is electrodeposited on a substrate, nuclei are formed on the surface of the substrate at the initial stage of electrodeposition, and each layer grows around the nucleus. However, when a low concentration solution and a low current density are used, fewer nuclei are generated per unit area in the initial stage of electrodeposition than when a high concentration solution and a high current density are used as in the present invention The surface of each layer can be more uniformly grown when each layer is grown from a larger number of nuclei per unit area than when each layer is grown from a smaller number of nuclei per unit area , It is analyzed that the surface roughness of the light absorbing layer formed by the present invention can be improved as compared with the prior art. That is, in the conventional case, as fewer nuclei are formed per unit area, the surface roughness becomes uneven and rugged if each layer grows for a longer time centered on the nucleus. However, according to the present invention , More nuclei per unit area, so that when each layer grows for a shorter time around the nucleus, the surface roughness becomes relatively flat. This phenomenon occurs in an overlapping manner in the electrodeposition process of indium and gallium deposited on the copper surface. As a result, it has been observed that the surface roughness of the light absorption layer becomes lower when compared with the conventional case. Accordingly, the performance of the light absorbing layer according to the present invention can have a better performance than the light absorbing layer manufactured by the conventional method.
이하에서, 본 발명에 의한 광흡수층의 제조방법에 대한 실험예에 대해 설명한다.
Hereinafter, an experimental example of a method of manufacturing the light absorbing layer according to the present invention will be described.
[실험예][Experimental Example]
본 발명자들은 다음과 같은 실험 조건을 사용하여, 본 발명의 종래의 방법에 따르는 몇몇개의 광흡수층을 제조하였다.
The present inventors have made several light absorbing layers according to the conventional method of the present invention, using the following experimental conditions.
<대조군 A><Control A>
구리용액은 구리농도가 0.1M인 구리용액을 사용하였으며, 구리 용액으로 CuSO4/5H2O와 H2SO4가 1:1로 혼합된 용액을 사용하였다. 전류밀도는 0.6A/dm2를 사용하였으며, 전착시간은 10초였으며, 전착 시 온도는 상온이었다. The copper solution used was a copper solution with a copper concentration of 0.1M, and a solution of CuSO4 / 5H2O and H2SO4 in a ratio of 1: 1 was used as the copper solution. The current density was 0.6 A /
인듐용액은 인듐농도가 0.1M인 인듐용액을 사용하였으며, 인듐 용액으로 InCl3/4H2O와 NaCl, Na2SO4, NaClO4, KCl 및 KNO3 중 적어도 하나가 1:1로 혼합된 용액을 사용하였다. 전류밀도는 0.5A/dm2를 사용하였으며, 전착시간은 10초였으며, 전착 시 온도는 상온이었다. An indium solution having an indium concentration of 0.1 M was used as the indium solution, and a solution in which at least one of InCl 3 / 4H 2 O and NaCl,
갈륨용액은 갈륨농도가 0.1M인 갈륨용액을 사용하였으며, 갈륨 용액으로 GaCl3와 NaCl, Na2SO4, NaClO4, KCl 및 KNO3 중 적어도 하나가 1:1로 혼합된 용액을 사용하였다. 전류밀도는 0.2A/dm2를 사용하였으며, 전착시간은 10초였으며, 전착 시 온도는 상온이었다. The gallium solution used was a gallium solution with a gallium concentration of 0.1 M and a solution of GaCl 3 and at least one of NaCl,
전착된 박막(전구체)을 셀렌 기체가 포화상태로 존재하는 400~600℃ 온도 범위 쳄버 안에서 5~60분 처리하여 셀렌화를 진행하였다.
The electrodeposited thin film (precursor) was treated in the temperature range of 400 ~ 600 ℃ for 5 ~ 60 minutes in which the selenium gas existed in the saturated state and the selenization proceeded.
<대조군 B><Control B>
구리용액은 구리농도가 0.1M인 구리용액을 사용하였으며, 구리 용액으로 CuSO4/5H2O와 H2SO4가 1:1로 혼합된 용액을 사용하였다. 전류밀도는 0.6A/dm2를 사용하였으며, 전착시간은 120초였으며, 전착 시 온도는 상온이었다. The copper solution used was a copper solution with a copper concentration of 0.1M, and a solution of CuSO4 / 5H2O and H2SO4 in a ratio of 1: 1 was used as the copper solution. The current density was 0.6 A /
인듐용액은 인듐농도가 0.1M인 인듐용액을 사용하였으며, 인듐 용액으로 InCl3/4H2O와 NaCl, Na2SO4, NaClO4, KCl 및 KNO3 중 적어도 하나가 1:1로 혼합된 용액을 사용하였다. 전류밀도는 0.5A/dm2를 사용하였으며, 전착시간은 180초였으며, 전착 시 온도는 상온이었다. An indium solution having an indium concentration of 0.1 M was used as the indium solution, and a solution in which at least one of InCl 3 / 4H 2 O and NaCl,
갈륨용액은 갈륨농도가 0.1M인 갈륨용액을 사용하였으며, 갈륨 용액으로 GaCl3와 NaCl, Na2SO4, NaClO4, KCl 및 KNO3 중 적어도 하나가 1:1로 혼합된 용액을 사용하였다. 전류밀도는 0.2A/dm2를 사용하였으며, 전착시간은 180초였으며, 전착 시 온도는 상온이었다. The gallium solution used was a gallium solution with a gallium concentration of 0.1 M and a solution of GaCl 3 and at least one of NaCl,
전착된 박막(전구체)을 셀렌 기체가 포화상태로 존재하는 400~600℃ 온도 범위 쳄버 안에서 5~60분 처리하여 셀렌화를 진행하였다.
The electrodeposited thin film (precursor) was treated in the temperature range of 400 ~ 600 ℃ for 5 ~ 60 minutes in which the selenium gas existed in the saturated state and the selenization proceeded.
<실험군><Experiment group>
본 발명자들은 다음과 같은 실험 조건을 사용하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 광흡수층을 제조하였다.
The present inventors have produced a light absorbing layer according to an embodiment of the present invention using the following experimental conditions.
구리용액은 구리농도가 1M인 구리용액을 사용하였으며, 구리 용액으로 CuSO4/5H2O와 H2SO4가 1:1로 혼합된 용액을 사용하였다. 전류밀도는 12A/dm2를 사용하였으며, 전착시간은 10초였으며, 전착 시 온도는 상온이었다.The copper solution used was a copper solution with a copper concentration of 1M, and a solution of CuSO4 / 5H2O and H2SO4 in a ratio of 1: 1 was used as the copper solution. The current density was 12 A /
인듐용액은 인듐농도가 1M인 인듐용액을 사용하였으며, 인듐 용액으로 InCl3/4H2O와 NaCl, Na2SO4, NaClO4, KCl 및 KNO3 중 적어도 하나가 1:1로 혼합된 용액을 사용하였다. 전류밀도는 10A/dm2를 사용하였으며, 전착시간은 10초였으며, 전착 시 온도는 상온이었다. An indium solution having an indium concentration of 1 M was used as the indium solution, and a solution in which at least one of InCl 3 / 4H 2 O and NaCl,
갈륨용액은 갈륨농도가 1M인 갈륨용액을 사용하였으며, 갈륨 용액으로 GaCl3와 NaCl, Na2SO4, NaClO4, KCl 및 KNO3 중 적어도 하나가 1:1로 혼합된 용액을 사용하였다. 전류밀도는 20A/dm2를 사용하였으며, 전착시간은 10초였으며, 전착 시 온도는 상온이었다. The gallium solution used was a gallium solution with a gallium concentration of 1 M, and a solution of GaCl 3 and at least one of NaCl,
전착된 박막(전구체)을 셀렌 기체가 포화상태로 존재하는 400~600℃ 온도 범위 쳄버 안에서 5~60분 처리하여 셀렌화를 진행하였다.
The electrodeposited thin film (precursor) was treated in the temperature range of 400 ~ 600 ℃ for 5 ~ 60 minutes in which the selenium gas existed in the saturated state and the selenization proceeded.
대조군A 및 B와 실험군에 대한 실험조건을 다음의 [표1]과 같이 정리하였다.Experimental conditions for the control groups A and B and experimental groups are summarized in Table 1 below.
도 2는, 종래의 광흡수층 제조 방법에 의해 제조된 광흡수층(대조군 A)의 셀렌화 전의 단면 SEM 사진을 나타낸 도면이고, 도 3은, 종래의 광흡수층 제조 방법에 의해 제조된 광흡수층(대조군 A)의 셀렌화 전의 표면 SEM 사진을 나타낸 도면이며, 도 4는 종래의 광흡수층 제조 방법에 의해 제조된 광흡수층(대조군 A)의 셀렌화 후의 단면 SEM 사진을 나타낸 도면이고, 도 5는 종래의 광흡수층 제조 방법에 의해 제조된 광흡수층(대조군 A)의 셀렌화 후의 표면 SEM 사진을 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a cross-sectional SEM photograph of a light absorbing layer (control group A) produced by a conventional method of producing a light absorbing layer before selenization, and FIG. 3 is a graph showing a SEM photograph of a light absorbing layer FIG. 4 is a cross-sectional SEM photograph of a light absorbing layer (control group A) produced by a conventional method of manufacturing a light absorbing layer after selenization, and FIG. 5 is a cross- (SEM photograph) of the light absorbing layer (control group A) produced by the light absorbing layer production method after selenization.
도 6은, 종래의 광흡수층 제조 방법에 의해 제조된 광흡수층(대조군 B)의 셀렌화 전의 표면 SEM 사진을 나타낸 도면이며, 도 7은 종래의 광흡수층 제조 방법에 의해 제조된 광흡수층(대조군 B)의 셀렌화 후의 단면 SEM 사진을 나타낸 도면이고, 도 8은 종래의 광흡수층 제조 방법에 의해 제조된 광흡수층(대조군 B)의 셀렌화 후의 표면 SEM 사진을 나타낸 도면이다.Fig. 6 is a SEM photograph of a surface of a light absorbing layer (control group B) prepared by a conventional method of producing a light absorbing layer before selenization, and Fig. 7 is a graph showing a SEM photograph of a light absorbing layer FIG. 8 is a SEM photograph of a light absorbing layer (control group B) produced by a conventional method of producing a light absorbing layer after selenization. FIG.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 제조방법에 의해 제조된 광흡수층(실험군)의 전의 단면 SEM 사진을 나타낸 도면이고, 도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 광흡수층 제조 방법에 의해 제조된 광흡수층(실험군)의 셀렌화 전의 표면 SEM 사진을 나타낸 도면이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따르는 광흡수층 제조 방법에 의해 제조된 광흡수층(실험군)의 셀렌화 후의 단면 SEM 사진을 나타낸 도면이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따르는 광흡수층 제조 방법에 의해 제조된 광흡수층(실험군)의 셀렌화 후의 표면 SEM 사진을 나타낸 도면이다.
9 is a cross-sectional SEM photograph of a light absorbing layer (experimental group) manufactured by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a cross-sectional view of a light absorbing layer manufacturing method according to an embodiment of the present invention (SEM) of the light absorbing layer (experimental group) produced by the method of manufacturing the light absorbing layer according to one embodiment of the present invention, FIG. 12 is a view showing a SEM photograph of a light absorbing layer (experimental group) produced by a light absorbing layer manufacturing method according to an embodiment of the present invention after selenization.
도 2 내지 도 5 및 도 9 내지 도 12를 참조하면, 대조군 A의 조건과 같이, 0.1M의 농도를 가지는 각각의 용액을 이용하여 상대적으로 짧은 시간 동안 박막(전구체)을 형성한 경우, 셀렌화 전과 후 모두의 경우에 있어서, 박막이 필요한 두께로 형성되지 않을 뿐만 아니라, 형성되는 박막의 두께도 매우 불균일한 상태인 것을 알 수 있다. 셀렌화 전의 전구체의 단면을 도시한 도 2에 표시된 443.7nm와 850.5nm가 측정가능한 부분의 박막의 두께를 나타내고 있으며, 그 외의 부분에는 박막이 제대로 형성되지 못한 것을 알 수 있다. 아울러, 셀렌화 후의 단면을 도시한 도 4의 경우에도, 499.2nm의 층이 형성된 부분도 존재하나, 광흡수층이 제대로 형성되지 않은 부분이 매우 많은 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 2 to 5 and 9 to 12, when a thin film (precursor) is formed for a relatively short time using each solution having a concentration of 0.1 M as in the condition of the control group A, It can be seen that not only the thin film is formed to a required thickness but also the thickness of the thin film to be formed is in a very uneven state in both cases before and after. The thickness of the thin film at 443.7 nm and 850.5 nm as shown in Fig. 2 showing the cross section of the precursor before selenization, and the thin film was not formed properly at the other portions. In addition, in the case of Fig. 4 showing the cross section after selenization, there is also a portion where the layer of 499.2 nm is formed, but it can be seen that there are many portions where the light absorbing layer is not properly formed.
이에 반하여, 본 발명의 일 실시예와 같이 실험군의 조건과 같이, 1M의 농도를 가지는 각각의 용액을 이용하여 상대적으로 짧은 시간 동안 박막을 형성한 경우, 셀렌화 전 및 후 모두의 경우에 있어서, 비교적 균일하고 광흡수층으로써 필요한 두께가 잘 형성된 것을 알 수 있다. 셀렌화 전의 전구체의 단면을 도시한 도 9를 참조하면, 전구체의 두께는, 1.74um 및 1.82um 정도로 측정되고 있음을 알 수 있다.
On the other hand, when the thin film was formed for a relatively short time using each solution having a concentration of 1M as in the experimental group, as in the case of the embodiment of the present invention, It can be seen that the thickness is relatively uniform and the required thickness is formed as the light absorption layer. Referring to FIG. 9, which shows a cross section of the precursor before selenization, it can be seen that the thickness of the precursor is measured to be about 1.74 um and 1.82 um.
도 6 내지 도 12를 참조하면, 대조군 B의 광흡수층의 두께는 본 발명의 이 실시예에 따르는 실험군의 두께와 비슷함을 알 수 있으나, 대조군 B의 경우, 셀렌화전 전구체(박막)의 표면은 처음 전착이 수행 되어진 구리핵을 중심으로 인듐과 갈륨이 전착되어 울퉁불퉁한 표면을 보여주고 있으며, 셀렌화를 한 후에도 그 모습은 그대로 남아있음을 알 수 있었다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 의해 형성된 전구체 및/또는 광흡수층의 균일성에 비하여, 대조군 B의 조건에 의해 형성된 셀렌화 전 전구체(박막) 및/또는 광흡수층의 균일성은 매우 낮은 것을 알 수 있다. 이는, 기판 상에 형성되는 단위면적당 핵의 개수의 전류밀도에 대한 의존성에 기인하는 것으로 분석되는데, 전류밀도를 높임에 따라 단위면적당 형성되는 핵의 개수가 보다 더 증가하는 것을 알 수 있었고, 그에 따라 핵을 중심으로 형성되는 박막의 두께가 보다 더 균일하도록 하는 것에 영향을 준 것으로 해석된다.
6 to 12, it can be seen that the thickness of the light absorbing layer of the control group B is similar to the thickness of the experimental group according to this embodiment of the present invention, but in the case of the control group B, the surface of the selenium precursor (thin film) Indium and gallium were electrodeposited around the copper nucleus where the first electrodeposition was carried out, showing a rugged surface, and the appearance remained after the selenization. That is, it can be seen that the uniformity of the pre-selenization precursor (thin film) and / or the light absorbing layer formed by the condition of the control group B is much lower than the uniformity of the precursor and / or the light absorbing layer formed by one embodiment of the present invention . This is attributed to the dependence of the number of nuclei per unit area formed on the substrate on the current density. It can be seen that as the current density is increased, the number of nuclei formed per unit area is further increased, It is interpreted that the thickness of the thin film formed around the core is more uniform.
잔술한 실험예를 통하여 종래의 방법에 의해 제조된 광흡수층과 본 발명에 의해 제조된 광흡수층을 비교할 때, 본 발명에 의한 광흡수층의 경우가 보다 더 짧은 시간 안에 필요한 두께의 광흡수층이 형성되었음을 알 수 있다
In comparison with the light absorbing layer produced by the conventional method and the light absorbing layer produced by the present invention, the light absorbing layer according to the present invention can form a light absorbing layer having a required thickness in a shorter time Able to know
한편, 도 13은 종래의 광흡수층의 제조방법에 의해 제조된 광흡수층(대조군 B)의 셀렌화 전 표면의 거칠기를 나타내는 그래프를 도시하고 있으며, 도 14는, 종래의 광흡수층의 제조방법에 의해 제조된 광흡수층(대조군 B)의 셀렌화 후 표면의 거칠기를 나타내는 그래프를 도시하고 있다.On the other hand, FIG. 13 shows a graph showing the roughness of the surface before selenization of the light absorbing layer (control group B) produced by the conventional method of manufacturing a light absorbing layer, and FIG. 14 is a graph showing the roughness And a surface roughness after selenization of the prepared light absorbing layer (control group B).
한편, 도 15는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 광흡수층의 제조방법에 의해 제조된 광흡수층(실험군)의 셀렌화 전 표면의 거칠기를 나타내는 그래프를 도시하고 있으며, 도 16은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 광흡수층의 제조방법에 의해 제조된 광흡수층(실험군)의 셀렌화 후 표면의 거칠기를 나타내는 그래프를 도시하고 있다.
15 is a graph showing the roughness of the surface before selenization of the light absorbing layer (experimental group) produced by the method of manufacturing a light absorbing layer according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a graph showing surface roughness after selenization of the light absorbing layer (experimental group) produced by the method of manufacturing a light absorbing layer according to one embodiment.
도 13 및 도 14를 참조하면, 0.1 M과 1M의 전구체와 동일한 조건으로 셀렌화한 후의 박막표면을 SPM을 이용하여 분석한 결과, 낮은 농도에서 광흡수층을 제조한 경우(대조군 B), 전구체(셀렌화 전 박막)는 물론 셀렌화한 후에도 표면 거칠기가 높게 나왔다. 13 and 14, the thin film surface after selenization under the same conditions as the 0.1 M and 1 M precursors was analyzed using SPM. As a result, it was found that when the light absorbing layer was prepared at a low concentration (control group B) Selenium thin film), but also surface roughness after selenization.
도 15 및 도 16을 참조하면, 1 M을 이용하여 짧은 시간에 제조한 광흡수층(실험군)의 경우, 셀렌화 전후 모두의 경우에 있어서, 상대적으로 낮은 표면 거칠기 수치를 보였다.
Referring to FIGS. 15 and 16, in the case of the light absorbing layer (experimental group) manufactured in a short time using 1 M, a relatively low surface roughness value was exhibited both before and after selenization.
실험예을 통하여 종래의 방법에 의해 제조된 광흡수층과 본 발명에 의해 제조된 광흡수층을 비교할 때, 본 발명에 의한 광흡수층의 표면 거칠기가 보다 더 낮아지는 것을 알 수 있다.
It can be seen from the experimental results that the surface roughness of the light absorption layer according to the present invention is further reduced when the light absorption layer produced by the conventional method is compared with the light absorption layer produced by the present invention.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 또한 본 문서에서 설명된 실시예들은 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다. 나아가, 각 실시예를 구성하는 단계들은 다른 실시예를 구성하는 단계들과 개별적으로 또는 조합되어 이용될 수 있다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, The present invention is not limited to the drawings. In addition, the embodiments described in this document can be applied to not only the present invention, but also all or some of the embodiments may be selectively combined so that various modifications can be made. Further, the steps constituting each embodiment can be used separately or in combination with the steps constituting the other embodiments.
Claims (8)
상기 광흡수층의 표면 거칠기(surface roughness, Rz)가 30 nm 이상 150 nm 이하인
광흡수층.
A light absorbing layer made on a substrate and comprising copper, indium, gallium and selenium elements,
When the surface roughness (Rz) of the light absorption layer is 30 nm or more and 150 nm or less
Light absorbing layer.
상기 광흡수층의 평균 두께는, 0.8 μm 이상 10 μm 이하인
광흡수층.
The method according to claim 1,
The average thickness of the light absorbing layer is not less than 0.8 μm and not more than 10 μm
Light absorbing layer.
롤-투-롤(Roll-to-Roll) 공정을 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는
광흡수층.
The light-emitting device according to claim 1,
Characterized in that it is manufactured using a roll-to-roll process
Light absorbing layer.
상기 광흡수층은, 연속상의 유연한 기판상에 구리, 인듐 및 갈륨을 전착하되,
상기 구리를 상기 기판 상에 전착하는 시간은 2초 이상 20 초 이하이고,
상기 인듐을 상기 기판 상에 전착하는 시간은 3초 이상 20초 이하이며,
상기 갈륨을 상기 기판 상에 전착하는 시간은 3초 이상 10초 이하인 것을 특징으로하는 제조방법에 의해 제조된
광흡수층.
A light absorbing layer made on a substrate and comprising copper, indium, gallium and selenium elements,
The light absorption layer is formed by electrodepositing copper, indium and gallium on a flexible substrate of a continuous phase,
The time for electrodepositing the copper on the substrate is 2 seconds or more and 20 seconds or less,
The time for electrodeposition of the indium on the substrate is 3 seconds or more and 20 seconds or less,
Wherein the time for electrodepositing the gallium on the substrate is not less than 3 seconds and not more than 10 seconds.
Light absorbing layer.
상기 구리를 상기 기판 상에 전착하는 데에 사용되는 구리용액의 농도는 0.5M 이상 2M 이하이고,
상기 인듐을 상기 기판 상에 전착하는 데에 사용되는 인듐용액의 농도는 0.5M 이상 2M 이하이며,
상기 갈륨을 상기 기판 상에 전착하는 데에 사용되는 갈륨용액의 농도는 0.5M 이상 2M 이하인 것을 특징으로 하는
광흡수층.
5. The method of claim 4,
The concentration of the copper solution used for electrodepositing the copper on the substrate is 0.5M or more and 2M or less,
The concentration of the indium solution used for electrodepositing the indium on the substrate is 0.5M or more and 2M or less,
And the concentration of the gallium solution used for electrodepositing the gallium on the substrate is not less than 0.5M and not more than 2M
Light absorbing layer.
상기 구리를 상기 기판 상에 전착하는 데에 사용되는 전류밀도는 8.0A/dm2 이상 12.0A/dm2이하이고,
상기 인듐을 상기 기판 상에 전착하는 데에 사용되는 전류밀도는 9.0A/dm2 이상 11.0A/dm2이하이며,
상기 갈륨을 상기 기판 상에 전착하는 데에 사용되는 전류밀도는 10.0A/dm2 이상 20.0A/dm2이하인 것을 특징으로 하는
광흡수층,
5. The method of claim 4,
The current density used for electrodepositing the copper on the substrate is 8.0 A / dm2 or more and 12.0 A / dm2 or less,
The current density used to deposit the indium on the substrate is 9.0 A / dm2 or more and 11.0 A / dm2 or less,
And the current density used for electrodepositing the gallium on the substrate is not less than 10.0 A / dm 2 and not more than 20.0 A / dm 2
Light absorbing layer,
A solar cell comprising the light absorbing layer according to any one of claims 1 to 6.
An electronic device comprising the light absorbing layer according to any one of claims 1 to 6.
Priority Applications (2)
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