KR20190032331A - 개구형 투광타입 cigs박막 태양 전지의 버스 바의 접합 방법 - Google Patents

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Abstract

개구형 투광타입 CIGS박막 태양 전지의 버스 바(Bus bar)의 접합 방법이 개시되며, 상기 버스 바의 접합 방법은, (a) 상기 비발전 영역 내의 버스 바 접합 예정 지점에 대하여 후면전극층이 노출되도록, 투명모재층 및 후면전극층 상의 적층체를 제거하는 단계; 및 (b) 상기 버스 바 접합 예정 지점의 상기 후면전극층 상에 상기 버스 바를 접합시키는 단계를 포함하되, 상기 (b) 단계는, 상기 버스 바를 상기 버스 바 접합 예정 지점의 상기 후면전극층 상에 위치시킨 후 레이저를 이용해 상기 후면전극층에 상기 버스 바를 녹여 접합시킨다.

Description

개구형 투광타입 CIGS박막 태양 전지의 버스 바의 접합 방법{METHOD FOR CONTACTING BUS BAR OF SEE-THROUGH CIGS SOLAR WINDOW}
본원은 개구형 투광타입 CIGS박막 태양 전지의 버스 바의 접합 방법에 관한 것이다.
솔라 윈도우(solar window)는 태양광을 이용하여 전력을 생산함과 동시에 창호로서 빛을 투과하는 역할을 한다. 이러한 솔라 윈도우로 태양 전지가 적용 가능하고, 일반적으로 태양전지로 솔라 윈도우 모듈을 제작했을 때, 모듈과 모듈을 연결하기 위해 버스 바(Bus bar)가 이용되며, 버스 바를 모듈에 접합시키기 위해 다양한 방법이 사용되고 있다.
일반적으로 페이스트만을 발라 추가적인 공정없이 버스 바를 모듈에 붙여 자연적으로 페이스트의 용매를 증발시키는 방법을 많이 사용하고 있다. 그러나, 이러한 방법에 따르면 접합력이 낮고, 이로 인해 접합 부분의 저항 성분이 증가해 효율이 감소할 수 있었다.
본원의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1039050호에 개시되어 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양 전지와 버스 바 사이의 접합성을 향상시키고 이와 동시에 접촉 저항을 감소시켜 공정의 효율성 및 태양 전지의 효율성을 높일 수 있는 개구형 투광타입 CIGS박막 태양 전지의 버스 바의 접합 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제1 측면에 따른 버스 바의 접합 방법은, (a) 상기 비발전 영역 내의 버스 바 접합 예정 지점에 대하여 후면전극층이 노출되도록, 투명모재층 및 후면전극층 상의 적층체를 제거하는 단계; 및 (b) 상기 버스 바 접합 예정 지점의 상기 후면전극층 상에 상기 버스 바를 접합시키는 단계를 포함하되, 상기 (b) 단계는, 상기 버스 바를 상기 버스 바 접합 예정 지점의 상기 후면전극층 상에 위치시킨 후 레이저를 이용해 상기 후면전극층에 상기 버스 바를 녹여 접합시킬 수 있다.
본원의 제2 측면에 따른 버스 바의 접합 방법은, (a) 상기 비발전 영역 내의 버스 바 접합 예정 지점에 대하여 후면전극층이 노출되도록, 투명모재층 및 후면전극층 상의 적층체를 제거하는 단계; (b) 상기 발전 영역 및 상기 비발전 영역 상에 전면전극층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 버스 바 접합 예정 지점의 전면전극층 상에 상기 버스 바를 접합시키는 단계를 포함하되, 상기 (c) 단계는, 상기 버스 바를 상기 버스 바 접합 예정 지점의 상기 전면전극층 상에 위치시킨 후 레이저를 이용해 상기 전면전극층에 상기 버스 바를 녹여 접합시킬 수 있다.
본원의 제3 측면에 따른 버스 바의 접합 방법은, (a) 상기 비발전 영역 내의 버스 바 접합 예정 지점에 대하여 후면전극층이 노출되도록, 투명모재층 및 후면전극층 상의 적층체를 제거하는 단계; 및 (b) 상기 버스 바 접합 예정 지점의 상기 후면전극층 상에 상기 버스 바를 접합시키는 단계를 포함하되, 상기 (b) 단계는, 상기 버스 바 접합 예정 지점의 상기 후면전극층과 상기 버스 바 사이에 페이스트층이 개재되도록 상기 버스 바를 배치한 다음, 레이저 또는 광을 이용해 상기 페이스트층을 녹여 상기 버스 바와 상기 후면전극층을 접합시킬 수 있다.
본원의 제4 측면에 따른 버스 바의 접합 방법은, (a) 상기 비발전 영역 내의 버스 바 접합 예정 지점에 대하여 후면전극층이 노출되도록, 투명모재층 및 후면전극층 상의 적층체를 제거하는 단계; (b) 상기 발전 영역 형성 예정 영역 및 상기 비발전 영역 상에 전면전극층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 버스 바 접합 예정 지점의 전면전극층 상에 상기 버스 바를 접합시키는 단계를 포함하되, 상기 (c) 단계는, 상기 버스 바 접합 예정 지점의 상기 전면전극층과 상기 버스 바 사이에 페이스트층이 개재되도록 상기 버스 바를 배치한 다음, 레이저 또는 광을 이용해 상기 페이스트층을 녹여 상기 버스 바와 상기 전면전극층을 접합시킬 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 레이저에 의해 버스 바가 녹아 전면전극층 또는 후면전극층에 버스 바가 접합될 수 있어, 종래의 태양 전지 제조 공정과 호환성을 가지면서 태양 전지와 버스 바의 접합성이 향상될 수 있고, 접촉 저항이 감소될 수 있어, 공정의 효율성 및 태양 전지의 효율성을 확보할 수 있다.
또한, 전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 페이스트층이 레이저 또는 광에 의해 녹아 전면전극층 또는 후면전극층에 버스 바가 접합될 수 있어, 종래의 태양 전지 제조 공정과 호환성을 가지면서 태양 전지와 버스 바의 접합성이 향상될 수 있고, 접촉 저항이 감소될 수 있어, 공정의 효율성 및 태양 전지의 효율성을 확보할 수 있다.
또한, 레이저 또는 광의 조사가 버스 바와 태양 전지의 접합 부분에 대응하여 국부적으로 이루어질 수 있기 때문에 태양 전지의 특성 저하를 방지하면서 태양 전지와 버스 바의 접합성을 향상시킬 수 있고, 접촉 저항을 감소시킬 수 있다.
도 1은 개구형 CIGS박막 솔라윈도우를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본원의 제1 실시예에 따른 버스 바의 접합 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본원의 제2 실시예에 따른 버스 바의 접합 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본원의 제3 실시예에 따른 버스 바의 접합 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본원의 제4 실시예에 따른 버스 바의 접합 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6 내지 도 12는 본원의 제1 내지 제4 실시예에 따른 버스 바의 접합 방법에서, 제1 단계의 이전 공정 및 그와 관련된 구성을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 본원의 실시예에 관한 설명 중 방향이나 위치와 관련된 용어(전방, 후방 등)는 도면에 나타나 있는 각 구성의 배치 상태를 기준으로 설정한 것이다. 예를 들면, 도 1 내지 도 12를 보았을 때 전반적으로 12시 방향이 전방, 전반적으로 6시 방향이 후방 등이 될 수 있다.
본원은 개구형 투광형 CIGS박막 태양 전지(See-through CIGS solar windows)를 기반으로 하는 것으로서, 개구형 투광타입 CIGS박막 태양 전지의 버스 바의 접합 방법에 관한 것이다. 이러한 본원은 발전부와 연결부(투명전극(Transparent electrode)의 연결부)로 구획되는 발전 영역 (Photovoltaic area) 및 비발전 영역(Frame area)을 갖는 개구형 투광타입 CIGS박막 태양 전지의 버스 바 접합 방법에 관한 것이다.
예를 들어, 본원은 개구형 CIGS박막 솔라윈도우에 적용될 수 있다.
도 1은 개구형 CIGS박막 솔라윈도우(이하 '솔라윈도우'라 함)를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 1을 참조하면, 솔라윈도우는 발전 영역(Photovoltaic area)과 비발전 영역(Frame area)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 솔라윈도우는 중앙에 태양광 스펙트럼의 일부를 흡수, 전기에너지를 발생시키고 태양광의 다른 스펙트럼 부분을 투과시켜 가시성을 확보하는 발전 영역과 가장자리(테두리)에 구비되어 창호를 건물에 지지 혹은 조립(장착)시키는 프레임이 포함되는 비발전 영역을 포함할 수 있다.
발전 영역은 태양광 스펙트럼의 일부를 흡수, 전기에너지를 발생시키고 태양광의 다른 스펙트럼 부분을 투과시켜 가시성을 확보할 수 있다. 도 1을 참조하면, 발전 영역은 발전부(셀) 및 발전부와 발전부를 연결하는 연결부(Series area)를 포함할 수 있다. 불투명한 CIGS 박막이 발전부를 구성할 수 있고, 이를 통해 태양광이 흡수되어 전력이 생산될 수 있다. 또한, 연결부는 투명 전극(Transparent electrode)으로 구성될 수 있는데, 발전부를 전기적으로 직렬 연결할 수 있다.
또한, 비발전 영역은 발전 영역을 발전 영역을 지지할 수 있는데, 이를테면, 발전 영역을 건물에 지지 혹은 장착되게 할 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면, 비발전 영역은 솔라윈도우(태양 전지)와 다른 솔라윈도우(태양 전지)를 연결하는 버스 바(Bus bar)가 접합된 접합부 (Contact area)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 모듈의 가장자리(테두리)에 외부 회로와 연결되는 부분이 형성되는데, 이 부분은 버스 바를 포함할 수 있다. 이 부분을 통해 발전부에서 생성된 전력은 연결부를 거쳐 접합부를 통해 다른 태양 전지(다른 솔라 윈도우)로 전달될 수 있다.
먼저, 본원의 제1 실시예에 따른 버스 바의 접합 방법(이하 '본 제1 접합 방법'이라 함)에 대하여 설명한다.
본 제1 접합 방법은, 비발전 영역 내의 버스 바 접합 예정 지점에 대하여 후면전극층(13)이 노출되도록, 투명모재층(11) 및 후면전극층(13) 상의 적층체를 제거하는 단계(제1 단계)를 포함한다.
도 2a는 본 제1 접합 방법에 있어서, 제1 단계의 수행 전에 투명모재층 상에 후면전극층이 형성되는 것을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 참고로, 도 2a 내지 도 2d는 도 1의 A-A선에 따라 절개된 단면의 개략적인 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 제1 단계의 수행 전에 투명모재층(11) 상에는 후면전극층(Rear electrode)(13)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 투명모재층(11) 상에는 후면전극층(13)으로 사용될 TE(Transper electrode)가 성막될 수 있다. 예시적으로, 후면전극층(13)을 이루는 물질은 TCO, ITO 및 FTO 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 성막에는 여러 가지 방식이 사용될 수 있다. TE의 성막 후, TE에 대한 패터닝(P1 패터닝)에 의해 후면전극층(13)이 형성될 수 있다. 예를 들어, P1 패터닝은 532 nm 파장의 펄스 레이저에 의해 이루어질 수 있다. 참고로, 투명모재층(11)은 글래스(glass)일 수 있다.
도 2b는 본 제1 접합 방법에 있어서, 제1 단계의 수행 전에 후면전극층 상에 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15), IZO층(16) 및 전면전극층(17)이 형성되는 것을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2b를 참조하면, 제1 단계의 수행 전에, 후면전극층(13) 상에 적층체가 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2b를 참조하면, 후면전극층(13) 상에 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)이 형성될 수 있다. 먼저, 후면전극층(13) 상에 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16) 각각을 이루는 물질이 차례로 성막될 수 있다.
CIGS 흡수층(14)을 이루는 물질은 Cu, In, Ga, Se, S의 조합으로 이뤄지며 필요에 따라서 Na, Pd, Ag 등의 불순물을 포함할 수 있다. 또한, 성막법으로는 스퍼터를 통한 전착후 Se, S이 포함된 외기에 노출시켜 열처리를 통해 결정화 하는 방식, thermal evaporation, 전기도금방식, 액상코팅후 열처리 방식 등과 같이 일반적으로 CIGS박막 태양전지 제조시에 사용하는 방식들이 모두 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
또한, 버퍼층(15)을 이루는 물질은 ZnO, CdS등의 물질 혹은 이들 물질에 S, O를 불순물로 포함한 여러 가지 Buffer 층 물질이 사용될 수 있다. 또한, 성막법으로는 chemical bath deposition, automic layer deposition, CVD 등 일반적인 반도체 성막법이 적용 가능하며, 이에 한정되지 않는다. 또한, IZO층(16)과 관련해서는, intrinsic-ZnO가 IZO층(16)을 이루는 물질로서 적층될 수 있다.
후면전극층(13) 상에 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16) 각각을 이루는 물질이 차례로 성막된 이후에, 패터닝(P2 패터닝)이 수행될 수 있다. P2 패터닝은 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)의 형성 후에 형성되는 전면전극층(17)과 상술한 후면전극층(13)의 접촉을 위한 것으로서, P2 패터닝에 의해 컨택부(후술함)가 형성될 수 있다. P2 패터닝은 기계적 스크라이빙(Mechanical scribing) 방식일 수 있다. 예를 들어, P2 패터닝은 뾰족하고 단단한 금속팁을 이용할 수 있다.
이후, 도 2b를 참조하면, 전면전극층(17)이 형성될 수 있다. 먼저, 전면전극층(17)을 이루는 물질이 성막될 수 있다. 예를 들어, Doped ZnO가 성막될 수 있다. 또한, 일반적인 방식의 증착방식이 모두 적용될 수 있다.
상술한 제1 단계 수행 전의 공정들로 인해, 비발전 영역 내의 버스 바 접합 예정 지점을 포함하는 일부분에는 후면전극층(13) 상에 다른 적층체가 성막되어 있을 수 있다. 예를 들어, 적층체는 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15), IZO층(16) 및 전면전극층(17) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 2c는 본 제1 접합 방법의 투명모재층(11) 및 후면전극층(13) 상의 적층체를 제거하는 단계(제1 단계)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
상술한 제1 단계 수행 전의 공정 이후에, 제1 단계가 수행될 수 있다. 구체적으로, 상술한 제1 단계 수행 전의 공정 이후에, 후면전극층(13)과 최상부층인 Doped ZnO 층(전면전극층(17))간의 전기 절연을 위한 패터닝(P3 패터닝)이 이루어질 수 있는데, 이러한 P3 패터닝 공정을 통하여 상술한 제1 단계가 함께 수행될 수 있다. 참고로, P3 패터닝은 기계적 스크라이빙 방식에 의해 이루어질 수 있다. 제1 단계 수행 전의 공정 및 이와 관련된 구체적 구성에 대해서는 자세히 후술한다.
또한, 제1 단계는 후술하는 제2 단계에서 CIGS 흡수층(14)보다 경도가 큰 후면전극층(13) 상에 버스 바(18)가 접합되도록, 후면전극층(13) 상의 적층체(CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15), IZO층(16) 및 전면전극층(17) 중 하나 이상)를 기계적 스크라이빙 방식을 사용해 같이 긁어낼 수 있다. 예를 들어, 제1 단계의 수행을 포함하는 P3 패터닝 공정은 뾰족하고 단단한 금속팁을 이용할 수 있다. 또한, 패턴 마진(pattern margin)은 2 mm 내지 5mm일 수 있다.
도 2d는 본 제1 접합 방법의 후면전극층 상에 버스 바를 접합시키는 단계(제2 단계)를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
본 제1 접합 방법은 버스 바 접합 예정 지점의 후면전극층(13) 상에 버스 바(18)를 접합시키는 단계(제2 단계)를 포함한다. 버스 바(18)를 이루는 물질은 Ag(은)을 포함할 수 있다. 버스 바(18)는 일반적으로 Ag을 많이 사용할 수 있다.
제2 단계는 버스 바(18)를 버스 바 접합 예정 지점의 후면전극층(13) 상에 위치시킨 후 레이저를 이용해 후면전극층(13)에 버스 바를 녹여 접합시킨다.
또한, 제2 단계는 CIGS 흡수층(14)보다 경도가 큰 후면전극층(13) 상에 버스 바(18)를 접합시킬 수 있다. 그 이유는, CIGS 흡수층(14)의 재질이 물러(다시 말해, 경도가 약해) CIGS 흡수층(14)에 버스 바(18)를 접합시킬 경우, 내구성이 약할 수 있기 때문이다. 이를 위해, 상술한 바와 같이, 제1 단계에 있어서, 후면전극층(13) 상으로부터 제거되는 적층체는 CIGS 흡수층(14)을 포함할 수 있다.
또한, 투명모재층(11) 및 후면전극층(13)은 가시광선 대역에서 버스 바(18)보다 투과율이 높고, 버스 바(18)는 가시광선 대역에서 투명모재층(11) 및 후면전극층(13)보다 흡수율이 높을 수 있다.
이에 따라, 제2 단계는 투명모재층(11) 및 후면전극층(13)이 선택적으로 남겨지고 버스 바(18)의 후면전극층(13)을 향하는 부분의 적어도 일부가 용해되도록, 레이저로 가시광선 영역의 레이저를 이용할 수 있다.
예를 들어, 버스 바(18)는 Ag를 포함하므로, 레이저는 투명모재층(11) 및 후면전극층(13)보다 Ag에 대한 투과율은 낮고 흡수율은 높은 대역으로 설정될 수 있다. 이를테면, VIS=532 nm인 레이저가 이용될 수 있다.
또한, 제2 단계에서 가시광선 영역의 레이저는 버스 바(18)의 접합 영역에 대응하여 투명모재층(11)의 후방에서 전방으로 조사될 수 있다. 이러한 제2 단계는 순간적으로 강한 레이저 파워를 이용해 버스 바(18)를 녹여 후면전극층(13)에 접합시킬 수 있다. 예를 들어, 레이저가 조사되는 범위 중 중간 영역은 강한 레이저 파워를 가질 수 있고, 레이저가 조사되는 범위 중 외측에 가까운 영역일수록 레이저 파워가 약해질 수 있다. 이러한 점을 고려하면, 가시광선 영역의 레이저가 버스 바(18)의 접합 영역에 대응하여 조사된다는 것은, 레이저 파워 및 조사 폭을 상기 접합 영역을 녹일 수 있는 수준(정도)으로 설정하여 레이저가 조사된다는 것을 의미할 수 있다.
본 제1 접합 방법의 제2 단계에 따르면, 레이저를 이용해 국부적으로 열을 가해 버스 바(18)와 태양 전지를 접합시킴으로써, 태양 전지의 특성 저하를 방지할 수 있다. 또한, 상술한 바에 따르면, 제2 단계는 일반적인 CIGS박막 태양전지의 제조 공정과 호환성을 갖는 장점을 가질 수 있다.
또한, 본 제1 접합 방법에 따르면, 버스 바(18)와 태양 전지(후면전극층(13))의 접합이 레이저에 의해 이루어지므로, 버스 바(18)와 태양 전지의 접합성이 향상되고, 접촉 저항(Contact resistance)이 감소될 수 있어, 공정의 효율성 및 태양 전지의 효율성이 향상될 수 있다.
이하에서는, 본원의 제2 실시예에 따른 버스 바의 접합 방법(이하 '본 제2 접합 방법'이라 함)에 대하여 설명한다. 다만, 본 제2 접합 방법의 설명과 관련하여 앞서 살핀 본 제2 접합 방법에서 설명한 구성과 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.
본 제2 접합 방법은 발전부와 연결부(투명전극(Transparent electrode)의 연결부)로 구획되는 발전 영역 (Photovoltaic area) 및 비발전 영역(Frame area)을 갖는 개구형 투광타입 CIGS박막 태양 전지의 버스 바 접합 방법에 관한 것이다.
본 제2 접합 방법은, 비발전 영역 내의 버스 바 접합 예정 지점에 대하여 후면전극층(13)이 노출되도록, 투명모재층(11) 및 후면전극층(13) 상의 적층체를 제거하는 단계(제1 단계)를 포함한다.
도 3a는 본 제2 접합 방법에 있어서, 제1 단계의 수행 전에 투명모재층 상에 후면전극층이 형성되는 것을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 참고로, 도 3a 내지 도 3d는 도 1의 A-A선에 따라 절개된 단면의 개략적인 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 제1 단계의 수행 전에 투명모재층(11) 상에는 후면전극층(Rear electrode)(13)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 투명모재층(11) 상에는 후면전극층(13)으로 사용될 TE(Transper electrode)가 성막될 수 있다. 예시적으로, 후면전극층(13)을 이루는 물질은 TCO, ITO 및 FTO 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 성막에는 여러 가지 방식이 사용될 수 있다. TE의 성막 후, TE에 대한 패터닝(P1 패터닝)에 의해 후면전극층(13)이 형성될 수 있다. 예를 들어, P1 패터닝은 532 nm 파장의 펄스 레이저에 의해 이루어질 수 있다. 참고로, 투명모재층(11)은 글래스(glass)일 수 있다.
제1 단계의 수행 전에, 후면전극층(13) 상에 적층체가 형성될 수 있다. 예를 들어, 후면전극층(13) 상에 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)이 형성될 수 있다. 이를 위해, 먼저, 후면전극층(13) 상에 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16) 각각을 이루는 물질이 차례로 성막될 수 있다.
CIGS 흡수층(14)을 이루는 물질은 Cu, In, Ga, Se, S의 조합으로 이뤄지며 필요에 따라서 Na, Pd, Ag 등의 불순물을 포함할 수 있다. 또한, 성막법으로는 스퍼터를 통한 전착후 Se, S이 포함된 외기에 노출시켜 열처리를 통해 결정화 하는 방식, thermal evaporation, 전기도금방식, 액상코팅후 열처리 방식 등과 같이 일반적으로 CIGS박막 태양전지 제조시에 사용하는 방식들이 모두 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
또한, 버퍼층(15)을 이루는 물질은 ZnO, CdS등의 물질 혹은 이들 물질에 S, O를 불순물로 포함한 여러 가지 Buffer 층 물질이 사용될 수 있다. 또한, 성막법으로는 chemical bath deposition, automic layer deposition, CVD 등 일반적인 반도체 성막법이 적용 가능하며, 이에 한정되지 않는다. 또한, IZO층(16)과 관련해서는, intrinsic-ZnO가 IZO층(16)을 이루는 물질로서 적층될 수 있다.
이와같은 제1 단계 수행 전의 공정들로 인해, 비발전 영역 내의 버스 바 접합 예정 지점을 포함하는 일부분에는 후면전극층(13) 및 후면전극층(13) 상에 다른 적층체가 성막되어 있을 수 있다. 예를 들어, 적층체는 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
후면전극층(13) 상에 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16) 각각을 이루는 물질이 차례로 성막된 이후에, 패터닝(P2 패터닝)이 수행될 수 있다. P2 패터닝은 후술하는 전면전극층(17)과 상술한 후면전극층(13)의 접촉을 위한 것으로서, P2 패터닝에 의해 컨택부(후술함)가 형성될 수 있다. 제1 단계 수행 전의 공정들 및 이와 관련된 구체적 구성에 대해서는 후술하기로 한다. P2 패터닝 공정을 통하여 상술한 제1 단계가 함께 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1 단계의 수행을 포함하는 P2 패터닝은 기계적 스크라이빙 방식일 수 있다. 예를 들어, P2 패터닝은 뾰족하고 단단한 금속팁을 이용할 수 있다.
제1 단계에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 3b는 본 제2 접합 방법의 투명모재층(11) 및 후면전극층(13) 상의 적층체를 제거하는 단계(제1 단계)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3b를 참조하면, 제1 단계는 후술하는 제3 단계에서 CIGS 흡수층(14)보다 경도가 큰 전면전극층(17) 상에 버스 바(18)가 접합되도록, 버스 바 접합 예정 지점의 후면전극층(13) 상의 적층체(CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16) 중 하나 이상)를 기계적 스크라이빙 방식을 사용해 같이 긁어낼 수 있다. 이때, 패턴 마진은 2 mm 내지 5mm이다.
도 3c는 본 제1 접합 방법에 있어서, 전면전극층(17)을 형성하는 단계(제2 단계)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3c를 참조하면, 본 제2 접합 방법은 발전 영역 및 비발전 영역 상에 전면전극층(17)을 형성하는 단계(제2 단계)를 포함한다. 구체적으로, 전면전극층(17)을 형성하는 단계는, 전면전극층(17)을 이루는 물질을 성막시킬 수 있다. 예를 들어, 전면전극층(17)을 이루는 물질은 Doped ZnO, 이를테면, Al이 도핑된 ZnO를 포함할 수 있다.
또한, 제2 단계는 후면전극층(13)과 최상부층인 Doped ZnO 층(전면전극층(17))간의 전기 절연을 위한 패터닝(P3 패터닝)을 수행할 수 있다. 패터닝은 기계적 스크라이빙 방식에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 도 3c를 참조하면, 영역 A의 경우, 전도성에 영향을 주지 않으므로, P3 패터닝 시 함께 제거될 수 있다. 영역 A는 발전 영역과 버스 바 접합 예정 지점 사이에 위치할 수 있다. 예를들어, P3 패터닝은 뾰족하고 단단한 금속팁을 이용할 수 있다.
도 3d는 본 제1 접합 방법의 전면전극층 상에 버스 바를 접합시키는 단계(제3 단계)를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 3d를 참조하면, 본 제2 접합 방법은 버스 바 접합 예정 지점의 전면전극층(17) 상에 버스 바(18)를 접합시키는 단계(제3 단계)를 포함한다. 버스 바(18)를 이루는 물질은 Ag(은)을 포함할 수 있다. 버스 바(18)는 일반적으로 Ag을 많이 사용할 수 있다.
제3 단계는 버스 바(18)를 버스 바 접합 예정 지점의 전면전극층(17) 상에 위치시킨 후 레이저를 이용해 전면전극층(13)에 버스 바를 녹여 접합시킨다.
제3 단계는 CIGS 흡수층(14)보다 경도가 큰 전면전극층(17) 상에 버스 바(18)를 접합시킬 수 있다. 그 이유는, CIGS 흡수층(14)의 재질이 물러(다시 말해, 경도가 약해) CIGS 흡수층(14)에 버스 바(18)를 접합시킬 경우, 내구성이 약할 수 있기 때문이다. 이를 위해, 상술한 바와 같이, 본 제2 접합 방법에 있어서, 제1 단계에서 후면전극층(13) 상으로부터 제거되는 적층체는 CIGS 흡수층(14)을 포함할 수 있다.
또한, 투명모재층(11), 후면전극층(13) 및 전면전극층(17)은 가시광선 대역에서 버스 바(18)보다 투과율이 높고, 버스 바(18)는 가시광선 대역에서 투명모재층(11), 후면전극층(13) 및 전면전극층(17)보다 흡수율이 높을 수 있다.
이에 따라, 제3 단계는 투명모재층(11), 후면전극층(13) 및 전면전극층(17)이 선택적으로 남겨지고 버스 바(18)의 전면전극층(13)을 향하는 부분의 적어도 일부가 용해되도록, 레이저로 가시광선 영역의 레이저를 이용할 수 있다. 예를 들어, 버스 바(18)는 Ag를 포함하므로, 레이저는 투명모재층(11) 및 후면전극층(13)보다 Ag에 대한 투과율은 낮고 흡수율은 높은 대역으로 설정될 수 있다. 이를테면, VIS=532 nm인 레이저가 이용될 수 있다.
또한, 제3 단계에서 가시광선 영역의 레이저는 버스 바(18)의 접합 영역에 대응하여 투명모재층(11)의 후방에서 전방으로 조사될 수 있다. 이러한 제3 단계는 순간적으로 강한 레이저 파워를 이용해 버스 바(18)를 녹여 전면전극층(17)에 접합시킬 수 있다. 이러한 제3 단계는 순간적으로 강한 레이저 파워를 이용해 버스 바(18)를 녹여 후면전극층(13)에 접합시킬 수 있다. 예를 들어, 레이저가 조사되는 범위 중 중간 영역은 강한 레이저 파워를 가질 수 있고, 레이저가 조사되는 범위 중 외측에 가까운 영역일수록 레이저 파워가 약해질 수 있다. 이러한 점을 고려해, 가시광선 영역의 레이저가 버스 바(18)의 접합 영역에 대응하여 조사된다는 것은, 레이저 파워 및 조사 폭을 상기 접합 영역을 녹일 수 있는 수준(정도)으로 설정하여 레이저가 조사된다는 것을 의미할 수 있다.
본 제2 접합 방법의 제3 단계에 따르면, 레이저를 이용해 국부적으로 열을 가해 버스 바(18)와 태양 전지를 접합시킴으로써, 태양 전지의 특성 저하를 방지할 수 있다. 또한, 상술한 바에 따르면, 제3 단계는 일반적인 CIGS박막 태양전지의 제조 공정과 호환성을 갖는 장점을 가질 수 있다.
또한, 본 제2 접합 방법에 따르면, 버스 바(18)와 태양 전지(전면전극층(17))의 접합이 레이저에 의해 이루어지므로, 버스 바(18)와 태양 전지의 접합성이 향상되고, 접촉 저항(Contact resistance)이 감소될 수 있어, 공정의 효율성 및 태양 전지의 효율성이 향상될 수 있다.
이하에서는, 본원의 제3 실시예에 따른 버스 바의 접합 방법(이하 '본 제3 접합 방법'이라 함)에 대하여 설명한다.
본 제3 접합 방법은 발전부와 연결부(투명전극(Transparent electrode)의 연결부)로 구획되는 발전 영역 (Photovoltaic area) 및 비발전 영역(Frame area)을 갖는 개구형 투광타입 CIGS박막 태양 전지의 버스 바 접합 방법에 관한 것이다.
본 제3 접합 방법은, 비발전 영역 내의 버스 바 접합 예정 지점에 대하여 후면전극층(13)이 노출되도록, 투명모재층(11) 및 후면전극층(13) 상의 적층체를 제거하는 단계(제1 단계)를 포함한다.
도 4a는 본 제3 접합 방법에 있어서, 제1 단계의 수행 전에 투명모재층 상에 후면전극층이 형성되는 것을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 참고로, 도 4a 내지 도 4d는 도 1의 A-A선에 따라 절개된 단면의 개략적인 단면도이다.
도 4a를 참조하면, 제1 단계의 수행 전에 투명모재층(11) 상에는 패터닝된 후면전극층(Rear electrode)(13)이 형성될 수 있다. 제1 단계의 수행 전에 투명모재층(11) 상에는 후면전극층(Rear electrode)(13)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 투명모재층(11) 상에는 후면전극층(13)으로 사용될 TE(Transper electrode)가 성막될 수 있다. 예시적으로, 후면전극층(13)을 이루는 물질은 TCO, ITO 및 FTO 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 성막에는 여러 가지 방식이 사용될 수 있다. TE의 성막 후, TE에 대한 패터닝(P1 패터닝)에 의해 후면전극층(13)이 형성될 수 있다. 예를 들어, P1 패터닝은 532 nm 파장의 펄스 레이저에 의해 이루어질 수 있다. 참고로, 투명모재층(11)은 글래스(glass)일 수 있다.
도 4b는 본 제1 접합 방법에 있어서, 제1 단계의 수행 전에 후면전극층 상에 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15), IZO층(16) 및 전면전극층(17)이 형성되는 것을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4b를 참조하면, 제1 단계의 수행 전에, 후면전극층(13) 상에 적층체가 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4b를 참조하면, 후면전극층(13) 상에 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)이 형성될 수 있다. 이를 위해, 먼저, 후면전극층(13) 상에 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16) 각각을 이루는 물질이 차례로 성막될 수 있다.
CIGS 흡수층(14)을 이루는 물질은 Cu, In, Ga, Se, S의 조합으로 이뤄지며 필요에 따라서 Na, Pd, Ag 등의 불순물을 포함할 수 있다. 또한, 성막법으로는 스퍼터를 통한 전착후 Se, S이 포함된 외기에 노출시켜 열처리를 통해 결정화 하는 방식, thermal evaporation, 전기도금방식, 액상코팅후 열처리 방식 등과 같이 일반적으로 CIGS박막 태양전지 제조시에 사용하는 방식들이 모두 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
또한, 버퍼층(15)을 이루는 물질은 ZnO, CdS등의 물질 혹은 이들 물질에 S, O를 불순물로 포함한 여러 가지 Buffer 층 물질이 사용될 수 있다. 또한, 성막법으로는 chemical bath deposition, automic layer deposition, CVD 등 일반적인 반도체 성막법이 적용 가능하며, 이에 한정되지 않는다. 또한, IZO층(16)과 관련해서는, intrinsic-ZnO가 IZO층(16)을 이루는 물질로서 적층될 수 있다.
후면전극층(13) 상에 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16) 각각을 이루는 물질이 차례로 성막된 이후에, 패터닝(P2 패터닝)이 수행될 수 있다. P2 패터닝은 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)의 형성 후에 형성되는 전면전극층(17)과 상술한 후면전극층(13)의 접촉을 위한 것으로서, P2 패터닝에 의해 컨택부(후술함)가 형성될 수 있다. P2 패터닝은 기계적 스크라이빙 방식일 수 있다. 예를 들어, P2 패터닝은 뾰족하고 단단한 금속팁을 이용할 수 있다.
또한, 제1 단계 수행 전에, 전면전극층(17)이 형성될 수 있다. 먼저, 전면전극층(17)을 이루는 물질이 성막될 수 있다. 예를 들어, Doped ZnO가 성막될 수 있다. 일반적인 방식의 증착방식이 모두 적용될 수 있다.
상술한 제1 단계 수행 전의 공정들로 인해, 비발전 영역 내의 버스 바 접합 예정 지점을 포함하는 일부분에는 후면전극층(13) 상에 다른 적층체가 성막되어 있을 수 있다. 예를 들어, 적층체는 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15), IZO층(16) 및 전면전극층(17) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 4c는 본 제3 접합 방법의 투명모재층(11) 및 후면전극층(13) 상의 적층체를 제거하는 단계(제1 단계)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
상술한 제1 단계 수행 전의 공정 이후에, 제1 단계가 수행될 수 있다. 구체적으로, 상술한 제1 단계 수행 전의 공정 이후에, 후면전극층(13)과 최상부층인 Doped ZnO 층(전면전극층(17))간의 전기 절연을 위한 패터닝(P3 패터닝)이 이루어질 수 있는데, 이러한 P3 패터닝을 통하여 상술한 제1 단계가 함께 수행될 수 있다. 제1 단계 수행 전의 공정 및 이와 관련된 구체적 구성에 대해서는 자세히 후술한다.
제1 단계는 후술하는 제2 단계에서 CIGS 흡수층(14)보다 경도가 큰 후면전극층(13) 상에 버스 바(18)가 접합되도록, 후면전극층(13) 상의 적층체(CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15), IZO층(16) 및 전면전극층(17) 중 하나 이상)를 기계적 스크라이빙 방식을 사용해 같이 긁어낼 수 있다. 예를 들어, 제1 단계의 수행을 포함하는 P3 패터닝은 뾰족하고 단단한 금속팁을 이용할 수 있다. 이때, 패턴 마진은 2 mm 내지 5mm일 수 있다.
도 4d는 본 제1 접합 방법의 후면전극층 상에 버스 바를 접합시키는 단계(제2 단계)를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
본 제3 접합 방법은 버스 바 접합 예정 지점의 후면전극층(13) 상에 버스 바(18)를 접합시키는 단계(제2 단계)를 포함한다. 버스 바(18)를 이루는 물질은 Ag(은)을 포함할 수 있다. 버스 바(18)는 일반적으로 Ag을 많이 사용할 수 있다.
도 4d를 참조하면, 제2 단계는 버스 바 접합 예정 지점의 후면전극층(13)과 버스 바(18) 사이에 페이스트층(19)이 개재되도록 버스 바(18)를 배치한 다음, 레이저 또는 광을 이용해 페이스트층을 녹여 버스 바(18)와 후면전극층(13)을 접합시킨다.
제2 단계는 CIGS 흡수층(14)보다 경도가 큰 후면전극층(13) 상에 버스 바(18)를 접합시킬 수 있다. 그 이유는, CIGS 흡수층(14)의 재질이 물러(다시 말해, 경도가 약해) CIGS 흡수층(14)에 버스 바(18)를 접합시킬 경우, 내구성이 약할 수 있기 때문이다. 이를 위해, 상술한 바와 같이, 제1 단계에서, 후면전극층(13) 상으로부터 제거되는 적층체는 CIGS 흡수층(14)을 포함할 수 있다.
투명모재층(11) 및 후면전극층(13)은 레이저 또는 광에 대해 페이스트층(19)보다 투과율이 높고, 페이스트층(19)은 레이저 또는 광에 대해 투명모재층(11) 및 후면전극층(13)보다 흡수율이 높을 수 있다.
이에 따라, 제2 단계는 투명모재층(11) 및 후면전극층(13)이 선택적으로 남겨지고 페이스트층(19)이 용해되도록, 레이저 또는 광을 이용할 수 있다.
예시적으로, 페이스트층(19)의 페이스트는 Cu 혹은 Ag 등 다양한 금속 파티클이 포함된 재질일 수 있다. 바람직하게는 페이스트는Ag를 포함하는 재질일 수 있다. 페이스트가 Ag를 포함하는 경우, 레이저 또는 광은 투명모재층(11) 및 후면전극층(13)보다 Ag에 대한 투과율은 낮고 흡수율은 높은 대역으로 설정될 수 있다. 이를테면, VIS=532 nm인 레이저가 이용될 수 있다.
또한, 제2 단계에서 레이저 또는 광은 페이스트층(19)의 접합 영역에 대응하여 투명모재층(11)의 후방에서 전방으로 조사될 수 있다. 이러한 제2 단계는 약한 파워의 레이저 또는 약한 파워의 광을 이용해 페이스트층(19)을 녹여 후면전극층(13)에 접합시킬 수 있다. 예를 들어, 램프의 빛이 광으로 적용될 수 있다. 사용되는 램프로는 제논 램프가 적용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
예를 들어, 레이저(또는 광)가 조사되는 범위 중 중간 영역은 강한 파워를 가질 수 있고, 레이저(또는 광)가 조사되는 범위 중 외측에 가까운 영역일수록 파워가 약해질 수 있다. 이러한 점을 고려하면, 레이저 또는 광이 페이스트층(19)의 접합 영역에 대응하여 조사된다는 것은, 레이저 또는 광의 파워 및 조사 폭이 상기 접합 영역을 녹일 수 있는 수준(정도)으로 설정되어 레이저 또는 광이 조사된다는 것을 의미할 수 있다.
또한, 페이스트층(19)을 녹여 버스 바(18)를 태양 전지에 접합시키는 경우(본 제3 접합 방법) 페이스트층(19)이 버스 바(18)보다 밀도가 작기 때문에, 만약, 레이저 조사를 통해, 버스 바(18)를 녹여 버스 바(18)를 태양 전지에 접합시키는 경우(본 제1 및 제2 접합 방법)대비 단위 부피 내에 동일한 에너지(파워)가 공급되면, 페이스층(19)을 이루는 페이스트 입자 당 공급되는 에너지가 버스 바(18)를 이루는 입자 당 공급되는 에너지보 커서 페이스트층(19)이 버스 바(18) 보다 우선적으로 녹게될 수 있다. 레이저 조사 시간(또는 광 조사 시간)은 페이스트층(19)의 용해(녹은 것)을 통해 버스 바(18)가 태양 전지에 부착될 수 있을 정도로 페이스트층(19)이 녹을 수 있는 시간으로 설정될 수 있다. 다시 말해, 버스 바(18)가 태양 전지에 부착되는데 있어서, 버스 바(18)의 용해보다 페이스트층(19)의 용해(녹은 것)가 주된 원인이될 수 있도록, 페이스트층(18)이 녹는 시간으로 설정될 수 있다.
본 제3 접합 방법의 제2 단계에 따르면, 레이저 또는 광을 이용해 국부적으로 열을 가해 버스 바(18)와 태양 전지를 접합시킴으로써, 태양 전지의 특성 저하를 방지할 수 있다. 또한, 상술한 바에 따르면, 제2 단계는 일반적인 CIGS박막 태양전지의 제조 공정과 호환성을 갖는 장점을 가질 수 있다.
본 제3 접합 방법에 따르면, 버스 바(18)와 태양 전지(후면전극층(13))의 접합이 레이저 또는 광에 의해 이루어지므로, 버스 바(18)와 태양 전지의 접합성이 향상되고, 접촉 저항(Contact resistance)이 감소될 수 있어, 공정의 효율성 및 태양 전지의 효율성이 향상될 수 있다.
이하에서는, 본원의 제4 실시예에 따른 버스 바의 접합 방법(이하 '본 제4 접합 방법'이라 함)에 대하여 설명한다. 다만, 본 제4 접합 방법의 설명과 관련하여 앞서 살핀 본 제1 내지 제3 접합 방법에서 설명한 구성과 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.
본 제4 접합 방법은 발전부와 연결부(투명전극(Transparent electrode)의 연결부)로 구획되는 발전 영역 (Photovoltaic area) 및 비발전 영역(Frame area)을 갖는 개구형 투광타입 CIGS박막 태양 전지의 버스 바 접합 방법에 관한 것이다.
본 제4 접합 방법은, 비발전 영역 내의 버스 바 접합 예정 지점에 대하여 후면전극층(13)이 노출되도록, 투명모재층(11) 및 후면전극층(13) 상의 적층체를 제거하는 단계(제1 단계)를 포함한다.
도 5a는 본 제4 접합 방법에 있어서, 제1 단계의 수행 전에 투명모재층 상에 후면전극층이 형성되는 것을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 참고로, 도 5a 내지 도 5d는 도 1의 A-A선에 따라 절개된 단면의 개략적인 단면도이다.
도 5a를 참조하면, 제1 단계의 수행 전에 투명모재층(11) 상에는 후면전극층(Rear electrode)(13)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 투명모재층(11) 상에는 후면전극층(13)으로 사용될 TE(Transper electrode)가 성막될 수 있다. 예시적으로, 후면전극층(13)을 이루는 물질은 TCO, ITO 및 FTO 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 성막에는 여러 가지 방식이 사용될 수 있다. TE의 성막 후, TE에 대한 패터닝에 의해 후면전극층(13)이 형성될 수 있다. 예를 들어, TE에 대한 패터닝은 532 nm 파장의 펄스 레이저에 의해 이루어질 수 있다. 참고로, 투명모재층(11)은 글래스(glass)일 수 있다.
또한, 도 5b를 참조하면, 제1 단계의 수행 전에, 후면전극층(13) 상에 적층체가 형성될 수 있다. 예를 들어, 후면전극층(13) 상에 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)이 형성될 수 있다. 이를 위해, 먼저, 후면전극층(13) 상에 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16) 각각을 이루는 물질이 차례로 성막될 수 있다.
CIGS 흡수층(14)을 이루는 물질은 Cu, In, Ga, Se, S의 조합으로 이뤄지며 필요에 따라서 Na, Pd, Ag 등의 불순물을 포함할 수 있다. 또한, 성막법으로는 스퍼터를 통한 전착후 Se, S이 포함된 외기에 노출시켜 열처리를 통해 결정화 하는 방식, thermal evaporation, 전기도금방식, 액상코팅후 열처리 방식 등과 같이 일반적으로 CIGS박막 태양전지 제조시에 사용하는 방식들이 모두 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
또한, 버퍼층(15)을 이루는 물질은 ZnO, CdS등의 물질 혹은 이들 물질에 S, O를 불순물로 포함한 여러 가지 Buffer 층 물질이 사용될 수 있다. 또한, 성막법으로는 chemical bath deposition, automic layer deposition, CVD 등 일반적인 반도체 성막법이 적용 가능하며, 이에 한정되지 않는다. 또한, IZO층(16)과 관련해서는, intrinsic-ZnO가 IZO층(16)을 이루는 물질로서 적층될 수 있다.
이와같은 제1 단계 수행 전의 공정들로 인해, 비발전 영역 내의 버스 바 접합 예정 지점을 포함하는 일부분에는 후면전극층(13) 및 후면전극층(13) 상에 다른 적층체가 성막되어 있을 수 있다. 예를 들어, 적층체는 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
후면전극층(13) 상에 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16) 각각을 이루는 물질이 차례로 성막된 이후에, 패터닝(P2 패터닝)이 수행될 수 있다. P2 패터닝은 후술하는 전면전극층(17)과 상술한 후면전극층(13)의 접촉을 위한 것으로서, P2 패터닝에 의해 컨택부(후술함)가 형성될 수 있다. 제1 단계 수행 전의 공정들 및 이와 관련된 구체적 구성에 대해서는 후술하기로 한다. P2 패터닝 공정을 통하여 제1 단계가 함께 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1 단계의 수행을 포함하는 P2 패터닝은 기계적 스크라이빙 방식일 수 있다. 예를 들어, P2 패터닝은 뾰족하고 단단한 금속팁을 이용할 수 있다.
제1 단계에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 5b는 본 제4 접합 방법의 투명모재층(11) 및 후면전극층(13) 상의 적층체를 제거하는 단계(제1 단계)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
제1 단계는 후술하는 제3 단계에서 CIGS 흡수층(14)보다 경도가 큰 전면전극층(17) 상에 버스 바(18)가 접합되도록, 버스 바 접합 예정 지점의 후면전극층(13) 상의 적층체(CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16) 중 하나 이상)를 기계적 스크라이빙 방식을 사용해 같이 긁어낼 수 있다. 이때, 패턴 마진은 2 mm 내지 5mm이다. 참고로 기계적 스크라이빙 방식에 의한 P2 패터닝 및 제1 단계는 뾰족하고 단단한 금속팁을 이용할 수 있다.
도 5c는 본 제4 접합 방법에 있어서, 전면전극층(17)을 형성하는 단계(제2 단계)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5c를 참조하면, 본 제2 접합 방법은 발전 영역 및 비발전 영역 상에 전면전극층(17)을 형성하는 단계(제2 단계)를 포함한다. 구체적으로, 전면전극층(17)을 형성하는 단계는, 전면전극층(17)을 이루는 물질을 성막시킬 수 있다. 예를 들어, 전면전극층(17)을 이루는 물질은 Doped ZnO, 이를테면, Al이 도핑된 ZnO를 포함할 수 있다.
또한, 제2 단계는 후면전극층(13)과 최상부층인 Doped ZnO 층(전면전극층(17))간의 전기 절연을 위한 패터닝(P3 패터닝)을 수행할 수 있다. 패터닝은 기계적 스크라이빙 방식에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 도 3c를 참조하면, 영역 A의 경우, 전도성에 영향을 주지 않으므로, P3 패터닝 시 함께 제거될 수 있다. 영역 A는 발전 영역과 버스 바 접합 예정 지점 사이에 위치할 수 있다. 예를 들어, P3 패터닝은 뾰족하고 단단한 금속팁을 이용할 수 있다.
도 5d는 본 제1 접합 방법의 전면전극층 상에 버스 바를 접합시키는 단계(제3 단계)를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 5d를 참조하면, 본 제2 접합 방법은 버스 바 접합 예정 지점의 전면전극층(17) 상에 버스 바(18)를 접합시키는 단계(제3 단계)를 포함한다. 버스 바(18)를 이루는 물질은 Ag(은)을 포함할 수 있다. 버스 바(18)는 일반적으로 Ag을 많이 사용할 수 있다.
도 5d를 참조하면, 제3 단계는 버스 바(18)를 버스 바 접합 예정 지점의 전면전극층(17)과 상기 버스 바(18) 사이에 페이스트층(19)이 개재되도록 상기 버스 바(18)를 배치한 다음, 레이저 또는 광을 이용해 상기 페이스트층(19)을 녹여 상기 버스 바(18)와 상기 전면전극층(17)을 접합시킨다.
제3 단계는 CIGS 흡수층(14)보다 경도가 큰 전면전극층(17) 상에 버스 바(18)를 접합시킬 수 있다. 그 이유는, CIGS 흡수층(14)의 재질이 물러(다시 말해, 경도가 약해) CIGS 흡수층(14)에 버스 바(18)를 접합시킬 경우, 내구성이 약할 수 있기 때문이다. 이를 위해, 상술한 바와 같이, 본 제2 접합 방법에 있어서, 제1 단계에서 후면전극층(13) 상으로부터 제거되는 적층체는 CIGS 흡수층(14)을 포함할 수 있다.
또한, 투명모재층(11), 후면전극층(13) 및 전면전극층(17)은 레이저 또는 광에 대해 페이스트층(19)보다 투과율이 높고, 페이스트층(19)은 레이저 또는 광에 대해 투명모재층(11), 후면전극층(13) 및 전면전극층(17)보다 흡수율이 높을 수 있다.
이에 따라, 제3 단계는 투명모재층(11), 후면전극층(13) 및 전면전극층(17)이 선택적으로 남겨지고 페이스트층(19)이 용해되도록, 레이저 또는 광을 이용할 수 있다.
예시적으로, 페이스트층(19)의 페이스트는 Cu 혹은 Ag 등 다양한 금속 파티클이 포함된 재질일 수 있다. 바람직하게는 페이스트는Ag를 포함하는 재질일 수 있다. 페이스트가 Ag를 포함하는 경우, 레이저 또는 광은 투명모재층(11) 및 후면전극층(13)보다 Ag에 대한 투과율은 낮고 흡수율은 높은 대역으로 설정될 수 있다. 이를테면, VIS=532 nm인 레이저가 이용될 수 있다.
또한, 제3 단계에서 가시광선 영역의 레이저는 버스 바(18)의 접합 영역에 대응하여 투명모재층(11)의 후방에서 전방으로 조사될 수 있다. 이러한 제3 단계는 약한 파워의 레이저 또는 약한 파워의 광을 이용해 페이스트층(19)을 녹여 후면전극층(13)에 접합시킬 수 있다. 예를 들어, 램프의 빛이 광으로 적용될 수 있다. 사용되는 램프로는 제논 램프가 적용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
예를 들어, 레이저(또는 광)가 조사되는 범위 중 중간 영역은 강한 파워를 가질 수 있고, 레이저(또는 광)가 조사되는 범위 중 외측에 가까운 영역일수록 파워가 약해질 수 있다. 이러한 점을 고려하면, 레이저 또는 광이 페이스트층(19)의 접합 영역에 대응하여 조사된다는 것은, 레이저 또는 광의 파워 및 조사 폭이 상기 접합 영역을 녹일 수 있는 수준(정도)으로 설정되어 레이저 또는 광이 조사된다는 것을 의미할 수 있다.
또한, 페이스트층(19)을 녹여 버스 바(18)를 태양 전지에 접합시키는 경우(본 제4 접합 방법) 페이스트층(19)이 버스 바(18)보다 밀도가 작기 때문에, 만약, 레이저 조사를 통해, 버스 바(18)를 녹여 버스 바(18)를 태양 전지에 접합시키는 경우(본 제1 및 제2 접합 방법)대비 단위 부피 내에 동일한 에너지(파워)가 공급되면, 페이스층(19)을 이루는 페이스트 입자 당 공급되는 에너지가 버스 바(18)를 이루는 입자 당 공급되는 에너지보 커서 페이스트층(19)이 버스 바(18) 보다 우선적으로 녹게될 수 있다. 레이저 조사 시간(또는 광 조사 시간)은 페이스트층(19)의 용해(녹은 것)을 통해 버스 바(18)가 태양 전지에 부착될 수 있을 정도로 페이스트층(19)이 녹을 수 있는 시간으로 설정될 수 있다. 다시 말해, 버스 바(18)가 태양 전지에 부착되는데 있어서, 버스 바(18)의 용해보다 페이스트층(19)의 용해(녹은 것)가 주된 원인이될 수 있도록, 페이스트층(18)이 녹는 시간으로 설정될 수 있다.
본 제4 접합 방법의 제3 단계에 따르면, 레이저 또는 광을 이용해 국부적으로 열을 가해 버스 바(18)와 태양 전지를 접합시킴으로써, 태양 전지의 특성 저하를 방지할 수 있다. 또한, 상술한 바에 따르면, 제3 단계는 일반적인 CIGS박막 태양전지의 제조 공정과 호환성을 갖는 장점을 가질 수 있다.
또한, 본 제4 접합 방법에 따르면, 버스 바(18)와 태양 전지(후면전극층(13))의 접합이 레이저 또는 광에 의해 이루어지므로, 버스 바(18)와 태양 전지의 접합성이 향상되고, 접촉 저항(Contact resistance)이 감소될 수 있어, 공정의 효율성 및 태양 전지의 효율성이 향상될 수 있다.
전술한 본 제1 내지 제4 접합 방법에 따르면, 본원은 레이저 용접, 레이저 소결 및 광소결 공정방법을 사용하여, 기본 CIGS박막 태양전지의 제조 공정과 호환성을 갖으면서 버스 바와 전극 물질(전면전극층(13) 또는 후면전극층(17))의 접합성을 높이며 접촉 저항을 감소시켜 투광형 태양 전지를 제조할 수 있게 하는 구조 및 공정 방법을 제시할 수 있다.
정리하면, 본 제1 내지 제4 접합 방법은 개구형 투광형 CIGS박막 태양전지 (See-through CIGS solar windows)를 기반으로 하며, 접합부에서의 버스 바를 레이저 또는 램프를 사용하여 접합함으로써 태양 전지에 사용된 전극 표면(후면전극층(13) 또는 전면전극층(17))과 버스 바(18) 사이의 접합성을 향상시키고 이와 동시에 접촉 저항을 감소시켜 공정의 효율성 및 태양전지의 효율을 높일 수 있다. 이와 같이, 본원은 접합성을 높이며 접촉 저항을 감소시키기 위한 레이저 소결 및 광 소결 공정방법을 규정할 수 있다.
이러한 본 제1 내지 제4 접합 방법은 건물 외벽, 창호에 발전능력을 갖는 윈도우형 태양 전지(솔라윈도우)에 적용 가능하다. 최근 건물집적형 태양전지(BIPV, Building integrated photovoltaics)의 시장이 성장하고 있어 본원의 응용범위는 넓어질 수 있을 것이다.
또한, 본원은 상술한 본 제1 접합 방법에 의해 제조되는 본원의 제1 실시예에 따른 개구형 투과타입 CIGS박막 태양 전지(이하 '본 제1 태양 전지'라 함)를 제공할 수 있다. 본 제1 태양 전지의 설명과 관련하여 앞서 살핀 본 제1 접합 방법에서 설명한 구성과 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.
본 제1 태양 전지는 비발전 영역에 대하여, 투명모재층(11) 및 후면전극층(13) 상의 적층체가 제거되어 노출된 후면전극층(13) 상에 접합되는 버스 바(18)를 포함한다. 버스 바(18)와 후면전극층(13)은 레이저에 의해 버스 바(18)가 녹아 접합될 수 있다.
투명모재층(11) 및 후면전극층(13)은 가시광선 대역에서 버스 바(18)보다 투과율이 높고, 버스 바(18)는 가시광선 대역에서 투명모재층(11) 및 후면전극층(13)보다 흡수율이 높을 수 있다. 이에 따라, 투명모재층(11) 및 후면전극층(13)이 선택적으로 남겨지고 버스 바(18)의 후면전극층(13)을 향하는 부분의 적어도 일부가 용해되도록, 레이저로 가시광선 영역의 레이저가 이용될 수 있다.
또한, 본원은 상술한 본 제2 접합 방법에 의해 제조되는 본원의 제2 실시예에 따른 개구형 투과타입 CIGS박막 태양 전지(이하 '본 제2 태양 전지'라 함)를 제공할 수 있다. 본 제2 태양 전지의 설명과 관련하여 앞서 살핀 본 제2 접합 방법에서 설명한 구성과 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.
본 제2 태양 전지는 비발전 영역에 대하여, 투명모재층(11) 및 후면전극층(13) 상의 적층체가 제거되어 노출된 후면전극층(13) 상에 적층된 전면전극층(17) 상에 접합되는 버스 바(18)를 포함한다. 버스 바(18)와 전면전극층(17)은 레이저에 의해 버스 바(18)가 녹아 접합될 수 있다.
투명모재층(11), 후면전극층(13) 및 전면전극층(17)은 가시광선 대역에서 버스 바(18)보다 투과율이 높고, 버스 바(18)는 가시광선 대역에서 투명모재층(11), 후면전극층(13) 및 전면전극층(17)보다 흡수율이 높을 수 있다. 이에 따라, 투명모재층(11), 후면전극층(13) 및 전면전극층(17)이 선택적으로 남겨지고 버스 바(18)의 전면전극층(17)을 향하는 부분의 적어도 일부가 용해되도록, 레이저로 가시광선 영역의 레이저가 이용될 수 있다.
또한, 본원은 상술한 본 제3 접합 방법에 의해 제조되는 본원의 제3 실시예에 따른 개구형 투과타입 CIGS박막 태양 전지(이하 '본 제3 태양 전지'라 함)를 제공할 수 있다. 본 제3 태양 전지의 설명과 관련하여 앞서 살핀 본 제3 접합 방법에서 설명한 구성과 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.
본 제3 태양 전지는 비발전 영역에 대하여, 투명모재층(11) 및 후면전극층(13) 상의 적층체가 제거되어 노출된 후면전극층(13) 상에 접합되는 버스 바(18)를 포함한다. 버스 바(18)와 후면전극층(13) 사이에는 페이스트층(19)이 형성되고, 버스 바(18)와 후면전극층(13)은 레이저 또는 광에 의해 페이스트층(19)이 녹아 접합될 수 있다.
투명모재층(11) 및 후면전극층(13)은 레이저 또는 광에 대해 페이스트층(19)보다 투과율이 높고, 페이스트층(19)은 레이저 또는 광에 대해 투명모재층(11) 및 후면전극층(13)보다 흡수율이 높을 수 있다. 이에 따라, 투명모재층(11) 및 후면전극층(13)이 선택적으로 남겨지고 페이스트층(19)이 용해되도록, 레이저 또는 광이 이용될 수 있다.
또한, 본원은 상술한 본 제4 접합 방법에 의해 제조되는 본원의 제4 실시예에 따른 개구형 투과타입 CIGS박막 태양 전지(이하 '본 제4 태양 전지'라 함)를 제공할 수 있다. 본 제4 태양 전지의 설명과 관련하여 앞서 살핀 본 제4 접합 방법에서 설명한 구성과 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.
본 제4 태양 전지는 비발전 영역에 대하여, 투명모재층(11) 및 후면전극층(13) 상의 적층체가 제거되어 노출된 후면전극층(13) 상에 적층된 전면전극층(17) 상에 접합되는 버스 바(18)를 포함한다. 버스 바(18)와 전면전극층(17) 사이에는 페이스트층(19)이 형성되고, 버스 바(18)와 전면전극층(19)은 레이저 또는 광에 의해 페이스트층(19)이 녹아 접합된다.
투명모재층(11), 후면전극층(13) 및 전면전극층(17)은 레이저 또는 광에 대해 페이스트층(19)보다 투과율이 높고, 페이스트층(19)은 레이저 또는 광에 대해 투명모재층(11), 후면전극층(13) 및 전면전극층(17)보다 흡수율이 높을 수 있다. 이에 따라, 투명모재층(11), 후면전극층(13) 및 전면전극층(17)이 선택적으로 남겨지고 페이스트층(19)이 용해되도록, 레이저 또는 광이 이용될 수 있다.
한편, 이하에서는 상술한 본 제1 및 제3 접합 방법에 있어서, 제1 단계 이전에 수행되는 단계들 및 관련된 구성에 대해 자세히 설명한다. 이 설명과 관련하여 앞서 살핀 본 제1 및 제3 접합 방법에서 설명한 구성과 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.
도 6 내지 도 12는 본원의 제1 내지 제4 실시예에 따른 버스 바의 접합 방법에서, 제1 단계의 이전 공정 및 그와 관련된 구성을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
투명모재층(11)를 준비하는 단계가 수행될 수 있다. 예시적으로, 투명모재층(11)은 글래스(glass) 기판일 수 있다.
또한, 도 6의 (a) 및 (b)를 참조하면, 투명모재층(11) 상에 후면전극층(13)을 형성하고 후면전극층(13) 중 연결부의 일부를 패터닝(P1 패터닝)하여 제1 투명모재층 노출 영역(111)을 형성하는 단계가 수행될 수 있다.
후면전극층(13)을 이루는 물질은 TCO, ITO 및 FTO 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 도 6의 (b)를 참조하면, 제1 투명모재층 노출 영역(111)을 형성하는 것은 레이저를 통한 패터닝에 의해 이루어질 수 있다. 예시적으로, 가시광선 대역 내지 적외선(IR) 대역 레이저에 의해 패터닝이 이루어질 수 있다. 투명모재층(11)는 후면전극층(13)보다 가시광선 대역 내지 적외선 대역 레이저에 대한 투과율이 높고, 후면전극층(13)은 투명모재층(11)보다 가시광선 대역 내지 적외선 대역 레이저에 대한 흡수율이 높을 수 있다. 이에 따라, 가시광선 대역 내지 적외선 대역 레이저는 투명모재층(11)를 통과하여 후면전극층(13)을 선택적으로 제거할 수 있다. 가시광선 대역 레이저로 제1 투명모재층 노출 영역(111)을 형성할 경우, 가시광선 대역 레이저의 파워(출력)는 후면전극층(13)을 선택적으로 제거할 수 있도록 제어될 수 있다. 한편, 가시광선 대역 레이저보다는 적외선 대역 레이저에 대해 후면전극층(13)의 흡수율이 더 높으므로, 적외선 대역 레이저를 이용한 후면전극층(13)의 제거가 보다 효과적일 수 있다. 상기 적외선 대역은 980 nm 내지 1300 nm 이하일 수 있다. 예시적으로, 상기 적외선 대역은 1050 nm 파장 대역일 수 있다.
또한, 레이저는 제1 투명모재층 노출 영역(111)의 폭에 대응하여 투명모재층(11)의 후방에서 전방으로 조사될 수 있다. 또한, 제1 투명모재층 노출 영역(111)의 폭(a)은 20 um 내지 100 um일 수 있다.
또한, 도 6의 (c)를 참조하면, 투명모재층(11) 및 후면전극층(13) 상에 CIGS 흡수층(14), 버퍼(Buffer)층(15) 및 IZO(intrinsic-ZnO)층(16)이 순차적으로 형성하는 단계가 수행될 수 있다. 이 단계에서, CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)은 후면전극층(13)과 후면전극층(13)이 형성되지 않은 투명모재층(11)(제1 투명모재층 노출 영역(111)) 상에 적층될 수 있다. 이에 따라, CIGS 흡수층(14)은 제1 투명모재층 노출 영역(111)을 통해 투명모재층(11)에 접촉될 수 있다.
예시적으로, CIGS 흡수층(14)을 이루는 물질은 Cu, In, Ga, Se 및 S 중 하나 이상의 조합을 포함할수 있다. 또한, CIGS 흡수층(14)을 이루는 물질의 조합은 필요에 따라 Na, Pd, Ag 등의 불순물을 포함할 수 있다. 또한, CIGS 흡수층(14)의 성막법에는 스퍼터를 통한 전착후 Se 및 S가 포함된 외기에 노출시켜 열처리를 통해 결정화 하는 것, thermal evaporation, 전기도금방식, 액상 코팅후 열처리 등 과 같은 일반적인 CIGS박막 태양전지에서 사용하는 방식들이 사용될 수 있다.
또한, 버퍼층(15)을 이루는 물질은 ZnO 및 CdS 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 버퍼층(15)을 이루는 물질의 조합은 S, O 등의 불순물을 포함할 수 있다. 또한, 버퍼층(15)의 성막법에는 chemical bath deposition, automic layer deposition, CVD 등 일반적인 반도체 성막법이 가능하며 본원에서는 버퍼층(15)의 성막법을 한정하지 않는다. 이와 같이, 본원에서는, CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16) 각각의 특별한 성장 및 성막법을 한정하지 않는다.
또한, 도 7의 (a)를 참조하면, 후면전극층(13), CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)에서 연결부 중 제1 투명모재층 노출 영역(111)을 제외한 일부를 제거하여 제2 투명모재층 노출 영역(112)을 형성하는 단계가 수행될 수 있다. 제2 투명모재층 노출 영역(112)은 제1 투명모재층 노출 영역(111)을 사이에 두고, 다시 말해, CIGS 흡수층(14)과 투명모재층(11)가 접촉하는 영역을 사이에 두고 발전부의 반대측에 형성될 수 있다. 또한, 제2 투명모재층 노출 영역(112)은 개구부를 형성할 수 있다.
제2 투명모재층 노출 영역(112)을 형성하는 단계는 레이저를 이용한다. 예시적으로, 가시광선 대역 내지 적외선 대역 레이저를 이용할 수 있다. 구체적으로, 투명모재층(11)는 가시광선 대역 내지 적외선 대역에서 후면전극층(13), CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)보다 투과율이 높고, 후면전극층(13), CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)은 가시광선 대역 내지 적외선 대역에서 투명모재층(11)보다 흡수율이 높을 수 있다. 이에 따라, 제2 투명모재층 노출 영역(11)을 형성하는 단계는 투명모재층(11)가 선택적으로 남겨지고 후면전극층(13), CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)이 제거되도록, 가시광선 대역 내지 적외선 대역 레이저를 이용할 수 있다. 이에 따르면, 후면전극층(13)이 기화되면서 그 상부의 층들(CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16))은 물리적으로(기계적으로) 뜯겨지는 형태로 제거될 수 있다. 상기 레이저는 펄스 레이저일 수 있다. 또한, 제2 투명모재층 노출 영역(112)을 형성하는 단계에서 가시광선 대역 레이저가 이용되는 경우, 가시광선 대역 레이저의 파워는 후면전극층(13)을 제거할 수 있도록 제어될 수 있다. 상기 가시광선 대역 레이저는 400 nm 내지 600 nm의 파장을 갖는 레이저일 수 있다. 한편, 가시광선 대역 레이저보다는 적외선 대역 레이저에 대해 후면전극층(13)의 흡수율이 더 높으므로, 적외선 대역 레이저를 이용하여 제2 투명모재층 노출 영역(112)을 형성하는 단계를 수행하는 것이 보다 효과적일 수 있다. 상기 적외선 대역은 980 nm 내지 1300 nm 이하일 수 있다. 예시적으로, 상기 적외선 대역은 1050 nm 파장 대역일 수 있다.
또한, 도 7의 (a)를 참조하면, 제2 투명모재층 노출 영역(112)을 형성하는 단계는 제2 투명모재층 노출 영역(112)의 패턴 마진(b)이 0 um 초과, 100 um 이하가 되도록 제2 투명모재층 노출 영역(112)을 형성할 수 있다. 이를테면, 제2 투명모재층 노출 영역(112)과 제1 투명모재층 노출 영역(111) 사이의 최단 간격은 0 um 초과, 100 um 이하가 될 수 있다.
또한, 가시광선 대역 내지 적외선 대역 레이저는 제2 투명모재층 노출 영역(112)의 폭에 대응하여 투명모재층(11)의 후방에서 전방으로 조사될 수 있다. 다시 말해, 가시광선 대역 내지 적외선 대역 레이저는 제2 투명모재층 노출 영역(112)이 미리 설정된 폭을 가지고 형성되도록 투명모재층(11)의 후방에서 전방으로 조사될 수 있다. 이처럼 가시광선 대역 내지 적외선 대역 레이저가 투명모재층(11)의 후방에서 전방으로 조사됨으로써, 후면전극층(13)이 기화되면서 그 상부의 층들(CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16))은 후면전극층(13)의 기화되면서 발생되는 압력에 의해 물리적으로(기계적으로) 뜯겨나가는 형태로 제거될 수 있다.
또한, 도 7의 (b)를 참조하면, 제2 투명모재층 노출 영역(112)을 형성하는 단계와 후술하는 전면전극층(17)을 형성하는 단계 사이에 컨택부(113)를 형성하는 단계(P2 패터닝)가 수행될 수 있다. 다시 말해, CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)에서 연결부 중 제2 투명모재층 노출 영역(112)를 기준으로 발전부의 반대측 일부가 제거되어 후면전극층(13)의 일부의 상면을 컨택부(113)로서 노출시키는 단계가 수행될 수 있다. 컨택부(113)를 형성하는 단계는 기계적 스크라이빙 방식으로 컨택부(113)를 형성할 수 있다. 또한, 컨택부 마진(c)은 20 um 내지 100 um일 수 있다. 컨택부(113)는 전기 전도를 위해 형성될 수 있다.
또한, 도 8의 (a)를 참조하면, 전면전극층(17)을 형성하는 단계가 수행될 수 있다. 전면전극층(17)을 이루는 물질은 ITO, 도핑된 ZnO(Doped ZnO) 및 도핑된 SnO 등 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있다. 이러한 전면전극층(17)은 투명할 수 있다.
또한, 도 8의 (a)를 참조하면, 전면전극층(17)을 형성하는 단계에서, 전면전극층(17)은 발전부와 연결부의 적어도 일부를 덮으며 형성될 수 있다. 도 8의 (b)를 참조하면, 전면전극층(17)은 발전부, 제2 투명모재층 노출 영역(112) 및 컨택부(113)를 덮으며 형성될 수 있다. 또한, 전면전극층(17)은 제2 투명모재층 노출 영역(112)과 컨택부(113)를 둘러싸는 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)의 내측면 상에 형성될 수 있다.
또한, 전면전극층(17)을 형성하는 단계에서, 전면전극층(17)은 이웃하는 발전부와 연결되지 않도록 연결부에서 연속성이 단절되게 형성될 수 있다.
예시적으로, 도 8의 (b)를 참조하면, 전면전극층(17)은 층간의 전기 절연(이를테면, 후면전극층(13)과 전면전극층(17)간의 전기 절연)을 위해 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)과 함께 패터닝(P3 패터닝)될 수 있다. 이를테면, 전면전극층(17)이 발전부와 연결부 전체 영역에 걸쳐 적층된 후 상기와 같은 패터닝이 이루어질 수 있다. 패터닝은 기계적 스크라이빙 방식에 의해 이루어질 수 있다. 패터닝의 폭(d)은 20 um 내지 100 um일 수 있다. 또한 마진(e)은 0 um 초과, 100 um 이하일 수 있다. 이와 같은 P3 패터닝 시에 상술한 본 제1 및 제3 접합 방법의 제1 단계가 수행될 수 있다.
상술한 바와 같은 단계들에 의해 형성된 개구형 투광타입 CIGS박막 태양 전지의 발전 영역 일부의 단면도가 도 9에 도시되었다.
또한, 다른 구현예로서, 본 제1 및 제3 접합 방법에 있어서, 제1 단계 이전에 수행되는 단계들은 이하와 같이 수행될 수 있다.
먼저, 투명모재층(11)이 준비될 수 있다. 예시적으로, 투명모재층은 글래스(glass) 기판일 수 있다.
또한, 투명모재층(11) 상에서 발전부에 후면전극층(13)을 형성하는 단계가 수행될 수 있다. 도 10의 (a)를 참조하면, 마스크(91)를 이용한 선택적 성막에 의해 후면전극층(13)이 형성될 수 있다. 마스크(91)는 쉐도우 마스크일 수 있다.
또한, 도 10의 (b)를 참조하면, 투명모재층(11) 및 후면전극층(13) 상에 CIGS 흡수층(14), 버퍼(Buffer)층(15) 및 IZO(intrinsic-ZnO)층(16)을 순차적으로 형성하는 단계가 수행될 수 있다. 이 단계에서, CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)은 후면전극층(13)과 후면전극층(13)이 형성되지 않은 투명모재층(11) 상에 적층될 수 있다.
또한, CIGS 흡수층(14)의 적어도 일부(115)가 투명모재층(11)와 접촉하도록 후면전극층(13), CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)에서 연결부 중 일부를 제거하여 투명모재층 노출 영역(116)을 형성하는 단계가 수행될 수 있다.
다시 말해, 도 10의 (c)를 참조하면, 투명모재층 노출 영역(116)을 형성하는 단계에서, CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)에서 연결부 중 적어도 일부(115)는 CIGS 흡수층(14)이 투명모재층(11)와 접촉하도록 제거되지 않을 수 있다. 이에 따라, 제조되는 개구형 투과타입 CIGS박막 태양 전지는 CIGS 흡수층(14)과 투명모재층(11)가 접촉하는 영역(115)을 가질 수 있다. 예시적으로, 도 10의 (c)를 참조하면, 투명모재층 노출 영역(116)을 형성하는 단계는 패턴 마진(a, b)이 0 um 초과, 100 um 이하가 되도록 투명모재층 노출 영역(116)을 형성할 수 있다. 이에 따르면, CIGS 흡수층(14)과 투명모재층(11)가 접촉하는 영역(115)의 폭은 100 um 이하가 될 수 있다. 또한, 투명모재층 노출 영역(116)은 CIGS 흡수층(14)과 투명모재층(11)가 접촉하는 영역(115)을 사이에 두고 발전부의 반대측에 형성될 수 있다. 투명모재층 노출 영역(116)은 개구부를 형성할 수 있다.
도 10의 (c)를 참조하면, 투명모재층 노출 영역(116)을 형성하는 단계는 레이저를 이용할 수 있다. 예시적으로, 가시광선 대역 레이저를 이용할 수 있다. 구체적으로, 투명모재층(11)는 가시광선 대역에서 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)보다 투과율이 높고, CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)은 가시광선 대역에서 투명모재층(11)보다 흡수율이 높을 수 있다. 이에 따라, 투명모재층 노출 영역(116)을 형성하는 단계는 투명모재층(11)가 선택적으로 남겨지고 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)이 제거되도록, 가시광선 대역 레이저를 이용할 수 있다. 특히, 400 nm 내지 600 nm 대역 레이저가 사용될 수 있다. 또한, 가시광선 대역 펄스 레이저를 이용함이 바람직하다. 또한, 가시광선 대역 레이저는 투명모재층 노출 영역(116)의 폭에 대응하여 투명모재층(11)의 후방에서 전방으로 조사될 수 있다.
또한, 도 11의 (a)를 참조하면, 투명모재층 노출 영역(116)을 형성하는 단계와 후술하는 전면전극층(17)을 형성하는 단계 사이에 컨택부(117)를 형성하는 단계(P2 패터닝)가 수행될 수 있다. 다시 말해, CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO 층(16)에서 연결부 중 투명모재층 노출 영역(116)을 기준으로 발전부의 반대측 일부를 제거하여 후면전극층(13)의 일부의 상면을 컨택부(117)로서 노출시키는 단계가 수행될 수 있다. 컨택부(117)를 형성하는 단계는 기계적 스크라이빙 방식으로 컨택부(131)를 형성할 수 있다. 또한, 컨택부 마진(c)은 20 um 내지 100 um일 수 있다. 컨택부(117)는 전기 전도를 위해 형성될 수 있다.
또한, 도 11의 (b)를 참조하면, 전면전극층(17)을 형성하는 단계가 수행될 수 있다. 전면전극층(17)을 이루는 물질은 ITO, 도핑된 ZnO 및 도핑된 SnO 등 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있다. 이러한 전면전극층(17)은 투명할 수 있다.
또한, 전면전극층(17)을 형성하는 단계에서, 전면전극층(17)은 발전부와 연결부의 적어도 일부를 덮으며 형성될 수 있다. 도 11의 (b)를 참조하면, 전면전극층(17)은 발전부, 투명모재층 노출 영역(116) 및 컨택부(117)를 덮으며 형성될 수 있다. 또한, 전면전극층(17)은 투명모재층 노출 영역(116)과 컨택부(117)를 둘러싸는 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)의 내측면 상에 형성될 수 있다.
또한, 전면전극층(17)은 이웃하는 발전부와 연결되지 않도록 연결부에서 연속성이 단절되게 형성될 수 있다.
도 12의 (a)를 참조하면, 예시적으로, 전면전극층(17)은 층간의 전기 절연(이를테면, 후면전극층(13)과 전면전극층(17)간의 전기 절연)을 위해 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)과 함께 패터닝(P3 패터닝)될 수 있다. 이를테면, 전면전극층(17)이 발전부와 연결부 전체 영역에 대하여 적층된 후, 상기와 같은 패터닝이 이루어질 수 있다. 패터닝은 기계적 스크라이빙 방식에 의해 이루어질 수 있다. 패터닝의 폭(d)은 20 um 내지 100 um일 수 있다. 또한 마진(e)은 0 um 초과, 100 um 이하일 수 있다. 이와 같은 P3 패터닝 시에 상술한 본 제1 및 제3 접합 방법의 제1 단계가 수행될 수 있다.
상술한 바와 같은 단계들에 의해 형성된 개구형 투광타입 CIGS박막 태양 전지의 발전 영역 일부의 단면도가 도 12의 (b)에 도시되었다.
한편, 이하에서는 상술한 본 제2 및 제4 접합 방법에 있어서, 제1 단계 이전에 수행되는 단계들에 대해 자세히 설명한다. 이 설명과 관련하여 앞서 살핀 본 제2 및 제4 접합 방법에서 설명한 구성과 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.
도 6 내지 도 12는 본원의 제1 내지 제4 실시예에 따른 버스 바의 접합 방법에서, 제1 단계의 이전 공정 및 그와 관련된 구성을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
투명모재층(11)를 준비하는 단계가 수행될 수 있다. 예시적으로, 투명모재층(11)은 글래스(glass) 기판일 수 있다.
또한, 도 6의 (a) 및 (b)를 참조하면, 투명모재층(11) 상에 후면전극층(13)을 형성하고 후면전극층(13) 중 연결부의 일부를 패터닝(P1 패터닝)하여 제1 투명모재층 노출 영역(111)을 형성하는 단계가 수행될 수 있다.
후면전극층(13)을 이루는 물질은 TCO, ITO 및 FTO 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 도 6의 (b)를 참조하면, 제1 투명모재층 노출 영역(111)을 형성하는 것은 레이저를 통한 패터닝에 의해 이루어질 수 있다. 예시적으로, 가시광선 대역 내지 적외선(IR) 대역 레이저에 의해 패터닝이 이루어질 수 있다. 투명모재층(11)는 후면전극층(13)보다 가시광선 대역 내지 적외선 대역 레이저에 대한 투과율이 높고, 후면전극층(13)은 투명모재층(11)보다 가시광선 대역 내지 적외선 대역 레이저에 대한 흡수율이 높을 수 있다. 이에 따라, 가시광선 대역 내지 적외선 대역 레이저는 투명모재층(11)를 통과하여 후면전극층(13)을 선택적으로 제거할 수 있다. 가시광선 대역 레이저로 제1 투명모재층 노출 영역(111)을 형성할 경우, 가시광선 대역 레이저의 파워(출력)는 후면전극층(13)을 선택적으로 제거할 수 있도록 제어될 수 있다. 한편, 가시광선 대역 레이저보다는 적외선 대역 레이저에 대해 후면전극층(13)의 흡수율이 더 높으므로, 적외선 대역 레이저를 이용한 후면전극층(13)의 제거가 보다 효과적일 수 있다. 상기 적외선 대역은 980 nm 내지 1300 nm 이하일 수 있다. 예시적으로, 상기 적외선 대역은 1050 nm 파장 대역일 수 있다.
또한, 레이저는 제1 투명모재층 노출 영역(111)의 폭에 대응하여 투명모재층(11)의 후방에서 전방으로 조사될 수 있다. 또한, 제1 투명모재층 노출 영역(111)의 폭(a)은 20 um 내지 100 um일 수 있다.
또한, 도 6의 (c)를 참조하면, 투명모재층(11) 및 후면전극층(13) 상에 CIGS 흡수층(14), 버퍼(Buffer)층(15) 및 IZO(intrinsic-ZnO)층(16)이 순차적으로 형성하는 단계가 수행될 수 있다. 이 단계에서, CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)은 후면전극층(13)과 후면전극층(13)이 형성되지 않은 투명모재층(11)(제1 투명모재층 노출 영역(111)) 상에 적층될 수 있다. 이에 따라, CIGS 흡수층(14)은 제1 투명모재층 노출 영역(111)을 통해 투명모재층(11)에 접촉될 수 있다.
예시적으로, CIGS 흡수층(14)을 이루는 물질은 Cu, In, Ga, Se 및 S 중 하나 이상의 조합을 포함할수 있다. 또한, CIGS 흡수층(14)을 이루는 물질의 조합은 필요에 따라 Na, Pd, Ag 등의 불순물을 포함할 수 있다. 또한, CIGS 흡수층(14)의 성막법에는 스퍼터를 통한 전착후 Se 및 S가 포함된 외기에 노출시켜 열처리를 통해 결정화 하는 것, thermal evaporation, 전기도금방식, 액상 코팅후 열처리 등 과 같은 일반적인 CIGS박막 태양전지에서 사용하는 방식들이 사용될 수 있다.
또한, 버퍼층(15)을 이루는 물질은 ZnO 및 CdS 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 버퍼층(15)을 이루는 물질의 조합은 S, O 등의 불순물을 포함할 수 있다. 또한, 버퍼층(15)의 성막법에는 chemical bath deposition, automic layer deposition, CVD 등 일반적인 반도체 성막법이 가능하며 본원에서는 버퍼층(15)의 성막법을 한정하지 않는다. 이와 같이, 본원에서는, CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16) 각각의 특별한 성장 및 성막법을 한정하지 않는다.
또한, 도 7의 (a)를 참조하면, 후면전극층(13), CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)에서 연결부 중 제1 투명모재층 노출 영역(111)을 제외한 일부를 제거하여 제2 투명모재층 노출 영역(112)을 형성하는 단계가 수행될 수 있다. 제2 투명모재층 노출 영역(112)은 제1 투명모재층 노출 영역(111)을 사이에 두고, 다시 말해, CIGS 흡수층(14)과 투명모재층(11)가 접촉하는 영역을 사이에 두고 발전부의 반대측에 형성될 수 있다. 또한, 제2 투명모재층 노출 영역(112)은 개구부를 형성할 수 있다.
제2 투명모재층 노출 영역(112)을 형성하는 단계는 레이저를 이용한다. 예시적으로, 가시광선 대역 내지 적외선 대역 레이저를 이용할 수 있다. 구체적으로, 투명모재층(11)는 가시광선 대역 내지 적외선 대역에서 후면전극층(13), CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)보다 투과율이 높고, 후면전극층(13), CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)은 가시광선 대역 내지 적외선 대역에서 투명모재층(11)보다 흡수율이 높을 수 있다. 이에 따라, 제2 투명모재층 노출 영역(11)을 형성하는 단계는 투명모재층(11)가 선택적으로 남겨지고 후면전극층(13), CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)이 제거되도록, 가시광선 대역 내지 적외선 대역 레이저를 이용할 수 있다. 이에 따르면, 후면전극층(13)이 기화되면서 그 상부의 층들(CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16))은 물리적으로(기계적으로) 뜯겨지는 형태로 제거될 수 있다. 상기 레이저는 펄스 레이저일 수 있다. 또한, 제2 투명모재층 노출 영역(112)을 형성하는 단계에서 가시광선 대역 레이저가 이용되는 경우, 가시광선 대역 레이저의 파워는 후면전극층(13)을 제거할 수 있도록 제어될 수 있다. 상기 가시광선 대역 레이저는 400 nm 내지 600 nm의 파장을 갖는 레이저일 수 있다. 한편, 가시광선 대역 레이저보다는 적외선 대역 레이저에 대해 후면전극층(13)의 흡수율이 더 높으므로, 적외선 대역 레이저를 이용하여 제2 투명모재층 노출 영역(112)을 형성하는 단계를 수행하는 것이 보다 효과적일 수 있다. 상기 적외선 대역은 980 nm 내지 1300 nm 이하일 수 있다. 예시적으로, 상기 적외선 대역은 1050 nm 파장 대역일 수 있다.
또한, 도 7의 (a)를 참조하면, 제2 투명모재층 노출 영역(112)을 형성하는 단계는 제2 투명모재층 노출 영역(112)의 패턴 마진(b)이 0 um 초과, 100 um 이하가 되도록 제2 투명모재층 노출 영역(112)을 형성할 수 있다. 이를테면, 제2 투명모재층 노출 영역(112)과 제1 투명모재층 노출 영역(111) 사이의 최단 간격은 0 um 초과, 100 um 이하가 될 수 있다.
또한, 가시광선 대역 내지 적외선 대역 레이저는 제2 투명모재층 노출 영역(112)의 폭에 대응하여 투명모재층(11)의 후방에서 전방으로 조사될 수 있다. 다시 말해, 가시광선 대역 내지 적외선 대역 레이저는 제2 투명모재층 노출 영역(112)이 미리 설정된 폭을 가지고 형성되도록 투명모재층(11)의 후방에서 전방으로 조사될 수 있다. 이처럼 가시광선 대역 내지 적외선 대역 레이저가 투명모재층(11)의 후방에서 전방으로 조사됨으로써, 후면전극층(13)이 기화되면서 그 상부의 층들(CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16))은 후면전극층(13)의 기화되면서 발생되는 압력에 의해 물리적으로(기계적으로) 뜯겨나가는 형태로 제거될 수 있다.
또한, 도 7의 (b)를 참조하면, 제2 투명모재층 노출 영역(112)을 형성하는 단계와 후술하는 전면전극층(17)을 형성하는 단계 사이에 컨택부(113)를 형성하는 단계(P2 패터닝)가 수행될 수 있다. 다시 말해, CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)에서 연결부 중 제2 투명모재층 노출 영역(112)를 기준으로 발전부의 반대측 일부가 제거되어 후면전극층(13)의 일부의 상면을 컨택부(113)로서 노출시키는 단계가 수행될 수 있다. 컨택부(113)를 형성하는 단계는 기계적 스크라이빙 방식으로 컨택부(113)를 형성할 수 있다. 또한, 컨택부 마진(c)은 20 um 내지 100 um일 수 있다. 컨택부(113)는 전기 전도를 위해 형성될 수 있다.
본 제2 및 제4 접합 방법에 있어서, 이와 같은 단계들이 제1 단계 이전에 수행될 수 있다. 이후, 도 8의 (a)를 참조하면, 본 제2 및 제4 접합 방법의 제2 단계가 수행될 수 있다.
참고로, 본 제2 및 제4 접합 방법의 제2 단계에 있어서, 발전 영역 상에 전면전극층(17)의 형성은 이하와 같이 될 수 있다.
도 8의 (a)를 참조하면, 제2 단계에서, 전면전극층(17)은 발전부와 연결부의 적어도 일부를 덮으며 형성될 수 있다. 도 8의 (b)를 참조하면, 전면전극층(17)은 발전부, 제2 투명모재층 노출 영역(112) 및 컨택부(113)를 덮으며 형성될 수 있다. 또한, 전면전극층(17)은 제2 투명모재층 노출 영역(112)과 컨택부(113)를 둘러싸는 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)의 내측면 상에 형성될 수 있다.
또한, 전면전극층(17)을 형성하는 단계에서, 전면전극층(17)은 이웃하는 발전부와 연결되지 않도록 연결부에서 연속성이 단절되게 형성될 수 있다.
예시적으로, 도 8의 (b)를 참조하면, 전면전극층(17)은 층간의 전기 절연(이를테면, 후면전극층(13)과 전면전극층(17)간의 전기 절연)을 위해 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)과 함께 패터닝(P3 패터닝)될 수 있다. 이를테면, 전면전극층(17)이 발전부와 연결부 전체 영역에 걸쳐 적층된 후 상기와 같은 패터닝이 이루어질 수 있다. 패터닝은 기계적 스크라이빙 방식에 의해 이루어질 수 있다. 패터닝의 폭(d)은 20 um 내지 100 um일 수 있다. 또한 마진(e)은 0 um 초과, 100 um 이하일 수 있다.
상술한 바와 같은 단계들에 의해 형성된 개구형 투광타입 CIGS박막 태양 전지의 발전 영역의 일부의 단면도가 도 9에 도시되었다.
또한, 다른 구현예로서, 본 제2 및 제4 접합 방법에 있어서, 제1 단계 이전에 수행되는 단계들은 이하와 같이 수행될 수 있다.
먼저, 투명모재층(11)이 준비될 수 있다. 예시적으로, 투명모재층은 글래스(glass) 기판일 수 있다.
또한, 투명모재층(11) 상에서 발전부에 후면전극층(13)을 형성하는 단계가 수행될 수 있다. 도 10의 (a)를 참조하면, 마스크(91)를 이용한 선택적 성막에 의해 후면전극층(13)이 형성될 수 있다. 마스크(91)는 쉐도우 마스크일 수 있다.
또한, 도 10의 (b)를 참조하면, 투명모재층(11) 및 후면전극층(13) 상에 CIGS 흡수층(14), 버퍼(Buffer)층(15) 및 IZO(intrinsic-ZnO)층(16)을 순차적으로 형성하는 단계가 수행될 수 있다. 이 단계에서, CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)은 후면전극층(13)과 후면전극층(13)이 형성되지 않은 투명모재층(11) 상에 적층될 수 있다.
또한, CIGS 흡수층(14)의 적어도 일부(115)가 투명모재층(11)와 접촉하도록 후면전극층(13), CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)에서 연결부 중 일부를 제거하여 투명모재층 노출 영역(116)을 형성하는 단계가 수행될 수 있다.
다시 말해, 도 10의 (c)를 참조하면, 투명모재층 노출 영역(116)을 형성하는 단계에서, CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)에서 연결부 중 적어도 일부(115)는 CIGS 흡수층(14)이 투명모재층(11)와 접촉하도록 제거되지 않을 수 있다. 이에 따라, 제조되는 개구형 투과타입 CIGS박막 태양 전지는 CIGS 흡수층(14)과 투명모재층(11)가 접촉하는 영역(115)을 가질 수 있다. 예시적으로, 도 10의 (c)를 참조하면, 투명모재층 노출 영역(116)을 형성하는 단계는 패턴 마진(a, b)이 0 um 초과, 100 um 이하가 되도록 투명모재층 노출 영역(116)을 형성할 수 있다. 이에 따르면, CIGS 흡수층(14)과 투명모재층(11)가 접촉하는 영역(115)의 폭은 100 um 이하가 될 수 있다. 또한, 투명모재층 노출 영역(116)은 CIGS 흡수층(14)과 투명모재층(11)가 접촉하는 영역(115)을 사이에 두고 발전부의 반대측에 형성될 수 있다. 투명모재층 노출 영역(116)은 개구부를 형성할 수 있다.
도 10의 (c)를 참조하면, 투명모재층 노출 영역(116)을 형성하는 단계는 레이저를 이용할 수 있다. 예시적으로, 가시광선 대역 레이저를 이용할 수 있다. 구체적으로, 투명모재층(11)는 가시광선 대역에서 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)보다 투과율이 높고, CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)은 가시광선 대역에서 투명모재층(11)보다 흡수율이 높을 수 있다. 이에 따라, 투명모재층 노출 영역(116)을 형성하는 단계는 투명모재층(11)가 선택적으로 남겨지고 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)이 제거되도록, 가시광선 대역 레이저를 이용할 수 있다. 특히, 400 nm 내지 600 nm 대역 레이저가 사용될 수 있다. 또한, 가시광선 대역 펄스 레이저를 이용함이 바람직하다. 또한, 가시광선 대역 레이저는 투명모재층 노출 영역(116)의 폭에 대응하여 투명모재층(11)의 후방에서 전방으로 조사될 수 있다.
또한, 도 11의 (a)를 참조하면, 투명모재층 노출 영역(116)을 형성하는 단계와 후술하는 전면전극층(17)을 형성하는 단계 사이에 컨택부(117)를 형성하는 단계(P2 패터닝)가 수행될 수 있다. 다시 말해, CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO 층(16)에서 연결부 중 투명모재층 노출 영역(116)을 기준으로 발전부의 반대측 일부를 제거하여 후면전극층(13)의 일부의 상면을 컨택부(117)로서 노출시키는 단계가 수행될 수 있다. 컨택부(117)를 형성하는 단계는 기계적 스크라이빙 방식으로 컨택부(131)를 형성할 수 있다. 또한, 컨택부 마진(c)은 20 um 내지 100 um일 수 있다. 컨택부(117)는 전기 전도를 위해 형성될 수 있다.
본 제2 및 제4 접합 방법에 있어서, 이와 같은 단계들이 제1 단계 이전에 수행될 수 있다. 이후, 도 11의 (b)를 참조하면, 본 제2 및 제4 접합 방법의 제2 단계가 수행될 수 있다.
참고로, 본 제2 및 제4 접합 방법의 제2 단계에 있어서, 발전 영역 상에 전면전극층(17)의 형성은 이하와 같이 될 수 있다.
전면전극층(17)을 이루는 물질은 ITO, 도핑된 ZnO 및 도핑된 SnO 등 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있다. 이러한 전면전극층(17)은 투명할 수 있다.
또한, 전면전극층(17)을 형성하는 단계에서, 전면전극층(17)은 발전부와 연결부의 적어도 일부를 덮으며 형성될 수 있다. 도 11의 (b)를 참조하면, 전면전극층(17)은 발전부, 투명모재층 노출 영역(116) 및 컨택부(117)를 덮으며 형성될 수 있다. 또한, 전면전극층(17)은 투명모재층 노출 영역(116)과 컨택부(117)를 둘러싸는 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)의 내측면 상에 형성될 수 있다.
또한, 전면전극층(17)은 이웃하는 발전부와 연결되지 않도록 연결부에서 연속성이 단절되게 형성될 수 있다.
도 12의 (a)를 참조하면, 예시적으로, 전면전극층(17)은 층간의 전기 절연(이를테면, 후면전극층(13)과 전면전극층(17)간의 전기 절연)을 위해 CIGS 흡수층(14), 버퍼층(15) 및 IZO층(16)과 함께 패터닝(P3 패터닝)될 수 있다. 이를테면, 전면전극층(17)이 발전부와 연결부 전체 영역에 대하여 적층된 후, 상기와 같은 패터닝이 이루어질 수 있다. 패터닝은 기계적 스크라이빙 방식에 의해 이루어질 수 있다. 패터닝의 폭(d)은 20 um 내지 100 um일 수 있다. 또한 마진(e)은 0 um 초과, 100 um 이하일 수 있다.
상술한 바와 같은 단계들에 의해 형성된 개구형 투광타입 CIGS박막 태양 전지의 발전 영역 일부의 단면도가 도 9에 도시되었다.
상술한 본 제1 내지 제4 접합 방법의 제1 단계 이전에 수행되는 공정에 의하면, 연결부의 투과성이 향상될 수 있다. 종래의 기계적 스크라이빙으로 CIGS흡수층(14)을 제거하는 경우 투명모재층(11) 또는 투명 전도층(12) 상에 광 흡수도가 높은 CIGS흡수층(14)의 잔류물이 남게 되어 연결부의 투광성이 떨어졌다. 반면에, 본 제1 및 제2 접합 방법의 제1 단계 이전에 수행되는 공정은 레이저를 이용하여 CIGS흡수층(14) 등을 제거하기 때문에, 잔여물 없이 제거가 이루어질 수 있어 연결부의 투과성이 향상될 수 있다.
또한, 상술한 본 제1 내지 제4 접합 방법의 제1 단계 이전에 수행되는 공정은 레이저를 이용한 층의 제거시 각 층의 특성을 이용한다. 예시적으로, 개구부 확보를 위한 투명 전도층 노출 영역(121)을 형성하는 단계, 제2 투명모재층 노출 영역(112)을 형성하는 단계 및 투명모재층 노출 영역(116)을 형성하는 단계 각각의 수행 시, 제거해야 하는 대상에 투명 전도층(12) 및 후면전극층(13) 중 하나 이상이 포함되면, 가시광선 대역 내지 적외선 대역의 레이저를 이용하고, 투명 전도층(12) 및 후면전극층(13)을 남기면서 투명 전도층(12) 및 후면전극층(13) 상의 층들을 제거할 때는 가시광선 대역 레이저를 이용할 수 있다. 다만, 전술한 바와 같이, 가시광선 대역 레이저를 이용하는 경우, 투명 전도층(12) 및 후면전극층(13)의 제거 여부와 관련하여 레이저의 파워(출력)가 제어될 수 있다. 또한, 가시광선 대역보다 적외선 대역에서 투명 전도층(12)의 흡수가 더 잘 이루어짐을 고려하면, 적외선 대역 레이저를 이용하였을 때 투명 전도층(12) 및 후면전극층(13) 중 하나 이상의 제거가 보다 효과적으로 이루어질 수 있다. 참고로, 본원에서 이용되는 레이저는 펄스형 레이저일 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 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. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
11: 투명모재층
111: 투명모재층 노출 영역, 제1 투명모재층 노출 영역
112: 제2 투명모재층 노출 영역
115: CIGS 흡수층과 투명모재층이 접촉하는 영역
116: 투명모재층 노출 영역
117: 컨택부
13: 후면전극층
14: CIGS 흡수층
15: 버퍼층
16: IZO층
17: 전면전극층
18: 버스 바
19: 페이스트층

Claims (14)

  1. 발전 영역 및 비발전 영역을 갖는 개구형 투광타입 CIGS박막 태양 전지의 버스 바(Bus bar)의 접합 방법에 있어서,
    (a) 상기 비발전 영역 내의 버스 바 접합 예정 지점에 대하여 후면전극층이 노출되도록, 투명모재층 및 후면전극층 상의 적층체를 제거하는 단계; 및
    (b) 상기 버스 바 접합 예정 지점의 상기 후면전극층 상에 상기 버스 바를 접합시키는 단계를 포함하되,
    상기 (b) 단계는, 상기 버스 바 접합 예정 지점의 상기 후면전극층과 상기 버스 바 사이에 페이스트층이 개재되도록 상기 버스 바를 배치한 다음, 레이저 또는 광을 이용해 상기 페이스트층을 녹여 상기 버스 바와 상기 후면전극층을 접합시키는 것인, 버스 바의 접합 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서, 상기 적층체는 CIGS 흡수층을 포함하고,
    상기 (b) 단계는, 상기 CIGS 흡수층보다 경도가 큰 상기 후면전극층 상에 상기 버스 바를 접합시키는 것인, 버스 바의 접합 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 투명모재층 및 상기 후면전극층은 상기 레이저 또는 상기 광에 대해 상기 페이스트층보다 투과율이 높고, 상기 페이스트층은 상기 레이저 또는 상기 광에 대해 상기 투명모재층 및 상기 후면전극층보다 흡수율이 높으며,
    상기 (b) 단계는 상기 투명모재층 및 상기 후면전극층이 선택적으로 남겨지고 상기 페이스트층이 용해되도록, 상기 레이저 또는 상기 광을 이용하는 것인, 버스 바의 접합 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서, 레이저 또는 광은 상기 페이스트층의 접합 영역에 대응하여 상기 투명모재층의 후방에서 전방으로 조사되는 것인, 버스 바의 접합 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 후면전극층을 이루는 물질은 TCO, ITO 및 FTO 중 하나 이상을 포함하는 것인, 버스 바의 접합 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 버스 바를 이루는 물질은 Ag를 포함하는 것인, 버스 바의 접합 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 페이스트층의 페이스트는 Ag를 포함하는 재질인 것인, 버스 바의 접합 방법.
  8. 발전 영역 및 비발전 영역을 갖는 개구형 투광타입 CIGS박막 태양 전지의 버스 바(Bus bar)의 접합 방법에 있어서,
    (a) 상기 비발전 영역 내의 버스 바 접합 예정 지점에 대하여 후면전극층이 노출되도록, 투명모재층 및 후면전극층 상의 적층체를 제거하는 단계;
    (b) 상기 발전 영역 형성 예정 영역 및 상기 비발전 영역 상에 전면전극층을 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 버스 바 접합 예정 지점의 전면전극층 상에 상기 버스 바를 접합시키는 단계를 포함하되,
    상기 (c) 단계는, 상기 버스 바 접합 예정 지점의 상기 전면전극층과 상기 버스 바 사이에 페이스트층이 개재되도록 상기 버스 바를 배치한 다음, 레이저 또는 광을 이용해 상기 페이스트층을 녹여 상기 버스 바와 상기 전면전극층을 접합시키는 것인, 버스 바의 접합 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서, 상기 적층체는 CIGS 흡수층을 포함하고,
    상기 (c) 단계는, 상기 CIGS 흡수층보다 강도가 큰 상기 전면전극층 상에 상기 버스 바를 접합시키는 것인, 버스 바의 접합 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 투명모재층, 상기 후면전극층 및 상기 전면전극층은 레이저 또는 광에 대해 상기 페이스트층보다 투과율이 높고, 상기 페이스트층은 레이저 또는 광에 대해 상기 투명모재층, 상기 후면전극층 및 상기 전면전극층보다 흡수율이 높으며,
    상기 (c) 단계는 상기 투명모재층, 상기 후면전극층 및 상기 전면전극층이 선택적으로 남겨지고 상기 페이스트층이 용해되도록, 레이저 또는 광을 이용하는 것인, 버스 바의 접합 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서, 레이저 또는 광은 상기 페이스트층의 접합 영역에 대응하여 상기 투명모재층의 후방에서 전방으로 조사되는 것인, 버스 바의 접합 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 후면전극층을 이루는 물질은 TCO, ITO 및 FTO 중 하나 이상을 포함하고,
    상기 전면전극층을 이루는 물질은 Al이 도핑된 ZnO를 포함하는 것인, 버스 바의 접합 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 버스 바를 이루는 물질은 Ag를 포함하는 것인, 버스 바의 접합 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 페이스트층의 페이스트는 Ag를 포함하는 재질인 것인, 버스 바의 접합 방법.
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