KR20150119723A - 셀레늄확산방지층을 구비하는 태양전지의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
일 실시 예에 따르는 태양전지의 제조 방법이 제공된다. 상기 태양전지의 제조 방법에 있어서, 기판 상에 후면전극을 형성한다. 상기 후면전극 상에 CI(G)S 전구체 박막을 형성한다. 상기 CI(G)S 전구체 박막을 셀렌화 열처리하여 CI(G)S 광흡수층을 형성한다. 상기 후면전극을 형성하는 공정은 상기 기판 상에 접착층을 형성하는 단계, 상기 접착층 상에 전극물질층을 형성하는 단계, 및 상기 전극물질층 상에 셀레늄확산방지층을 형성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 화합물 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 CI(G)S 광흡수층을 구비하는 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 천연 자원의 연소로부터 기인하는 환경 오염에 대한 우려가 점증하고 있으며, 또한, 향후 천연 자원의 고갈 문제도 대두되면서, 보다 깨끗하면서도 에너지 효율이 높은 대체 에너지를 찾으려는 노력이 계속되고 있다. 이러한 대체 에너지 중 하나가 태양 전지를 이용한 태양광에너지이다.
태양전지는 크게 실리콘 반도체 태양전지, 화합물 태양전지, 그외 신소재 채용 태양전지로 분류되며, 이중 CI(G)S(Cu, Indium (Galium) Selenium)계 광흡수층을 포함하는 태양전지는 찰코파이라이트(Chalcopyrite)계 화합물 태양전지의 분류에 속한다. 찰코파이라이트형 화합물은 구성 성분에 따라 1-3-6족인 CuSe, CuInSe2, CuGaSe2, Cu(In,Ga)Se2, CuInS2, CuGaS2, Cu(In,Ga)S2, CuIn(Se,S)2, CuGa(Se,S)2, Cu(In,Ga)(Se,S)2와 1-2-(4)-6족인 CuAlSe2, CuFeSe2, Cu2CdSe4, Cu2CdSnSe4, Cu2ZnSnSe4 등으로 나뉜다. CI(G)S는 대표적인 1-3-6족 찰코파이라이트형 화합물 반도체로서, 1 eV 이상의 직접 천이형 에너지 밴드갭을 가지고 있고, 높은 광흡수계수(1E5 /cm)를 가지고 있으며, 전기 광학적으로 매우 안정하여 태양전지의 광흡수층으로 이상적인 소재에 해당된다.
화합물 태양전지에서 CI(G)S 광흡수층을 제조하는 방법으로는 다양한 물리화학적 방법이 보고되고 있다. 대표적인 방법으로서, 미국 특허등록 제4,523,051호에 개시되어 있는 바와 같이 진공 하에서 Cu, In, Ga 및 Se를 공증착(co-evaporation)하는 방법에 의해 고효율의 광흡수층을 제조하는 방법이 있다. 다른 방법으로서, Solar Energy 2004, Vol 77, pp749-756 에 개시된 바와 같이, 스퍼터링(sputtering) 또는 증착 등의 방법으로 Cu, In, Ga 막을 형성한 후, 이를 Se이나 H2Se 분위기 하에서 셀렌화(Selenization)하여 대면적의 흡수층을 균일하게 제조하는 방법이 있다. 최근에는 미국 특허공개번호 제2009-0280598호에 개시되는 바와 같이, 제조 원가를 줄이기 위해 비진공 방법으로 Cu2Se와 In2Se3 전구체를 제작하여 열처리하여 CIS 박막을 제조하거나, 미국 특허등록 제6,127,202호에 개시되는 바와 같이, 프린팅(printing) 방식을 사용해서 CI(G)S 박막을 형성시키는 방법이 제안되고 있다.
본 발명의 실시 예는 CI(G)S 전구체 박막을 셀렌화 열처리 진행하여 CI(G)S 광흡수층을 형성할 때, 후면전극과 CI(G)S 광흡수층 사이의 구조적 신뢰성을 향상시키는 방법을 제공한다.
일 측면에 따르는 태양전지의 제조 방법이 제공된다. 상기 태양전지의 제조 방법에 있어서, 기판 상에 후면전극을 형성한다. 상기 후면전극 상에 CI(G)S 전구체 박막을 형성한다. 상기 CI(G)S 전구체 박막을 셀렌화 열처리하여 CI(G)S 광흡수층을 형성한다. 상기 후면전극을 형성하는 공정은 상기 기판 상에 접착층을 형성하는 단계, 상기 접착층 상에 전극물질층을 형성하는 단계, 및 상기 전극물질층 상에 셀레늄확산방지층을 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 후면전극을 형성하는 공정은 스퍼터링법에 의해 진행될 수 있다. 상기 후면전극을 형성하는 공정에 있어서, 상기 기판 상에 상기 접착층으로서의 제1 몰리브덴층을 형성할 수 있다. 상기 제1 몰리브덴층 상에 상기 전극물질층으로서의 제2 몰리브덴층을 형성하되, 상기 제2 몰리브덴층의 형성 공정은 상기 제1 몰데브덴층의 형성 공정보다 상대적으로 저압에서 진행할 수 있다. 또한, 상기 셀레늄확산방지층으로서의 제2 몰리브덴층 상에 제3 몰리브덴층을 형성하되, 상기 제3 몰리브덴층의 형성 공정은 상기 제2 몰리브덴층의 형성 공정보다 상대적으로 고압에서 진행할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 몰리브덴층은 0 초과 50 nm 이하의 두께를 가지며, 상기 제2 몰리브덴층은 300 내지 400 nm의 두께를 가지며, 상기 제3 몰리브덴층은 50 내지 100 nm의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 내지 제3 몰리브덴층 중 상기 제1 몰리브덴층의 결정립 크기가 가장 작고, 상기 제2 몰리브덴층의 결정립 크기가 가장 크도록 형성될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 내지 제3 몰리브덴층 중 상기 제1 몰리브덴층의 형성 공정이 가장 고압에서 진행되며, 상기 제2 몰리브덴층의 형성 공정이 가장 저압에서 진행될 수 있다.
다른 측면에 따르는 태양전지의 제조 방법이 제공된다. 상기 태양전지의 제조 방법에 있어서, 유리기판 상에 접착층으로 기능하는 제1 몰리브덴층을 형성한다. 상기 제1 몰리브덴층 상에 전극물질층으로 기능하는 제2 몰리브덴층을 형성한다. 상기 제2 몰리브덴층 상에 셀레늄확산방지층으로 기능하는 제3 몰리브덴층을 형성한다. 상기 제3 몰리브덴층 상에 CI(G)S 전구체 박막을 형성한다. 상기 CI(G)S 전구체 박막을 셀렌화 열처리하여 CI(G)S 광흡수층을 형성한다. 이때, 상기 제1 내지 제3 몰리브덴층 중 상기 제1 몰리브덴층의 형성 공정이 가장 고압에서 진행되며, 상기 제2 몰리브덴층의 형성 공정이 가장 저압에서 진행된다.
또다른 측면에 따르는 태양전지가 개시된다. 상기 태양전지는 유리기판 상에 배치되고 후면 전극,및 상기 제3 몰리브덴층 상에 배치되는 CI(G)S 광흡수층를 포함한다. 상기 후면 전극은 서로 다른 결정립 크기를 가지는 복수의 몰리브덴층을 구비한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 셀레늄확산방지층을 포함하도록 후면전극을 형성함으로써, CI(G)S 전구체 박막의 셀렌화 열처리 진행시, 과량의 셀렌이 상기 후면전극과 반응하여 과도한 반응생성물이 생성되는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 후면전극이 손상되는 것을 방지하여 태양전지의 구조적 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 접착층, 전극물질층, 및 셀레늄확산방지층을 포함하는 후면 전극을 제시하되, 상기 전극물질층과 상기 셀레늄확산방지층으로서 동일한 재질의 전도층을 적용할 수 있다. 이로써, 셀레늄확산방지층 형성 공정을 단순화할 수 있다, 또한, 상기 전극물질층과 상기 셀레늄확산방지층의 형성 공정을 인시츄(in-situ) 연속 공정으로 진행할 수 있어, 전극물질층과 셀레늄확산방지층 사이의 계면특성을 향상시킬 수 있다. 추가로, 기판과 전극물질층 사이의 접착층도 상기 전극물질층 및 셀레늄확산방지층과 동일한 재질로 형성함으로써, 계면의 구조적 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.
상술한 발명의 효과는 본 발명의 일 실시 예의 구성으로부터 도출되는 다양한 효과 중 어느 하나를 예시하는 것이며, 제시하는 실시예의 구성으로부터 자명하게 도출될 수 있는 다른 다양한 효과를 배제하는 것은 아니다.
도 1a는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 태양전지의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 태양전지의 후면전극 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 후면전극의 접착층, 전극물질층 및 셀레늄확산방지층의 조직 구조를 나타내는 전자현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 셀레늄확산방지층의 적용 여부에 따르는 태양전지의 신뢰성을 비교하는 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 비교 예로서, 후면전극의 셀레늄 열처리 전후의 조직 변화를 나타내는 전자현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예로서, 후면전극의 셀레늄 열처리 전후의 조직 변화를 나타내는 전자현미경 사진이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 태양전지의 후면전극 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 후면전극의 접착층, 전극물질층 및 셀레늄확산방지층의 조직 구조를 나타내는 전자현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 셀레늄확산방지층의 적용 여부에 따르는 태양전지의 신뢰성을 비교하는 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 비교 예로서, 후면전극의 셀레늄 열처리 전후의 조직 변화를 나타내는 전자현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예로서, 후면전극의 셀레늄 열처리 전후의 조직 변화를 나타내는 전자현미경 사진이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 개시의 실시 예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 개시에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면에서 각 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다.
본 명세서에서 일 요소가 다른 요소 '위' 또는 '아래'에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 '위' 또는 '아래'에 바로 위치하거나또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. 본 명세서에서, '상부' 또는 '하부' 라는 용어는 관찰자의 시점에서 설정된 상대적인 개념으로, 관찰자의 시점이 달라지면, '상부' 가 '하부'를 의미할 수도 있고, '하부'가 '상부'를 의미할 수도 있다.
복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다. 또, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 기술되는특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 있어서, 'CI(G)S'라 하면, 'CIS' 또는 'CIGS' 계 화합물 반도체를 통칭하는 개념으로서, 구리(Cu), 인듐(Indium) 및 셀레늄(Selenium)을 구성원소로서 포함하는 찰코파이라이트(Chalcopyrite)계 화합물 반도체 또는 구리(Cu), 인듐(Indium), 갈륨(Gallium) 및 셀레늄(Selenium)을 구성원소로서 포함하는 찰코파이라이트(Chalcopyrite)계 화합물 반도체를 의미할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 태양전지의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다. 도 1b는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 태양전지의 후면전극 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다. 도 1c는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 태양전지의 적층 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1a의 110 단계를 참조하면, 기판 상에 후면전극을 형성한다. 상기 기판은 일 예로서, 유리 기판일 수 있다. 상기 유리 기판은 소다회 유리로 제조될 수 있다. 다른 예로서, 기판은 세라믹 기판, 금속 기판 또는 고분자 기판일 수 있다. 상기 세라믹 기판은 알루미나 등을 포함할 수 있고, 상기 금속 기판은 스테인레스 스틸, 구리 등의 금속 재질을 포함할 수 있다. 고분자 기판은 일 예로서 폴리이미드 등과 같은 유연성 재질을 포함할 수 있다.
상기 후면전극은 상기 기판과의 열팽창률 계수가 유사하며, 상기 기판과의 점착성이 우수한 전도성 재질로 제조될 수 있다. 또한, 상기 후면 전극은 낮은 비저항 및 CIGS 광흡수층과의 저항성 접합(ohmic contact)을 이루는 재질로 이루어질 수 있다. 상기 후면전극의 형성방법은 이하의 도 1b의 순서도를 통해 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
120 단계를 참조하면, 상기 후면전극 상에 CI(G)S 전구체 박막을 형성한다. 상기 CI(G)S 전구체 박막은 동시 증발법, 스퍼터링법, 코팅법, 인쇄법, 전기도금법 등에 의해 형성될 수 있다.
일 실시 예로서, 동시 증발법에 의해, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se)을 열증발원을 이용하여 증발시켜 상기 후면전극 상에 CIGS 전구체 박막을 형성할 수 있다. 또는, 셀레늄(Se)이 제외된 CIG 전구체 박막을 형성할 수도 있다. 다른 실시 예로서, 스퍼터링법에 의해, 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)의 CIG 전구체 박막을 형성하거나, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se)의 CIGS 전구체 박막을 형성할 수 있다. 또다른 실시 예로서, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)이 용매에 분산된 잉크 또는 페이스트를 제조하고, 이를 이용하여 코팅법 또는 인쇄법을 수행하여 상기 후면전극 상에 CIGS 전구체 박막으로 형성할 수 있다. 또다른 실시 예로서, 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se)을 포함하는 잉크 또는 페이스트를 제조하고 이를 이용하는 코팅법 또는 인쇄법을 수행하여 IGS 전구체 박막을 먼저 형성한다. 이어서, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se)을 포함하는 잉크를 이용하는 코팅법 또는 인쇄법에 의해 CIGS 전구체 박막을 상기 IGS 전구체 박막 상에 형성한다. 그결과, IGS 전구체 박막 및 CIGS 전구체 박막이 적층된 전구체 박막 구조를 형성할 수 있다. 또다른 실시 예로서, 공지의 전기도금법을 진행하여, 상기 후면전극 상에 CIGS 전구체 박막을 형성할 수도 있다.
130 단계를 참조하면, CI(G)S 전구체 박막을 셀렌화 열처리하여 CI(G)S 광흡수층을 형성한다. 일 실시 예에 있어서, 셀렌화 열처리는 하이드라이드 가스(H2Se) 분위기 또는 셀레늄(Se) 증기 분위기에서, 약 400 ℃ 내지 600℃의 온도에서 진행될 수 있다. 공정 시간은 약 1분 내지 약 30분으로 진행될 수 있다. 셀렌화 열처리는 CI(G)S 전구체 박막을 결정화시키며, CI(G)S 흡수층의 구성원소간 조성을 제어할 수 있다. 일 예로서, CIGS 전구체 박막을 적용할 경우, 상기 셀렌화 열처리는 광흡수 효율을 증가시키는 조성으로서, Cu/(Ga+In)<1.0 및 Ga/(Ga+In)~ 0.3으로 CIGS 흡수층의 조성을 제어할 수 있다.
도시되지는 않았지만, 상기 광흡수층의 형성 이후에, 황화카드늄(CdS) 버퍼층, 윈도우층을 형성할 수 있다. 상술한 황화카드늄(CdS) 버퍼층은 공지의 화학적 용액 성장법(Chemical Bath Deposition)으로 형성할 수 있으며, 상기 윈도우층은 일 예로서, 도핑된 산화아연(ZnO)층, 또는 ITO층 등을 공지의 스퍼터링 또는 화학기상증착법 등으로 형성할 수 있다.
아울러, 상기 윈도우층 상에 반사방지층을 추가로 형성할 수 있다. 상기 반사방지층은 일 예로서, 전자선 증착법(E-beam deposition)을 이용하여 플루오르화마그네슘(MgF2) 등으로부터 형성될 수 있다. 상기 반사방지층 상에는 그리드 전극층이 형성될 수 있다. 상기 그리드 전극층은 일 예로서, 전자선 증착법을 이용하여, 알루니늄(Al)의 단일층 또는 니켈(Ni)/알루미늄(Al)의 이중층으로 형성될 수 있다.
한편, 발명자는 상술한 셀렌화 열처리 시에 CI(G)S 전구체 박막으로 과량의 셀렌이 공급되는 경우, 상기 셀렌이 상기 후면전극과 반응하여 과도한 반응생성물이 생성될 수 있음을 발견하였다. 구체적인 일 예로서, 유리 기판 상에 후면전극으로서 몰리브덴층이 형성되는 경우, 셀렌화 열처리시에 몰리브덴과 셀레늄의 반응에 의해 이셀레니드몰리브덴(MoSe2)층이 과도하게 형성되는 현상이 발생할 수 있다. 상술한 현상이 발생하는 경우, CIGS 광흡수층과 인접하는 상기 후면전극이 손상되고 태양전지의 구조적 신뢰성이 저하될 수 있다.
본 발명의 발명자는 상술한 문제점을 극복하기 위해서, 후술하는 바와 같이, 접착층, 전극물질층 및 셀레늄확산방지층이 순차적으로 적층되는 후면전극 및 이의 제조 방법을 제안한다.
도 1b의 121 단계 및 도 1c를 참조하면, 기판(110) 상에 접착층(122)을 형성한다. 접착층(122)은 일 예로서, 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 기판(122)이 유리기판일 때, 접착층(122)은 제1 몰리브덴층일 수 있다. 상기 제1 몰리브덴층을 형성하는 공정은 일 예로서, 스퍼터링법에 의해 수행될 수 있다. 상기 제1 몰리브덴층은 0 초과 약 50 nm 이하의 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 상기 제1 몰리브덴층은, 상기 유리 기판과의 관계에서 접착성이 우수하도록 형성될 수 있다. 상기 제1 몰리브덴층은 일 예로서, 약 5 내지 약 30 mTorr의 공정 압력에서 형성될 수 있다. 상기 제1 몰리브덴층은 일 예로서, 약 20 nm 이하의 결정립 크기를 가질 수 있다.
도 1b의 122 단계 및 도 1c를 참조하면, 접착층(122) 상에 전극물질층(124)을 형성한다. 전극물질층(124)은 일 예로서, 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전극물질층(124)은 제2 몰리브덴층일 수 있다. 상기 제2 몰리브덴층은 상기 제1 몰리브덴층보다 낮은 저항을 가질 수 있다.
상기 제2 몰리브덴층을 형성하는 공정은 일 예로서, 스퍼터링법에 의해 수행될 수 있다. 상기 제2 몰리브덴층은 약 300 초과 약 400 nm의 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 상기 제2 몰리브덴층은, 낮은 저항을 가지도록 충분히 성장된 결정립을 가질 수 있다. 상기 제2 몰리브덴층은 일 예로서, 약 20 nm 내지 300 nm의 결정립 크기를 가질 수 있다. 상기 제2 몰리브덴층은 일 예로서, 약 0.01 내지 약 30 mTorr의 공정 압력에서 형성될 수 있다. 다만, 상기 제2 몰리브덴층의 형성 공정은 상기 제1 몰리브덴층의 형성 공정보다 낮은 압력에서 진행될 수 있다.
도 1b의 123 단계 및 도 1c를 참조하면, 전극물질층(124) 상에 셀레늄확산방지층(126)을 형성한다. 셀레늄확산방지층(126)은 일 예로서, 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 셀레늄확산방지층(126)은 제3 몰리브덴층일 수 있다. 상기 제3 몰리브덴층을 형성하는 공정은 일 예로서, 스퍼터링법에 의해 수행될 수 있다. 상기 제3 몰리브덴층은 일 예로서 약 50 내지 100 nm의 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 상기 제3 몰리브덴층은 셀레늄 열처리시에, CI(G)S 전구체 박막층을 통과하여 유입되는 셀레늄이 하부의 제2 몰리브덴층으로 확산되는 것을 억제하는 기능을 수행한다. 상기 제3 몰리브덴층은 셀레늄 원소의 확산을 억제할 수 있는 정도의 조밀한 조직 구조를 가질 수 있다. 상기 제3 몰리브덴층은 일 예로서, 약 20 내지 300 nm의 결정립 크기를 가질 수 있다. 상기 제3 몰리브덴층은 일 예로서, 약 5 내지 약 30 mTorr의 공정 압력에서 형성될 수 있다. 다만, 상기 제3 몰리브덴층의 형성 공정은 상기 제2 몰리브덴층의 형성 공정보다 높은 압력에서 진행될 수 있다.
상술한 바와 같이, 일 실시 예에 따르는 후면 전극(120)은 유리 기판(110) 상에 형성되는 접착층(122)으로서의 제1 몰리브덴층, 전극물질층(124)으로서의 제2 몰리브덴층 및 셀레늄확산방지층(126)으로서의 제3 몰리브덴층을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 몰리브덴층은 스퍼터링법에 의해 형성될 수 있으며, 이때, 상기 제2 몰리브덴층의 형성 공정은 상기 제1 몰리브덴층의 형성 공정보다 저압에서 진행될 수 있으며, 제3 몰리브덴층의 형성 공정은 상기 제2 몰리브덴층의 형성 공정보다 고압에서 진행될 수 있다. 보다 구체적인 실시 예에 있어서, 상기 제1 몰리브덴층은 상대적으로 가장 높은 공정 압력에서 형성될 수 있으며, 상기 제2 몰리브덴층은 상대적으로 가장 낮은 공정 압력에서 가장 두껍게 형성될 수 있다.
결과적으로, 결정립이 상대적으로 가장 작게 형성되는 상기 제1 몰리브덴층은 상기 기판과의 접착력을 향상시킬 수 있으며, 결정립이 상대적으로 가장 크게 형성되는 상기 제2 몰리브덴층은 상대적으로 가장 낮은 저항 값을 가질 수 있다. 상기 제3 몰리브덴층은 상기 제2 몰리브덴층에 비하여 결정립의 크기가 작으며 보다 조밀하게 형성될 수 있다. 이로써, 셀렌화 열처리시 외부로부터 주입되는 셀레늄의 확산을 효과적으로 차단하여, 상기 제2 몰리브덴층과 상기 셀레늄과의 과도한 반응을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 후면전극의 접착층, 전극물질층 및 셀레늄확산방지층의 조직 구조를 나타내는 전자현미경 사진이다. 구체적으로, 도 2의 (a)는 후면전극의 접착층의 조직 구조를 나타내며, 도 2의 (b)는 후면전극의 전극물질층의 조직 구조를 나타내며, 도 2의 (c)는 후면전극의 셀레늄확산방지층의 조직 구조를 나타낸다. 상기 접착층, 전극물질층 및 상기 셀레늄확산방지층은 스퍼터링법에 의해 각각 형성되는 제1 몰리브덴층, 제2 몰리브덴층 및 제3 몰리브덴층일 수 있다.
도 2의 (a)를 참조하면, 상기 접착층은 약 20nm의 이하의 결정립을 가지는 미세 결정질 구조일 수 있다. 상기 접착층으로 기능하는 제1 몰리브덴층의 형성 공정은 일 예로서, 공정압력 10mTorr, 출력 0.9 kW의 조건에서 스퍼터링법에 의해 진행될 수 있다. 접착층의 두께는 약 50 nm일 수 있다.
도 2의 (b)를 참조하면, 상기 제2 몰리브덴층은 약 200 nm 내지 300 nm의 길이를 가지는 결정립을 구비할 수 있다. 제2 몰리브덴층의 형성공정은 일 예로서, 공정압력 0.01 mTorr, 출력 1.7 kW의 조건에서 스퍼터링법에 의해 진행될 수 있다. 제2 몰리브덴층의 두께는 약 350 nm일 수 있다.
도 2의 (c)를 참조하면, 상기 제3 몰리브덴층은 상기 제2 몰리브덴층보다 작은 결정립을 구비할 수 있다. 상기 제3 몰리브덴층은 약 100 내지 200 nm의 길이를 가지는 결정립을 구비할 수 있다. 제3 몰리브덴층의 형성공정은 일 예로서, 공정압력 5 mTorr, 출력 1.7 kW의 조건에서 스퍼터링법에 의해 진행될 수 있다. 제3 몰리브덴층의 두께는 약 50 nm일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 셀레늄확산방지층의 적용 여부에 따르는 태양전지의 신뢰성을 비교하는 사진이다. 도 3의 (a)는 일 비교 예로서, 유리기판 상에 몰리브덴 단일층 및 CI(G)S 전구체를 형성한 후에, 셀레늄 열처리를 진행한 후의 결과이며, 도 3의 (b)는 일 실시 예로서, 유리기판 상에 상기 제1 몰리브덴층, 상기 제2 몰리브덴층 및 상기 제3 몰리브덴층을 구비하는 후면전극 및 CI(G)S 전구체를 형성한 후에, 셀레늄 열처리를 진행한 후의 결과이다. 이때, 일 비교예의 몰리브덴 단일층은 일 실시 예의 제2 몰리브덴층과 동일한 공정조건에서 증착된다.
도 3의 (a)를 참조하면, 'A'로 지시되는 부분은 박막이 박리되어 유리기판이 노출되는 부분이다. 셀레늄 열처리시에 과량의 셀레늄이 몰리브덴과 결합하여 이셀레니드몰리브덴(MoSe2)이 형성될 수 있으며, 형성된 이셀레니드몰리브덴은 상기 유리기판과 접착력이 불량해질 수 있다. 'A'로 지시되는 부분은 이셀레니드몰리브덴 및 이셀레니드몰리브덴층 상부의 CI(G)S 광흡수층이 상기 유리기판으로부터 국부적으로 박리된 부분이다.
이와 대비하여, 도 3의 (b)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 접착층, 전극물질층, 셀레늄확산방지층으로 각각 기능하는 제1 몰리브덴층, 제2 몰리브덴층 및 제3 몰리브덴층을 형성하는 경우, 셀레늄 열처리후에도, 박막의 벗겨짐(peeling) 현상이 관찰되지 않는다. 태양전지의 구조적 신뢰성이 향상된 것을 나타내고 있다.
도 4는 본 발명의 일 비교 예로서, 후면전극의 셀레늄 열처리 전후의 조직 변화를 나타내는 전자현미경 사진이다. 도 5는 본 발명의 일 실시 예로서, 후면전극의 셀레늄 열처리 전후의 조직 변화를 나타내는 전자현미경 사진이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 셀레늄 열처리 전에 유리기판 상에 형성되는 전극물질층인 몰리브덴층은 480 nm 이나, 도 4의 (b)에서, 셀레늄 열처리 후에, 상기 몰리브덴층은 적어도 일부분이 이셀레니드몰리브덴으로 변환되면서 전체 두게가 940 nm으로 증가되었다.
도 5의 (a)를 참조하면, 셀레늄 열처리 전에 유리기판 상에 형성되는 접착층, 전극물질층 및 셀레늄확산방지층의 합산 두께는 560 nm 이다. 이때, 접착층, 전극물질층 및 셀레늄확산방지층의 형성 공정은 도 2의 (a) 내지 (c)인 구성을 따를 수 있다. 본 실시예의 전극물질층의 조직은 도 4의 일 비교 예의 전극물질층의 조직과 동일하다.
도 5의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 실시 예의 경우, 셀레늄 열처리 전후로 약 30 nm의 두께가 증가함으로써, 도 4의 일 비교예와 대비하여, 열적 구조적 안정성이 향상되었음을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 출원의 실시 형태들을 도면들을 예시하며 설명하지만, 이는 본 출원에서 제시하고자 하는 바를 설명하기 위한 것이며, 세밀하게 제시된 형상으로 본 출원에서 제시하고자 하는 바를 한정하고자 한 것은 아니다. 본 출원에서 제시한 기술적 사상이 반영되는 한 다양한 다른 변형예들이 가능할 것이다.
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Claims (18)
- 기판 상에 후면전극을 형성하는 단계;
상기 후면전극 상에 CI(G)S 전구체 박막을 형성하는 단계; 및
상기 CI(G)S 전구체 박막을 셀렌화 열처리하여 CI(G)S 광흡수층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 후면전극을 형성하는 단계는
상기 기판 상에 접착층을 형성하는 단계;
상기 접착층 상에 전극물질층을 형성하는 단계; 및
상기 전극물질층 상에 셀레늄확산방지층을 형성하는 단계를 포함하는
태양전지의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 후면전극을 형성하는 단계는
스퍼터링법에 의해 진행하되,
상기 기판 상에 상기 접착층으로서의 제1 몰리브덴층을 형성하는 단계;
상기 제1 몰리브덴층 상에 상기 전극물질층으로서의 제2 몰리브덴층을 형성하되, 상기 제2 몰리브덴층의 형성 공정은 상기 제1 몰데브덴층의 형성 공정보다 상대적으로 저압에서 진행하는 단계; 및
상기 제2 몰리브덴층 상에 상기 셀레늄확산방지층으로서의 제3 몰리브덴층을 형성하되, 상기 제3 몰리브덴층의 형성 공정은 상기 제2 몰리브덴층의 형성 공정보다 상대적으로 고압에서 진행하는 단계를 포함하는
태양전지의 제조 방법.
- 제2 항에 있어서,
상기 제1 몰리브덴층은 0 초과 50 nm 이하의 두께를 가지며,
상기 제2 몰리브덴층은 300 내지 400 nm의 두께를 가지며,
상기 제3 몰리브덴층은 50 내지 100 nm의 두께를 가지도록 형성되는
태양전지의 제조 방법.
- 제2 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 몰리브덴층 중 상기 제1 몰리브덴층의 결정립 크기가 가장 작고, 상기 제2 몰리브덴층의 결정립 크기가 가장 크도록 형성되는
태양전지의 제조 방법.
- 제2 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 몰리브덴층 중 상기 제1 몰리브덴층의 형성 공정이 가장 고압에서 진행되며, 상기 제2 몰리브덴층의 형성 공정이 가장 저압에서 진행되는
태양전지의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 CI(G)S 전구체 박막을 형성하는 단계는
동시 증발법, 스퍼터링법, 코팅법 및 인쇄법으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나를 포함하는
태양전지의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 셀렌화 열처리 단계는
상기 CI(G)S 전구체 박막을 결정화하는 단계를 포함하고,
셀렌 분위기에서 400 내지 600℃ 온도에서 진행되는
태양전지의 제조 방법.
- 유리기판 상에 접착층으로 기능하는 제1 몰리브덴층을 형성하는 단계;
상기 제1 몰리브덴층 상에 전극물질층으로 기능하는 제2 몰리브덴층을 형성하는 단계;
상기 제2 몰리브덴층 상에 셀레늄확산방지층으로 기능하는 제3 몰리브덴층을 형성하는 단계;
상기 제3 몰리브덴층 상에 CI(G)S 전구체 박막을 형성하는 단계; 및
상기 CI(G)S 전구체 박막을 셀렌화 열처리하여 CI(G)S 광흡수층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제1 내지 제3 몰리브덴층 중 상기 제1 몰리브덴층의 형성 공정이 가장 고압에서 진행되며, 상기 제2 몰리브덴층의 형성 공정이 가장 저압에서 진행되는
태양전지의 제조 방법.
- 제8 항에 있어서,
상기 제1 몰리브덴층은 0 초과 50 nm 이하의 두께를 가지며,
상기 제2 몰리브덴층은 300 내지 400 nm의 두께를 가지며,
상기 제3 몰리브덴층은 50 내지 100 nm의 두께를 가지도록 형성되는
태양전지의 제조 방법.
- 제8 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 몰리브덴층 중 상기 제1 몰리브덴층의 결정립 크기가 가장 작고, 상기 제2 몰리브덴층의 결정립 크기가 가장 크도록 형성되는
태양전지의 제조 방법.
- 제8 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 몰리브덴층은 각각 스퍼터링법에 의해 형성되는
태양전지의 제조 방법.
- 제8 항에 있어서,
CI(G)S 전구체 박막을 형성하는 단계는
동시 증발법, 스퍼터링법, 코팅법 및 인쇄법으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나를 포함하는
태양전지의 제조 방법.
- 제8 항에 있어서,
상기 셀렌화 열처리 단계는
상기 CI(G)S 전구체 박막을 결정화하는 단계를 포함하고,
셀렌 분위기에서 400 내지 600℃ 온도에서 진행되는
태양전지의 제조 방법.
- 유리기판 상에 배치되고 후면 전극; 및
상기 제3 몰리브덴층 상에 배치되는 CI(G)S 광흡수층를 포함하되,
상기 후면 전극은 서로 다른 결정립 크기를 가지는 복수의 몰리브덴층을 구비하는
태양전지.
- 제14 항에 있어서,
상기 복수의 몰리브덴층은
상기 유리 기판과의 접합층으로 기능하는 제1 몰리브덴층;
상기 제1 몰리브덴층 상에 배치되며 전극물질층으로 기능하는 제2 몰리브덴층; 및
상기 제2 몰리브덴층 상에 배치되고 셀레늄확산방지층으로 기능하는 제3 몰리브덴층을 포함하는
태양 전지. - 제15 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 몰리브덴층 중에서
상기 제1 내지 제3 몰리브덴층 중 상기 제1 몰리브덴층의 결정립 크기가 가장 작고, 상기 제2 몰리브덴층의 결정립 크기가 가장 큰
태양전지.
- 제15 항에 있어서,
상기 제1 몰리브덴층은 0 초과 50 nm 이하의 두께를 가지며,
상기 제2 몰리브덴층은 300 내지 400 nm의 두께를 가지며,
상기 제3 몰리브덴층은 50 내지 100 nm의 두께를 가지도록 형성되는
태양 전지.
- 제14 항에 있어서,
상기 CI(G)S 광흡수층 상에 배치되는 버퍼층, 윈도우층 및 반사방지층을 더 포함하는
태양전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140045499A KR20150119723A (ko) | 2014-04-16 | 2014-04-16 | 셀레늄확산방지층을 구비하는 태양전지의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140045499A KR20150119723A (ko) | 2014-04-16 | 2014-04-16 | 셀레늄확산방지층을 구비하는 태양전지의 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150119723A true KR20150119723A (ko) | 2015-10-26 |
Family
ID=54428080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140045499A KR20150119723A (ko) | 2014-04-16 | 2014-04-16 | 셀레늄확산방지층을 구비하는 태양전지의 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20150119723A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200097118A (ko) * | 2019-02-07 | 2020-08-18 | (주)제이비에이치 | Ｃｉｇｓ 박막 태양전지 제조방법 |
-
2014
- 2014-04-16 KR KR1020140045499A patent/KR20150119723A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200097118A (ko) * | 2019-02-07 | 2020-08-18 | (주)제이비에이치 | Ｃｉｇｓ 박막 태양전지 제조방법 |
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