KR20160004572A - 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층의 제조방법과 후면전극의 전반사막 제조방법 및 이를 포함하여 구성되는 박막 태양전지 - Google Patents
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Abstract
블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층의 제조방법과 후면전극의 전반사막 제조방법 및 이를 포함하여 구성되는 박막 태양전지에 관한 것으로, 나노 사이즈 패터닝이 구조적으로 연성 기판의 응력을 완화하고, 광경로를 더욱 길게 연장하여 전체적인 광전효율을 크게 향상시키는 효과가 있다.
Description
본 발명은 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층의 제조방법과 후면전극의 전반사막 제조방법 및 이를 포함하여 구성되는 박막 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 CIGS(Cu(InGa)Se2) 광흡수층을 갖는 박막 태양전지에 있어서 블록 코폴리머 템플레이트를 이용한 나노패턴을 적용하여, 연성 기판의 응력을 완화하기 위한 응력완화층을 형성시키는 방법과, 후면전극 상면에 광전변환율을 향상시키기 위한 전반사막을 제조하는 방법 및 이를 포함하여 구성되는 박막 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로서, 친환경적인 미래 에너지원으로 크게 주목받고 있다. 태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 전기를 생산하는데, 구체적으로 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공은 P형 반도체 쪽으로 이동하고 상기 전자는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생된다.
태양전지는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있는데, 기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이고, 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체층을 형성하여 태양전지를 제조한 것이다. 최근에는 CIGS 광흡수층을 이용한 태양전지의 개발을 통해 효율 향상을 도모하고 있다. CIGS는 직접 천이형(DIrect bandgap) 반도체 화합물로 광전효율이 뛰어나며 10^5/cm 이상의 광흡수 계수를 가진다.
태양전지의 광전변환 효율을 높이기 위해서는 광흡수층에 흡수되는 태양광의 비율을 높여야 한다. 박막형 태양전지의 경우, 기판형 태양전지에 대비하여 박막의 광흡수층을 사용함에 따라 제조단가를 낮출 수 있으나 광흡수율이 떨어지는 문제점이 있다. 이와 같은 광흡수율 저하를 극복하기 위한 방안으로, 태양전지의 단위기능막에 표면요철을 부여하는 방법이 있다. 표면요철구조가 형성된 상태에서 태양광이 입사하면 요철과 부딪혀 태양광의 산란이 발생되어 광흡수층에서 흡수되는 태양광의 비율을 높일 수 있게 된다. 즉, 산란되어 확산되는 빛에 의해 광흡수층 내에서의 광경로가 길어지게 되고, 광흡수층을 박막으로 만들더라도 광흡수층에 흡수될 확률이 높아지게 되어 태양전지의 효율을 높이는 것이 가능하다. 즉, 상기와 같은 요철을 부여하는 방법은 결국 태양광의 광경로를 확보하여 광포획능력을 향상시킴으로써 태양광이 광흡수층에 보다 오래 머물도록 하는 것에 초점을 맞춘 것이다.
본 발명은 연성 기판으로부터 생성되어 태양전지에 전달될 수 있는 응력을 분산 및 완화하고, 태양광의 광경로를 확보하면서도 후면전극과의 낮은 저항을 유지하도록 하기 위하여 블록 코폴리머 템플레이트를 이용하여 패터닝된 응력완화층과 전반사막을 태양전지기술에 적용하고자 한다. 상기 응력완화층과 전반사막을 패터닝하기 위한 블록 코폴리머 템플레이트를 이용한 패터닝 방법에 대하여 기술하자면 아래와 같다. 블록 코폴리머는 호모 폴리머와 구분되는 것으로 호모 폴리머가 동일한 유닛(unit)으로 반복되는 반면, 블록 코폴리머는 1개 이상의 유닛이 반복되는 폴리머로서, 공중합체라고도 불리며, 각기 다른 단량체들이 중합되어 블록을 이룬다.
코폴리머는 블록을 구성하고 있는 두가지 이상의 단량체들의 선택, 조합, 그리고 비율 및 기판과 기판표면을 중립화(neutralize)시키는 폴리머 브러쉬(brush)의 선택을 통하여 도메인의 모양, 크기, 도메인들의 간격, 배치될 도메인들의 배열 등의 조절이 가능하다. 코폴리머를 구성하고 있는 각 폴리머들이 기판 또는 중화된 표면(neutralized surface)에서 각 폴리머와 다른 폴리머 그리고 각 폴리머와 표면 간에 갖는 표면에너지 차이에 의해 원기둥, 구, 선, 면, 라멜라와 같은 나노크기로 형성된 3차원 도메인(domain)과 매트릭스(matrix)로 자발적으로 분리되어 한가지 폴리머를 선택적으로 제거하면 블록 코폴리머 코팅층에 양각 또는 음각의 패턴을 형성할 수 있다.
종래의 상용화된 대부분의 태양전지는 웨이퍼나 글라스와 같은 단단한 기판 위에 태양전지가 형성되어 있기 때문에 어느 정도 힘을 주어 구부리게 되면 형태가 변하거나 부서지게 된다. 하지만 플렉서블 태양전지는 의도대로 구부리거나 휠 수 있는 태양전지이다. 따라서 상황에 따른 형태의 변형이 가능하고, 유연성을 위해 주로 박막형 태양전지가 연성 기판 위에 구성되므로 가볍고 휴대성도 매우 뛰어난 장점이 있다. 하지만 이러한 연성 기판 위에 각 박막을 적층하는 구조 자체는 벤딩(bending)에 매우 취약할 수밖에 없다.
또한 태양전지의 광전변환 효율을 높이기 위해서는 광흡수층에 흡수되는 태양광의 비율을 높여야 한다. 박막형 태양전지의 경우, 기판형 태양전지에 대비하여 박막의 광흡수층을 사용함에 따라 제조단가를 낮출 수 있으나 광흡수율이 떨어지는 문제점이 있다. 이와 같은 광흡수율 저하를 극복하기 위한 방안으로, 상술한 바와 같이, 태양전지의 단위기능막에 표면요철을 부여하는 방법이 있다. 표면요철구조가 형성된 상태에서 태양광이 입사하면 요철과 부딪혀 태양광의 산란이 발생되어 광흡수층에서 흡수되는 태양광의 비율을 높일 수 있게 된다. 즉, 산란되어 확산되는 빛에 의해 광흡수층 내에서의 광경로가 길어지게 되고, 광흡수층을 박막으로 만들더라도 광흡수층에 흡수될 확률이 높아지게 되어 태양전지의 효율을 높이는 것이 가능하다.
표면요철을 부여하는 방식으로 박막층의 표면을 거친 도구로 문지르는 등 기계적인 방식을 이용하여 표면요철을 부여하는 방식, 에칭시키는 등 화학적인 반응을 이용하여 표면요철을 부여하는 방식 등이 사용되어 왔다. 상기와 같은 광경로의 확보를 위해 대한민국 등록특허공보 등록번호 제 10-1063699는 태양전지 표면에 산란효과를 부여하는 것 외에, 후면전극의 상면에 전반사막을 형성시켜 광경로를 증가시키고자 하였다. 그러나 등록번호 제 10-1063699는 광경로는 확보할 수 있었으나, 후면전극과 광흡수층 간의 저항문제를 고려하지 못하여 결과적으로 향상된 광전효율을 기대하기 어려웠다.
상기의 과제를 해결하기 위해 안출된 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법으로 다음의 두 가지가 가능하다.
첫째, 연성 기판 위에 단일 층 혹은 복수의 층으로 구성된 응력완화층을 증착시킨 뒤, 블록 코폴리머(Block Copolymer)층을 도포하여 열처리하여 자발형성된 나노구조에서 일부를 제거하여 나노패턴이 형성되면 이것을 마스크로 적용하여 응력완화층을 식각하면 나노패턴이 형성된다.
둘째, 연성 기판 위에 블록 코폴리머(Block Copolymer)층을 도포하여 열처리하여 자발형성된 나노구조에서 일부를 제거하여 나노패턴이 형성되면 이것을 마스크로 적용하여 응력완화층을 증착하면 나노패턴이 형성된다.
상기의 과제를 해결하기 위해 안출된 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법으로 다음의 두 가지가 가능하다.
첫째, 후면전극층 위에 전반사막을 증착시킨 뒤, 블록 코폴리머(Block Copolymer)층을 도포하여 열처리하여 자발형성된 나노구조에서 일부를 제거하여 나노패턴이 형성되면 이것을 마스크로 적용하여 전반사막을 식각하면 나노패턴이 형성된다.
둘째, 후면전극층 위에 블록 코폴리머(Block Copolymer)층을 도포하여 열처리하여 자발형성된 나노구조에서 일부를 제거하여 나노패턴이 형성되면 이것을 마스크로 적용하여 전반사막을 증착하면 나노패턴이 형성된다.
본 발명의 박막 태양전지 연성 기판 위에 증착되는 응력완화층의 나노패턴 형성을 위한 블록 코폴리머 템플레이트 제조방법을 적용하면, 나노 사이즈 패터닝이 구조적으로 연성 기판의 응력을 완화하여 벤딩(bending)시 전극층의 박리 및 기판의 굴곡, 더 나아가 크랙(crack)을 방지할 수 있다.
본 발명의 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 전반사막을 포함하는 태양전지에 따르면, 후면전극의 상면에 패턴화된 전반사막을 형성시킴으로써 광흡수층을 거쳐 후면전극으로 입사하는 빛을 반사시킨다. 이로써, 광경로를 더욱 길게 연장시킬 수 있게 하는 것이다. 또한, 전반사막의 재질로 기존의 산화물 또는 질화물 계열 소재 또는 전기적 성능이 우수하고 굴절율이 낮은 p형 투명전극을 사용함으로써 전기전도성을 추가로 확보함으로써 전체적인 광전효율을 크게 향상시키는 효과가 있는 것이다.
도 1은 종래의 박막 태양전지 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법 모식도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법 모식도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법 순서도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법 모식도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 응력완화층을 포함하는 박막 태양전지의 요부발췌 사시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 응력완화층을 포함하는 박막 태양전지의 요부발췌 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 응력완화층을 포함하는 박막 태양전지의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 전반사막을 포함하는 박막 태양전지의 요부발췌 사시도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 전반사막을 포함하는 박막 태양전지의 요부발췌 사시도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 전반사막을 포함하는 박막 태양전지의 단면도이다.
도 16은 본 발명의 전반사막 패터닝의 결과로서 전반사막의 종횡비(aspect ratio) 차이에 따른 전반사 현상의 비교도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법 모식도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법 모식도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법 순서도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법 모식도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 응력완화층을 포함하는 박막 태양전지의 요부발췌 사시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 응력완화층을 포함하는 박막 태양전지의 요부발췌 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 응력완화층을 포함하는 박막 태양전지의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 전반사막을 포함하는 박막 태양전지의 요부발췌 사시도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 전반사막을 포함하는 박막 태양전지의 요부발췌 사시도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 전반사막을 포함하는 박막 태양전지의 단면도이다.
도 16은 본 발명의 전반사막 패터닝의 결과로서 전반사막의 종횡비(aspect ratio) 차이에 따른 전반사 현상의 비교도이다.
본 발명은 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층의 제조방법과 후면전극의 전반사막 제조방법 및 이를 포함하여 구성되는 박막 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 CIGS(Cu(InGa)Se2) 광흡수층을 갖는 박막 태양전지에 있어서 블록 코폴리머 템플레이트를 이용한 나노패턴을 적용하여, 연성 기판의 응력을 완화하기 위한 응력완화층을 형성시키는 방법과, 후면전극 상면에 광전변환율을 향상시키기 위한 전반사막을 제조하는 방법 및 이를 포함하여 구성되는 박막 태양전지에 관한 것이다.
종래의 상용화된 대부분의 태양전지는 웨이퍼나 글라스와 같은 단단한 기판 위에 태양전지가 형성되어 있기 때문에 어느 정도 힘을 주어 구부리게 되면 형태가 변하거나 부서지게 된다. 하지만 플렉서블 태양전지는 의도대로 구부리거나 휠 수 있는 태양전지이다. 따라서 상황에 따른 형태의 변형이 가능하고, 유연성을 위해 주로 박막형 태양전지가 연성 기판 위에 구성되므로 가볍고 휴대성도 매우 뛰어난 장점이 있다. 하지만 이러한 연성 기판 위에 각 박막을 적층하는 구조 자체는 벤딩(bending)에 매우 취약할 수밖에 없다.
블록 코폴리머는 호모 폴리머와 구분되는 것으로 호모 폴리머가 동일한 유닛(unit)으로 반복되는 반면, 블록 코폴리머는 1개 이상의 유닛이 반복되는 폴리머로서, 공중합체라고도 불리며, 각기 다른 단량체들이 중합되어 블록을 이룬다.
코폴리머는 블록을 구성하고 있는 두가지 이상의 단량체들의 선택, 조합, 그리고 비율 및 기판과 기판표면을 중립화(neutralize)시키는 폴리머 브러쉬(brush)의 선택을 통하여 도메인의 모양, 크기, 도메인들의 간격, 배치될 도메인들의 배열 등의 조절이 가능하다. 코폴리머를 구성하고 있는 각 폴리머들이 기판 또는 중화된 표면(neutralized surface)에서 각 폴리머와 다른 폴리머 그리고 각 폴리머와 표면 간에 갖는 표면에너지 차이에 의해 원기둥, 구, 선, 면, 라멜라와 같은 나노크기로 형성된 3차원 도메인(domain)과 매트릭스(matrix)로 자발적으로 분리되어 한가지 폴리머를 선택적으로 제거하면 블록 코폴리머 코팅층에 양각 또는 음각의 패턴을 형성할 수 있다. 이하 첨부되는 도면과 함께 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명과 비교하기 위한 종래의 박막 태양전지 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법 순서도이며, 먼저 연성 기판(100)을 준비하고, 상기 연성 기판(100) 위에 단일 층 혹은 복수의 층으로 구성된 응력완화층(110)을 증착시킨 후, 상기 응력완화층(110) 표면 위에 블록 코폴리머(Block Copolymer)층(120)을 도포한 후, 블록 코폴리머층(120)을 열처리하면 나노구조가 자발적으로 형성되게 되고, 블록 코폴리머층(120) 나노구조의 일부를 제거하여 나노패턴을 형성하여, 식각 공정(예컨데 건식 또는 습식 에칭)을 통해 상기 블록 코폴리머 나노패턴을 상기 응력완화층(110)에 전이시켜 패터닝한 후, 잔여 블록 코폴리머를 제거하는 것으로 공정이 완료된다. 상기와 같은 공정의 간략한 모식도가 도 3에 도시되어 있다.
또한 도 4는 본 발명의 다른 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법 순서도이며, 먼저 연성 기판(100)을 준비한 후, 상기 연성 기판(100) 표면 위에 블록 코폴리머(Block Copolymer)층(120)을 도포하고, 블록 코폴리머층(120)을 열처리하여 형성된 나노구조의 일부를 제거하여 나노패턴을 형성한다. 블록 코폴리머 패턴이 남은 연성 기판(100) 위에 단일 층 혹은 복수의 층으로 구성된 응력완화층(110)을 증착시키고 잔여 블록 코폴리머를 제거하면 공정이 마무리된다. 상기와 같은 공정의 간략한 모식도가 도 5에 도시되어 있다.
상기 공정단계의 상기 연성 기판(100)은 스테인레스 연성기판, Ni-Fe계 연성기판, 고분자 재질로 이루어진 연성기판 중에서 선택될 수 있다. 또한 상기 블록 코폴리머는 본 발명의 실시예로서 PS-b-PMMA(polystyrene-b-polymethyl methacrylate)를 적용하였으나 이에 반드시 한정하는 것은 아니며, PS-b-PMMA를 포함하는 폴리머로서, 예컨데 PS-b-PMMA를 기본으로 하여 다른 branch가 추가된 폴리머도 가능하다.
본 발명의 응력완화층(110)은 박막 태양전지의 연성 기판(100)을 안정화시키기 위한 것으로 연성 기판(100)에 대한 접착력이 우수한 것을 적용하는 것이 바람직하며, 티타늄(Ti), 크로뮴(Cr), 스테인레스, Ni-Fe계, 고분자 중에서 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 것이 더욱 바람직하다. 이때 응력완화층(110)은 RF 마그네트론 스퍼터링, DC 마그네트론 스퍼터링, MF 마그네트론 스퍼터링, 열증발법, 전자빔증발법, 열분무법, 화학기상증착법, 원자층 증착법, 분자선증착법 중에서 적어도 어느 하나의 방법을 선택하여, 두께가 10nm-1000nm 범위로 형성되도록 증착하는 것이 바람직하다.
나노구조가 자발적으로 형성시키기 위한 열처리는 도포된 블록 코폴리머층(120)을 100-250℃에서 3-48시간 동안 진공상태에서 어닐링함으로써 나노구조의 자발형성을 조장하고, 상기 열처리된 블록 코폴리머층(120) 위에 200-300nm, 0.5-2.0J/㎠ 의 UV를 조사하면 블록 코폴리머 중 PMMA의 결합을 파괴하여, UV조사 후 파괴된 PMMA의 결합부분을 습식 에칭(wet-etching) 또는 건식 에칭(dry-etching)함으로써 PS 부분을 남기고 PMMA만 선택적으로 제거하여 나노패턴의 형성이 가능하다.
상기와 같이 나노구조가 자발형성된 블록 코폴리머층(120)의 일부를 제거하는 나노패턴은 상기 블록 코폴리머층(220)의 도메인(a)을 제거하고 매트릭스(b)를 남김으로써 음각 블록 코폴리머 템플레이트를 형성하거나, 블록 코폴리머층(220)의 매트릭스(b)를 제거하고 도메인(a)을 남김으로써 양각 블록 코폴리머 템플레이트를 형성하는 것이 가능하다. 도 3과 도 5는 도메인(a)을 제거하고 매트릭스(b)를 남기는 음각 블록 코폴리머 템플레이트를 적용하는 것을 나타내고 있다. 이에 따라 잔여 블록 코폴리머를 제거하는 공정은 음각 블록 코폴리머 템플레이트로 사용된 매트릭스(b)이거나, 또는 양각 블록 코폴리머 템플레이트로 사용된 도메인(a)이다.
상기 공정에서 연성기판의 표면 또는 블록 코폴리머층이 증착되는 표면(예컨데 응력완화층 표면)을 클리닝 하는 단계가 추가될 수 있다.
필요에 따라서 표면의 중화(neutralized surface)가 요구되는 경우에는, 블록 코폴리머(Block Copolymer)층(120)을 도포하기 전처리 공정으로서, 폴리머 브러쉬(polymer brush)를 코팅하고 열처리하는 공정을 추가적으로 실시하는 것이 가능하며, 상기 폴리머 브러쉬는 PS-r-PMMA(polystyrene-r-polymethyl methacrylate) 또는 PS-r-PMMA를 포함하는 폴리머로서, 예컨데 PS-r-PMMA를 기본으로 하여 다른 branch가 추가된 폴리머가 가능하다.
식각 공정을 통해 상기 블록 코폴리머 나노패턴을 상기 응력완화층(110)에 전이시키는 공정으로서, 본 발명의 실시예에서는 상기 블록 코폴리머층(220)의 패턴 사이로 노출된 전반사막(210)을 0.5-1.0%의 HCl 등을 사용하여 에칭하였으나 이에 제한하지 않음은 물론이다. 여기에 필요한 경우 응력완화층(110)과 블록 코폴리머층 사이에 패턴 전이용 유전체층을 삽입하여 습식 및 건식 에칭의 질을 향상시키기 위한 추가 마스크층으로 사용할 수도 있다.
또한 도 6은 본 발명의 일 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법 순서도이며, 먼저 준비된 연성 기판(100) 위에 후면전극층(200)을 증착시킨 후 그 위에 단일 층 혹은 복수의 층으로 구성된 전반사막(210)을 증착하고, 블록 코폴리머(Block Copolymer)층(220)을 도포한다. 이렇게 도포된 블록 코폴리머층(220)을 열처리하여 자발형성된 나노구조의 일부를 제거하여 나노패턴을 형성한 후, 이것을 마스크로 적용하여 식각 공정(예컨데 건식 또는 습식 에칭)을 통해 상기 블록 코폴리머 나노패턴을 상기 전반사막(210)에 전이시키고 잔여 블록 코폴리머를 제거하는 것으로 공정을 마무리한다. 상기와 같은 공정의 간략한 모식도가 도 7에 도시되어 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법 순서도이며, 먼저 준비된 연성 기판(100) 위에 후면전극층(200)을 증착한 후, 상기 후면전극층(200) 표면 위에 블록 코폴리머(Block Copolymer)층(220)을 도포한 후, 블록 코폴리머층(220)을 열처리하여 자발형성된 나노구조의 일부를 제거하여 나노패턴을 형성한다. 상기 블록 코폴리머 패턴이 남은 후면전극층(200) 위에 단일 층 혹은 복수의 층으로 구성된 전반사막(210)을 증착시키고 잔여 블록 코폴리머를 제거하면 공정이 마무리된다. 상기와 같은 공정의 간략한 모식도가 도 9에 도시되어 있다.
상기 공정에서 연성기판의 표면 또는 블록 코폴리머층이 증착되는 표면(예컨데 전반사막 또는 후면전극층 표면)을 클리닝 하는 단계가 추가될 수 있다.
전반사막에 블록 코폴리머 나노패턴이 형성되는 공정에 관한 설명은 상술한 응력완화층의 그것과 다르지 않기 때문에 생략하기로 한다.
단, 상기 공정단계의 전반사막(210)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, ZrN, 갈륨질화물, 알루미늄 질화물, 아연황화물, ITO(In2O3:Sn)(Indium Tin Oxide), FTO(SnO2:F), ZnO, 무정형(amorphous) In-Ga-Zn-O, Zr, In2O3, 백금, 금, 산화아연, 산화갈륨, 산화알루미늄, 산화납, 산화구리, 산화티탄 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성하되, RF 마그네트론 스퍼터링, DC 마그네트론 스퍼터링, MF 마그네트론 스퍼터링, 열증발법, 전자빔증발법, 열분무법, 화학기상증착법, 원자층 증착법, 분자선증착법 중에서 적어도 어느 하나의 방법을 선택하여, 두께가 10-500nm범위가 되도록 증착하는 것이 바람직하다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 응력완화층을 포함하는 박막 태양전지의 요부발췌 사시도로서, 연성 기판(100); 상기 연성 기판(100) 상면에 증착되는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 응력완화층(110); 상기 응력완화층(110) 상면에 증착되며, 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 구리(Cu) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 후면전극층(200); 상기 후면전극층(200) 상면에 증착되며, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se) 중에서 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 광흡수층(300); 상기 광흡수층(300) 상면에 증착되며, CdS, CdZnS, ZnS, Zn(S,O), Zn(OH,S), ZnS(O,OH), ZnSe, ZnInS, ZnInSe, ZnMgO, Zn(Se,OH), ZnSnO, ZnO, InSe, InOH, In(OH,S), In(OOH,S), In(S,O) 중에서 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 버퍼층(400); 및 상기 버퍼층(400) 상면에 증착되며, AZO(Al doped Zinc Oxide), BZO(B doped Zinc Oxide), GZO(Ga doped Zinc Oxide), ZnO, ITO(Indium Tin Oxide), In2O3, FTO(F doped Tin Oxide), 산화갈륨, 산화알루미늄, 산화납, 산화구리, 산화티탄, 산화철, 이산화주석 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 투명전극층(500)을 포함하여 구성되며, 이에 추가적으로 반사방지막(600) 및 그리드전극(700)을 더 포함할 수 있다. 상기 응력완화층(110)은 상술한 본 발명의 방법으로 제조된다. 도 12는 본 발명의 일 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 응력완화층을 포함하는 박막 태양전지의 단면도를 도시한 것이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 전반사막(210)을 포함하는 박막 태양전지의 요부발췌 사시도로서, 연성 기판(100); 상기 연성 기판(100) 상면에 증착되며, 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 구리(Cu) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 후면전극층(200); 상기 후면전극층(200) 상면에 증착되는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 전반사막(210); 상기 전반사막(210) 상면에 증착되며, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se) 중에서 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 광흡수층(300); 상기 광흡수층(300) 상면에 증착되며, CdS, CdZnS, ZnS, Zn(S,O), Zn(OH,S), ZnS(O,OH), ZnSe, ZnInS, ZnInSe, ZnMgO, Zn(Se,OH), ZnSnO, ZnO, InSe, InOH, In(OH,S), In(OOH,S), In(S,O) 중에서 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 버퍼층(400); 및 상기 버퍼층(400) 상면에 증착되며, AZO(Al doped Zinc Oxide), BZO(B doped Zinc Oxide), GZO(Ga doped Zinc Oxide), ZnO, ITO(Indium Tin Oxide), In2O3, FTO(F doped Tin Oxide), 산화갈륨, 산화알루미늄, 산화납, 산화구리, 산화티탄, 산화철, 이산화주석 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 투명전극층(500);을 포함하여 구성되며, 이에 추가적으로 반사방지막(600) 및 그리드전극(700)을 더 포함할 수 있다. 상기 전반사막(210)은 상술한 본 발명의 방법으로 제조된다. 도 15는 본 발명의 일 실시예로서 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 응력완화층을 포함하는 박막 태양전지의 단면도를 도시한 것이다.
도 16은 본 발명의 전반사막(210) 패터닝의 결과로서 전반사막(210)의 종횡비(aspect ratio) 차이에 따른 전반사 현상의 비교도이다. 본 발명의 블록 코폴리머 나노패턴을 적용한 태양전지에 따르면, 후면전극(200)의 상면에 패턴화된 전반사막(210)을 형성시킴으로써 광흡수층(300)을 거쳐 후면전극(200)으로 입사하는 빛을 반사시킨다. 이로써, 광경로를 더욱 길게 연장시킬 수 있게 하는 것이다. 또한, 전반사막의 재질로 기존의 산화물 또는 질화물 계열 소재 또는 전기적 성능이 우수하고 굴절율이 낮은 p형 투명전극을 사용함으로써 전기전도성을 추가로 확보함으로써 전체적인 광전효율을 크게 향상시키는 효과가 있는 것이다.
전반사막의 특징은 빛이 굴절률이 큰 매질(CIGS; 약 2.5~3.0)에서 작은 매질(전반사막; 약 1.4~2.4, 버퍼층; 약 2.5~2.6, 전면전극; 약 1.8~2.0)로 진행하는 경우, 입사각이 전반사막(210) 표면의 직각 방향과 이루는 각도가 일정 각도 이상 일 때 전부 반사(100%)가 일어나는 현상이다. 따라서 일반적으로는 입사각이 전반사막(210) 표면의 직각방향과 이루는 각도가 작을 때는 경계면에서 일부는 투과하고 일부는 반사되다가, 입사각이 전반사막(210) 표면의 직각방향과 이루는 각도가 임계각 이상으로 커졌을 때 전반사현상이 일어나게 되며, 다시 말해서 빛의 입사각이 전반사막(210) 표면의 직각 방향에 가까울수록 반사율이 떨어지게 된다.
패턴화된 전반사막(210)에 있어서 전반사막(210)의 두께와 반복횟수, 식각 조건의 조절을 이용하여 단면으로 보이는 패턴의 가로 또는 세로 방향 폭과 높이의 비율인 종횡비(aspect ratio)를 조정하여 적절히 크게 하면, 도 16에 도시된 바와 같이, 태양광이 입사할 때 전반사막(210)의 반복횟수를 거침에 따라 투과각이 점차 커지게 되며, 높은 종횡비(aspect ratio)에 의해 이웃한 패턴태양광 입사각과 표면의 각이 90도에 가깝더라도 전반사현상이 일어날 확률을 증가시킬 수 있게 된다. (하지만 여전히 90의 입사각을 가진 태양광의 경우, 패턴이 없는 부분은 기존 태양전지의 효율을, 패턴이 있는 부분은 전반사막(210)에서의 직각방향 반사율만큼의 효율 향상을 가지게 된다.)
본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시예에 불과하며, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다.
100. 연성 기판
110. 응력완화층
120. 블록 코폴리머(Block Copolymer)층
200. 후면전극층
210. 전반사막
220. 블록 코폴리머(Block Copolymer)층
300. 광흡수층
400. 버퍼층
500. 투명전극층
600. 반사방지막
700. 그리드전극
110. 응력완화층
120. 블록 코폴리머(Block Copolymer)층
200. 후면전극층
210. 전반사막
220. 블록 코폴리머(Block Copolymer)층
300. 광흡수층
400. 버퍼층
500. 투명전극층
600. 반사방지막
700. 그리드전극
Claims (46)
- 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법에 있어서,
a-ⅰ) 연성 기판을 준비하는 단계;
a-ⅱ) 상기 연성 기판 위에 단일 층 혹은 복수의 층으로 구성된 응력완화층을 증착시키는 단계;
a-ⅲ) 상기 응력완화층 표면 위에 블록 코폴리머(Block Copolymer)층을 도포하는 단계;
a-ⅳ) 상기 도포된 블록 코폴리머층을 열처리하여 나노구조가 자발적으로 형성되는 단계;
a-ⅴ) 상기 나노구조가 자발형성된 블록 코폴리머층의 일부를 제거하여 나노패턴을 형성하는 단계;
a-ⅵ) 식각 공정을 통해 상기 블록 코폴리머 나노패턴을 상기 응력완화층에 전이시키는 단계;
a-ⅶ) 잔여 블록 코폴리머를 제거하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법.
- 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법에 있어서,
b-ⅰ) 연성 기판을 준비하는 단계;
b-ⅱ) 상기 연성 기판 표면 위에 블록 코폴리머(Block Copolymer)층을 도포하는 단계;
b-ⅲ) 상기 도포된 블록 코폴리머층을 열처리하여 나노구조가 자발적으로 형성되는 단계;
b-ⅳ) 상기 나노구조가 자발형성된 블록 코폴리머층의 일부를 제거하여 나노패턴을 형성하는 단계;
b-ⅴ) 상기 블록 코폴리머 패턴이 남은 연성 기판 위에 단일 층 혹은 복수의 층으로 구성된 응력완화층을 증착시키는 단계;
b-ⅵ) 잔여 블록 코폴리머를 제거하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
a-ⅰ) 또는 b-ⅰ) 단계의 상기 연성 기판은 스테인레스 연성기판, Ni-Fe계 연성기판, 고분자 재질로 이루어진 연성기판 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
a-ⅲ) 또는 b-ⅱ) 단계의 상기 블록 코폴리머는 PS-b-PMMA(polystyrene-b-polymethyl methacrylate)이거나 또는 PS-b-PMMA를 포함하는 폴리머인 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
a-ⅳ) 또는 b-ⅲ) 단계의 상기 나노구조 자발형성을 위한 열처리 방법은 상기 도포된 블록 코폴리머층을 100-250℃에서 3-48시간 동안 진공상태에서 어닐링하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
a-ⅴ) 또는 b-ⅳ) 단계의 블록 코폴리머층의 일부를 제거하여 나노패턴을 형성하는 방법은 상기 열처리된 블록 코폴리머층 위에 200-300nm, 0.5-2.0J/㎠ 의 UV를 조사한 후, 습식 또는 건식 에칭의 방법으로 식각하는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
a-ⅴ) 또는 b-ⅳ) 단계의 나노패턴은 상기 블록 코폴리머층의 도메인을 제거하고 매트릭스를 남김으로써 음각 블록 코폴리머 템플레이트를 형성하는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
a-ⅴ) 또는 b-ⅳ) 단계의 나노패턴은 상기 블록 코폴리머층의 매트릭스를 제거하고 도메인을 남김으로써 양각 블록 코폴리머 템플레이트를 형성하는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
a-ⅱ) 또는 b-ⅴ) 단계의 상기 응력완화층은 티타늄(Ti), 크로뮴(Cr), 스테인레스, Ni-Fe계, 고분자 군으로부터 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
a-ⅱ) 또는 b-ⅴ) 단계의 응력완화층은 RF 마그네트론 스퍼터링, DC 마그네트론 스퍼터링, MF 마그네트론 스퍼터링, 열증발법, 전자빔증발법, 열분무법, 화학기상증착법, 원자층 증착법, 분자선증착법 중에서 적어도 어느 하나의 방법을 선택하여 증착되는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
a-ⅱ) 또는 b-ⅴ) 단계의 상기 응력완화층의 두께는 10nm-1000nm 범위로 형성하는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
a-ⅶ) 또는 b-ⅵ) 단계의 잔여 블록 코폴리머는 음각 블록 코폴리머 템플레이트로 사용된 매트릭스이거나, 또는 양각 블록 코폴리머 템플레이트로 사용된 도메인인 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
a-ⅰ)와 a-ⅱ) 단계 사이, 또는 b-ⅰ)와 b-ⅱ) 단계 사이에,
상기 준비된 연성기판의 표면을 클리닝하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
a-ⅱ)와 a-ⅲ) 단계 사이에,
상기 증착된 응력완화층 표면을 클리닝하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
a-ⅱ)와 a-ⅲ) 단계 사이, 또는 b-ⅰ)와 b-ⅱ)단계 사이에,
폴리머 브러쉬(polymer brush)를 코팅하고 열처리하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법.
- 제 15항에 있어서,
상기 폴리머 브러쉬는 PS-r-PMMA(polystyrene-r-polymethyl methacrylate)이거나 PS-r-PMMA를 포함하는 폴리머인 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법.
- 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법에 있어서,
c-ⅰ) 연성 기판을 준비하는 단계;
c-ⅱ) 연성 기판 위에 후면전극층을 증착시키는 단계;
c-ⅲ) 상기 후면전극층 위에 단일 층 혹은 복수의 층으로 구성된 전반사막을 증착시키는 단계;
c-ⅳ) 상기 전반사막 표면 위에 블록 코폴리머(Block Copolymer)층을 도포하는 단계;
c-ⅴ) 상기 도포된 블록 코폴리머층을 열처리하여 나노구조가 자발적으로 형성되는 단계;
c-ⅵ) 상기 나노구조가 자발형성된 블록 코폴리머층의 일부를 제거하여 나노패턴을 형성하는 단계;
c-ⅶ) 식각 공정을 통해 상기 블록 코폴리머 나노패턴을 상기 전반사막에 전이시키는 단계;
c-ⅷ) 잔여 블록 코폴리머를 제거하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법.
- 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법에 있어서,
d-ⅰ) 연성 기판을 준비하는 단계;
d-ⅱ) 연성 기판 위에 후면전극층을 증착시키는 단계;
d-ⅲ) 상기 후면전극층 표면 위에 블록 코폴리머(Block Copolymer)층을 도포하는 단계;
d-ⅳ) 상기 도포된 블록 코폴리머층을 열처리하여 나노구조가 자발적으로 형성되는 단계;
d-ⅴ) 상기 나노구조가 자발형성된 블록 코폴리머층의 일부를 제거하여 나노패턴을 형성하는 단계;
d-ⅵ) 상기 블록 코폴리머 패턴이 남은 후면전극층 위에 단일 층 혹은 복수의 층으로 구성된 전반사막을 증착시키는 단계;
d-ⅶ) 잔여 블록 코폴리머를 제거하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법.
- 제 17항 또는 제 18항에 있어서,
c-ⅰ) 또는 d-ⅰ) 단계의 상기 연성 기판은 스테인레스 연성기판, Ni-Fe계 연성기판, 고분자 재질로 이루어진 연성기판 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법.
- 제 17항 또는 제 18항에 있어서,
c-ⅳ) 또는 d-ⅲ) 단계의 상기 블록 코폴리머는 PS-b-PMMA(polystyrene-b-polymethyl methacrylate)이거나 또는 PS-b-PMMA를 포함하는 폴리머인 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법.
- 제 17항 또는 제 18항에 있어서,
c-ⅴ) 또는 d-ⅳ) 단계의 상기 나노구조 자발형성을 위한 열처리 방법은 상기 도포된 블록 코폴리머층을 100-250℃에서 3-48시간 동안 진공상태에서 어닐링하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법.
- 제 17항 또는 제 18항에 있어서,
c-ⅵ) 또는 d-ⅴ) 단계의 블록 코폴리머층의 일부를 제거하여 나노패턴을 형성하는 방법은 상기 열처리된 블록 코폴리머층 위에 200-300nm, 0.5-2.0J/㎠ 의 UV를 조사한 후, 습식 또는 건식 에칭의 방법으로 식각습식 또는 건식 에칭의 방법으로 식각하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법.
- 제 17항 또는 제 18항에 있어서,
c-ⅵ) 또는 d-ⅴ) 단계의 나노패턴은 상기 블록 코폴리머층의 도메인을 제거하고 매트릭스를 남김으로써 음각 블록 코폴리머 템플레이트를 형성하는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법.
- 제 17항 또는 제 18항에 있어서,
c-ⅵ) 또는 d-ⅴ) 단계의 나노패턴은 상기 블록 코폴리머층의 매트릭스를 제거하고 도메인을 남김으로써 양각 블록 코폴리머 템플레이트를 형성하는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법.
- 제 17항 또는 제 18항에 있어서,
c-ⅲ) 또는 d-ⅵ) 단계의 상기 전반사막은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, ZrN, 갈륨질화물, 알루미늄 질화물, 아연황화물, ITO(In2O3:Sn)(Indium Tin Oxide), FTO(SnO2:F), ZnO, 무정형(amorphous) In-Ga-Zn-O, Zr, In2O3, 백금, 금, 산화아연, 산화갈륨, 산화알루미늄, 산화납, 산화구리, 산화티탄 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법.
- 제 17항 또는 제 18항에 있어서,
c-ⅲ) 또는 d-ⅵ) 단계의 상기 전반사막은 RF 마그네트론 스퍼터링, DC 마그네트론 스퍼터링, MF 마그네트론 스퍼터링, 열증발법, 전자빔증발법, 열분무법, 화학기상증착법, 원자층 증착법, 분자선증착법 중에서 적어도 어느 하나의 방법을 선택하여 증착되는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법.
- 제 17항 또는 제 18항에 있어서,
c-ⅲ) 또는 d-ⅵ) 단계의 상기 전반사막의 두께는 10-500nm인 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법.
- 제 17항 또는 제 18항에 있어서,
c-ⅷ) 또는 d-ⅶ) 단계의 잔여 블록 코폴리머는 음각 블록 코폴리머 템플레이트로 사용된 매트릭스이거나, 또는 양각 블록 코폴리머 템플레이트로 사용된 도메인인 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법.
- 제 17항 또는 제 18항에 있어서,
c-ⅰ)와 c-ⅱ) 단계 사이, 또는 d-ⅰ)와 d-ⅱ) 단계 사이에,
상기 준비된 연성기판의 표면을 클리닝하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 연성 기판의 응력완화층 제조방법.
- 제 17항에 있어서,
c-ⅲ)와 c-ⅳ)단계 사이에,
상기 증착된 전반사막 표면을 클리닝하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법.
- 제 18항에 있어서,
d-ⅱ)와 d-ⅲ)단계 사이에,
상기 증착된 후면전극층 표면을 클리닝하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법.
- 제 17항 또는 제 18항에 있어서,
c-ⅲ)와 c-ⅳ) 단계 사이, 또는 d-ⅱ)와 d-ⅲ) 단계 사이에,
폴리머 브러쉬(polymer brush)를 코팅하고 열처리하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법.
- 제 32항에 있어서,
상기 폴리머 브러쉬는 PS-r-PMMA(polystyrene-r-polymethyl methacrylate)이거나 또는 PS-r-PMMA를 포함하는 폴리머인 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 박막 태양전지 후면전극의 전반사막 제조방법.
- 연성 기판;
상기 연성 기판 상면에 증착되는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 응력완화층;
상기 응력완화층 상면에 증착되는 후면전극층;
상기 후면전극층 상면에 증착되는 광흡수층;
상기 광흡수층 상면에 증착되는 버퍼층; 및
상기 버퍼층 상면에 증착되는 투명전극층;
을 포함하여 구성되는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 응력완화층을 포함하는 박막 태양전지에 있어서,
상기 응력완화층은 제 1항 또는 제 2항의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 응력완화층을 포함하는 박막 태양전지.
- 제 34항에 있어서,
상기 연성 기판은 스테인레스, Ni-Fe계, 고분자 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 응력완화층을 포함하는 박막 태양전지.
- 제 34항에 있어서,
상기 응력완화층은 티타늄(Ti), 크로뮴(Cr), 스테인레스, Ni-Fe계 고분자 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 응력완화층을 포함하는 박막 태양전지.
- 제 34항에 있어서,
상기 후면전극층은 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 구리(Cu) 중에서 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 응력완화층을 포함하는 박막 태양전지.
- 제 34항에 있어서,
상기 광흡수층은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se) 중에서 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 응력완화층을 포함하는 박막 태양전지.
- 제 34항에 있어서,
상기 버퍼층은 CdS, CdZnS, ZnS, Zn(S,O), Zn(OH,S), ZnS(O,OH), ZnSe, ZnInS, ZnInSe, ZnMgO, Zn(Se,OH), ZnSnO, ZnO, InSe, InOH, In(OH,S), In(OOH,S), In(S,O) 중에서 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 응력완화층을 포함하는 박막 태양전지.
- 제 34항에 있어서,
상기 투명전극층은 AZO(Al doped Zinc Oxide), BZO(B doped Zinc Oxide), GZO(Ga doped Zinc Oxide), ZnO, ITO(Indium Tin Oxide), In2O3, FTO(F doped Tin Oxide), 산화갈륨, 산화알루미늄, 산화납, 산화구리, 산화티탄, 산화철, 이산화주석 중에서 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 응력완화층을 포함하는 박막 태양전지.
- 연성 기판;
상기 연성 기판 상면에 증착되는 후면전극층;
상기 후면전극층 상면에 증착되는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 전반사막;
상기 전반사막 상면에 증착되는 광흡수층;
상기 광흡수층 상면에 증착되는 버퍼층; 및
상기 버퍼층 상면에 증착되는 투명전극층;
을 포함하여 구성되는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 전반사막을 포함하는 박막 태양전지에 있어서,
상기 전반사막은 제 17항 또는 제 18항의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 전반사막을 포함하는 박막 태양전지.
- 제 41항에 있어서,
상기 연성 기판은 스테인레스, Ni-Fe계, 고분자 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 전반사막을 포함하는 박막 태양전지.
- 제 41항에 있어서,
상기 후면전극층은 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 구리(Cu) 중에서 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 전반사막을 포함하는 박막 태양전지.
- 제 41항에 있어서,
상기 광흡수층은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se) 중에서 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 전반사막을 포함하는 박막 태양전지.
- 제 41항에 있어서,
상기 버퍼층은 CdS, CdZnS, ZnS, Zn(S,O), Zn(OH,S), ZnS(O,OH), ZnSe, ZnInS, ZnInSe, ZnMgO, Zn(Se,OH), ZnSnO, ZnO, InSe, InOH, In(OH,S), In(OOH,S), In(S,O) 중에서 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 전반사막을 포함하는 박막 태양전지.
- 제 41항에 있어서,
상기 투명전극층은 AZO(Al doped Zinc Oxide), BZO(B doped Zinc Oxide), GZO(Ga doped Zinc Oxide), ZnO, ITO(Indium Tin Oxide), In2O3, FTO(F doped Tin Oxide), 산화갈륨, 산화알루미늄, 산화납, 산화구리, 산화티탄, 산화철, 이산화주석 중에서 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블록 코폴리머 나노패턴이 형성된 전반사막을 포함하는 박막 태양전지.
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