KR20170030311A - 박막형 태양전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판; 상기 기판 상에 구비되며, 제1 분리부가 형성된 제1 투명전극; 상기 제1 분리부와 상기 제1 투명 전극 상에 형성되는 반도체층; 상기 제1 투명 전극과 상기 반도체층을 관통하여 형성되는 콘택부; 상기 콘택부 내에 형성됨과 더불어 상기 반도체층 상에 형성되는 제2 투명전극; 및 상기 반도체층과 상기 제2 투명전극을 관통하여 형성되는 제2 분리부를 포함하며, 상기 콘택부의 그레인 크기는 상기 제1 투명전극의 그레인의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

박막형 태양전지 및 그 제조 방법{A thin film type solar cell and Method of manufacturing the same}
본 발명은 박막형 태양전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 씨쓰루(see-through) 형태의 박막형 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN 접합 구조를 하고 있다. 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole)과 전자(electron)가 발생한다. 이때, 상기 PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생 되고, 그에 따라 전력을 생산할 수 있게 된다.
상기 태양전지는 박막형 태양전지(Thin film type solar cell)와 웨이퍼형 태양전지(Wafer type solar cell)로 구분할 수 있다.
상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 웨이퍼형 태양전지는 실리콘 웨이퍼 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 웨이퍼형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 효율이 우수하기는 하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승하는 단점이 있다.
상기 박막형 태양전지는 씨쓰루(see-through) 형태의 광 투과영역 확보가 가능하기 때문에 건축물의 유리창 또는 차량의 선루프 등에 용이하게 적용될 수 있다.
이하, 도면을 참조로 종래의 씨쓰루 형태의 박막형 태양전지에 대해서 설명하기로 한다.
도 1a는 종래의 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이고, 도 1b는 종래의 박막형 태양전지의 개략적인 평면도이다.
도 1a에서 알 수 있듯이, 종래의 박막형 태양전지는 기판(10), 제1 전극(20), 반도체층(30), 및 제2 전극(40)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 전극(20)은 상기 기판(10) 상에 구비되며, 복수의 제1 전극(20)들은 제1 분리부(P1)를 사이에 두고 이격되어 있다.
상기 반도체층(30)은 상기 제1 전극(20) 상에 구비되며, 복수의 반도체층(30)들은 콘택부(P2) 및 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 이격되어 있다.
상기 제2 전극(40)은 상기 반도체층(30) 상에 구비되며, 복수의 제2 전극(40)들은 상기 콘택부(P2)를 통해 상기 제1 전극(20)과 연결되고, 상기 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 이격되어 있다.
이상과 같은 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 및 제2 분리부(P3)에 의해서 복수 개의 단위 셀들이 서로 직렬로 연결될 수 있다.
상기 기판(10)의 외곽에는 제3 분리부(P4)가 형성되어 있다. 상기 제3 분리부(P4)는 상기 제1 전극(20), 상기 반도체층(30), 및 상기 제2 전극(40)의 소정 영역이 제거되어 마련된다. 상기 제3 분리부(P4)를 통해서 상기 기판(10)의 외곽 부분이 절연됨으로써, 완성된 박막 태양전지를 모듈화하는 공정에서 소정의 하우징을 박막 태양전지에 연결할 때 상기 하우징과 박막 태양전지 사이에 쇼트가 발생되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 단위 셀 내에는 광 투과부(P5)가 형성되어 있다. 상기 광 투과부(P5)는 상기 반도체층(30) 및 상기 제2 전극(40)의 소정 영역이 제거되어 마련된다. 이와 같은 광 투과부(P5)에 의해서 씨쓰루(see-through) 영역이 확보될 수 있다.
도 1b를 참조하여, 종래의 박막 태양전지의 평면 구조에 대해서 설명하면, 기판(10) 상에는 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 및 제2 분리부(P3)가 반복 배열되어 있다. 상기 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 및 제2 분리부(P3)의 반복 단위에 의해서 복수 개의 단위 셀들이 구분될 수 있다.
상기 기판(10)의 외곽에는 제3 분리부(P4)가 형성되어 있어, 상기 제3 분리부(P4)에 의해서 상기 기판(10)의 최외곽 영역이 절연되어 있다. 상기 제3 분리부(P4)는 상기 기판(10)의 형태에 대응하는 형태로 마련된다.
또한, 상기 기판(10) 상에는 씨쓰루 영역을 확보하기 위해서 광 투과부(P5)가 형성되어 있다. 상기 광 투과부(P5)는 상기 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 및 제2 분리부(P3)와 교차하는 방향으로 배열되어 있다.
이상 설명한 종래의 박막형 태양전지는 다음과 같은 단점이 있다.
첫째, 종래의 박막형 태양전지는 상기 제1 분리부(P1), 상기 콘택부(P2), 상기 제2 분리부(P3), 상기 제3 분리부(P4), 및 상기 광 투과부(P5)를 형성하기 위해서 총 5차례의 레이저 스크라이빙 공정이 필요하며, 그에 따라 공정이 복잡해지고 제조 비용이 상승되는 단점이 있다.
둘째, 종래의 박막형 태양전지는 상기 광 투과부(P5)를 통해서 씨쓰루 영역이 확보될 수 있는데, 상기 광 투과부(P5)의 구조적 한계로 인해서 시인성이 떨어진다. 구체적으로 설명하면, 도 1a의 확대도에서 알 수 있듯이, 상기 광 투과부(P5)에는 상기 제1 전극(20)이 형성되어 있는데, 상기 제1 전극(20)의 표면은 광경로 증진을 통한 전지효율 향상을 위해서 요철구조로 형성되어 있다. 따라서, 상기 제1 전극(20)을 통과하는 광이 굴절 또는 산란되기 때문에 시인성이 떨어진다.
본 발명은 전술한 종래의 박막형 태양전지의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 공정이 단순해져 제조 비용이 절감되고 광 투과부에서의 시인성이 향상될 수 있는 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 기판; 상기 기판 상에 구비되며, 제1 분리부가 형성된 제1 투명전극; 상기 제1 분리부와 상기 제1 투명 전극 상에 형성되는 반도체층; 상기 제1 투명 전극과 상기 반도체층을 관통하여 형성되는 콘택부; 상기 콘택부 내에 형성됨과 더불어 상기 반도체층 상에 형성되는 제2 투명전극; 및 상기 반도체층과 상기 제2 전극을 관통하여 형성되는 제2 분리부를 포함하며, 상기 콘택부의 그레인 크기는 상기 제1 투명전극의 그레인의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 박막형 태양 전지를 제공한다.
본 발명은 또한, 기판 상에 제1 투명전극, 반도체층, 및 제2 투명전극이 순차적으로 형성된 박막형 태양전지에 있어서, 상기 제2 투명전극은 상기 반도체층과 상기 제1 투명전극을 관통하여 상기 기판에 접하고, 상기 제2 투명전극의 그레인의 크기는 상기 제1 투명전극의 그레인의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지를 제공한다.
본 발명은 또한, 기판 상에 제1 투명전극, 반도체층, 및 제2 투명전극이 순차적으로 형성된 박막형 태양전지에 있어서, 상기 제2 투명전극은 상기 반도체층과 상기 제1 투명전극을 관통하여 상기 기판에 접하고, 상기 제1 투명전극의 반사율은 상기 제2 투명전극의 반사율보다 큰 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지를 제공한다.
본 발명은 또한, 기판 상에 제1 투명전극, 반도체층, 및 제2 투명전극이 순차적으로 형성된 박막형 태양전지에 있어서, 상기 제2 투명전극은 상기 반도체층과 상기 제1 투명전극을 관통하여 상기 기판에 접하고, 상기 제2 투명전극의 산소농도는 상기 제1 투명전극의 산소농도보다 더 큰 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지를 제공한다.
상기 제2 투명 전극은 상기 제1 투명 전극의 측면과 접할 수 있다.
상기 제2 투명 전극은 상기 콘택부 내에서 상기 기판의 상면과 접할 수 있다.
상기 콘택부의 폭은 상기 제1 분리부의 폭 및 상기 제2 분리부의 폭보다 넓을 수 있다.
본 발명은 또한, 기판 상에 전면전극, 반도체층, 및 후면전극이 형성된 박막형 태양전지에 있어서, 상기 전면전극은 제1 그레인 크기를 갖는 제1 영역 및 상기 제1 그레인 크기보다 크기가 작은 제2 그레인 크기를 갖는 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 영역은 상기 후면전극과 연결되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지를 제공한다.
상기 제2 영역과 상기 후면전극은 동일한 투명 도전물로 일체로 형성될 수 있다.
본 발명은 또한, 기판 상에 제1 투명 전극층을 형성하는 공정; 상기 제1 투명 전극층의 소정 영역을 제거하여 제1 분리부를 형성함으로써 상기 제1 분리부를 사이에 두고 이격되는 복수의 제1 투명 전극을 형성하는 공정; 상기 제1 투명 전극 상에 반도체층을 형성하는 공정; 상기 반도체층 및 상기 제1 투명 전극의 소정 영역을 제거하여 콘택부를 형성함으로써 상기 콘택부를 사이에 두고 이격되는 복수의 반도체층을 형성하는 공정; 상기 반도체층 상에 제2 투명 전극층을 형성하는 공정; 및 상기 반도체층 및 상기 제2 투명 전극층의 소정 영역을 제거하여 제2 분리부를 형성함으로써, 상기 콘택부를 통해 상기 제1 투명 전극과 연결되며 상기 제2 분리부를 사이에 두고 이격되는 복수의 제2 투명 전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조 방법을 제공한다.
상기 제2 투명 전극은 상기 콘택부 내에서 상기 제1 투명 전극의 측면 및 상기 기판의 상면과 접할 수 있다.
상기 콘택부의 폭은 상기 제1 분리부의 폭 및 상기 제2 분리부의 폭보다 넓게 형성할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 콘택부가 광 투과영역으로 기능할 수 있기 때문에, 종래와 같이 별도의 레이저 스크라이빙을 통한 광 투과영역을 형성할 필요가 없다. 따라서, 제1 분리부, 콘택부, 제2 분리부, 및 제3 분리부를 형성하기 위해서 총 4차례의 레이저 스크라이빙 공정만이 필요하며, 그에 따라 종래에 비하여 1차례의 레이저 스크라이빙 공정이 줄어들어 제조 비용이 절감될 수 있다.
또한, 종래의 경우는 광 투과부에 요철구조의 제1 전극이 형성되기 때문에 광 투과부에서의 시인성이 떨어지게 되지만, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 콘택부 영역에는 요철구조의 제1 전극이 형성되지 않기 때문에 광 투과영역으로 기능하는 상기 콘택부에서의 시인성이 향상될 수 있다.
도 1a는 종래의 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이고, 도 1b는 종래의 박막형 태양전지의 개략적인 평면도이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 평면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 개략적인 단면도이다.
우선, 도 2a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 상에 투명 도전물을 이용하여 제1 투명 전극층(200a)을 형성한다.
상기 기판(100)으로는 유리 또는 투명한 플라스틱을 이용할 수 있다.
상기 제1 투명 전극층(200a)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide)등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 제1 투명 전극층(200a)은 태양광이 입사되는 전면 전극층으로 기능할 수 있으며, 이 경우 입사되는 태양광이 태양전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 하기 위해서 상기 제1 투명 전극층(200a)의 표면에 요철 구조를 형성하는 텍스처(texturing) 가공 공정을 추가로 수행할 수 있다.
다음, 도 2b에서 알 수 있듯이, 상기 제1 투명 전극층(200a)에 제1 폭(W1)을 가지는 제1 분리부(P1)를 형성한다.
상기 제1 분리부(P1)를 형성함으로써 상기 제1 분리부(P1)를 사이에 두고 이격되는 복수의 제1 투명 전극(200)들의 패턴을 얻을 수 있다. 상기 제1 분리부(P1)가 형성된 영역에서는 상기 제1 투명 전극층(200a)의 소정 영역이 제거되고 그에 따라 상기 기판(100)의 상면이 노출된다.
상기 제1 분리부(P1)를 형성하는 공정은 레이저 스크라이빙 공정으로 이루어질 수 있다. 이때, 레이저는 제1 파장 범위를 가지고 있으며, 보다 구체적으로 적외선 파장 범위의 레이저를 이용할 수 있다. 상기 적외선 파장 범위의 레이저를 이용하여 레이저 스크라이빙 공정을 수행하면 레이저가 조사된 상기 제1 투명 전극층(200a)의 소정 영역이 제거되면서 상기 제1 분리부(P1)가 형성될 수 있다.
다음, 도 2c에서 알 수 있듯이, 상기 제1 투명 전극(200) 상에 반도체층(300a)을 형성한다.
상기 반도체층(300a)은 도시된 바와 같이 상기 제1 분리부(P1) 영역에도 형성한다.
상기 반도체층(300a)은 실리콘계 반도체물질을 플라즈마 CVD법 등을 이용하여 형성할 수 있으며, 상기 실리콘계 반도체물질로는 비정질 실리콘(a-Si:H) 또는 미세결정질 실리콘(μc-Si:H)을 이용할 수 있다.
상기 반도체층(300a)은 P(Positive)형 반도체층, I(Intrinsic)형 반도체층 및 N(Negative)형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성할 수 있다. 이와 같이 상기 반도체층(300a)을 PIN구조로 형성하게 되면, I형 반도체층이 P형 반도체층과 N형 반도체층에 의해 공핍(depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(drift)되어 각각 P형 반도체층 및 N형 반도체층에서 수집되게 된다.
상기 P형 반도체층은 비정질 실리콘에 P형 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있고, 상기 I형 반도체층은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있고, 상기 N형 반도체층은 비정질 실리콘에 N형 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
상기 반도체층(300a)을 PIN구조로 형성할 경우에는 태양광이 입사되는 쪽에서 가까운 위치에 P형 반도체층을 형성하고 이어서 I형 반도체층 및 N형 반도체층을 형성하는 것이 바람직하다. 그 이유는 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 의해 낮기 때문에 입사광에 의한 캐리어의 수집효율을 극대화하기 위해서 P형 반도체층을 수광면에 가깝게 형성하기 위함이다.
다음, 도 2d에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(300a)에 제2 폭(W2)을 가지는 콘택부(P2)를 형성한다. 그리하면, 상기 콘택부(P2)를 사이에 두고 이격되는 복수의 반도체층(300)들이 얻어진다.
상기 콘택부(P2)는 상기 제1 투명 전극(200) 및 후술하는 제2 투명 전극(400) 사이의 전기적 연결을 위한 것이다. 또한, 상기 콘택부(P2)는 씨스루(see-through)를 위한 광 투과영역으로 기능한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 콘택부(P2)가 광 투과영역으로 기능할 수 있기 때문에, 종래와 같이 별도의 레이저 스크라이빙을 통한 광 투과영역을 형성할 필요가 없고, 그에 따라 공정이 단순해지고 제조 비용이 절감될 수 있다.
이와 같이 광 투과영역으로 기능할 수 있도록 하기 위해서 상기 콘택부(P2)는 상대적으로 넓은 제2 폭(W2)을 가지도록 형성된다. 따라서, 상기 콘택부(P2)의 제2 폭(W2)은 상기 제1 분리부(P1)의 제1 폭(W1)보다 넓게 형성된다.
상기 콘택부(P2)가 형성된 영역에서는 상기 제1 투명 전극(200) 및 상기 반도체층(300a)의 소정 영역이 제거되고 그에 따라 상기 기판(100)의 상면이 노출된다. 따라서, 상기 제1 투명 전극(200)의 표면이 요철구조로 형성된다 하더라도 상기 콘택부(P2) 영역에는 상기 제1 투명 전극(200)이 형성되지 않기 때문에 상기 콘택부(P2)에서의 시인성이 향상될 수 있다.
상기 콘택부(P2)를 형성하는 공정은 레이저 스크라이빙 공정으로 이루어질 수 있다. 이때, 레이저는 상기 제1 파장 범위, 보다 구체적으로 적외선 파장 범위의 레이저를 이용할 수 있다. 상기 적외선 파장 범위의 레이저를 이용하여 레이저 스크라이빙 공정을 수행하면 레이저가 조사된 상기 제1 투명 전극(200)의 소정 영역이 제거되면서 그 위에 형성된 반도체층(300a)의 소정 영역도 함께 제거될 수 있다.
다음, 도 2e에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(300) 상에 제2 투명 전극층(400a)을 형성한다.
상기 제2 투명 전극층(400a)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide)등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 상기 제2 투명 전극층(400a)은 Ag, Al, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu 등과 같은 금속물질을 스퍼터링(Sputtering)법 등을 이용하여 형성하는 것도 가능하다.
상기 제2 투명 전극층(400a)은 상기 콘택부(P2) 내에도 형성된다. 따라서, 상기 제2 투명 전극층(400a)은 상기 콘택부(P2) 내에서 상기 제1 투명 전극(200)의 측면 및 상기 기판(100)의 상면과 접촉하게 된다.
다음, 도 2f에서 알 수 있듯이, 상기 제2 투명 전극층(400a)에 제3 폭(W3)을 가지는 제2 분리부(P3)를 형성한다. 그리하면, 상기 콘택부(P2)를 통해서 상기 제1 투명 전극(200)과 연결되면서 상기 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 이격되는 복수의 제2 투명 전극(400)들이 얻어진다.
상기 제2 분리부(P3)가 형성된 영역에서는 상기 반도체층(300) 및 상기 투명 제2 전극층(400a)의 소정 영역이 제거되고 그에 따라 상기 제1 투명 전극(200)의 상면이 노출된다.
상기 제2 분리부(P3)의 제3 폭(W3)은 상기 콘택부(P2)의 제2 폭(W2)보다 좁게 형성된다.
상기 제2 분리부(P3)를 형성하는 공정은 레이저 스크라이빙 공정으로 이루어질 수 있다. 이때, 레이저는 제1 파장 범위보다 단파장인 제2 파장 범위를 가지고 있으며, 보다 구체적으로 녹색(Green) 파장 범위의 레이저를 이용할 수 있다. 상기 녹색 파장 범위의 레이저를 이용하여 레이저 스크라이빙 공정을 수행하면 레이저가 조사된 상기 반도체층(300)의 소정 영역이 제거되면서 그 위에 형성된 제2 투명 전극층(400a)의 소정 영역도 함께 제거될 수 있다.
다음, 도 2g에서 알 수 있듯이, 상기 기판(100)의 외곽에 제4 폭(W4)을 가지는 제3 분리부(P4)를 형성한다. 그리하면, 상기 제3 분리부(P4)에 의해서 상기 기판(100)의 최외곽 영역이 절연된다.
이와 같이 제3 분리부(P4)를 통해서 상기 기판(100)의 최외곽 영역을 전기적으로 절연시킴으로써, 박막 태양전지를 모듈화하기 위해서 하우징을 박막 태양전지에 연결하게 될 때 상기 하우징과 박막 태양전지 사이에 쇼트가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제3 분리부(P4)의 제4 폭(W3)은 상기 콘택부(P2)의 제2 폭(W2)보다 좁게 형성된다.
상기 제3 분리부(P4)가 형성된 영역에서는 상기 제1 투명 전극(200), 상기 반도체층(300) 및 상기 제2 투명 전극층(400a)의 소정 영역이 제거되고 그에 따라 상기 기판(100)의 상면이 노출된다.
상기 제3 분리부(P4)를 형성하는 공정은 레이저 스크라이빙 공정으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 제1 파장 범위, 보다 구체적으로 적외선 파장 범위의 레이저를 1차 조사하고 그 후에 상기 제2 파장 범위, 보다 구체적으로 녹색 파장 범위의 레이저를 2차 조사할 수 있다. 상기 1차의 레이저 조사에 의해서 상기 제1 전극(200), 상기 반도체층(300) 및 상기 제2 투명 전극층(400a)의 소정 영역이 제거될 수 있고, 상기 2차의 레이저 조사에 의해서 상기 제3 분리부(P4) 내에 잔존하는 잔유물이 제거될 수 있다. 상기 제3 분리부(P4) 내에서 상기 제1 투명 전극(200)과 상기 제2 투명 전극(400) 사이를 연결하는 잔유물이 잔존하게 되면 상기 제1 투명 전극(200)과 상기 제2 투명 전극(400) 사이에 쇼트(short)가 발생하므로, 이와 같은 쇼트 발생을 방지하기 위해서 상기 2차의 레이저 조사를 수행하는 것이다.
이상과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 콘택부(P2)가 광 투과영역으로 기능할 수 있기 때문에, 종래와 같이 별도의 레이저 스크라이빙을 통한 광 투과영역을 형성할 필요가 없다. 따라서, 상기 제1 분리부(P1), 상기 콘택부(P2), 상기 제2 분리부(P3), 및 상기 제3 분리부(P4)를 형성하기 위해서 총 4차례의 레이저 스크라이빙 공정만이 필요하며, 그에 따라 종래에 비하여 1차례의 레이저 스크라이빙 공정이 줄어들어 제조 비용이 절감될 수 있다.
또한, 종래의 경우는 전술한 도 1a에서와 같이 제1 전극(20)의 표면이 요철구조로 형성됨에 따라 광 투과부(P5)에서의 시인성이 떨어지게 되지만, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(200)의 표면이 요철구조로 형성된다 하더라도 상기 콘택부(P2) 영역에는 상기 제1 전극(200)이 형성되지 않기 때문에 상기 콘택부(P2)에서의 시인성이 향상될 수 있다.
이와 같은 공정에 의해 제조된 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양 전지는, 도 2g에서 알 수 있듯이, 기판(100), 제1 투명 전극(200), 반도체층(300), 및 제2 투명 전극(400)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 투명 전극(200)은 상기 기판(100) 상에 구비되며, 상기 제1 투명 전극(200)은 상기 제1 분리부(P1) 및 상기 콘택부(P2)를 구비하고 있다.
상기 반도체층(300)은 상기 제1 분리부(P1) 및 제1 투명 전극(200) 상에 구비된다.
상기 콘택부(P2)는 상기 제1 투명 전극(200)과 상기 반도체층(300)을 관통하여 형성된다.
상기 제2 투명 전극(400)은 상기 반도체층(300) 상에 구비되며, 상기 콘택부(P2) 내에 형성되어 상기 제1 투명 전극(200)과 연결된다. 상기 제2 투명 전극(400)은 상기 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 이격되어 있다.
상기 제2 분리부(P3)는 상기 반도체층(300)과 상기 제2 투명 전극(400)을 관통하여 형성된다.
상기 제2 투명전극(400)은 상기 반도체층(300)과 상기 제1 투명전극(200)을 관통하여 상기 기판(100)에 접한다. 구체적으로, 상기 제2 투명 전극(400)은 상기 콘택부(P2) 내에서 상기 제1 투명 전극(200)과 접함과 더불어 상기 기판(100)과도 접한다. 특히, 상기 제2 투명 전극(400)은 상기 콘택부(P2) 내에서 상기 제1 투명 전극(200)의 측면과 접함과 더불어 상기 기판(100)의 상면과 접한다.
여기서, 상기 콘택부(P2)의 제2 폭(W2)은 상기 제1 분리부(P1)의 제1 폭(W1), 상기 제2 분리부(P3)의 제3 폭(3), 및 상기 제3 분리부(P4)의 제4 폭(W3)은 보다 넓게 형성된다.
상기 기판(100)의 외곽에는 상기 제3 분리부(P4)가 형성되어 있다. 상기 제3 분리부(P4)는 상기 제1 투명 전극(200), 상기 반도체층(300), 및 상기 제2 투명 전극(400)의 소정 영역이 제거되어 마련된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 투명전극(400)의 그레인의 크기가 상기 제1 투명전극(200)의 그레인의 크기보다 작다. 따라서, 상기 제2 투명전극(400)은 상기 제1 투명전극(200)에 비하여 광투과율이 크며, 그에 따라 상기 콘택부(P2)에서의 광투과율이 향상될 수 있다.
또한, 상기 제1 투명전극(200)의 반사율은 상기 제2 투명전극(400)의 반사율보다 크다. 즉, 상기 제1 투명전극(200)의 그레인의 크기가 상기 제2 투명전극(400)의 그레인의 크기보다 크기 때문에 상기 제1 투명전극(200)의 반사율이 상기 제2 투명전극(400)의 반사율보다 크며, 그에 따라 태양전지 내에서의 광경로가 증가될 수 있어 전지효율이 향상될 수 있다.
이와 같이 그레인 크기가 상대적으로 작은 상기 제2 투명전극(400)에 함유된 산소농도는 그레인의 크기가 상대적으로 큰 상기 제1 투명전극(200)에 함유된 산소농도보다 크다. 즉, 그레인 크기를 줄이기 위해서 투명도전물의 산소농도를 증가시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판(100)의 상면에 접하고 있는 상기 제1 투명전극(200)과 상기 제2 투명전극(200)의 일부분이 전면전극으로 기능할 수 있고, 상기 반도체층(300)의 상면에 접하고 있는 상기 제2 투명전극(200) 부분이 후면전극으로 기능할 수 있다.
즉, 상기 전면전극은 상대적으로 큰 제1 그레인 크기를 갖는 제1 영역, 즉, 상기 제1 투명전극(200)의 부분, 및 상대적으로 작은 제2 그레인 크기를 갖는 제2 영역, 즉, 상기 제2 콘택부(P2)에 형성된 제2 투명전극(200)의 부분을 포함한다.
따라서, 상기 제2 영역, 즉, 상기 제2 콘택부(P2)에 형성된 제2 투명전극(200)의 부분은 상기 후면전극, 즉, 상기 반도체층(300)의 상면에 접하고 있는 상기 제2 투명전극(200) 부분과 동일한 투명 도전물로 일체로 형성되면서 서로 연결된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 평면도이다.
도 3에서 알 수 있듯이, 기판(100) 상에 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 및 제2 분리부(P3)가 소정 방향, 예로서 세로 방향으로 반복 배열되어 있다. 상기 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 및 제2 분리부(P3)의 반복 단위에 의해서 복수 개의 단위셀이 구분될 수 있다. 이때, 상기 콘택부(P2)의 폭은 상기 제1 분리부(P1), 상기 제2 분리부(P3), 및 상기 제3 분리부(P4)의 폭보다 크다. 따라서, 상기 콘택부(P2)에 의해 광 투과 영역이 확보되어 씨쓰루 형태가 구현될 수 있다.
상기 기판(100)의 외곽에는 제3 분리부(P4)가 형성되어 있다. 상기 제3 분리부(P4)는 상기 기판(100)의 최외곽 영역과 그 안쪽의 복수 개의 단위셀 사이를 전기적으로 연결시킨다. 상기 제3 분리부(P4)는 상기 기판(100)의 형태에 대응하는 형태로 마련된다. 즉, 상기 제3 분리부(P4)는 상기 기판(100)의 끝단에서 소정 거리를 가지면서 상기 기판(100)의 끝단의 형태를 따라 연장되어 있다. 따라서, 도시된 바와 같이 상기 기판(100)이 사각형 구조로 이루어진 경우 상기 제3 분리부(P4)는 상기 기판(100)보다 작은 사각형 프레임 구조로 형성될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 기판 200a, 200: 제1 전극층, 제1 전극
300a, 300: 반도체층 400a, 400: 제2 전극층, 제2 전극
P1: 제1 분리부 P2: 콘택부
P3: 제2 분리부 P4: 제3 분리부

Claims (12)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 구비되며, 제1 분리부가 형성된 제1 투명전극;
    상기 제1 분리부와 상기 제1 투명 전극 상에 형성되는 반도체층;
    상기 제1 투명 전극과 상기 반도체층을 관통하여 형성되는 콘택부;
    상기 콘택부 내에 형성됨과 더불어 상기 반도체층 상에 형성되는 제2 투명전극; 및
    상기 반도체층과 상기 제2 투명전극을 관통하여 형성되는 제2 분리부를 포함하며,
    상기 콘택부의 그레인 크기는 상기 제1 투명전극의 그레인의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  2. 기판 상에 제1 투명전극, 반도체층, 및 제2 투명전극이 순차적으로 형성된 박막형 태양전지에 있어서,
    상기 제2 투명전극은 상기 반도체층과 상기 제1 투명전극을 관통하여 상기 기판에 접하고,
    상기 제2 투명전극의 그레인의 크기는 상기 제1 투명전극의 그레인의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  3. 기판 상에 제1 투명전극, 반도체층, 및 제2 투명전극이 순차적으로 형성된 박막형 태양전지에 있어서,
    상기 제2 투명전극은 상기 반도체층과 상기 제1 투명전극을 관통하여 상기 기판에 접하고,
    상기 제1 투명전극의 반사율은 상기 제2 투명전극의 반사율보다 큰 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  4. 기판 상에 제1 투명전극, 반도체층, 및 제2 투명전극이 순차적으로 형성된 박막형 태양전지에 있어서,
    상기 제2 투명전극은 상기 반도체층과 상기 제1 투명전극을 관통하여 상기 기판에 접하고,
    상기 제2 투명전극의 산소농도는 상기 제1 투명전극의 산소농도보다 더 큰 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 투명 전극은 상기 제1 투명 전극의 측면과 접하는 박막형 태양전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 투명 전극은 상기 콘택부 내에서 상기 기판의 상면과 접하는 박막형 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 콘택부의 폭은 상기 제1 분리부의 폭 및 상기 제2 분리부의 폭보다 넓은 박막형 태양전지.
  8. 기판 상에 전면전극, 반도체층, 및 후면전극이 형성된 박막형 태양전지에 있어서,
    상기 전면전극은 제1 그레인 크기를 갖는 제1 영역 및 상기 제1 그레인 크기보다 크기가 작은 제2 그레인 크기를 갖는 제2 영역을 포함하고,
    상기 제2 영역은 상기 후면전극과 연결되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 영역과 상기 후면전극은 동일한 투명 도전물로 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  10. 기판 상에 제1 투명 전극층을 형성하는 공정;
    상기 제1 투명 전극층의 소정 영역을 제거하여 제1 분리부를 형성함으로써 상기 제1 분리부를 사이에 두고 이격되는 복수의 제1 투명 전극을 형성하는 공정;
    상기 제1 투명 전극 상에 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 반도체층 및 상기 제1 투명 전극의 소정 영역을 제거하여 콘택부를 형성함으로써 상기 콘택부를 사이에 두고 이격되는 복수의 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 반도체층 상에 제2 투명 전극층을 형성하는 공정; 및
    상기 반도체층 및 상기 제2 투명 전극층의 소정 영역을 제거하여 제2 분리부를 형성함으로써, 상기 콘택부를 통해 상기 제1 투명 전극과 연결되며 상기 제2 분리부를 사이에 두고 이격되는 복수의 제2 투명 전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 투명 전극은 상기 콘택부 내에서 상기 제1 투명 전극의 측면 및 상기 기판의 상면과 접하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 콘택부의 폭은 상기 제1 분리부의 폭 및 상기 제2 분리부의 폭보다 넓게 형성하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
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