KR20150121748A - Solar cell comprising buffer layer formed by atomic layer deposition and method of fabricating the same - Google Patents

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KR20150121748A
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Abstract

The present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof. The method for manufacturing the solar cell includes the steps of: (a) forming a rear electrode layer on a substrate; (b) forming a light absorption layer on the rear electrode layer; (c) processing the surface of an oxide film of a light absorption layer formed by exposing the light absorption layer with a cleaning solution; (d) forming the buffer layer on the oxide film of the light absorption layer whose surface is processed by an atomic layer deposition method; and (e) forming a front electrode layer on the buffer layer.

Description

원자층 증착법으로 형성된 버퍼층을 포함하는 태양전지 및 이의 제조방법{SOLAR CELL COMPRISING BUFFER LAYER FORMED BY ATOMIC LAYER DEPOSITION AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a solar cell including a buffer layer formed by atomic layer deposition, and a method of manufacturing the solar cell.

본 발명은 원자층 증착법으로 형성된 버퍼층을 포함하는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a solar cell including a buffer layer formed by an atomic layer deposition method and a manufacturing method thereof.

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.Recently, as a part of the development of new and renewable energy to reduce carbon emissions according to environmental regulations, solar cells that can convert electricity from solar energy into electric energy, which can generate electric power easily, have attracted attention.

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.Such a solar cell is fabricated using a single crystal or polycrystalline silicon wafer, but monocrystalline silicon is generally used most widely in the field of large-scale power generation systems because of its highest photoelectric conversion efficiency. However, such a monocrystalline silicon is uneconomical because of its complicated manufacturing process and high price.

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.Accordingly, although a method of manufacturing a solar cell using polycrystalline silicon using a low-grade silicon wafer has been developed although it is relatively inefficient, it is currently being used in power generation systems for residential use. However, this process is also complicated and the price of raw materials is rising due to the recent surge in silicon prices, which limits the cost of manufacturing solar cells.

이에 따라, 최근에는 이를 극복하기 위한 박막형 태양전지로서, 다중접합구조의 비정질 실리콘을 사용하는 방법과, 칼코게나이드계 화합물 등의 화합물 반도체를 사용하는 방법이 개발되고 있다.
Accordingly, recently, as a thin film solar cell for overcoming this problem, a method of using amorphous silicon having a multi-junction structure and a method of using a compound semiconductor such as a chalcogenide compound have been developed.

본 발명은 (a) 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; (b) 상기 후면전극층 상에 광흡수층을 형성하는 단계; (c) 상기 광흡수층이 노출되어 형성된 광흡수층 산화막 표면을 세정 용액으로 처리하는 단계; (d) 상기 표면 처리된 광흡수층 산화막 상에 버퍼층을 원자층 증착법으로 형성하는 단계; 및 (e) 상기 버퍼층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법 등을 제공하고자 한다.(A) forming a rear electrode layer on a substrate; (b) forming a light absorption layer on the rear electrode layer; (c) treating the surface of the light absorption layer formed by exposing the light absorption layer with a cleaning solution; (d) forming a buffer layer on the surface-treated light absorption layer oxide film by atomic layer deposition; And (e) forming a front electrode layer on the buffer layer.

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.
However, the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명은 (a) 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; (b) 상기 후면전극층 상에 광흡수층을 형성하는 단계; (c) 상기 광흡수층이 노출되어 형성된 광흡수층 산화막 표면을 세정 용액으로 처리하는 단계; (d) 상기 표면 처리된 광흡수층 산화막 상에 버퍼층을 원자층 증착법으로 형성하는 단계; 및 (e) 상기 버퍼층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법을 제공한다. (A) forming a rear electrode layer on a substrate; (b) forming a light absorption layer on the rear electrode layer; (c) treating the surface of the light absorption layer formed by exposing the light absorption layer with a cleaning solution; (d) forming a buffer layer on the surface-treated light absorption layer oxide film by atomic layer deposition; And (e) forming a front electrode layer on the buffer layer.

상기 (b) 단계에서 광흡수층은 CuInS2(CIS), CuGaS2(CGS), CuInSe2(CISe), CuGaSe2(CGSe), CuAlSe2(CASe), CuInTe2(CITe), CuGaTe2(CGTe), Cu(In, Ga)S2(CIGS), Cu(In, Ga)Se2(CIGSe), Cu2ZnSnS4(CZTS) 및 CdTe로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 칼코게나이드계 화합물을 포함할 수 있다.A light absorbing layer in the step (b) is CuInS 2 (CIS), CuGaS 2 (CGS), CuInSe 2 (CISe), CuGaSe 2 (CGSe), CuAlSe 2 (CASe), CuInTe 2 (CITe), CuGaTe 2 (CGTe) , At least one chalcogenide compound selected from the group consisting of Cu (In, Ga) S 2 (CIGS), Cu (In, Ga) Se 2 (CIGSe), Cu 2 ZnSnS 4 have.

상기 (c) 단계에서 세정 용액은 NH4OH, HNO3, HCl, H2SO4, NH4F, HF, H2O2, CdSO4, KCN 및 DI-water로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.In the step (c), the cleaning solution may be at least one selected from the group consisting of NH 4 OH, HNO 3 , HCl, H 2 SO 4 , NH 4 F, HF, H 2 O 2 , CdSO 4 , KCN and DI- have.

상기 (c) 단계에서 세정 용액은 NH4OH, HNO3, HCl, H2SO4, NH4F, HF, H2O2, CdSO4 및 KCN으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 DI-water에 희석한 것일 수 있다.In the step (c), the cleaning solution may contain at least one selected from the group consisting of NH 4 OH, HNO 3 , HCl, H 2 SO 4 , NH 4 F, HF, H 2 O 2 , CdSO 4 , It may be diluted.

상기 세정 용액은 DI-water로 5배 내지 300배 희석될 수 있다.The cleaning solution may be diluted 5 to 300 times with DI water.

상기 (c) 단계에서 광흡수층 산화막 표면의 처리는 25℃ 내지 120℃의 온도에서 수행될 수 있다.In the step (c), the treatment of the surface of the light absorption layer oxide film may be performed at a temperature of 25 ° C to 120 ° C.

상기 (d) 단계에서 표면 처리된 광흡수층 산화막의 O 함량은 5 at% 내지 50 at%일 수 있다.The O content of the light absorption layer oxide film surface-treated in the step (d) may be 5 at% to 50 at%.

상기 (d) 단계에서 표면 처리된 광흡수층 산화막의 두께는 10㎚이하일 수 있다.The thickness of the light absorption layer oxide film surface-treated in the step (d) may be 10 nm or less.

상기 (d) 단계에서 버퍼층은 Cd-free 버퍼층일 수 있다.In the step (d), the buffer layer may be a Cd-free buffer layer.

상기 (d) 단계에서 버퍼층은 Zn, S, Zn, O의 원자층이 반복 적층된 것일 수 있다.In the step (d), the buffer layer may be a layer in which atomic layers of Zn, S, Zn, and O are repeatedly stacked.

상기 (d) 단계에서 버퍼층의 밴드갭 에너지는 3.2 eV 내지 3.6eV일 수 있다.In the step (d), the band gap energy of the buffer layer may be 3.2 eV to 3.6 eV.

상기 (d) 단계에서 버퍼층의 두께는 3nm내지 100nm일 수 있다. In the step (d), the thickness of the buffer layer may be 3 nm to 100 nm.

본 발명의 일 구현예로, 기판; 상기 기판 상에 형성된 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 형성된 광흡수층; 상기 광흡수층 상에 원자층 증착법으로 형성된 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 형성된 전면전극층을 포함하고, 상기 광흡수층과 상기 버퍼층 사이에 형성된 표면 처리된 광흡수층 산화막의 O 함량은 5 at% 내지 50 at%인 태양전지를 제공한다.In one embodiment of the present invention, a substrate comprises: a substrate; A rear electrode layer formed on the substrate; A light absorbing layer formed on the rear electrode layer; A buffer layer formed on the light absorption layer by atomic layer deposition; And a front electrode layer formed on the buffer layer, wherein an O content of the surface-treated light absorption layer oxide film formed between the light absorption layer and the buffer layer is 5 at% to 50 at%.

본 발명의 다른 구현예로, 기판; 상기 기판 상에 형성된 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 형성된 광흡수층; 상기 광흡수층 상에 원자층 증착법으로 형성된 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 형성된 전면전극층을 포함하고, 상기 광흡수층과 상기 버퍼층 사이에 형성된 표면 처리된 광흡수층 산화막의 두께가 10㎚이하인 태양전지를 제공한다.
In another embodiment of the present invention, there is provided a lithographic apparatus comprising: a substrate; A rear electrode layer formed on the substrate; A light absorbing layer formed on the rear electrode layer; A buffer layer formed on the light absorption layer by atomic layer deposition; And a front electrode layer formed on the buffer layer, wherein a surface-treated light absorption layer oxide film formed between the light absorption layer and the buffer layer has a thickness of 10 nm or less.

본 발명에 따른 태양전지는 버퍼층을 원자층 증착법으로 형성하기 전, 광흡수층이 노출되어 형성된 광흡수층 산화막 표면을 세정 용액으로 처리함으로써, 광흡수층 산화막을 전부 제거하거나, 세정 용액으로 표면 처리된 광흡수층 산화막의 두께를 10㎚이하, 바람직하게는 3㎚이하로 유지할 수 있고, 광흡수층의 결함을 방지할 수 있으며, Na이 버퍼층으로 확산되는 것을 방지할 수 있어, 태양전지의 성능을 개선시켜 태양전지의 광전변환효율을 높일 수 있다.
In the solar cell according to the present invention, before the buffer layer is formed by the atomic layer deposition method, the surface of the light absorption layer oxide formed by exposing the light absorption layer is treated with the cleaning solution to completely remove the light absorption layer oxide film, It is possible to maintain the thickness of the oxide film to 10 nm or less, preferably 3 nm or less, to prevent defects in the light absorption layer, to prevent Na from diffusing into the buffer layer, Can be increased.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 원자층 증착법으로 형성된 버퍼층을 포함하는 태양전지의 제조방법을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 원자층 증착법으로 형성된 버퍼층을 포함하는 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 3(a)는 광흡수층 산화막이 형성되지 아니한 광흡수층 두께를 명시야 투과전자현미경(BF-TEM)으로 관찰하여 나타낸 것이고, 도 3(b)는 표면 처리되지 아니한 광흡수층 산화막의 두께를 명시야 투과전자현미경(BF-TEM)으로 관찰하여 나타낸 것이며, 도 3(c)는 세정 용액(NH4OH)으로 표면 처리된 광흡수층 산화막의 두께를 명시야 투과전자현미경(BF-TEM)으로 관찰하여 나타낸 것이다.
도 4는 세정 용액(NH4OH, HNO3, HF, DI-water)으로 표면 처리되거나, 표면 처리되지 아니한 광흡수층 산화막의 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰(10k: 10,000배 확대 배율/30k: 30,000배 확대 배율/150k: 150,000배 확대 배율)하여 나타낸 것이다.
1 illustrates a method of manufacturing a solar cell including a buffer layer formed by atomic layer deposition according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic cross-sectional view of a solar cell including a buffer layer formed by atomic layer deposition according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 (a) shows the light absorptive layer thickness without the light absorption layer oxide film observed by a bright field transmission electron microscope (BF-TEM), and FIG. 3 (b) (BF-TEM). FIG. 3 (c) shows the thickness of the light absorption layer oxide film surface-treated with the cleaning solution (NH 4 OH) by a bright field transmission electron microscope (BF-TEM) Respectively.
4 is a graph showing the results of observation of the surface of a light absorption layer oxide film which has been surface treated with a cleaning solution (NH 4 OH, HNO 3 , HF, DI-water) or not surface treated with a scanning electron microscope (SEM) 30k: 30,000 times magnification / 150k: 150,000 times magnification).

본 발명자들은 태양전지를 제조함에 있어, 버퍼층을 원자층 증착법으로 형성하기 전, 광흡수층이 노출되어 형성된 광흡수층 산화막 표면을 세정 용액으로 처리함으로써, 최종적으로 태양전지 광전변환효율을 높일 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
The inventors of the present invention confirmed that the photovoltaic conversion efficiency of the solar cell can be finally increased by treating the surface of the light absorption layer oxide film formed by exposing the light absorption layer with a cleaning solution before forming the buffer layer by atomic layer deposition And completed the present invention.

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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. In the drawings, for the convenience of explanation, the thicknesses of some layers and regions are exaggerated.

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.
Hereinafter, the formation of an arbitrary structure in the above-mentioned " upper (or lower) " means not only that an arbitrary structure is formed in contact with the upper (or lower) And the present invention is not limited to the configuration including any other configuration.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 (a) 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; (b) 상기 후면전극층 상에 광흡수층을 형성하는 단계; (c) 상기 광흡수층이 노출되어 형성된 광흡수층 산화막 표면을 세정 용액으로 처리하는 단계; (d) 상기 표면 처리된 광흡수층 산화막 상에 버퍼층을 원자층 증착법으로 형성하는 단계; 및 (e) 상기 버퍼층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법을 제공한다. (A) forming a rear electrode layer on a substrate; (b) forming a light absorption layer on the rear electrode layer; (c) treating the surface of the light absorption layer formed by exposing the light absorption layer with a cleaning solution; (d) forming a buffer layer on the surface-treated light absorption layer oxide film by atomic layer deposition; And (e) forming a front electrode layer on the buffer layer.

또한, 본 발명은 기판; 상기 기판 상에 형성된 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 형성된 광흡수층; 상기 광흡수층 상에 원자층 증착법으로 형성된 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 형성된 전면전극층을 포함하고, 상기 광흡수층과 상기 버퍼층 사이에 형성된 표면 처리된 광흡수층 산화막의 O 함량은 5 at% 내지 50 at%인 태양전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a semiconductor device comprising a substrate; A rear electrode layer formed on the substrate; A light absorbing layer formed on the rear electrode layer; A buffer layer formed on the light absorption layer by atomic layer deposition; And a front electrode layer formed on the buffer layer, wherein an O content of the surface-treated light absorption layer oxide film formed between the light absorption layer and the buffer layer is 5 at% to 50 at%.

또한, 본 발명은 기판; 상기 기판 상에 형성된 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 형성된 광흡수층; 상기 광흡수층 상에 원자층 증착법으로 형성된 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 형성된 전면전극층을 포함하고, 상기 광흡수층과 상기 버퍼층 사이에 형성된 표면 처리된 광흡수층 산화막의 두께가 10㎚이하인 태양전지를 제공한다.
In addition, the present invention provides a semiconductor device comprising a substrate; A rear electrode layer formed on the substrate; A light absorbing layer formed on the rear electrode layer; A buffer layer formed on the light absorption layer by atomic layer deposition; And a front electrode layer formed on the buffer layer, wherein a surface-treated light absorption layer oxide film formed between the light absorption layer and the buffer layer has a thickness of 10 nm or less.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 원자층 증착법으로 형성된 버퍼층을 포함하는 태양전지의 제조방법을 나타낸 것이다.1 illustrates a method of manufacturing a solar cell including a buffer layer formed by atomic layer deposition according to an embodiment of the present invention.

도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 따른 원자층 증착법으로 형성된 버퍼층을 포함하는 태양전지의 제조방법은 (a) 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; (b) 상기 후면전극층 상에 광흡수층을 형성하는 단계; (c) 상기 광흡수층이 노출되어 형성된 광흡수층 산화막 표면을 세정 용액으로 처리하는 단계; (d) 상기 표면 처리된 광흡수층 산화막 상에 버퍼층을 원자층 증착법으로 형성하는 단계; 및 (e) 상기 버퍼층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
As shown in FIG. 1, a method of manufacturing a solar cell including a buffer layer formed by atomic layer deposition according to an embodiment of the present invention includes the steps of: (a) forming a rear electrode layer on a substrate; (b) forming a light absorption layer on the rear electrode layer; (c) treating the surface of the light absorption layer formed by exposing the light absorption layer with a cleaning solution; (d) forming a buffer layer on the surface-treated light absorption layer oxide film by atomic layer deposition; And (e) forming a front electrode layer on the buffer layer.

도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 원자층 증착법으로 형성된 버퍼층을 포함하는 태양전지의 개략적인 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view of a solar cell including a buffer layer formed by atomic layer deposition according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 따른 원자층 증착법으로 형성된 버퍼층을 포함하는 태양전지(1)는 기판(10); 상기 기판(10) 상에 형성된 후면전극층(20); 상기 후면전극층(20) 상에 형성된 광흡수층(30); 상기 광흡수층(30) 상에 원자층 증착법으로 형성된 버퍼층(40); 상기 버퍼층(40) 상에 형성된 전면전극층(50); 및 상기 광흡수층(30)과 상기 버퍼층(40) 사이에 형성되고, O 함량은 5 at% 내지 50 at%이거나 두께가 10㎚이하, 바람직하게는 3㎚이하인 표면 처리된 광흡수층 산화막(35')을 포함하여 이루어진다.
As shown in FIG. 2, a solar cell 1 including a buffer layer formed by atomic layer deposition according to an embodiment of the present invention includes a substrate 10; A rear electrode layer (20) formed on the substrate (10); A light absorbing layer 30 formed on the rear electrode layer 20; A buffer layer 40 formed on the light absorption layer 30 by atomic layer deposition; A front electrode layer 50 formed on the buffer layer 40; And a surface-treated light absorbing layer oxide film 35 'formed between the light absorbing layer 30 and the buffer layer 40 and having an O content of 5 at% to 50 at% or a thickness of 10 nm or less, ).

(a): 기판(10) 상에 (a): On the substrate 10 후면전극층(20)을The rear electrode layer 20 형성 formation

본 발명에서 (a) 단계는 기판(10) 상에 후면전극층(20)을 형성하는 단계이다.In the present invention, step (a) is a step of forming the rear electrode layer 20 on the substrate 10.

상기 기판(10)은 유리 기판이 사용될 수 있으며, 세라믹 기판, 금속 기판 또는 폴리머 기판 등도 사용될 수 있다. The substrate 10 may be a glass substrate, a ceramic substrate, a metal substrate, or a polymer substrate.

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.For example, as the glass substrate, soda lime glass or high strained pointsoda glass substrate can be used. As the metal substrate, a substrate including stainless steel or titanium can be used. As the substrate, a polyimide substrate can be used.

상기 기판(10)은 투명할 수 있다. 상기 기판(10)은 리지드(rigid)하거나 플렉서블(flexible) 할 수 있다.
The substrate 10 may be transparent. The substrate 10 may be rigid or flexible.

또한, 상기 후면전극층(20)은 상기 기판(10) 상에 형성되고, 도전층으로서, Mo 등의 금속을 포함할 수 있다. The rear electrode layer 20 is formed on the substrate 10 and may include a metal such as Mo as a conductive layer.

상기 후면전극층(20)은 하나의 층으로 이루어질 수도 있고, 2층 이상의 복수층으로 이루어질 수도 있다. 상기 후면전극층(20)이 2층 이상의 복수층으로 이루어지는 경우, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.The rear electrode layer 20 may be a single layer or a plurality of layers of two or more layers. When the back electrode layer 20 is formed of a plurality of layers of two or more layers, the respective layers may be formed of the same metal or may be formed of different metals.

상기 후면전극층(20)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.The formation of the rear electrode layer 20 may be performed by one or more known methods selected from the group consisting of sputtering, vacuum evaporation, chemical vapor deposition, atomic layer deposition, ion beam deposition, screen printing, spray dip coating, .

상기 후면전극층(20)의 두께는 0.1㎛ 내지 1㎛인 것이 바람직하고, 0.5㎛인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
The thickness of the rear electrode layer 20 is preferably 0.1 to 1 占 퐉, more preferably 0.5 占 퐉, but is not limited thereto.

(b): (b): 광흡수층(30)을The light absorbing layer 30 형성 formation

본 발명에서 (b) 단계는 상기 후면전극층(20) 상에 광흡수층(30)을 형성하는 단계인 것으로, 상기 광흡수층(30)은 상기 후면전극층(20) 상에 광흡수층 물질을 증착 및 열처리하여 형성된다.The light absorbing layer 30 may be formed on the rear electrode layer 20 by depositing and annealing the light absorbing layer material on the rear electrode layer 20, .

상기 광흡수층(30)은 광흡수층 물질로 CuInS2(CIS), CuGaS2(CGS), CuInSe2(CISe), CuGaSe2(CGSe), CuAlSe2(CASe), CuInTe2(CITe), CuGaTe2(CGTe), Cu(In, Ga)S2(CIGS), Cu(In, Ga)Se2(CIGSe), Cu2ZnSnS4(CZTS) 및 CdTe로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 칼코게나이드계 화합물을 포함하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The light absorption layer 30 may be formed of a material having a light absorption layer such as CuInS 2 (CIS), CuGaS 2 (CGS), CuInSe 2 (CISe), CuGaSe 2 (CGSe), CuAlSe 2 (CASe), CuInTe 2 (CITe), CuGaTe 2 CGTe), Cu (In, Ga) S 2 (CIGS), Cu (In, Ga) Se 2 (CIGSe), Cu 2 ZnSnS 4 (CZTS) and CdTe. But is not limited thereto.

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, 원자층 증착법 및 이온빔증착법으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 방법에 의할 수 있고, 상기 광흡수층 물질의 증착은 비진공 증착에 의한 것으로, 스크린프린팅, 스프레이 딥코팅, 테이프개스팅 및 잉크젯으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 방법에 의할 수도 있다.The deposition of the light absorbing layer material may be performed by vacuum deposition or may be performed by non-vacuum deposition. Specifically, the deposition of the light absorption layer material may be performed by vacuum deposition, and may be performed by one or more methods selected from the group consisting of sputtering, vacuum evaporation, chemical vapor deposition, atomic layer deposition and ion beam deposition, Deposition is by non-vacuum deposition and may be by one or more methods selected from the group consisting of screen printing, spray dip coating, tape gelling and ink jet.

상기 열처리는 상기 광흡수층 물질의 증착과 동시에 일어날 수 있고, 상기 광 흡수층 물질의 증착 이후에 일어날 수도 있다. The heat treatment may occur simultaneously with the deposition of the light absorbing layer material, and may occur after the deposition of the light absorbing layer material.

또한, 상기 열처리는 Se 분위기 또는 S 분위기 하에 수행될 수 있고, 상기 열처리는 300℃ 내지 600℃에서 30분 내지 1시간 동안 수행될 수 있다.Also, the heat treatment may be performed in an atmosphere of Se or S, and the heat treatment may be performed at 300 ° C to 600 ° C for 30 minutes to 1 hour.

예를 들어, Cu, In, Ga, Se 전구체(precursor)를 스퍼터링 방법에 의해 증착하고, 열처리 챔버에서 H2Se나 H2S 가스를 이용하여 열처리하여 셀렌화(selenization)시켜 Cu(In, Ga)S2(CIGS) 칼코게나이드계 화합물을 포함하는 광흡수층(30)을 형성할 수도 있고, Cu, In, Ga, Se 소스(source)가 고체 형태로 들어있는 도가니를 가열시켜 열처리하면서, 고진공 분위기에서 동시에 증발시켜 Cu(In, Ga)S2(CIGS) 칼코게나이드계 화합물을 포함하는 광흡수층(30)을 형성할 수도 있다.
For example, precursors of Cu, In, Ga and Se are deposited by a sputtering method and selenized by heat treatment using H 2 Se or H 2 S gas in a heat treatment chamber to form Cu (In, Ga ) S 2 (CIGS) chalcogenide-based compound may be formed, or a crucible containing a Cu, In, Ga, or Se source in a solid form may be heated and heat- by evaporation in the atmosphere at the same time it may form the light absorption layer 30 including a Cu (in, Ga) S 2 (CIGS), a chalcogenide-based compound.

(c): (c): 광흡수층The light absorbing layer 산화막Oxide film (35) 표면을 세정 용액으로 처리(35) surface is treated with a cleaning solution

본 발명에서 (c) 단계는 상기 광흡수층이 노출되어 형성된 광흡수층 산화막(35) 표면을 세정 용액으로 처리하는 단계인 것이다.In the present invention, step (c) is a step of treating the surface of the light absorption layer oxide film 35 formed by exposing the light absorption layer with a cleaning solution.

상기 광흡수층 산화막(35) 표면을 세정 용액으로 처리함으로써, 광흡수층 산화막(35)을 전부 제거할 수도 있고, 세정 용액으로 표면 처리된 광흡수층 산화막(35')의 두께는 10㎚이하, 바람직하게는 3㎚이하로 유지할 수도 있다. 이때, 표면 처리된 광흡수층 산화막(35')의 두께가 상기 범위를 초과하는 경우, 광흡수층(30)의 결함이 발생하고, Na이 버퍼층(40)으로 확산되는 것을 방지할 수 없는 문제점이 있다.The entire surface of the light absorbing layer oxide film 35 can be removed by treating the surface of the light absorbing layer oxide film 35 with a cleaning solution and the thickness of the light absorbing layer oxide film 35 ' May be kept at 3 nm or less. At this time, if the thickness of the surface-treated light absorbing layer oxide film 35 'exceeds the above range, defects of the light absorbing layer 30 occur, and it is impossible to prevent Na from diffusing into the buffer layer 40 .

버퍼층(40)을 건식 방법의 일종인 원자층 증착법으로 형성하기 전, 광흡수층(30)은 원자층 증착법(ALD) 산화제, H2O, H2O2, O3 등 외기에 노출되어 광흡수층 산화막(35)의 형성이 불가피하다. 상기 광흡수층 산화막(35) 표면을 세정 용액으로 처리함으로써, 광흡수층 산화막(35)을 전부 제거하거나, 세정 용액으로 표면 처리된 광흡수층 산화막(35')의 두께를 10㎚이하로 유지할 수 있고, 광흡수층(30)의 결함을 방지할 수 있으며, Na이 버퍼층(40)으로 확산되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.Before the buffer layer 40 is formed by atomic layer deposition, which is a kind of dry method, the light absorption layer 30 is exposed to the outside air such as atomic layer deposition (ALD) oxidizing agent, H 2 O, H 2 O 2 , O 3 , The formation of the oxide film 35 is inevitable. The surface of the light absorbing layer oxide film 35 is treated with the cleaning solution to completely remove the light absorbing layer oxide film 35 or to maintain the thickness of the light absorbing layer oxide film 35 ' It is possible to prevent defects of the light absorption layer 30 and to prevent Na from diffusing into the buffer layer 40.

광흡수층 산화막(35) 표면은 세정 용액으로 처리되는데, 상기 세정 용액은 광흡수층 산화막(35)을 전부 제거하거나, 표면 처리된 광흡수층 산화막(35')의 두께가 10㎚이하, 바람직하게는 3㎚이하가 될 수 있도록, 광흡수층 산화막(35') 표면을 특정 식각율로 식각하여 처리하는 역할을 한다.
The surface of the light absorbing layer oxide film 35 is treated with a cleaning solution. The cleaning solution may be prepared by removing the light absorbing layer oxide film 35 entirely or by subjecting the surface-treated light absorbing layer oxide film 35 'to a thickness of 10 nm or less, The surface of the light absorption layer oxide film 35 'is etched at a specific etching rate so that the thickness of the oxide film 35'

상기 세정 용액은 NH4OH, HNO3, HCl, H2SO4, NH4F, HF, H2O2, CdSO4, KCN 및 DI-water로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.The cleaning solution may be at least one selected from the group consisting of NH 4 OH, HNO 3 , HCl, H 2 SO 4 , NH 4 F, HF, H 2 O 2 , CdSO 4 , KCN and DI-water.

상기 세정 용액이 H2O2 또는 DI-water인 경우에는 에칭 용액으로 사용되는 것이 아니라, 표면 세정 용액으로 사용된다. 구체적으로, 광흡수층(30)이 노출되어 광흡수층 산화막(35) 표면에 Na-O 복합체 또는 Na-Se-O 복합체가 형성되는데, 이를 H2O2 또는 DI-water로 세정하는 것입니다. 구체적으로, 상기 세정 용액은 NH4OH, HNO3, HCl, H2SO4, NH4F, HF, H2O2, CdSO4 및 KCN으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 DI-water에 희석한 것이 바람직하고, NH4OH, HNO3 및 CdSO4로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 DI-water에 희석한 것 또는 NH4F를 DI-water에 희석한 용액과 HF를 DI-water에 희석한 용액을 일정 비율로 혼합한 BOE(Buffered Oxide Etchant)인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The cleaning solution is H 2 O 2 Or DI-water, it is not used as an etching solution but is used as a surface cleaning solution. Specifically, the light absorbing layer 30 is exposed to form a Na-O complex or a Na-Se-O complex on the surface of the light absorption layer oxide film 35, which is washed with H 2 O 2 or DI-water. Specifically, the cleaning solution may be prepared by diluting one or more selected from the group consisting of NH 4 OH, HNO 3 , HCl, H 2 SO 4 , NH 4 F, HF, H 2 O 2 , CdSO 4 and KCN in DI water And at least one selected from the group consisting of NH 4 OH, HNO 3 and CdSO 4 is diluted in DI water, or a solution in which NH 4 F is diluted in DI water and a solution in which HF is diluted in DI water (Buffered Oxide Etchant) mixed at a certain ratio. However, the present invention is not limited thereto.

특히, BOE(Buffered Oxide Etchant)의 경우, HF는 광흡수층 산화막(35) 처리에 직접 관여하며 NH4F는 식각율을 조정하여 에칭 균일도를 좋게하는 완충용액의 역할을 한다. 이때, 상기 세정 용액은 DI-water로 5배 내지 300배 희석될 수 있다.In particular, in the case of BOE (Buffered Oxide Etchant), HF is directly involved in the treatment of the light absorption layer oxide film 35 and NH 4 F serves as a buffer solution for improving the etching uniformity by adjusting the etching rate. At this time, the cleaning solution may be diluted 5 to 300 times with DI water.

상기 광흡수층 산화막(35) 표면의 처리는 세정 용액의 종류에 따라 온도 범위는 변화될 수 있으나, 25℃ 내지 120℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 광흡수층 산화막(35) 표면의 처리가 25℃ 미만의 온도에서 수행되는 경우, 세정 용액과 광흡수층 산화막(35)의 반응성 불량으로 인해 광흡수층 산화막(35)이 에칭이 되지 않거나 일부만 에칭되는 문제점이 있고, 광흡수층 산화막(35) 표면의 처리가 120℃를 초과하는 온도에서 수행되는 경우, 세정 용액과 광흡수층 산화막(35)의 과도한 반응으로 인한 광흡수층 산화막(35) 및 광흡수층(30)의 과도한 에칭으로 인해 광흡수층(30)의 두께를 감소시키고, 광흡수층 조성의 변화를 유발하여 태양전지의 성능이 저하되는 문제점이 있다.The treatment of the surface of the light absorption layer oxide film 35 may be performed at a temperature ranging from 25 ° C to 120 ° C, but is not limited thereto. At this time, when the treatment of the surface of the light absorbing layer oxide film 35 is performed at a temperature lower than 25 ° C, the light absorbing layer oxide film 35 is not etched due to a reactivity failure between the cleaning solution and the light absorbing layer oxide film 35, When the treatment of the surface of the light absorbing layer oxide film 35 is performed at a temperature exceeding 120 캜, the light absorbing layer oxide film 35 and the light absorbing layer 30 The thickness of the light absorbing layer 30 is reduced and the composition of the light absorbing layer is changed, thereby deteriorating the performance of the solar cell.

상기 세정 용액이 H2SO4 또는 H2O2인 경우에는 90℃ 내지 120℃의 온도에서 수행되는 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The cleaning solution was H 2 SO 4 Or H 2 O 2 is preferably carried out at a temperature of 90 ° C to 120 ° C, but is not limited thereto.

상기 광흡수층 산화막(35) 표면의 처리는 1회 실시할 수도 있고, 광흡수층 산화막(35) 표면의 처리와 버퍼층(40)의 형성을 교대로 여러 번 실시할 수 있다. The treatment of the surface of the light absorbing layer oxide film 35 may be performed once or the treatment of the surface of the light absorbing layer oxide film 35 and the formation of the buffer layer 40 may be carried out alternately.

상기 표면 처리된 광흡수층 산화막(35')의 O 함량은 5 at% 내지 50 at%인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 표면 처리된 광흡수층 산화막(35')의 O 함량이 상기 범위를 유지함으로써, 광흡수층의 결함을 방지하고, Na이 버퍼층으로 확산되는 것을 방지하여 션트 패스(shunt path)를 감소시키고, 태양 전지의 시리즈 저항(series resistance)을 감소시켜 광흡수층 산화막(35) 형성에 따른 효율 감소를 방지할 수 있다는 이점이 있다.The O-content of the surface-treated light absorbing layer oxide film 35 'is preferably 5 at% to 50 at%, but is not limited thereto. At this time, by maintaining the O content of the surface-treated light absorption layer oxide film 35 'within the above range, defects of the light absorption layer are prevented, Na is prevented from diffusing into the buffer layer, shunt path is reduced, The series resistance of the battery is reduced to prevent the decrease in efficiency due to the formation of the light absorption layer oxide film 35. [

상기와 같이 상기 표면 처리된 광흡수층 산화막(35')의 O 함량이 5 at% 내지 50 at%인 것은, 상기 표면 처리된 광흡수층 산화막(35')을 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 및 AES(Augar electron spectroscopy)를 통해 분석함으로써 확인할 수 있다. 구체적으로, 표면 처리된 광흡수층 산화막(35')이 형성된 경우, 광흡수층 산화막(35)이 전혀 형성되지 않은 경우에 비해 결합 에너지[eV] 상 SeO2 피크 면적이 증가하고, Se-Se 피크 면적이 감소하며, Augar 운동 에너지[eV] 상 Cu 피크가 높은 결합 에너지 방향으로 이동한다.
The surface-treated light absorption layer oxide film 35 'having an O content of 5 at% to 50 at% is subjected to XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) and AES (Augar electron spectroscopy). Specifically, when the surface-treated light absorption layer oxide film 35 'is formed, the SeO 2 peak area on the binding energy [eV] increases and the Se-Se peak area , And the Auger kinetic energy [eV] phase Cu peak shifts toward the higher binding energy direction.

(d): (d): 버퍼층(40)을The buffer layer 40 원자층Atomic layer 증착법으로 형성 Formation by evaporation

본 발명에서 상기 (d) 단계는 상기 표면 처리된 광흡수층 산화막(35') 상에 버퍼층(40)을 원자층 증착법으로 형성하는 단계이다.In the step (d) of the present invention, the buffer layer 40 is formed on the surface-treated light absorption layer oxide film 35 'by atomic layer deposition.

상기 버퍼층(40)은 상기 표면 처리된 광흡수층 산화막(35') 상에 형성되는 것으로, 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 버퍼층(40)은 n형 반도체 층이고, 상기 광흡수층은 p형 반도체 층이다. 따라서, 상기 광흡수층(30) 및 버퍼층(40)은 pn 접합을 형성한다. 상기 광흡수층(30)과 전면전극층(50)은 격자상수와 에너지 밴드 갭의 차이가 크기 때문에, 밴드 갭이 두 물질의 중간에 위치하는 상기 버퍼층(40)을 삽입하여 양호한 접합을 형성할 수 있다.The buffer layer 40 is formed on the surface-treated light absorption layer oxide film 35 'and may be formed of at least one layer. At this time, the buffer layer 40 is an n-type semiconductor layer, and the light absorbing layer is a p-type semiconductor layer. Therefore, the light absorbing layer 30 and the buffer layer 40 form a pn junction. Since the light absorption layer 30 and the front electrode layer 50 have a large difference in lattice constant and energy band gap, a good junction can be formed by inserting the buffer layer 40 having a band gap in the middle of the two materials .

종래 버퍼층(40)은 주로 화학용액 증착법(chemical bath deposition; CBD)에 의하여 CdS 등으로 형성되나, 이는 오염을 유발시키게 되는바 환경적인 면에서 문제점이 있어 왔다.Conventionally, the buffer layer 40 is mainly formed of CdS or the like by chemical solution deposition (CBD), which causes contamination, which is problematic from the environmental viewpoint.

이에, 본 발명에서는 상기 버퍼층(40)으로 상기 표면 처리된 광흡수층 산화막(35') 상에 원자층 증착법(atomic layer deposition; ALD)으로 형성된 Cd-free 버퍼층을 이용함으로써, 종래 문제점을 해결한 것이다.Thus, the present invention solves the conventional problem by using a Cd-free buffer layer formed by atomic layer deposition (ALD) on the surface-treated light absorption layer oxide film 35 'as the buffer layer 40 .

상기 광흡수층 산화막(35)을 표면 처리함으로써, 표면 처리된 광흡수층 산화막(35')의 두께를 최소화하여 광흡수층(30) 표면 특성을 개선하였는바, 이 위에 형성된 버퍼층(40)은 조성, 두께, 성장률 등의 통제가 용이한 이점이 있다.The surface treatment of the light absorption layer oxide film 35 minimizes the thickness of the surface-treated light absorption layer oxide film 35 'to improve the surface characteristics of the light absorption layer 30. The buffer layer 40 formed thereon has a composition, , Growth rate, and so on.

상기 버퍼층(40)은 CdS를 배제한 것을 특징으로 하는바, Cd-free 버퍼층인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 즉, Cd-free 버퍼층이라 함은 환경 규제를 받지 않는 친환경 공정이 가능하도록 카드뮴이 포함되지 않은 버퍼층을 말한다.The buffer layer 40 may be a Cd-free buffer layer, but is not limited thereto. That is, the Cd-free buffer layer refers to a buffer layer that does not contain cadmium so that an eco-friendly process can be performed without being subjected to environmental regulations.

상기 버퍼층(40)이 Cd-free 버퍼층이 Zn(O, S)의 조성을 포함하는 경우, Zn, S, Zn, O의 원자층이 원자층 증착법에 의해 반복 적층되어 형성될 수 있다. 이때, 버퍼층 내 O:S의 몰비가 3:1~10:1일 수 있다.When the Cd-free buffer layer contains Zn (O, S) in the buffer layer 40, atomic layers of Zn, S, Zn, and O may be repeatedly formed by atomic layer deposition. At this time, the molar ratio of O: S in the buffer layer may be 3: 1 to 10: 1.

상기 버퍼층(40)의 밴드갭 에너지는 3.2 eV 내지 3.6eV인 것이 바람직하고, 3.25 eV 내지 3.55eV인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 상기 버퍼층(40)이 ZnO의 조성만 포함하는 경우에는 밴드갭 에너지가 3.2 eV이고, 상기 버퍼층(40)이 ZnS의 조성만 포함하는 경우에는 밴드갭 에너지가 3.6 eV인바, 버퍼층 내 O:S의 몰비를 조절함으로써 상기 범위의 밴드갭 에너지를 가질 수 있다.The band gap energy of the buffer layer 40 is preferably 3.2 eV to 3.6 eV, more preferably 3.25 eV to 3.55 eV, but is not limited thereto. When the buffer layer 40 contains only the ZnO composition, the band gap energy is 3.2 eV. When the buffer layer 40 contains only the ZnS composition, the band gap energy is 3.6 eV. By adjusting the molar ratio, the band gap energy of the above range can be obtained.

상기 버퍼층(40)의 두께는 3nm내지 100nm인 것이 바람직하고, 3nm 내지 50nm인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 버퍼층(40)의 두께가 상기 범위 미만인 경우, 버퍼층(40)이 균일하게 형성되지 않아 전면전극층(50)과 광흡수층(30)이 접촉하는 부분이 생기며 이로 인해 광전변환효율이 감소되는 문제점이 있고, 버퍼층(40)의 두께가 상기 범위를 초과하는 경우, 버퍼층(40)의 투과도가 감소하여 광흡수층(30)으로 들어오는 광량이 감소하여 광전환변환효율이 감소되는 문제점이 있다. 특히, 버퍼층(40)의 두께를 50nm 이하로 형성함으로써, 제조 공정시, 효율성(throughput) 향상 및 캐패시티-업(capacity-up) 효과가 있다.
The thickness of the buffer layer 40 is preferably 3 nm to 100 nm, more preferably 3 nm to 50 nm, but is not limited thereto. At this time, if the thickness of the buffer layer 40 is less than the above range, the buffer layer 40 is not uniformly formed, and a portion where the front electrode layer 50 contacts the light absorbing layer 30 is generated, If the thickness of the buffer layer 40 is more than the above range, the transmittance of the buffer layer 40 is reduced, and the amount of light entering the light absorbing layer 30 is reduced to reduce the light conversion efficiency. In particular, by forming the buffer layer 40 to have a thickness of 50 nm or less, there is an improvement in throughput and a capacity-up effect in the manufacturing process.

(e): (e): 전면전극층(50)을The front electrode layer 50 형성 formation

상기 전면전극층(50)은 상기 버퍼층(40) 상에 형성되는 것으로, 상기 전면전극층(50)은 상기 광흡수층과 pn접합을 형성하는 윈도우(window)층으로서, 스퍼터링 등에 의하여 ZnO, 알루미늄(Al) 또는 알루미나(Al2O3)로 도핑된 ZnO, ITO 등으로 형성될 수 있다. The front electrode layer 50 is formed on the buffer layer 40. The front electrode layer 50 is a window layer forming a pn junction with the light absorbing layer and may be formed of ZnO, Or ZnO doped with alumina (Al 2 O 3 ), ITO, or the like.

상기 전면전극층(50)은 i형 ZnO박막 상에 전기광학적 특성이 뛰어난 n형 ZnO박막 또는 ITO(Indium Tin Oxide)박막을 증착한 2중 구조로 이루어질 수 있다.The front electrode layer 50 may have a double structure in which an n-type ZnO thin film or an ITO (Indium Tin Oxide) thin film is deposited on the i-type ZnO thin film with excellent electro-optical characteristics.

상기 i형 ZnO박막의 두께는 10nm 내지 70nm인 것이 바람직하고, 40nm 내지 50nm인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 또한, n형 ZnO박막 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 박막의 두께는 250nm 내지 1000nm인 것이 바람직하고, 500 nm 내지 1000nm인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The thickness of the i-type ZnO thin film is preferably 10 nm to 70 nm, more preferably 40 nm to 50 nm, but is not limited thereto. The thickness of the n-type ZnO thin film or ITO (Indium Tin Oxide) thin film is preferably 250 nm to 1000 nm, more preferably 500 nm to 1000 nm, but is not limited thereto.

이때, i형 ZnO박막은 태양전지(1) 전면의 투명전극의 기능을 하기 때문에 광투과율이 높고 전기 전도성이 좋은 것으로, 도핑되지 않은 ZnO 박막으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, i형 ZnO박막 상에 증착된 n형 ZnO박막은 ZnO에 알루미늄(Al) 또는 알루미나(Al2O3)를 도핑함으로써 낮은 저항값을 갖는 것으로, ITO(Indium Tin Oxide) 박막 대비 생산 단가가 낮아 경제적인 이점이 있다.
At this time, since the i-type ZnO thin film functions as a transparent electrode on the entire surface of the solar cell 1, it is preferable that the i-type ZnO thin film has high light transmittance and good electric conductivity and is formed of undoped ZnO thin film. In addition, the n-type ZnO thin film deposited on the i-type ZnO thin film has a low resistance value by doping ZnO with aluminum (Al) or alumina (Al 2 O 3 ), and the production cost relative to ITO (Indium Tin Oxide) There is an economical advantage because it is low.

본 발명에 따른 태양전지(1)는 버퍼층(40)을 원자층 증착법으로 형성하기 전, 광흡수층이 노출되어 형성된 광흡수층 산화막(35) 표면을 세정 용액으로 처리함으로써, 세정 용액으로 표면 처리된 광흡수층 산화막(35')의 두께를 10㎚이하, 바람직하게는 3㎚이하로 유지할 수 있고, 광흡수층(30)의 결함을 방지할 수 있으며, Na이 버퍼층(40)으로 확산되는 것을 방지할 수 있어, 태양전지(1)의 성능을 개선시켜 태양전지(1)의 광전변환효율을 높일 수 있다.
The solar cell 1 according to the present invention is characterized in that before the buffer layer 40 is formed by atomic layer deposition, the surface of the light absorption layer oxide film 35 formed by exposing the light absorption layer is treated with a cleaning solution, It is possible to keep the thickness of the absorption layer oxide film 35 'at 10 nm or less, preferably 3 nm or less, to prevent defects of the light absorbing layer 30 and to prevent Na from diffusing into the buffer layer 40 So that the performance of the solar cell 1 can be improved and the photoelectric conversion efficiency of the solar cell 1 can be increased.

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.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. However, the following examples are provided only for the purpose of easier understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.

[[ 실시예Example ]]

실시예Example 1 One

유리(sodalime glass) 기판 상에 제조된 Mo계 합금을 DC 스퍼터링 방법으로 코팅하여 0.5㎛의 후면전극층을 형성하였다. 후면전극층 상에 Cu, In, Ga 및 Se 전구체를 DC 스퍼터링 방법으로 증착한 후, Se 분위기하에 550℃에서 30~60분 동안 열처리하여 2㎛의 CIGS계 화합물을 포함하는 광흡수층을 형성하였다. 이후, 광흡수층은 외기에 노출되어 광흡수층 산화막을 형성하게 되는데, 이러한 광흡수층 산화막 표면은 DI-water로 5~300배 희석된 NH4OH 세정 용액을 공급하여 25~120℃에서 10Å/min의 식각율로 식각 처리하였다(5배 희석: 25℃, 1분/300배 희석: 120℃, 30분). 광흡수층 산화막 상에 40nm의 Zn(O, S) 버퍼층을 원자층 증착법으로 형성하였고, 이후 RF 스퍼터링 방법으로 코팅하여 50nm의 i형 ZnO박막 및 1000nm의 n형 ZnO박막을 형성하여 전면전극층을 형성함으로써 태양전지를 최종 제조하였다.A Mo-based alloy formed on a sodalime glass substrate was coated by a DC sputtering method to form a 0.5 μm rear electrode layer. Cu, In, Ga, and Se precursors were deposited on the back electrode layer by DC sputtering method and then heat-treated at 550 ° C for 30 to 60 minutes in an atmosphere of Se to form a light absorbing layer containing a CIGS compound of 2 μm. Then, the light absorbing layer is exposed to the outside air to form a light absorbing layer oxide film. The surface of the light absorbing layer oxide film is irradiated with a cleaning solution of NH 4 OH diluted 5 to 300 times with DI water at 25 to 120 ° C at a rate of 10 Å / min (5 times dilution: 25 占 폚, 1 minute, 300 times dilution: 120 占 폚, 30 minutes). A Zn (O, S) buffer layer of 40 nm was formed on the oxide layer of the light absorption layer by atomic layer deposition and then coated by RF sputtering to form an i-type ZnO thin film of 50 nm and an n-type ZnO thin film of 1000 nm to form a front electrode layer The solar cell was finally manufactured.

실시예Example 2 2

DI-water로 5~300배 희석된 HNO3 세정 용액을 공급하여 25~120℃에서 30Å/min 이상의 식각율로 식각 처리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하였다.Except that the HNO 3 cleaning solution diluted 5 to 300 times with DI water was supplied and etched at 25 to 120 ° C at an etching rate of 30 Å / min or more.

실시예Example 3 3

DI-water로 5~300배 희석된 HCl 세정 용액을 공급하여 25~120℃에서 30Å/min 이상의 식각율로 식각 처리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하였다.Except that the HCl cleaning solution diluted 5 to 300 times with DI water was supplied and etched at an etching rate of 30 Å / min or more at 25 to 120 ° C.

실시예Example 4 4

DI-water로 5~300배 희석된 H2SO4 세정 용액을 공급하여 25~120℃에서 10Å/min 의 식각율로 식각 처리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하였다.Except that the H 2 SO 4 cleaning solution diluted 5 to 300 times with DI water was supplied and etched at an etching rate of 10 Å / min at 25 to 120 ° C.

실시예Example 5 5

DI-water로 5~300배 희석된 HF 세정 용액을 공급하여 25~120℃에서 15Å/min 의 식각율로 식각 처리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하였다.Except that an HF cleaning solution diluted 5 to 300 times with DI water was supplied and etched at an etching rate of 15 Å / min at 25 to 120 ° C.

실시예Example 6 6

DI-water로 5~300배 희석된 H2O2 세정 용액을 공급하여 25~120℃에서 표면 처리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하였다. Except that the H 2 O 2 cleaning solution diluted to 5 to 300 times with DI water was supplied and the surface treatment was performed at 25 to 120 ° C.

실시예Example 7 7

DI-water 세정 용액을 공급하여 25~120℃에서 표면 처리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하였다. Except that the DI-water cleaning solution was supplied and the surface treatment was performed at 25 to 120 ° C.

실시예Example 8 8

DI-water로 5~300배 희석된 NH4OH 및 CdSO4 혼합 세정 용액을 공급하여 25~120℃에서 10Å/min 의 식각율로 식각 처리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하였다. Except that NH 4 OH and CdSO 4 mixed diluted solutions diluted 5 to 300 times with DI water were supplied and etched at an etching rate of 10 Å / min at 25 to 120 ° C.

실시예Example 9 9

DI-water로 5~300배 희석된 KCN 세정 용액을 공급하여 25~120℃에서 30Å/min 이상의 식각율로 식각 처리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하였다.
Except that KCN cleaning solution diluted 5 to 300 times with DI water was supplied and etched at 25 to 120 ° C at an etching rate of 30 Å / min or more.

비교예Comparative Example 1 One

광흡수층 산화막 표면을 세정 용액으로 전혀 처리하지 아니한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하였다.
Except that the surface of the light absorption layer oxide film was not treated with the cleaning solution at all.

실험예Experimental Example

(1) (One) 광흡수층The light absorbing layer 산화막의Oxide film 두께 측정 Thickness measurement

실시예 1~9에 따라 표면 처리된 광흡수층 산화막의 두께와 비교예 1에 따라 표면 처리되지 아니한 광흡수층 산화막의 두께를 명시야 투과전자현미경(BF-TEM)으로 관찰하였고, 그 결과는 하기 표 1 및 도 3에 나타내었다.The thickness of the light absorbing layer oxide film surface-treated according to Examples 1 to 9 and the thickness of the light absorbing layer oxide film not subjected to the surface treatment according to Comparative Example 1 were observed with a bright field transmission electron microscope (BF-TEM) 1 and Fig.

구분division 두께(㎚)Thickness (nm) 실시예 1Example 1 <3nm<3 nm 실시예 2Example 2 <3nm<3 nm 실시예 3Example 3 <3nm<3 nm 실시예 4Example 4 <3nm<3 nm 실시예 5Example 5 <3nm<3 nm 실시예 6Example 6 10nm10 nm 실시예 7Example 7 10nm10 nm 실시예 8Example 8 <3nm<3 nm 실시예 9Example 9 <3nm<3 nm 비교예 1Comparative Example 1 15nm15 nm

도 3(a)는 광흡수층 산화막이 형성되지 아니한 광흡수층 두께를 명시야 투과전자현미경(BF-TEM)으로 관찰하여 나타낸 것이고, 도 3(b)는 비교예 1에 따라 표면 처리되지 아니한 광흡수층 산화막의 두께(~15nm)를 명시야 투과전자현미경(BF-TEM)으로 관찰하여 나타낸 것이며, 도 3(c)는 실시예 1에 따라 표면 처리된 광흡수층 산화막의 두께를 명시야 투과전자현미경(BF-TEM)으로 관찰하여 나타낸 것이다.3 (a) shows the light absorptive layer thickness not formed with the light absorption layer oxide film observed with a bright field transmission electron microscope (BF-TEM), and FIG. 3 (b) 3 (c) shows the thickness of the light absorption layer oxide film surface-treated according to Example 1 under a bright field transmission electron microscope (&quot; BF-TEM).

상기 표 1 및 도 3에서 보듯이, 실시예 1~9의 경우, 비교예 1에 비하여 광흡수층 산화막의 두께가 얇음을 확인할 수 있었고, 실시예 1~5, 8~9의 경우, 광흡수층 산화막의 두께가 <3nm로 아주 얇음을 확인할 수 있었다.As shown in Table 1 and FIG. 3, in Examples 1 to 9, it was confirmed that the thickness of the light absorption layer oxide film was smaller than that of Comparative Example 1. In Examples 1 to 5 and 8 to 9, It was confirmed that the thickness of the film was very small, < 3 nm.

(2) (2) 광흡수층의The light- 표면 특성 평가 Evaluation of surface characteristics

실시예 1, 2, 5, 7 및 비교예 1에 따라 제조된 광흡수층 산화막의 표면 특성을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였고, 그 결과는 도 4에 나타내었다.Surface characteristics of the light absorption layer oxide films prepared according to Examples 1, 2, 5 and 7 and Comparative Example 1 were observed by a scanning electron microscope (SEM), and the results are shown in FIG.

도 4에서 보듯이, 실시예 1, 2, 5, 7의 경우, 비교예 1에 비하여 광흡수층 산화막의 표면 특성이 현저히 개선됨을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 4, it was confirmed that the surface characteristics of the light absorption layer oxide film were significantly improved in Examples 1, 2, 5, and 7 as compared with Comparative Example 1.

(3) 태양전지의 성능 및 광전변환효율 평가 (3) Evaluation of solar cell performance and photoelectric conversion efficiency

실시예 1~9 및 비교예 1에 따라 제조된 태양전지의 개방전압(Voc), 단락전류밀도(Jsc), 충전인자(FF) 및 광전변환효율(η)을 평가하였고, 그 결과는 표 2에 나타내었다.The open circuit voltage (V oc ), the short circuit current density (J sc ), the charge factor (FF) and the photoelectric conversion efficiency (η) of the solar cell manufactured according to Examples 1 to 9 and Comparative Example 1 were evaluated, Table 2 shows the results.

구분division Voc
(mV)
V oc
(mV)
Jsc
(mA/㎠)
J sc
(mA / cm 2)
FF
(%)
FF
(%)
η
(%)
η
(%)
실시예 1Example 1 585585 32.832.8 6363 12.112.1 실시예 2Example 2 613613 33.433.4 6464 13.113.1 실시예 3Example 3 599599 32.832.8 5959 11.611.6 실시예 4Example 4 600600 33.133.1 5656 11.111.1 실시예 5Example 5 628628 33.433.4 6767 14.114.1 실시예 6Example 6 630630 2828 5555 9.79.7 실시예 7Example 7 630630 2828 6060 10.610.6 실시예 8Example 8 620620 34.234.2 66.566.5 14.114.1 실시예 9Example 9 620620 33.533.5 6868 14.114.1 비교예 1Comparative Example 1 630630 3030 3535 6.66.6

상기 표 2에서 보듯이, 실시예 1~5, 8~9의 경우, 비교예 1에 비하여 태양전지의 단락전류밀도(Jsc), 충전인자(FF) 및 광전변환효율(η)이 모두 높음을 확인할 수 있었고, 실시예 6~7의 경우, 비교예 1에 비하여 태양전지의 단락전류밀도(Jsc)는 낮으나, 충전인자(FF) 및 광전변환효율(η)이 모두 높음을 확인할 수 있었다.
As shown in Table 2, in the case of Examples 1 to 5 and 8 to 9, the short circuit current density (J sc ), the charging factor (FF) and the photoelectric conversion efficiency The short-circuit current density (J sc ) of the solar cell was lower than that of Comparative Example 1, but the charge factor (FF) and the photoelectric conversion efficiency (η) were both high in Examples 6 to 7 .

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.
It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

Claims (14)

(a) 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계;
(b) 상기 후면전극층 상에 광흡수층을 형성하는 단계;
(c) 상기 광흡수층이 노출되어 형성된 광흡수층 산화막 표면을 세정 용액으로 처리하는 단계;
(d) 상기 표면 처리된 광흡수층 산화막 상에 버퍼층을 원자층 증착법으로 형성하는 단계; 및
(e) 상기 버퍼층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하는
태양전지의 제조방법.
(a) forming a rear electrode layer on a substrate;
(b) forming a light absorption layer on the rear electrode layer;
(c) treating the surface of the light absorption layer formed by exposing the light absorption layer with a cleaning solution;
(d) forming a buffer layer on the surface-treated light absorption layer oxide film by atomic layer deposition; And
(e) forming a front electrode layer on the buffer layer
A method of manufacturing a solar cell.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서 광흡수층은 CuInS2(CIS), CuGaS2(CGS), CuInSe2(CISe), CuGaSe2(CGSe), CuAlSe2(CASe), CuInTe2(CITe), CuGaTe2(CGTe), Cu(In, Ga)S2(CIGS), Cu(In, Ga)Se2(CIGSe), Cu2ZnSnS4(CZTS) 및 CdTe로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 칼코게나이드계 화합물을 포함하는
태양전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
A light absorbing layer in the step (b) is CuInS 2 (CIS), CuGaS 2 (CGS), CuInSe 2 (CISe), CuGaSe 2 (CGSe), CuAlSe 2 (CASe), CuInTe 2 (CITe), CuGaTe 2 (CGTe) , At least one chalcogenide compound selected from the group consisting of Cu (In, Ga) S 2 (CIGS), Cu (In, Ga) Se 2 (CIGSe), Cu 2 ZnSnS 4
A method of manufacturing a solar cell.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서 세정 용액은 NH4OH, HNO3, HCl, H2SO4, NH4F, HF, H2O2, CdSO4, KCN 및 DI-water로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인
태양전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (c), the cleaning solution is at least one selected from the group consisting of NH 4 OH, HNO 3 , HCl, H 2 SO 4 , NH 4 F, HF, H 2 O 2 , CdSO 4 , KCN and DI-
A method of manufacturing a solar cell.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서 세정 용액은 NH4OH, HNO3, HCl, H2SO4, NH4F, HF, H2O2, CdSO4 및 KCN으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 DI-water에 희석한 것인
태양전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (c), the cleaning solution may contain at least one selected from the group consisting of NH 4 OH, HNO 3 , HCl, H 2 SO 4 , NH 4 F, HF, H 2 O 2 , CdSO 4 , Diluted
A method of manufacturing a solar cell.
제4항에 있어서,
상기 세정 용액은 DI-water로 5배 내지 300배 희석된
태양전지의 제조방법.
5. The method of claim 4,
The cleaning solution was diluted 5-fold to 300-fold with DI-water
A method of manufacturing a solar cell.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서 광흡수층 산화막 표면의 처리는 25℃ 내지 120℃의 온도에서 수행되는
태양전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (c), the treatment of the surface of the light absorption layer oxide film is performed at a temperature of 25 ° C to 120 ° C
A method of manufacturing a solar cell.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에서 표면 처리된 광흡수층 산화막의 O 함량은 5 at% 내지 50 at%인
태양전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
The O-content of the light-absorbing layer oxide film surface-treated in the step (d) is preferably 5 at% to 50 at%
A method of manufacturing a solar cell.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에서 표면 처리된 광흡수층 산화막의 두께는 10㎚이하인
태양전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
The thickness of the light absorption layer oxide film surface-treated in the step (d) is preferably 10 nm or less
A method of manufacturing a solar cell.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에서 버퍼층은 Cd-free 버퍼층인
태양전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (d), the buffer layer is a Cd-free buffer layer
A method of manufacturing a solar cell.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에서 버퍼층은 Zn, S, Zn, O의 원자층이 반복 적층된 것인
태양전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (d), the buffer layer is formed by repeatedly laminating atomic layers of Zn, S, Zn and O
A method of manufacturing a solar cell.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에서 버퍼층의 밴드갭 에너지는 3.2 eV 내지 3.6eV인
태양전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (d), the band gap energy of the buffer layer is 3.2 eV to 3.6 eV
A method of manufacturing a solar cell.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에서 버퍼층의 두께는 3㎚ 내지 100㎚인
태양전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (d), the thickness of the buffer layer is 3 nm to 100 nm
A method of manufacturing a solar cell.
기판;
상기 기판 상에 형성된 후면전극층;
상기 후면전극층 상에 형성된 광흡수층;
상기 광흡수층 상에 원자층 증착법으로 형성된 버퍼층; 및
상기 버퍼층 상에 형성된 전면전극층을 포함하고,
상기 광흡수층과 상기 버퍼층 사이에 형성된 표면 처리된 광흡수층 산화막의 O 함량은 5 at% 내지 50 at%인
태양전지.
Board;
A rear electrode layer formed on the substrate;
A light absorbing layer formed on the rear electrode layer;
A buffer layer formed on the light absorption layer by atomic layer deposition; And
And a front electrode layer formed on the buffer layer,
The O-content of the surface-treated light absorption layer oxide film formed between the light absorption layer and the buffer layer is 5 at% to 50 at%
Solar cells.
기판;
상기 기판 상에 형성된 후면전극층;
상기 후면전극층 상에 형성된 광흡수층;
상기 광흡수층 상에 원자층 증착법으로 형성된 버퍼층; 및
상기 버퍼층 상에 형성된 전면전극층을 포함하고,
상기 광흡수층과 상기 버퍼층 사이에 형성된 표면 처리된 광흡수층 산화막의 두께가 10㎚이하인
태양전지.
Board;
A rear electrode layer formed on the substrate;
A light absorbing layer formed on the rear electrode layer;
A buffer layer formed on the light absorption layer by atomic layer deposition; And
And a front electrode layer formed on the buffer layer,
Wherein a thickness of the surface-treated light absorption layer oxide film formed between the light absorption layer and the buffer layer is 10 nm or less
Solar cells.
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