KR20200021772A - 화합물 반도체 태양전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화합물 반도체 태양전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 한 측면에 따른 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법은, 모기판의 한쪽 면 위에 희생층을 형성하는 단계; 레귤러(regular) 성장법을 이용하여 상기 희생층 위에 화합물 반도체층을 형성하는 단계; 상기 화합물 반도체층의 전면(front surface)에 그리드 형상의 전면 전극을 복수 개 형성한 후, 어닐링하는 단계; 메사 에칭(mesa etching)을 실시하여, 상기 전면 전극을 구비하는 셀을 복수 개 형성하는 단계; 접착 물질을 이용하여, 상기 복수의 셀 각각에 구비된 화합물 반도체층의 전면(front surface) 쪽에 지지 필름을 부착하는 단계; ELO(Epitaxial lift off) 공정을 실시하여, 상기 복수의 셀을 상기 모기판으로부터 분리하는 단계; 상기 복수의 셀 각각에 구비된 화합물 반도체층의 후면(back surface)에 후면 전극을 형성하는 단계; 상기 복수의 셀 사이 영역에서 상기 지지 필름을 절단하는 단계; 및 절단한 지지 필름을 전면 기판으로 사용하여 복수의 셀을 각각 모듈화 하는 단계를 포함한다.

Description

화합물 반도체 태양전지 및 이의 제조 방법{A COMPOUND SEMICONDUCTOR SOLAR CELL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 화합물 반도체 태양전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 접촉 저항이 개선되어 효율이 향상된 화합물 반도체 태양전지 및 상기 태양전지의 생산성을 증가시키고 원가를 절감할 수 있는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.
갈륨 아세나이드(GaAs), 인듐 인(InP), 갈륨 알루미늄 아세나이드(GaAlAs), 갈륨 인듐 아세나이드(GaInAs) 등의 Ⅲ-V족 화합물 반도체를 사용하여 형성한 화합물 반도체층을 구비한 화합물 반도체 태양전지는 상기 화합물 반도체층을 형성하기 위한 모기판(GaAs 웨이퍼 또는 Ge 웨이퍼)을 화합물 반도체층과 분리하지 않고 태양전지의 구성 요소로 함께 사용하여 화합물 반도체 태양전지를 제조하는 방법, 또는 희생층을 이용하여 상기 모기판(GaAs 웨이퍼 또는 Ge 웨이퍼)을 상기 화합물 반도체층과 분리한 후 상기 화합물 반도체층만 태양전지의 구성 요소로 사용하여 화합물 반도체 태양전지를 제조하는 방법에 의해 제조할 수 있다.
후자의 경우, 희생층은 불산을 이용한 ELO(Epitaxial Lift Off) 공정에서 제거할 수 있는데, 종래에는 ELO 공정시에 화합물 반도체층을 지지함과 아울러 ELO 공정에서 사용되는 식각 용액으로부터 화합물 반도체층을 보호할 수 있도록 하기 위해 금속 보호층을 형성한 후, 왁스(wax)를 사용하여 라미네이션 필름을 금속 보호층에 부착하고 있다.
따라서, 종래 방법에 따르면, 금속 보호층을 형성하기 위한 증착 시간이 많이 요구되거나 고가의 금속 사용으로 인한 비용 상승 등의 문제로 인해 화합물 반도체 태양전지의 제조 원가가 상승하고, 또한 상기 금속 보호층과 라미네이션 필름을 제거해야 하기 때문에 공정수가 증가하고, 금속 보호층과 라미네이션 필름의 제거 과정에서 화합물 반도체층의 손상이 발생하는 등의 문제점이 있다.
또한, 종래 방법에 따르면, ELO 공정에 의해 화합물 반도체층을 모기판으로부터 분리한 후 화합물 반도체층에 금속 전극을 형성하고 있으므로, 전극 형성 공정에서 화합물 반도체층을 지지하기 위한 캐리어 기판을 화합물 반도체층에 부착해야 한다.
그런데, 캐리어 기판을 화합물 반도체층에 부착하기 위한 접착제는 열에 매우 취약하므로, 전극 형성 후에 접촉 저항을 감소시키기 위한 열처리를 진행하기 어려우며, 이로 인해 화합물 반도체 태양전지의 효율 개선에 제한이 있는 문제점이 있다.
본 발명은 접촉 저항이 개선되어 효율이 향상된 화합물 반도체 태양전지 및 상기 태양전지의 생산성을 증가시키고 원가를 절감할 수 있는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 한 측면에 따른 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법은, 모기판의 한쪽 면 위에 희생층을 형성하는 단계; 레귤러(regular) 성장법을 이용하여 상기 희생층 위에 화합물 반도체층을 형성하는 단계; 상기 화합물 반도체층의 전면(front surface)에 그리드 형상의 전면 전극을 복수 개 형성한 후, 어닐링하는 단계; 메사 에칭(mesa etching)을 실시하여, 상기 전면 전극을 구비하는 셀을 복수 개 형성하는 단계; 접착 물질을 이용하여, 상기 복수의 셀 각각에 구비된 화합물 반도체층의 전면(front surface) 쪽에 지지 필름을 부착하는 단계; ELO(Epitaxial lift off) 공정을 실시하여, 상기 복수의 셀을 상기 모기판으로부터 분리하는 단계; 상기 복수의 셀 각각에 구비된 화합물 반도체층의 후면(back surface)에 후면 전극을 형성하는 단계; 상기 복수의 셀 사이 영역에서 상기 지지 필름을 절단하는 단계; 및 절단한 지지 필름을 전면 기판으로 사용하여 복수의 셀을 각각 모듈화 하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 메사 에칭을 실시한 후, 상기 화합물 반도체층의 전면(front surface)에 반사 방지막을 형성하고, 이후, 상기 지지 필름을 부착하는 단계를 실시할 수 있다.
상기 지지 필름은 1.0 내지 2.0의 굴절률과, 450nm 내지 950nm의 파장대에서 80% 이상의 광 투과율을 갖는 물질로 형성할 수 있고, 상기 접착 물질은 1.0 내지 2.0의 굴절률과, 450nm 내지 950nm의 파장대에서 80% 이상의 광 투과율을 가지며 100kgf/cm2 내지 500kgf/cm2의 접착 강도를 갖는 물질로 형성할 수 있다.
한 예로, 상기 지지 필름은 PET(polyethylene terephthalate) 또는 PI(polyimide)로 형성할 수 있고, 상기 접착 물질은 에폭시(epoxy), 에바(ethylene-vinyl acetate), 또는 UV 경화제로 형성할 수 있다.
상기 어닐링하는 단계는 400℃ 내지 500℃의 온도에서 5분 내지 15분 동안 실시할 수 있다.
상기 모듈화 단계에서, 상기 후면 전극의 하부에 후면 기판을 설치하고, 상기 전면 기판과 후면 기판 사이에 밀봉재를 배치하되, 상기 밀봉재를 상기 접착 물질과 동일한 물질, 또는 서로 다른 물질로 형성할 수 있다.
이러한 구성의 제조 방법에 의해 제조한 화합물 반도체 태양전지는 화합물 반도체층; 및 상기 화합물 반도체층의 전면(front surface) 위에 위치하는 그리드 형상의 전면 전극을 포함하며, 상기 전면 전극의 접촉 저항은 1mΩ/㎝2 이하로 형성될 수 있다.
상기 전면 전극은 팔라듐(Pd)/게르마늄(Ge)/금(Au)으로 형성될 수 있으며, 상기 팔라듐/게르마늄/금은 5nm/20nm/250nm의 두께로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법에 따르면, 전면 전극을 형성하고 어닐링을 실시한 후에 화합물 반도체층을 모기판으로부터 분리하므로, 전면 전극의 접촉 저항을 감소시킬 수 있다.
그리고 ELO 공정을 실시하는 동안 화합물 반도체층을 지지하는 지지 필름을 제거하지 않고 모듈의 전면 기판으로 사용할 수 있으므로, 생산성 향상 및 제조 원가의 절감이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 2는 도 1에 도시한 화합물 반도체 태양전지의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 전면 전극을 촬영한 사진이다.
도 4는 도 1에 도시한 어닐링 단계의 공정 조건에 따른 접촉 저항의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1에 도시한 어닐링 단계의 실시 여부에 따른 화합물 반도체 태양전지의 효율을 나타내는 표이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
"및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "결합되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 결합되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 2는 도 1에 도시한 화합물 반도체 태양전지의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 전면 전극을 촬영한 사진이다.
도 4는 도 1에 도시한 어닐링 단계의 공정 조건에 따른 접촉 저항의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1에 도시한 어닐링 단계의 실시 여부에 따른 화합물 반도체 태양전지의 효율을 나타내는 표이다.
먼저, 본 발명의 제조 방법에 의해 제조한 화합물 반도체 태양전지에 대해 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
화합물 반도체 태양전지는 광 흡수층(PV), 광 흡수층(PV)의 전면(front surface) 위에 위치하는 윈도우층(10), 윈도우층(10)의 전면 위에 위치하는 그리드 형상의 전면 전극(20), 윈도우층(10)과 전면 전극(20) 사이에 위치하는 전면 콘택층(30), 윈도우층(10) 위에 위치하는 반사 방지막(40), 광 흡수층(PV)의 후면 위에 위치하는 후면 콘택층(50) 및 후면 콘택층(50)의 후면 위에 위치하는 후면 전극(60)을 포함할 수 있다.
여기서, 반사 방지막(40), 윈도우층(10), 전면 콘택층(30) 및 후면 콘택층(50) 중 적어도 하나는 생략될 수도 있지만, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 층들이 구비된 경우를 일례로 설명한다.
광 흡수층(PV)은 III-VI족 반도체 화합물, 일례로, 갈륨(Ga), 인듐(In) 및 인(P)이 함유된 GaInP 화합물 또는 갈륨(Ga)과 비소(As)가 함유된 GaAs 화합물을 포함하여 형성될 수 있다.
광 흡수층(PV)은 제1 도전성 타입의 불순물, 한 예로 p형 불순물이 도핑되는 p형 반도체층(PV-p)과, 제2 도전성 타입의 불순물, 한 예로 n형 불순물이 도핑되는 n형 반도체층(PV-n)을 포함할 수 있다.
그리고 도시하지는 않았지만, 광 흡수층(PV)은 p형 반도체층(PV-p)의 후면에 위치하는 후면 전계층을 더 포함할 수 있다.
이러한 구성의 광 흡수층(PV)은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 방법, MBE(Molecular Beam Epitaxy) 방법 또는 에피택셜층을 형성하기 위한 임의의 다른 적절한 방법에 의해 모기판(mother substrate)으로부터 제조할 수 있다.
윈도우층(10)은 광 흡수층(PV)과 전면 전극(20) 사이에 형성될 수 있으며, III-VI족 반도체 화합물에 제2 도전성 타입, 즉 n형의 불순물을 도핑하여 형성할 수 있다.
윈도우층(10)은 광 흡수층(PV)의 전면(front surface)을 패시베이션(passivation)하는 기능을 하며, 광 흡수층(PV)의 에너지 밴드갭보다 높은 에너지 밴드갭을 가질 수 있다.
반사 방지막(40)은 윈도우층(10)의 전면 위 중에서 전면 전극(20) 및/또는 전면 콘택층(30)이 위치하는 영역을 제외한 나머지 영역에 위치할 수 있다.
이와 달리, 반사 방지막(40)은 노출된 윈도우층(10) 뿐만 아니라, 전면 콘택층(30) 및 전면 전극(20) 위에 배치될 수도 있다.
이 경우, 도시하지는 않았지만 화합물 반도체 태양전지는 복수의 전면 전극(20)을 물리적으로 연결하는 버스바 전극을 더 구비할 수 있으며, 버스바 전극은 반사 방지막(40)에 의해 덮여지지 않고 외부로 노출될 수 있다.
전면 전극(20)은 제1 방향(X-X')으로 길게 연장되어 형성될 수 있으며, 제1 방향과 직교하는 제2 방향(Y-Y')을 따라 복수개가 일정한 간격으로 이격될 수 있다.
이러한 구성의 전면 전극(20)은 전기 전도성 물질을 포함하여 형성될 수 있으며, 일례로 금속인 금(Au), 게르마늄(Ge), 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
한 예로, 전면 전극(20)은 팔라듐(Pd)/게르마늄(Ge)/금(Au)으로 형성될 수 있으며, 팔라듐/게르마늄/금은 5nm/20nm/250nm의 두께로 형성될 수 있다.
윈도우층(10)과 전면 전극(20) 사이에 위치하는 전면 콘택층(30)은 III-VI족 반도체 화합물에 윈도우층(10)의 불순물 도핑농도보다 높은 도핑농도로 제2 불순물을 도핑하여 형성할 수 있다.
광 흡수층(PV)의 p형 반도체층(PV-p)의 후면 위에 위치하는 후면 콘택층(50)은 광 흡수층(PV)의 후면에 전체적으로 위치하며, III-VI족 반도체 화합물에 제1 도전성 타입의 불순물을 p형 반도체층(PV-p)보다 높은 도핑농도로 도핑하여 형성할 수 있다.
그리고 후면 콘택층(50)의 후면 위에 위치하는 후면 전극(60)은 전면 전극(20)과는 다르게 후면 콘택층(50)의 후면에 전체적으로 위치하는 시트(Sheet) 형상의 도전체로 형성될 수 있다. 즉, 후면 전극(60)은 후면 콘택층(50)의 후면 전체에 위치하는 면 전극(sheet electrode)이라고도 말할 수 있다.
이때, 후면 전극(60)은 광 흡수층(PV)과 동일한 평면적으로 형성될 수 있으며, 금(Au), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 규소(Si), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 및 게르마늄(Ge) 중에서 선택된 적어도 어느 한 물질을 포함하는 단일막 또는 다중막으로 형성될 수 있고, 후면 전극을 형성하는 물질은 후면 콘택층의 도전성 타입에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
이하, 상기한 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 제조 방법은 크게, 모기판(110)의 한쪽 면 위에 희생층(120)을 형성한 후 레귤러(regular) 성장법을 이용하여 상기 희생층(120) 위에 화합물 반도체층(CS)을 형성하는 단계; 상기 화합물 반도체층(CS)의 전면(front surface)에 그리드 형상의 전면 전극(20)을 복수 개 형성한 후, 어닐링하는 단계; 메사 에칭(mesa etching)을 실시하여, 상기 전면 전극(20)을 구비하는 셀(C)을 복수 개 형성하는 단계; 접착 물질(130)을 이용하여, 상기 복수의 셀(C) 각각에 구비된 화합물 반도체층(CS)의 전면(front surface) 쪽에 지지 필름(140)을 부착하는 단계; ELO(Epitaxial lift off) 공정을 실시하여, 상기 복수의 셀(C)을 상기 모기판(110)으로부터 분리하는 단계; 상기 복수의 셀(C) 각각에 구비된 화합물 반도체층(CS)의 후면(back surface)에 후면 전극(60)을 형성하는 단계; 상기 복수의 셀(C) 사이 영역에서 상기 지지 필름(140)을 절단하는 단계; 및 절단한 지지 필름(140)을 전면 기판으로 사용하여 복수의 셀(C)을 각각 모듈화 하는 단계를 포함한다.
이에 대해 보다 상세히 설명하면, 먼저, 광 흡수층(PV)이 형성되는 적절한 격자 구조를 제공하기 위한 베이스로 작용하는 모기판(110, mother substrate)의 한쪽 면에 희생층(120)을 형성하고, 레귤러(regular) 성장법을 이용하여 희생층(120) 위에 화합물 반도체층(CS)을 형성한다.
여기에서, 레귤러 성장법은 희생층(120) 위에, 후면 콘택층(50), 광 흡수층(PV), 윈도우층(10) 및 전면 콘택층(30)을 순차적으로 형성하는 방법을 말하며, 인버스(inverse) 성장법은 레귤러 성장법의 반대되는 순서로 각 층을 형성하는 방법을 말한다.
이어서, 상기 화합물 반도체층(CS)의 전면(front surface)에 그리드 형상의 전면 전극(20)을 복수 개 형성한다.
여기에서, 전면 전극(20)을 복수 개 형성하는 것은 희생층(120) 위에 형성된 화합물 반도체층(CS)을 메사 에칭하여 복수의 셀(C)을 형성하기 위함이다.
복수의 전면 전극(20)을 형성한 후, 어닐링 공정을 실시한다.
어닐링 공정은 전면 전극(20)을 열처리하여 전면 전극의 접촉 저항을 감소시키기 위한 것으로, 400℃ 내지 500℃의 온도에서 5분 내지 15분 동안 실시한다.
도 4는 도 1에 도시한 어닐링 단계의 공정 조건에 따른 전면 전극의 접촉 저항의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 5는 도 1에 도시한 어닐링 단계의 실시 여부에 따른 화합물 반도체 태양전지의 효율을 나타내는 표로서, 도 4 및 도 5는 5nm 두께의 팔라듐(Pd)/20nm 두께의 게르마늄(Ge)/250nm 두께의 금(Au)으로 전면 전극(20)을 형성한 경우에 측정한 결과를 나타낸다.
전면 전극은 진공(evaporation)법, 스퍼터링(sputtering)법, 도금(plating)법 및 스크린 인쇄(screen printing)법 중에서 어느 한 방법으로 형성할 수 있다.
도 4를 참조하면, 200℃의 온도 및 300℃의 온도로 전면 전극(20)을 어닐링하는 경우에는 어닐링 시간의 증감에 관계없이 전면 전극(20)의 접촉 저항이 대략 10mΩ/㎝2인 것을 알 수 있다.
하지만, 본원 발명에 개시된 바와 같이 400℃의 온도에서 5분 이상 어닐링을 실시하면, 전면 전극(20)의 접촉 저항이 대략 1mΩ/㎝2 이하로 낮아지는 것을 알 수 있다.
따라서, 전면 전극(20)의 어닐링 공정은 400℃ 내지 500℃의 온도에서 5분 내지 15분 동안 실시하는 것이 바람직하다.
그리고 도 5를 참조하여 어닐링 실시 전(종래)과 어닐링 실시 후(본 발명)의 태양전지의 효율에 대해 살펴 보면, 개방전압(Voc)과 면저항(Rs)은 어닐링 실시 후의 태양전지가 어닐링 실시 전의 태양전지에 비해 각각 낮아지고, 단락전류밀도(Jsc)와 필팩터(FF)는 어닐링 실시 후의 태양전지가 어닐링 실시 전의 태양전지에 비해 각각 증가하는 것을 알 수 있다.
따라서, 본원 발명에서와 같이 전면 전극(20)을 형성한 후에 어닐링을 실시하면, 어닐링을 실시하지 않은 종래의 경우에 비해 효율(Eff)가 증가하는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 있어서 전면 전극(20)을 형성한 후에 어닐링 공정을 실시할 수 있는 이유는 ELO 공정을 실시하기 전에 전면 전극 형성 공정 및 어닐링 공정을 실시하기 때문이다.
즉, 종래의 제조 방법과 비교해 보면, 종래에는 ELO 공정에서 화합물 반도체층을 지지함과 아울러 ELO 공정에서 사용되는 식각 용액으로부터 화합물 반도체층을 보호할 수 있도록 하기 위해 금속 보호층을 형성한 후, 왁스(wax)를 사용하여 라미네이션 필름을 금속 보호층에 부착하였다.
따라서, 종래 방법에 따르면, 금속 보호층을 형성하기 위한 증착 시간이 많이 요구되거나 고가의 금속 사용으로 인한 비용 상승 등의 문제로 인해 화합물 반도체 태양전지의 제조 원가가 상승하고, 또한 상기 금속 보호층과 라미네이션 필름을 제거해야 하기 때문에 공정수가 증가하고, 금속 보호층과 라미네이션 필름의 제거 과정에서 화합물 반도체층의 손상이 발생하는 등의 문제점이 있다.
또한, 종래 방법에 따르면, ELO 공정에 의해 화합물 반도체층을 모기판으로부터 분리한 후 화합물 반도체층에 금속 전극(전면 전극)을 형성하고 있으므로, 전면 전극 형성 공정에서 화합물 반도체층을 지지하기 위한 캐리어 기판을 화합물 반도체층에 부착해야 한다.
그런데, 캐리어 기판을 화합물 반도체층에 부착하기 위한 접착제는 열에 매우 취약하므로, 전극 형성 후에 접촉 저항을 감소시키기 위한 열처리를 진행하기 어려우며, 이로 인해 화합물 반도체 태양전지의 효율 개선에 제한이 있는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명의 제조 방법에 따르면, 전면 전극(20)을 형성한 후에 어닐링 공정을 실시하고, 이후 ELO 공정을 실시하므로, 종래의 제조 방법에서 발생하는 문제점을 제거할 수 있다.
한편, 본원 발명의 제조 방법에서는 EOL 공정을 실시하기 전에 전면 전극(20)을 형성하고 및 어닐링 공정을 실시하므로, 전면 전극(20)의 형성 공정에서 모기판(110)이 화합물 반도체층(CS)을 확실히 지지할 수 있다.
따라서, 도 3에 도시한 바와 같이, ELO 공정 후에 전면 전극을 형성한 종래의 경우(도 3의 좌측에 도시한 사진)에 비해 전면 전극의 오정렬을 줄일 수 있는 효과도 얻을 수 있다.
어닐링 공정을 실시한 후에는 반사 방지막(40)을 형성한다.
반사 방지막(40) 형성 공정은 생략될 수 있다.
반사 방지막(40)을 형성한 후에는 메사 에칭(mesa etching)을 실시한다.
여기에서, 메사 에칭은 1개의 화합물 반도체층(CS)을 여러 개로 분리하여 1개의 화합물 반도체층(CS)에서 복수의 셀(C), 즉 여러 개의 화합물 반도체 태양전지를 제조하기 위한 에칭 공정을 의미한다.
메사 에칭을 실시하여 복수의 셀(C)을 형성한 후에는 복수의 셀(C) 각각에 구비된 화합물 반도체층(CS)의 전면(front surface) 쪽에 지지 필름(140)을 부착한다.
이때, 지지 필름(140)은 접착 물질(130)을 이용하여 부착할 수 있다.
그런데, 본 발명의 제조 방법에 있어서, 지지 필름(140)은 제거되지 않고 화합물 반도체 태양전지의 모듈화 공정에서 전면 기판으로 사용된다.
따라서, 화합물 반도체층(CS)으로 빛이 효과적으로 입사되도록 하기 위해, 지지 필름(140)은 1.0 내지 2.0의 굴절률과, 450nm 내지 950nm의 파장대에서 80% 이상의 광 투과율을 갖는 물질로 형성하고, 접착 물질(130)은 1.0 내지 2.0의 굴절률과, 450nm 내지 950nm의 파장대에서 80% 이상의 광 투과율을 가지며 100kgf/cm2 내지 500kgf/cm2의 접착 강도를 갖는 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
지지 필름(140)을 부착한 후, ELO(Epitaxial lift off) 공정을 실시하여, 상기 복수의 셀(C)을 모기판(110)으로부터 분리한다.
이어서, 지지 필름(140)에 캐리어 기판(150)을 접착제에 의해 부착하고, 캐리어 기판(150)을 지지 필름(140)에 부착한 상태에서 복수의 셀(C) 각각에 구비된 화합물 반도체층(CS)의 후면(back surface)에 후면 전극(60)을 형성한 후, 캐리어 기판(150)을 제거한다.
본 발명의 제조 방법에 있어서, 지지 필름(140)이 화합물 반도체층(CS)을 지지할 수 있을 정도의 강도를 갖는다면 캐리어 기판(150)의 부착 및 제거 공정은 삭제할 수 있다.
그리고 후면 전극(60)을 형성할 때에는 후면 전극을 형성하는 물질이 셀(C)간 영역에 채워질 수 있는데, 셀(C)간 영역에 채워진 후면 전극 형성 물질은 이후 설명할 지지 필름(140)의 절단 공정에서 제거할 수 있다.
후면 전극(60)을 형성한 후, 복수의 셀(C) 사이 영역에 레이저를 조사하여 지지 필름(140)을 절단함과 아울러 셀(C)간 영역에 채워진 후면 전극 형성 물질을 제거한다.
이후, 절단한 지지 필름(140)을 전면 기판으로 사용하여 복수의 셀(C)을 각각 모듈화 한다.
상기 모듈화 단계에서는 후면 전극(60)의 하부에 후면 기판(160)을 설치하고, 전면 기판(140)과 후면 기판(160) 사이에 밀봉재(170)를 배치할 수 있는데, 이때, 밀봉재(170)는 접착 물질(130)과 동일한 물질로 형성하거나, 서로 다른 물질로 형성할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 윈도우층 20: 전면 전극
30: 전면 콘택층 40: 반사 방지막
50: 후면 콘택층 60: 후면 전극
110: 모기판 120: 희생층
130: 접착 물질 140: 지지 필름
150: 캐리어 기판

Claims (10)

  1. 모기판의 한쪽 면 위에 희생층을 형성하는 단계;
    레귤러(regular) 성장법을 이용하여 상기 희생층 위에 화합물 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 화합물 반도체층의 전면(front surface)에 그리드 형상의 전면 전극을 복수 개 형성한 후, 어닐링하는 단계;
    메사 에칭(mesa etching)을 실시하여, 상기 전면 전극을 구비하는 셀을 복수 개 형성하는 단계;
    접착 물질을 이용하여, 상기 복수의 셀 각각에 구비된 화합물 반도체층의 전면(front surface) 쪽에 지지 필름을 부착하는 단계;
    ELO(Epitaxial lift off) 공정을 실시하여, 상기 복수의 셀을 상기 모기판으로부터 분리하는 단계;
    상기 복수의 셀 각각에 구비된 화합물 반도체층의 후면(back surface)에 후면 전극을 형성하는 단계;
    상기 복수의 셀 사이 영역에서 상기 지지 필름을 절단하는 단계; 및
    절단한 지지 필름을 전면 기판으로 사용하여 복수의 셀을 각각 모듈화 하는 단계
    를 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 메사 에칭을 실시한 후, 상기 화합물 반도체층의 전면(front surface)에 반사 방지막을 형성하고, 이후, 상기 지지 필름을 부착하는 단계를 실시하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 지지 필름은 1.0 내지 2.0의 굴절률과, 450nm 내지 950nm의 파장대에서 80% 이상의 광 투과율을 갖는 물질로 형성하고,
    상기 접착 물질은 1.0 내지 2.0의 굴절률과, 450nm 내지 950nm의 파장대에서 80% 이상의 광 투과율을 가지며 100kgf/cm2 내지 500kgf/cm2의 접착 강도를 갖는 물질로 형성하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 지지 필름은 PET(polyethylene terephthalate) 또는 PI(polyimide)로 형성하고, 상기 접착 물질은 에폭시(epoxy), 에바(ethylene-vinyl acetate), 또는 UV 경화제로 형성하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  5. 제3항에서,
    상기 어닐링하는 단계는 400℃ 내지 500℃의 온도에서 5분 내지 15분 동안 실시하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 모듈화 단계에서, 상기 후면 전극의 하부에 후면 기판을 설치하고, 상기 전면 기판과 후면 기판 사이에 밀봉재를 배치하되, 상기 밀봉재를 상기 접착 물질과 동일한 물질로 형성하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  7. 제5항에서,
    상기 모듈화 단계에서, 상기 후면 전극의 하부에 후면 기판을 설치하고, 상기 전면 기판과 후면 기판 사이에 밀봉재를 배치하되, 상기 밀봉재를 상기 접착 물질과 서로 다른 물질로 형성하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  8. 화합물 반도체층; 및
    상기 화합물 반도체층의 전면(front surface) 위에 위치하는 그리드 형상의 전면 전극
    을 포함하며,
    상기 전면 전극의 접촉 저항은 1mΩ/㎝2 이하인 화합물 반도체 태양전지.
  9. 제8항에서,
    상기 전면 전극은 팔라듐(Pd)/게르마늄(Ge)/금(Au)으로 형성되는 화합물 반도체 태양전지.
  10. 제9항에서,
    상기 팔라듐은 5nm의 두께로 형성되고, 상기 게르마늄은 20nm의 두께로 형성되며, 상기 금은 250nm의 두께로 형성되는 화합물 반도체 태양전지.
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