KR20150118605A - 태양 전지 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판; 상기 기판 상에 형성된 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 형성된 광흡수층; 상기 광흡수층 상에 형성된 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 형성된 전면전극층을 포함하고, 상기 후면전극층은 일정 간격 이격되어 배치된 하나 이상의 후면전극 영역과, 상기 후면전극 영역들 사이에 형성된 제1스크라이빙 영역을 포함하고, 하기 수학식 1을 만족하는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다:
[수학식 1]
제1 스크라이빙 영역의 폭/후면전극 영역의 폭 ≥ 0.018.
[수학식 1]
제1 스크라이빙 영역의 폭/후면전극 영역의 폭 ≥ 0.018.
Description
본 발명은 태양 전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 환경규제에 따라 탄소 배출량을 줄이기 위한 신재생 에너지 개발의 일환으로, 태양광을 전기에너지로 변환하므로 설치장소에 제약이 작고 쉽게 전력을 발전할 수 있는 태양전지가 주목받고 있다.
이러한 태양전지는 단결정 또는 다결정 실리콘 웨이퍼를 이용하여 제작되나, 일반적으로 단결정 실리콘이 광전변환 효율이 가장 높아 대규모 발전시스템 분야 등에서 널리 사용된다. 그러나, 이러한 단결정 실리콘은 제작공정이 복잡하고 가격이 높아 비경제적이다.
따라서, 비록 효율은 비교적 떨어지지만 저급의 실리콘 웨이퍼를 사용하는 다결정 실리콘으로 태양전지를 제조하는 방법이 개발되어 현재 주택용 발전시스템 등에 사용되고 있다. 그러나, 이 역시 공정이 복잡하고 최근 실리콘의 가격 급등으로 인한 원자재 가격의 단가 상승으로 인하여 태양전지 제조비용을 낮추는데 한계가 있다.
이에 따라, 최근에는 이를 극복하기 위한 박막형 태양전지로서, 다중접합구조의 비정질 실리콘을 사용하는 방법과, Cu(In1 - xGax)Se2(“이하 CIGS계 화합물”) 또는 CdTe계 화합물 등의 화합물반도체를 사용하는 방법이 개발되고 있다. 이들 방법은 각각 응용가능한 수준의 광전변환효율을 확보하여 일부는 상용화되고 있으며, 특히 CIGS계 화합물은 실험적으로 단전지에서 단결정 실리콘에 비견될만한 우수한 광전변환효율을 나타낸다.
본 발명은 손실 전류를 줄이고 후면전극 영역과 광흡수층이 접촉하는 계면에 이셀렌화몰리브덴(MoSe2)의 형성을 최소화시켜, 광전변환효율이 높은 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판; 상기 기판 상에 형성된 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 형성된 광흡수층; 상기 광흡수층 상에 형성된 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 형성된 전면전극층을 포함하고, 상기 후면전극층은 일정 간격 이격되어 배치된 하나 이상의 후면전극 영역과, 상기 후면전극 영역들 사이에 형성된 제1스크라이빙 영역을 포함하고, 하기 수학식 1을 만족하는 태양전지를 제공한다:
[수학식 1]
제1 스크라이빙 영역의 폭/후면전극 영역의 폭 = 0.018.
상기 제1 스크라이빙 영역의 폭은 100㎛ 내지 5㎜일 수 있다.
상기 제1 스크라이빙 영역의 폭은 300㎛ 내지 5㎜일 수 있다.
상기 후면전극 영역과 상기 광흡수층이 접촉하는 계면에 형성된 합금층을 추가로 포함할 수 있다.
상기 합금층은 이셀렌화몰리브덴(MoSe2)을 포함할 수 있다.
상기 광흡수층은 CIGS계 화합물을 포함할 수 있다.
상기 광흡수층 및 상기 버퍼층의 소정 영역에 형성된 제2 스크라이빙 영역을 추가로 포함할 수 있다.
상기 광흡수층, 상기 버퍼층 및 상기 전면전극층의 소정 영역에 형성된 제3 스크라이빙 영역을 추가로 포함할 수 있다.
하기 수학식 2를 만족할 수 있다:
[수학식 2]
(후면전극 영역의 폭 - 제2 스크라이빙 영역의 폭 - 제3 스크라이빙 영역의 폭)/(후면전극 영역의 폭 + 제1 스크라이빙 영역의 폭) ≤ 0.9.
상기 제2 스크라이빙 영역의 폭 또는 상기 제3 스크라이빙 영역의 폭은 20㎛ 내지 60㎛일 수 있다.
본 발명의 일 구현예로, 기판 상에 후면전극층이 일정 간격 이격되어 배치된 하나 이상의 후면전극 영역과, 상기 후면전극 영역들 사이에 형성된 제1 스크라이빙 영역을 포함하도록, 제1 스크라이빙하여 후면전극층을 형성하는 단계; 상기 후면전극층 상에 광흡수층 물질을 증착 및 열처리하여 광흡수층을 형성하는 단계; 상기 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 하기 수학식 1을 만족하는 태양전지의 제조방법을 제공한다:
[수학식 1]
제1 스크라이빙 영역의 폭/후면전극 영역의 폭 = 0.018.
상기 제1 스크라이빙은 상기 후면전극 영역에 대응되는 홈을 가진 마스크에 의해 수행될 수 있다.
상기 제1 스크라이빙은 기계적 장치 또는 레이저 장치에 의해 수행될 수 있다.
상기 광흡수층 물질의 열처리는 Se 분위기하에 수행될 수 있다.
상기 광흡수층 물질의 열처리는 300℃~600℃에서 10분~1시간 동안 수행될 수 있다.
상기 버퍼층의 형성 후, 상기 광흡수층 및 상기 버퍼층의 소정 영역을 제2 크라이빙하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 전면전극층의 형성 후, 상기 광흡수층, 상기 버퍼층 및 상기 전면전극층의 소정 영역을 제3 스크라이빙하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
하기 수학식 2를 만족할 수 있다:
[수학식 2]
(후면전극 영역의 폭 - 제2 스크라이빙 영역의 폭 - 제3 스크라이빙 영역의 폭)/(후면전극 영역의 폭 + 제1 스크라이빙 영역의 폭) ≤ 0.9.
본 발명에 따른 태양전지는 일정 간격 이격되어 배치된 하나 이상의 후면전극 영역과 상기 후면전극 영역들 사이에 형성된 제1 스크라이빙 영역을 포함하는 후면전극층을 포함하는 것으로, 상기 후면전극 영역의 폭 대비 상기 제1 스크라이빙 영역의 폭을 높임으로써 손실 전류를 줄일 수 있고, 상기 후면전극 영역과 상기 광흡수층이 접촉하는 계면에 이셀렌화몰리브덴(MoSe2)의 형성을 최소화시킬 수 있어, 태양전지의 광전변환효율을 높일 수 있다.
도 1은 일반적인 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 구현예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 4는 실시예 1~3 및 비교예 1에 따라 제조된 태양전지의 광전변환효율을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 구현예에 따른 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 4는 실시예 1~3 및 비교예 1에 따라 제조된 태양전지의 광전변환효율을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
이하에서 기재의 “상 (또는 하)”에 임의의 구성이 형성된다는 것은, 임의의 구성이 상기 기재의 상 (또는 하)에 접하여 형성되는 것을 의미할 뿐만 아니라, 상기 기재와 기재 상 (또는 하) 형성된 임의의 구성 사이에 다른 구성을 포함하지 않는 것으로 한정하는 것은 아니다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은
기판;
상기 기판 상에 형성된 후면전극층;
상기 후면전극층 상에 형성된 광흡수층;
상기 광흡수층 상에 형성된 버퍼층; 및
상기 버퍼층 상에 형성된 전면전극층을 포함하고,
상기 후면전극층은 일정 간격 이격되어 배치된 하나 이상의 후면전극 영역과, 상기 후면전극 영역들 사이에 형성된 제1스크라이빙 영역을 포함하고, 하기 수학식 1을 만족하는 태양전지를 제공한다:
[수학식 1]
제1 스크라이빙 영역의 폭/후면전극 영역의 폭 ≥ 0.018.
또한, 본 발명은
기판 상에 후면전극층이 일정 간격 이격되어 배치된 하나 이상의 후면전극 영역과, 상기 후면전극 영역들 사이에 형성된 제1 스크라이빙 영역을 포함하도록, 제1 스크라이빙하여 후면전극층을 형성하는 단계;
상기 후면전극층 상에 광흡수층 물질을 증착 및 열처리하여 광흡수층을 형성하는 단계;
상기 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및
상기 버퍼층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 하기 수학식 1을 만족하는 태양전지의 제조방법을 제공한다:
[수학식 1]
제1 스크라이빙 영역의 폭/후면전극 영역의 폭 ≥ 0.018.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지는 기판(100); 상기 기판(100) 상에 형성된 후면전극층(200); 상기 후면전극층(200) 상에 형성된 광흡수층(300); 상기 광흡수층(300) 상에 형성된 버퍼층(400); 및 상기 버퍼층(400) 상에 형성된 전면전극층(500)을 포함하여 형성된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래 일반적인 태양전지의 후면전극층(200)은 일정 간격 이격되어 배치된 하나 이상의 후면전극 영역(W0)과, 상기 후면전극 영역(W0)들 사이에 형성된 제1스크라이빙 영역(S0)을 포함하고, 후면전극 영역(W0)의 폭 대비 제1 스크라이빙 영역(S0)의 폭은 약 0.002 내지 약 0.016이다. 이와 같이, 후면전극 영역(W0)의 폭 대비 제1 스크라이빙 영역(S0)의 폭이 낮은 경우에는 손실 전류가 많아지고, 후면전극 영역(W0)과 광흡수층(300)이 접촉하는 계면에 이셀렌화몰리브덴(MoSe2)의 형성이 불가피하다.
이에, 본 발명자들은 후면전극 영역의 폭 대비 상기 제1 스크라이빙 영역의 폭을 높임으로써, 광전변환효율이 높은 태양전지를 제조하였다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지의 후면전극층(200)은 일정 간격 이격되어 배치된 하나 이상의 후면전극 영역(W1)과, 상기 후면전극 영역(W1)들 사이에 형성된 제1스크라이빙 영역(S1)을 포함하고, 후면전극 영역(W1)의 폭 대비 제1 스크라이빙 영역(S1)의 폭은 약 0.018 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 구현예에 따른 태양전지는 상기 후면전극 영역(W1)과 상기 광흡수층(300)이 접촉하는 계면에 형성된 합금층(250)을 추가로 포함하여 형성할 수 있다.
기판(100)
상기 기판(100)은 유리 기판이 사용될 수 있으며, 세라믹 기판, 금속 기판 또는 폴리머 기판 등도 사용될 수 있다.
예를 들어, 유리 기판으로는 소다라임 유리(sodalime) 또는 고변형점 소다유리(high strained pointsoda glass) 기판을 사용할 수 있고, 금속 기판으로는 스테인레스 스틸 또는 티타늄을 포함하는 기판을 사용할 수 있으며, 폴리머 기판으로는 폴리이미드(polyimide) 기판을 사용할 수 있다.
상기 기판(100)은 투명할 수 있다. 상기 기판(100)은 리지드(rigid)하거나 플렉서블(flexible) 할 수 있다.
후면전극층
(200)
상기 후면전극층(200)은 상기 기판(100) 상에 형성되고, Mo 등의 금속을 포함할 수 있다.
상기 후면전극층(200)은 하나의 층으로 이루어질 수도 있고, 2층 이상의 복수층으로 이루어질 수도 있다. 상기 후면전극층(200)이 2층 이상의 복수층으로 이루어지는 경우, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
상기 후면전극층(200)의 형성은 스퍼터링, 진공증발법, 화학기상법, 원자층 증착법, 이온빔증착법, 스크린프린팅, 스프레이 딥코팅, 테이프개스팅 및 잉크젯으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 공지의 방법에 의한 것일 수 있다.
상기 후면전극층(200)의 두께는 0.1㎛ 내지 1㎛인 것이 바람직하고, 0.5㎛인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
상기 후면전극층(200)은 일정 간격 이격되어 배치된 하나 이상의 후면전극 영역(W1)과, 상기 후면전극 영역(W1)들 사이에 형성된 제1스크라이빙 영역(S1)을 포함하고, 하기 수학식 1을 만족한다:
[수학식 1]
제1 스크라이빙 영역(S1)의 폭/후면전극 영역(W1)의 폭 ≥ 0.018.
상기 제1 스크라이빙 영역(S1)은 상기 후면전극층(200)의 소정 영역을 제거함으로써, 상기 기판(100)의 상면을 노출시키는 오픈 영역이다. 상기 제1 스크라이빙 영역(S1)은 단면에서 보았을 때, 일 방향 또는 이 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다. 따라서, 상기 후면전극 영역(W1)은 스트라이프 형태 또는 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
일반적인 태양전지는 후면전극 영역(W0)의 폭 대비 제1 스크라이빙 영역(S0)의 폭은 약 0.002 내지 약 0.016인데, 이러한 경우는 후면전극 영역(W0)의 폭 대비 제1 스크라이빙 영역(S0)의 폭이 낮아 손실 전류가 많아지고, 후면전극 영역(W0)과 광흡수층(300)이 접촉하는 계면에 이셀렌화몰리브덴(MoSe2)의 형성이 불가피하다.
이러한 문제점을 개선하고자, 본 발명에 따른 태양전지는 후면전극 영역(W1)의 폭 대비 제1 스크라이빙 영역(S1)의 폭은 약 0.018 이상인 것, 보다 바람직하게는 약 0.04 이상인 것을 특징으로 하여, 후면전극 영역(W1)의 폭 대비 상기 제1 스크라이빙 영역(S1)의 폭을 높임으로써, 광전변환효율이 높은 태양전지를 제조할 수 있다.
상기 제1 스크라이빙 영역(S1)의 폭은 100㎛ 내지 5㎜인 것이 바람직하고, 300㎛ 내지 5㎜인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 제1 스크라이빙 영역(S1)의 폭이 100㎛ 미만인 경우에는 손실 전류가 많아지고, 후면전극 영역(W0)과 광흡수층(300)이 접촉하는 계면에 이셀렌화몰리브덴(MoSe2)의 형성이 많아지는 문제점이 있고, 제1 스크라이빙 영역(S1)의 폭이 5㎜를 초과하는 경우에는 후면전극층(200)과 광흡수층(300)의 전기적인 연결에 문제가 있을 수 있다.
상기 후면전극 영역(W1)과 상기 광흡수층(300)이 접촉하는 계면에 형성된 합금층(250)을 추가로 포함할 수 있고, 상기 합금층(250)은 이셀렌화몰리브덴(MoSe2)을 포함할 수 있다. 이러한 이셀렌화몰리브덴(MoSe2)을 포함하는 합금층(250)은 후면전극층(200) 보다 높은 저항을 가지기 때문에, 전면전극층(500)과의 오믹컨택 특성을 향상시키기 위해서는 합금층(250)은 제거되는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 이셀렌화몰리브덴(MoSe2)을 포함하는 합금층(250)의 형성을 최소화시킬 수 있어, 태양전지의 광전변환효율을 높일 수 있다.
상기 후면전극층(200)은 기판(100) 상에 후면전극층(200)이 일정 간격 이격되어 배치된 하나 이상의 후면전극 영역(W1)과, 상기 후면전극 영역(W1)들 사이에 형성된 제1 스크라이빙 영역(S1)을 포함하도록, 제1 스크라이빙하여 형성된다.
상기 제1 스크라이빙은 상기 후면전극 영역(W1)에 대응되는 홈을 가진 마스크에 의해 수행될 수도 있고, 상기 제1 스크라이빙은 기계적 장치 또는 레이저 장치에 의해 수행될 수도 있다.
상기 제1 스크라이빙이 상기 후면전극 영역(W1)에 대응되는 홈을 가진 마스크에 의해 수행되는 경우, 기판 상에 상기 후면전극 영역(W1)에 대응되는 홈을 가진 마스크를 형성한 후, 후면전극층 물질을 코팅한 후, 마스트를 제거함으로써 후면전극 영역(W1)과 후면전극 영역(W1)들 사이에 형성된 제1 스크라이빙 영역(S1)을 포함하는 후면전극층(200)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 제1 스크라이빙이 기계적 장치 또는 레이저 장치에 의해 수행되는 경우, 기계적 장치로 일정 두께의 다이아몬드 또는 Ti계 금속과 같은 팁(tip) 등을 이용할 수 있고, 레이저 장치로 일정 폭, 특정 파장의 레이저 조사 등을 이용할 수 있다.
다만, 기계적 장치 또는 레이저 장치에 의해 제1 스크라이빙을 수행하는 경우, 본 발명과 같이 제1 스크라이빙 영역의 폭을 넓히기 위해서는, 제1 스크라이빙을 여러 번 수행하는 것이 바람직하다.
광흡수층
(300)
상기 광흡수층(300)은 상기 후면전극층(200) 상에 광흡수층 물질을 증착 및 열처리하여 형성된다.
상기 광흡수층(300)은 CIGS계 화합물을 포함할 수 있다.
이때, CIGS계 화합물은 Cu(In1 - xGax)Se2일 수 있고, 구체적으로 CIGS계 화합물은 CuInSe2, CuIn1 - xGaxSe2, CuGaSe2 등일 수 있다.
상기 광흡수층 물질의 증착은 진공 증착에 의할 수 있고, 비진공 증착에 의할 수도 있다. 구체적으로, 상기 광흡수층 물질의 증착은 진공 증착에 의한 것으로, 스퍼터링, 진공증발법, 화학기상법, 원자층증착법 및 이온빔증착법으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 방법에 의할 수 있고, 상기 광흡수층 물질의 증착은 비진공 증착에 의한 것으로, 스크린프린팅, 스프레이 딥코팅, 테이프개스팅 및 잉크젯 코팅으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 방법에 의할 수도 있다.
상기 열처리는 상기 광흡수층 물질의 증착과 동시에 일어날 수 있고, 상기 광흡수층 물질의 증착 이후에 일어날 수도 있다.
상기 열처리는 Se 분위기하에 수행될 수 있고, 상기 열처리는 300℃~600℃에서 10분~1시간 동안 수행되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
상기 광흡수층 물질을 열처리하는 경우, 후면전극층(200)의 Mo와 광흡수층(300)의 Se가 상호반응함으로써 과량의 이셀렌화몰리브덴(MoSe2)를 생성함으로써, 후면전극 영역(W1)과 광흡수층(300)이 접촉하는 계면에 이셀렌화몰리브덴(MoSe2)을 포함하는 합금층(250)을 추가로 형성할 수 있다.
본 발명에서는, 후면전극 영역(W1)과 광흡수층(300)이 접촉하는 계면에 이셀렌화몰리브덴(MoSe2)을 포함하는 합금층(250)의 형성을 최소화시켰는바, 광흡수층(300)에 충분한 Se를 공급할 수 있어, 태양전지의 광전변환효율을 높일 수 있다.
상기 광흡수층의 소정 영역에는 제2 스크라이빙 영역(S2) 또는 제3 스크라이빙 영역(S2)이 형성될 수 있다.
상기 제2 스크라이빙 영역(S2)은 상기 광흡수층(300) 및 상기 버퍼층(400)의 소정 영역을 제거함으로써, 상기 후면전극층(200)의 상면을 노출시키는 오픈 영역이다. 상기 제2 스크라이빙 영역(S2)은 단면에서 보았을 때, 일 방향 또는 이 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제3 스크라이빙 영역(S2)은 상기 광흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 전면전극층(500)의 소정 영역을 제거함으로써, 상기 후면전극층(200)의 상면을 노출시키는 오픈 영역이다. 상기 제2 스크라이빙 영역(S2)은 단면에서 보았을 때, 일 방향 또는 이 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다. 이때, 상기 제3 스크라이빙 영역(S2)에 의해, 단위 셀을 구분할 수 있다.
상기 제2 스크라이빙 영역(S2)의 폭 또는 상기 제3 스크라이빙 영역(S3)의 폭은 20㎛ 내지 60㎛인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 상기 제2 스크라이빙 영역(S2)의 폭 또는 상기 제3 스크라이빙 영역(S3)의 폭이 20㎛ 미만인 경우, 누설 전류가 발생할 수 있는 문제점이 있고, 상기 제2 스크라이빙 영역(S2)의 폭 또는 상기 제3 스크라이빙 영역(S3)의 폭이 60㎛를 초과하는 경우, 광흡수층(300)의 면적이 줄어들어 수광에 불리하다.
버퍼층
(400)
상기 버퍼층(400)은 상기 광흡수층(300) 상에 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(400)은 스퍼터링, 화학용액법, 화학기상법 또는 원자층증착법 등에 의하여 CdS, InS, 또는 ZnS 등으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 버퍼층(400)은 n형 반도체 층이고, 상기 광흡수층(300)은 p형 반도체 층이다. 따라서, 상기 광흡수층(300) 및 버퍼층(400)은 pn 접합을 형성한다.
즉, 상기 광흡수층(300)과 전면전극층(500)은 격자상수와 에너지 밴드 갭의 차이가 크기 때문에, 밴드 갭이 두 물질의 중간에 위치하는 상기 버퍼층(400)을 삽입하여 양호한 접합을 형성할 수 있다.
상기 버퍼층(400)의 소정 영역에는 상기 광흡수층(300)과 마찬가지로 제2 스크라이빙 영역(S2) 또는 제3 스크라이빙 영역(S3)이 형성될 수 있다.
상기 제2 스크라이빙 영역(S2) 또는 상기 제3 스크라이빙 영역(S3)의 폭은 전술한 바와 같다.
상기 버퍼층(400)의 형성 후, 상기 광흡수층(300) 및 상기 버퍼층(400)의 소정 영역을 제2 스크라이빙하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
이때, 상기 제2 스크라이빙은 제1 스크라이빙과 마찬가지로 다양한 공지의 방법에 의할 수 있다.
전면전극층
(500)
상기 전면전극층(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 형성되는 것으로, 상기 전면전극층(500)은 상기 광흡수층(300)과 pn접합을 형성하는 윈도우(window)층으로서, 스퍼터링 등에 의하여 ZnO, 알루미늄(Al) 또는 알루미나(Al2O3)로 도핑된 ZnO, ITO 등으로 형성될 수 있다.
상기 전면전극층(500)은 i형 ZnO박막 상에 전기광학적 특성이 뛰어난 n형 ZnO박막 또는 ITO(Indium Tin Oxide)박막을 증착한 2중 구조로 이루어질 수 있다.
이때, i형 ZnO박막은 태양전지 전면의 투명전극의 기능을 하기 때문에 광투과율이 높고 전기 전도성이 좋은 것으로, 도핑되지 않은 ZnO 박막으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, i형 ZnO박막 상에 증착된 n형 ZnO박막 또는 ITO(Indium Tin Oxide)은 낮은 저항값을 갖는다.
상기 전면전극층(500)의 소정 영역에는 제3 스크라이빙 영역(S3)이 형성될 수 있다.
상기 제3 스크라이빙 영역(S3)의 폭은 전술한 바와 같다.
상기 전면전극층(500)의 형성 후, 상기 광흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 전면전극층(500)의 소정 영역을 추가로 제3 스크라이빙할 수 있다.
이때, 상기 제3 스크라이빙은 제1 스크라이빙 또는 제2 스크라이빙과 마찬가지로 다양한 공지의 방법에 의할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 태양전지는 하기 수학식 2를 만족할 수 있다:
[수학식 2]
(후면전극 영역(W1)의 폭 - 제2 스크라이빙 영역(S2)의 폭 - 제3 스크라이빙 영역(S3)의 폭)/ (후면전극 영역(W1)의 폭 + 제1 스크라이빙 영역(S1)의 폭) ≤ 0.9.
즉, 상기 (후면전극 영역(W1)의 폭 - 제2 스크라이빙 영역(S2)의 폭 - 제3 스크라이빙 영역(S3)의 폭)은 상기 후면전극 영역(W1)과 상기 광흡수층(300)이 접촉하는 계면의 폭에 해당하는 값으로, 상기 후면전극 영역(W1)과 상기 광흡수층(300)이 접촉하는 계면에 이셀렌화몰리브덴(MoSe2)의 형성을 최소화시킬 수 있어, 태양전지의 광전변환효율을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지는 일정 간격 이격되어 배치된 하나 이상의 후면전극 영역(W1)과 상기 후면전극 영역(W1)들 사이에 형성된 제1 스크라이빙 영역(S1)을 포함하는 후면전극층(200)을 포함하는 것으로, 단위 셀의 폭을 넓히지 않고도 상기 후면전극 영역(W1)의 폭 대비 상기 제1 스크라이빙 영역(S1)의 폭을 높임으로써 손실 전류를 줄일 수 있고, 상기 후면전극 영역(W1)과 상기 광흡수층(300)이 접촉하는 계면에 이셀렌화몰리브덴(MoSe2)의 형성을 최소화시킬 수 있어, 태양전지의 광전변환효율을 높일 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
[
실시예
]
실시예
1
유리(sodalime glass) 기판 상에 5㎜ 간격으로 90㎛ 폭의 홈을 가진 쉐도우 마스크를 형성한 후, Mo을 DC 스퍼터링 방법으로 1㎛ 코팅하였다. 이후, 쉐도우 마스트를 제거함으로써 4910㎛ 폭의 후면전극 영역과 후면전극 영역들 사이에 형성된 90㎛ 폭의 제1 스크라이빙 영역을 포함하는 후면전극층을 형성하였다. 이때, 제1 스크라이빙 영역의 폭/후면전극 영역의 폭 = 0.018이였다. 후면전극층 상에 Cu, In, Ga 및 Se을 잉크코팅 방법으로 형성한 후, Se 분위기 하에 500℃에서 20분 동안 열처리하여 2㎛의 CIGS계 화합물을 포함하는 광흡수층을 형성하였다. 광흡수층 상에 CdS를 화학용액법(chemical bath deposition: CBD)으로 코팅하여 50nm의 버퍼층을 형성한 후, 후면전극층의 상면이 노출되도록 광흡수층 및 버퍼층의 일부를 바늘 형태의 다이아몬드 팁(tip)을 이용하여 50㎛ 폭으로 스크라이빙하여 제2 스크라이빙 영역을 형성하였다. 버퍼층 상에 RF 스퍼터링 방법으로 코팅하여 70nm의 i형 ZnO박막 및 250nm의 ITO박막을 형성하여 전면전극층을 형성한 후, 후면전극층의 상면이 노출되도록 광흡수층, 버퍼층 및 전면전극층의 일부를 바늘 형태의 Ti계 금속 팁(tip)을 이용하여 50㎛ 폭으로 스크라이빙하여 제3 스크라이빙 영역을 형성함으로써 태양전지를 최종 제조하였다.
실시예
2
유리 기판 상에 5㎜ 간격으로 180㎛ 폭의 홈을 가진 쉐도우 마스크를 형성하여, 4820㎛ 폭의 후면전극 영역과 후면전극 영역들 사이에 형성된 180㎛ 폭의 제1 스크라이빙 영역을 포함하는 후면전극층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하였다.
이때, 제1 스크라이빙 영역의 폭/후면전극 영역의 폭 = 0.037이였다.
실시예
3
유리 기판 상에 5㎜ 간격으로 360㎛ 폭의 홈을 가진 쉐도우 마스크를 형성하여, 4640㎛ 폭의 후면전극 영역과 후면전극 영역들 사이에 형성된 360㎛ 폭의 제1 스크라이빙 영역을 포함하는 후면전극층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하였다.
이때, 제1 스크라이빙 영역의 폭/후면전극 영역의 폭 = 0.078이였다.
비교예
1
유리 기판 상에 5㎜ 간격으로 532nm 레이저 조사를 이용하여 45㎛ 폭으로 스크라이빙하여, 4955㎛ 폭의 후면전극 영역과 후면전극 영역들 사이에 형성된 45㎛ 폭의 제1 스크라이빙 영역을 포함하는 후면전극층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하였다.
이때, 제1 스크라이빙 영역의 폭/후면전극 영역의 폭 = 0.009이였다.
실험예
: 태양전지의 광전변환효율 평가
실시예 1~3 및 비교예 1에 따라 제조된 태양전지의 광전변환효율을 평가하였고, 그 결과는 표 1 및 도 4에 나타내었다.
| 구분 | 광전변환효율 (%) |
| 실시예 1 | 12.42 |
| 실시예 2 | 13.20 |
| 실시예 3 | 13.75 |
| 비교예 1 | 12.35 |
상기 표 1 및 도 4에서 보듯이, 실시예 1~3의 경우, 비교예 1에 비하여 태양전지의 광전변환효율이 월등히 높음을 알 수 있었다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (18)
- 기판;
상기 기판 상에 형성된 후면전극층;
상기 후면전극층 상에 형성된 광흡수층;
상기 광흡수층 상에 형성된 버퍼층; 및
상기 버퍼층 상에 형성된 전면전극층을 포함하고,
상기 후면전극층은 일정 간격 이격되어 배치된 하나 이상의 후면전극 영역과, 상기 후면전극 영역들 사이에 형성된 제1스크라이빙 영역을 포함하고, 하기 수학식 1을 만족하는 태양전지:
[수학식 1]
제1 스크라이빙 영역의 폭/후면전극 영역의 폭 = 0.018.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 스크라이빙 영역의 폭은 100㎛ 내지 5㎜인
태양전지.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 스크라이빙 영역의 폭은 300㎛ 내지 5㎜인
태양전지.
- 제1항에 있어서,
상기 후면전극 영역과 상기 광흡수층이 접촉하는 계면에 형성된 합금층을 추가로 포함하는
태양전지.
- 제4항에 있어서,
상기 합금층은 이셀렌화몰리브덴(MoSe2)을 포함하는
태양전지.
- 제1항에 있어서,
상기 광흡수층은 CIGS계 화합물을 포함하는
태양전지.
- 제1항에 있어서,
상기 광흡수층 및 상기 버퍼층의 소정 영역에 형성된 제2 스크라이빙 영역을 추가로 포함하는
태양전지.
- 제7항에 있어서,
상기 광흡수층, 상기 버퍼층 및 상기 전면전극층의 소정 영역에 형성된 제3 스크라이빙 영역을 추가로 포함하는
태양전지.
- 제8항에 있어서,
하기 수학식 2를 만족하는 태양전지:
[수학식 2]
(후면전극 영역의 폭 - 제2 스크라이빙 영역의 폭 - 제3 스크라이빙 영역의 폭)/(후면전극 영역의 폭 + 제1 스크라이빙 영역의 폭) ≤ 0.9.
- 제8항에 있어서,
상기 제2 스크라이빙 영역의 폭 또는 상기 제3 스크라이빙 영역의 폭은 20㎛ 내지 60㎛인
태양전지.
- 기판 상에 후면전극층이 일정 간격 이격되어 배치된 하나 이상의 후면전극 영역과, 상기 후면전극 영역들 사이에 형성된 제1 스크라이빙 영역을 포함하도록, 제1 스크라이빙하여 후면전극층을 형성하는 단계;
상기 후면전극층 상에 광흡수층 물질을 증착 및 열처리하여 광흡수층을 형성하는 단계;
상기 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및
상기 버퍼층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 하기 수학식 1을 만족하는 태양전지의 제조방법:
[수학식 1]
제1 스크라이빙 영역의 폭/후면전극 영역의 폭 = 0.018.
- 제11항에 있어서,
상기 제1 스크라이빙은 상기 후면전극 영역에 대응되는 홈을 가진 마스크에 의해 수행되는
태양전지의 제조방법.
- 제11항에 있어서,
상기 제1 스크라이빙은 기계적 장치 또는 레이저 장치에 의해 수행되는
태양전지의 제조방법.
- 제11항에 있어서,
상기 광흡수층 물질의 열처리는 Se 분위기하에 수행되는
태양전지의 제조방법.
- 제11항에 있어서,
상기 광흡수층 물질의 열처리는 300℃~600℃에서 10분~1시간 동안 수행되는
태양전지의 제조방법.
- 제11항에 있어서,
상기 버퍼층의 형성 후, 상기 광흡수층 및 상기 버퍼층의 소정 영역을 제2 크라이빙하는 단계를 추가로 포함하는
태양전지의 제조방법.
- 제11항에 있어서,
상기 전면전극층의 형성 후, 상기 광흡수층, 상기 버퍼층 및 상기 전면전극층의 소정 영역을 제3 스크라이빙하는 단계를 추가로 포함하는
태양전지의 제조방법.
- 제17항에 있어서,
하기 수학식 2를 만족하는 태양전지의 제조방법:
[수학식 2]
(후면전극 영역의 폭 - 제2 스크라이빙 영역의 폭 - 제3 스크라이빙 영역의 폭)/(후면전극 영역의 폭 + 제1 스크라이빙 영역의 폭) ≤ 0.9.
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|---|---|---|---|
| KR1020140044052A KR20150118605A (ko) | 2014-04-14 | 2014-04-14 | 태양 전지 및 이의 제조방법 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR20220140320A (ko) * | 2021-04-09 | 2022-10-18 | 한국과학기술연구원 | 박막태양전지 모듈 |
-
2014
- 2014-04-14 KR KR1020140044052A patent/KR20150118605A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220140320A (ko) * | 2021-04-09 | 2022-10-18 | 한국과학기술연구원 | 박막태양전지 모듈 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |