KR20200023070A - 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 한 측면에 따른 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법은, 모기판의 한쪽 면 위에 희생층을 형성하는 단계; 상기 희생층 위에 화합물 반도체층을 형성하는 단계; 고분자 물질을 포함하는 코팅액을 상기 화합물 반도체층 위에 코팅하여 제1 보호층을 형성하는 단계: 상기 제1 보호층 위에 라미네이션 필름을 부착하는 단계; ELO 공정을 실시하여 상기 희생층을 제거함으로써, 상기 화합물 반도체층, 상기 제1 보호층, 및 상기 라미네이션 필름을 상기 모기판으로부터 분리하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

화합물 반도체 태양전지의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING A COMPOUND SEMICONDUCTOR SOLAR CELL}
본 발명은 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ELO (Epitaxial Lift Off) 공정에서의 안정성을 확보하여 수율을 향상시킬 수 있으며, 제조 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, ELO 공정시에 화합물 반도체층을 지지함과 아울러 ELO 공정에서 사용되는 식각 용액으로부터 화합물 반도체층을 보호할 수 있도록 하기 위해 보호층을 형성하고 있는데, 종래에는 금(Au) 또는 금(Au)과 구리(Cu)를 이용한 금속층으로 보호층을 형성하였다.
따라서, 금속층을 보호층으로 형성하는 종래의 방법에 따르면, 금속층을 형성하기 위한 증착 시간이 많이 요구되거나 고가의 금속 사용으로 인한 비용 상승 등의 문제로 인해 화합물 반도체 태양전지의 제조 원가가 상승하고, 또한 상기 금속층을 제거하는 과정에서 화합물 반도체층의 손상이 발생하는 등의 문제점이 있다.
이에, ELO 공정에서의 안정성을 확보하여 수율을 향상시킬 수 있으며, 제조 원가를 절감할 수 있는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법의 개발이 요구된다.
본 발명은 ELO (Epitaxial Lift Off) 공정 및 보호 금속층 제거 공정에서의 안정성을 확보하여 수율을 향상시킬 수 있으며, 제조 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; 상기 희생층 위에 화합물 반도체층을 형성하는 단계; 고분자 물질을 포함하는 코팅액을 상기 화합물 반도체층 위에 코팅하여 제1 보호층을 형성하는 단계: 상기 제1 보호층 위에 라미네이션 필름을 부착하는 단계; ELO 공정을 실시하여 상기 희생층을 제거함으로써, 상기 화합물 반도체층, 상기 제1 보호층, 및 상기 라미네이션 필름을 상기 모기판으로부터 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
코팅액은 아크릴계 또는 실리콘계 고분자 물질의 고형분을 5 내지 50%로 함유시켜 제조할 수 있으며, 경화 반응을 도와주는 첨가제 및 개시제, 코팅성이 우수한 용제를 더 포함할 수 있다.
제1 보호층은 1 내지 150㎛의 두께로 형성할 수 있다.
상기 제1 보호층은 상기 코팅액을 스핀 코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating), 또는 딥 코팅(dip coating)하여 형성할 수 있다.
상기 라미네이션 필름은 폴리올레핀(polyolefin) 필름 및 상기 폴리올레핀 필름의 한쪽 면에 위치하는 아크릴계 점착 테이프로 형성할 수 있다.
상기한 구성의 제조 방법은 상기 제1 보호층과 상기 화합물 반도체층 사이에 제2 보호층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 보호층은 상기 화합물 반도체층 위에 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 중에서 선택된 적어도 하나 또는 이의 합금을 물리적 기상 증착 방법으로 단일막 또는 다중막으로 증착하여 형성할 수 있다.
상기 제2 보호층은 50 내지 500nm의 두께로 형성할 수 있다.
상기 제2 보호층은 상기 ELO 공정을 실시한 후에 제거하지 않고 화합물 반도체 태양전지의 후면 전극으로 사용하거나, 상기 ELO 공정을 실시한 후에 제거할 수 있다.
상기한 구성의 제조 방법은 양면 접착 필름이 접착된 지지 기판을 상기 양면 접착 필름을 이용하여 상기 라미네이션 필름에 접착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법에 따르면, 물리적 또는 화학적으로 쉽게 제거할 수 있으며 제거 후에 잔여물이 남지 않는 상기 코팅층으로 제1 보호층을 형성하고 있으며, 상기 코팅층이 ELO 공정에서 사용되는 식각 용액, 예를 들어 불산에 대해 내식각성을 갖고 있으므로, ELO 공정을 실시하는 동안 화합물 반도체층을 효과적으로 보호할 수 있으며, ELO 공정 후에 용이하게 제거할 수 있다.
따라서, 화합물 반도체 태양전지를 제조하기 위한 공정 중에 사용되는 ELO 공정에서의 안정성을 확보하여 수율을 향상시킬 있다.
또한, 상기 제1 보호층을 형성하는 코팅층은 종래의 보호층으로 사용하던 금속층에 비해 매우 저렴하고, 코팅 시간이 매우 짧으므로, 화합물 태양전지의 제조 원가를 절감할 수 있다.
또한, 제1 보호층과 화합물 반도체층 사이에 금속을 증착하여 제2 보호층을 형성하면, 종래의 금속층에 비해 제2 보호층의 두께를 얇게 형성할 수 있으면서도 화합물 반도체층을 더욱 효과적으로 보호할 수 있다.
또한, 라미네이션 필름 위에 양면 접착 필름으로 지지 기판을 접착한 경우에는 ELO 공정에서 화합물 반도체층을 더욱 효과적으로 보호할 수 있다.
또한, 인버스 성장법을 이용하여 화합물 반도체층을 형성한 경우에는 상기 제2 보호층을 제거하지 않고 화합물 반도체 태양전지의 후면 전극으로 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조한 화합물 반도체 태양전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시한 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법을 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시한 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법을 나타내는 블록도이다.
도 7은 도 6에 도시한 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법을 나타내는 블록도이다.
도 9는 도 8에 도시한 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
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 따른 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조한 화합물 반도체 태양전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시한 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조한 화합물 반도체 태양전지에 대해 도 1을 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 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 1에 도시된 바와 같이 상기 층들이 구비된 경우를 일례로 설명한다.
광 흡수층(PV)은 III-VI족 반도체 화합물을 포함하여 형성될 수 있다. 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.
이하에서는 광 흡수층(PV)이 GaAs 화합물을 포함하는 것을 예로 들어 설명한다.
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.
p형 반도체층(PV-p)은 전술한 화합물에 제1 도전성 타입, 즉 p형의 불순물이 도핑되어 형성되고, n형 반도체층(PV-n)은 전술한 화합물에 제2 도전성 타입, 즉 n형의 불순물이 도핑되어 형성될 수 있다.
여기에서, p형 불순물은 탄소, 마그네슘, 아연 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있고, n형 불순물은 실리콘, 셀레늄, 텔루륨 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.
n형 반도체층(PV-n)은 전면 전극(20)에 인접한 영역에 위치할 수 있으며, p형 반도체층(PV-p)은 n형 반도체층(PV-n) 바로 아래에서 후면 전극(60)에 인접한 영역에 위치할 수 있다.
즉, n형 반도체층(PV-n)과 전면 전극(20) 사이의 간격은 p형 반도체층(PV-p)과 전면 전극 사이의 간격보다 작으며, n형 반도체층(PV-n)과 후면 전극(60) 사이의 간격은 p형 반도체층(PV-p)과 후면 전극 사이의 간격보다 크다.
이에 따라, 광 흡수층(PV)의 내부에는 p형 반도체층(PV-p)과 n형 반도체층(PV-n)이 접합된 p-n 접합이 형성되므로, 광 흡수층(PV)에 입사된 빛에 의해 생성된 전자-정공 쌍은 광 흡수층(PV)의 p-n 접합에 의해 형성된 내부 전위차에 의해 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고, 정공은 p형 쪽으로 이동한다.
따라서, 광 흡수층(PV)에서 생성된 정공은 후면 콘택층(50)을 통하여 후면 전극(60)으로 이동하고, 광 흡수층(PV)에서 생성된 전자는 윈도우층(10)과 전면 콘택층(30)을 통해 전면 전극(20)으로 이동한다.
이와 달리, p형 반도체층(PV-p)이 전면 전극(20)에 인접한 영역에 위치하고 n형 반도체층(PV-n)이 p형 반도체층(PV-p) 바로 아래에서 후면 전극(60)에 인접한 영역에 위치하는 경우, 광 흡수층(PV)에서 생성된 정공은 전면 콘택층(30)을 통하여 전면 전극(20)으로 이동하고, 광 흡수층(PV)에서 생성된 전자는 후면 콘택층(50)을 통하여 후면 전극(60)으로 이동한다.
광 흡수층(PV)이 후면 전계층을 더 포함하는 경우, 후면 전계층은 직접 접촉하는 상부의 층, 즉 n형 반도체층(PV-n) 또는 p형 반도체층(PV-p)과 동일한 도전성 타입을 가지며, 윈도우층(10)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.
그리고 후면 전계층은 전면 전극 쪽으로 이동해야 할 전하(정공 또는 전자)가 후면 전극 쪽으로 이동하는 것을 효과적으로 차단(blocking)하기 위해, 직접 접촉하는 상부의 층, 즉 n형 반도체층(PV-n) 또는 p형 반도체층(PV-p)의 후면에 전체적으로(entirely) 형성된다.
즉, 도 1에 도시한 태양전지에 있어서, p형 반도체층(PV-p)의 후면에 후면 전계층이 형성된 경우, 후면 전계층은 전자가 후면 전극 쪽으로 이동하는 것을 차단하는 작용을 하며, 후면 전극 쪽으로 전자가 이동하는 것을 효과적으로 차단하기 위해, 후면 전계층은 p형 반도체층(PV-p)의 후면 전체에 위치한다.
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.
p형 반도체층(PV-p)과 n형 반도체층(PV-n)은 서로 동일한 밴드갭을 갖는 서로 동일한 물질로 이루어질 수 있고(동종 접합), 이와 달리, 서로 다른 밴드갭을 갖는 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다(이종 접합).
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.
그러나, p형 반도체층(PV-p)이 n형 반도체층(PV-n) 위에 위치하고 윈도우층(10)이 p형 반도체층(PV-p) 위에 위치하는 경우, 윈도우층(10)은 제1 도전성 타입, 즉 p형의 불순물을 포함할 수 있다.
하지만 윈도우층(10)은 n형 또는 p형의 불순물을 포함하지 않을 수도 있다.
윈도우층(10)은 광 흡수층(PV)의 전면(front surface)을 패시베이션(passivation)하는 기능을 한다. 따라서, 광 흡수층(PV)의 표면으로 캐리어(전자나 정공)가 이동할 경우, 윈도우층(10)은 캐리어가 광 흡수층(PV)의 표면에서 재결합하는 것을 방지할 수 있다.
아울러, 윈도우층(10)은 광 흡수층(PV)의 전면, 즉 광 입사면에 배치되므로, 광 흡수층(PV)으로 입사되는 빛을 거의 흡수하지 않도록 하기 위하여 광 흡수층(PV)의 에너지 밴드갭보다 높은 에너지 밴드갭을 가질 수 있다.
윈도우층(10)의 에너지 밴드갭을 광 흡수층의 에너지 밴드갭보다 높게 형성하기 위해, 윈도우층(10)은 알루미늄(Al)을 더 함유할 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, 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.
구성의 반사 방지막(40)은 불화마그네슘, 황화아연, 티타늄 옥사이드, 실리콘 옥사이드, 이들의 유도체 또는 이들의 조합을 포함할 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.
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.
전면 콘택층(30)은 윈도우층(10)과 전면 전극(20) 간에 오믹 콘택(ohmic contact)을 형성한다. 즉, 전면 전극(20)이 윈도우층(10)에 바로 접촉하는 경우, 윈도우층(10)의 불순물 도핑농도가 낮음으로 인해 전면 전극(20)과 광 흡수층(PV) 간의 오믹 콘택이 잘 형성되지 않는다. 따라서, 윈도우층(10)으로 이동한 캐리어가 전면 전극(20)으로 쉽게 이동하지 못하고 소멸될 수 있다.
그러나, 전면 전극(20)과 윈도우층(10) 사이에 전면 콘택층(30)이 형성된 경우, 전면 전극(20)과 오믹 콘택을 형성하는 전면 콘택층(30)에 의해 캐리어의 이동이 원활하게 이루어져 화합물 반도체 태양전지의 단락전류밀도(Jsc)가 증가한다. 이에 따라 태양전지의 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
전면 전극(20)과 오믹 콘택을 형성하기 위하여, 전면 콘택층(30)에 도핑된 제2 불순물의 도핑농도는 윈도우층(10)에 도핑된 제2 불순물의 도핑농도보다 더 높을 수 있다.
전면 콘택층(30)은 전면 전극(20)과 동일한 형상으로 형성될 수 있다.
광 흡수층(PV)의 p형 반도체층(PV-p)의 후면, 광 흡수층(PV)이 후면 전계층을 구비하는 경우에는 후면 전계층의 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.
이러한 후면 콘택층(50)은 후면 전극(160)과 오믹 콘택을 형성할 수 있어, 화합물 반도체 태양전지의 단락전류밀도(Jsc)를 보다 향상시킬 수 있다. 이에 따라 태양전지의 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
전면 콘택층(30)의 두께와 후면 콘택층(50)의 두께는 각각 100nm 내지 300nm의 두께로 형성될 수 있으며, 일례로, 전면 콘택층(30)은 100nm의 두께로 형성되고 후면 콘택층(50)은 300nm의 두께로 형성될 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.
한 예로, 후면 콘택층이 p형 불순물을 함유하는 경우, 후면 전극(60)은 금(Au), 백금(Pt)/티타늄(Ti), 텅스텐-규소 합금(WSi), 및 규소(Si)/니켈(Ni)/마그네슘(Mg)/니켈(Ni) 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 p형 후면 콘택층과의 접촉 저항이 낮은 금(Au)으로 형성될 수 있다.
그리고, 후면 콘택층(150)이 n형 불순물을 함유하는 경우, 후면 전극(60)은 팔라듐(Pd)/금(Au), 구리(Cu)/게르마늄(Ge), 니켈(Ni)/게르마늄-금의 합금(GeAu)/니켈(Ni), 및 금(Au)/티타늄(Ti) 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 p형 후면 콘택층과의 접촉 저항이 낮은 팔라듐(Pd)/금(Au)으로 형성될 수 있다.
하지만, 상기 후면 전극을 형성하는 물질은 상기 물질들 중에서 적절하게 선택될 수 있으며, 특히, 후면 콘택층과의 접촉 저항이 낮은 물질들 중에서 적절하게 선택될 수 있다.
이상에서는 화합물 반도체 태양전지가 1개의 광 흡수층을 구비한 것을 예로 들어 설명하였지만, 광 흡수층은 복수 개로 형성될 수도 있다.
이 경우, 하부 광 흡수층은 장파장 대역의 빛을 흡수하여 광전 변환하는 GaAs 화합물을 포함할 수 있고, 상부 광 흡수층은 단파장 대역의 빛을 흡수하여 광전 변환하는 GaInP 화합물을 포함할 수 있으며, 상부 광 흡수층과 하부 광 흡수층 사이에는 터널 정션층이 위치할 수 있다.
그리고 광 흡수층의 p형 반도체층과 n형 반도체층 사이에는 진성 반도체층이 더 형성될 수도 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 상기한 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법의 한 실시예에 대해 설명한다.
본 발명의 제조 방법은 크게, 모기판의 한쪽 면 위에 희생층을 형성하는 단계(S110), 상기 희생층 위에 화합물 반도체층을 형성하는 단계(S120), 고분자 물질을 포함하는 코팅액을 상기 화합물 반도체층 위에 코팅하여 제1 보호층을 형성하는 단계(S130), 상기 제1 보호층 위에 라미네이션 필름을 부착하는 단계(S140), ELO 공정을 실시하여 상기 희생층을 제거함으로써, 상기 화합물 반도체층, 상기 제1 보호층, 및 상기 라미네이션 필름을 상기 모기판으로부터 분리하는 단계(S150)를 포함할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 제1 실시예의 제조 방법은 ELO 공정을 실시한 후에, 상기 화합물 반도체층의 후면에 후면 전극을 형성하는 단계, 및 상기 화합물 반도체층의 전면에 전면 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이에 대해 보다 상세히 설명하면, 먼저, 광 흡수층(PV)이 형성되는 적절한 격자 구조를 제공하기 위한 베이스로 작용하는 모기판(110, mother substrate), 즉 GaAs 웨이퍼 또는 Ge 웨이퍼의 한쪽 면에 희생층(120)을 형성하고(S110), 희생층(120) 위에 화합물 반도체층(CS)을 형성한다(S120).
여기에서, 화합물 반도체층(CS)은 후면 콘택층(50), 광 흡수층(PV), 윈도우층(10) 및 전면 콘택층(30)을 포함할 수 있다.
화합물 반도체층(CS)이 전면 콘택층(30)을 포함하는 경우, 전면 콘택층(30)은 윈도우층(10) 위에 전체적으로 형성될 수 있고, 오믹 콘택을 위해 전기 전도도가 우수한 GaAs로 형성될 수 있다.
이어서, 상기 화합물 반도체층(CS) 위에, 화합물 반도체로 형성된 제1 보호층(130)을 형성한다(S130).
제1 보호층(130)은 고분자 물질을 포함하는 코팅액을 상기 화합물 반도체층 위에 코팅하여 형성할 수 있으며, 상기 코팅액은 아크릴계 또는 실리콘계 고분자 물질의 고형분을 5 내지 50%로 함유시켜 제조할 수 있다.
그리고 상기 코팅액은 경화 반응을 도와주는 첨가제 및 개시제, 코팅성이 우수한 용제를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 보호층(130)은 상기 코팅액은 스핀 코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating), 또는 딥 코팅(dip coating)하는 것에 의해 형성할 수 있으며, 1 내지 150㎛의 두께로 형성할 수 있다.
제1 보호층(130)을 형성한 후, 제1 보호층(130) 위에 라미네이션 필름(140)을 부착한다(S140).
라미네이션 필름(140)은 지지 기판으로 작용하는 폴리올레핀 필름(140A) 및 상기 폴리올레핀 필름(140A)의 한쪽 면에 위치하는 아크릴계 점착 테이프(140B)로 형성할 수 있다.
다음으로, ELO 공정을 실시하여 희생층(120)을 제거한다(S150).
ELO 공정에서는 불산(HF)을 식각 용액으로 사용할 수 있으며, ELO 공정을 실시하면, 상기 불산(HF)에 의해 희생층(120)이 제거되므로, 화합물 반도체층(CS), 제1 보호층(130), 및 라미네이션 필름(140)을 모기판(110)과 분리할 수 있다.
ELO 공정을 실시할 때, 라미네이션 필름(140)과 제1 보호층(130)간의 접착력이 아크릴계 점착 테이프(140B)에 의해 유지되므로, 라미네이션 필름(140)은 제1 보호층(130)으로부터 박리되지 않는다. 따라서, 라미네이션 필름(140)은 화합물 반도체층(CS)을 지지할 수 있다.
인버스(inverse) 성장법을 이용하여 화합물 반도체층을 형성한 경우, ELO 공정을 실시한 후에는 화합물 반도체층(CS)의 한쪽 면(도 3의 경우 하부면)에 전면 전극을 형성하고, 화합물 반도체층(CS)의 다른 쪽 면(도 3의 경우 상부면)에 후면 전극을 형성하는 것에 의해 도 1에 도시한 화합물 반도체 태양전지를 제조할 수 있다.
여기에서, 인버스 성장법은 전면 전극 쪽에 위치하는 층(예를 들면, 전면 콘택층)부터 후면 전극 쪽에 위치하는 층(예를 들면, 후면 콘택층)의 순서대로 적층하는 법을 말한다.
이와 달리, 레귤러(regular) 성장법을 이용하여 화합물 반도체층을 형성한 경우, ELO 공정을 실시한 후에는 화합물 반도체층(CS)의 한쪽 면(도 3의 경우 하부면)에 후면 전극을 형성하고, 화합물 반도체층(CS)의 다른 쪽 면(도 3의 경우 상부면)에 전면 전극을 형성하는 것에 의해 도 1에 도시한 화합물 반도체 태양전지를 제조할 수 있다.
여기에서, 레귤러 성장법은 후면 전극 쪽에 위치하는 층(예를 들면, 후면 콘택층)부터 전면 전극 쪽에 위치하는 층(예를 들면, 전면 콘택층)의 순서대로 적층하는 법을 말한다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 제조 방법을 설명한다.
본 실시예의 제조 방법은 크게, 모기판의 한쪽 면 위에 희생층을 형성하는 단계(S210), 상기 희생층 위에 화합물 반도체층을 형성하는 단계(S220), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 중에서 선택된 적어도 하나 또는 이의 합금을 물리적 기상 증착 방법으로 단일막 또는 다중막으로 증착하여 화합물 반도체층 위에 제2 보호층을 형성하는 단계(S230), 고분자 물질을 포함하는 코팅액을 제2 보호층 위에 코팅하여 제1 보호층을 형성하는 단계(S240), 상기 제1 보호층 위에 라미네이션 필름을 부착하는 단계(S250), ELO 공정을 실시하여 상기 희생층을 제거함으로써, 상기 화합물 반도체층, 상기 제2 보호층, 상기 제1 보호층, 및 상기 라미네이션 필름을 상기 모기판으로부터 분리하는 단계(S260)를 포함할 수 있다.
즉, 본 실시예의 제조 방법은 제1 보호층(130)을 형성하기 전에 제2 보호층(230)을 형성한 후, 제2 보호층(230) 위에 제1 보호층(130)을 형성한다.
제2 보호층(230)은 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 중에서 선택된 적어도 하나 또는 이의 합금을 물리적 기상 증착 방법으로 단일막 또는 다중막으로 증착하는 것에 의해 형성할 수 있으며, 금속막으로만 보호층을 형성하던 종래에 비해 감소된 두께, 예를 들어 50 내지 500nm의 두께로 형성할 수 있다.
인버스(inverse) 성장법을 이용하여 화합물 반도체층을 형성한 경우, ELO 공정을 실시한 후에 제1 보호층(130)만 제거하고 제2 보호층(230)을 남겨 둠으로써, 제2 보호층(230)을 후면 전극으로 사용할 수 있다.
그리고 레귤러(regular) 성장법을 이용하여 화합물 반도체층을 형성한 경우, ELO 공정을 실시한 후에 제1 보호층(130) 및 제2 보호층(230)을 모두 제거할 수 있다.
이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법에 대해 설명한다.
본 실시예의 제조 방법은 크게, 모기판의 한쪽 면 위에 희생층을 형성하는 단계(S310), 상기 희생층 위에 화합물 반도체층을 형성하는 단계(S320), 고분자 물질을 포함하는 코팅액을 상기 화합물 반도체층 위에 코팅하여 제1 보호층을 형성하는 단계(S330), 상기 제1 보호층 위에 라미네이션 필름을 부착하는 단계(S340), 라미네이션 필름 위에 지지 기판을 부착하는 단계(S350), ELO 공정을 실시하여 상기 희생층을 제거함으로써, 상기 화합물 반도체층, 상기 제1 보호층, 상기 라미네이션 필름 및 상기 지지 기판을 상기 모기판으로부터 분리하는 단계(S360)를 포함할 수 있다.
지지 기판(350)은 플라스틱 재질로 형성될 수 있으며, 불산에 대한 내식각성을 갖는 양면 접착 필름(360)을 이용하여 라미네이션 필름(140)에 접착할 수 있다.
이하, 도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 제조 방법에 대해 설명한다.
본 실시예의 제조 방법은 크게, 모기판의 한쪽 면 위에 희생층을 형성하는 단계(S410), 상기 희생층 위에 화합물 반도체층을 형성하는 단계(S420), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 중에서 선택된 적어도 하나 또는 이의 합금을 물리적 기상 증착 방법으로 단일막 또는 다중막으로 증착하여 화합물 반도체층 위에 제2 보호층을 형성하는 단계(S430), 고분자 물질을 포함하는 코팅액을 제2 보호층 위에 코팅하여 제1 보호층을 형성하는 단계(S440), 상기 제1 보호층 위에 라미네이션 필름을 부착하는 단계(S450), 양면 접착 필름을 이용하여 지지 기판을 라미네이션 필름 위에 부착하는 단계(S460), 및 ELO 공정을 실시하여 상기 희생층을 제거함으로써, 상기 화합물 반도체층, 상기 제2 보호층, 상기 제1 보호층, 상기 라미네이션 필름, 및 상기 지지 기판을 상기 모기판으로부터 분리하는 단계(S470)를 포함할 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: 제1 보호층 140: 라미네이션 필름
230: 제2 보호층 350: 지지 기판
360: 양면 접착 필름

Claims (20)

  1. 모기판의 한쪽 면 위에 희생층을 형성하는 단계;
    상기 희생층 위에 화합물 반도체층을 형성하는 단계;
    고분자 물질을 포함하는 코팅액을 상기 화합물 반도체층 위에 코팅하여 제1 보호층을 형성하는 단계:
    상기 제1 보호층 위에 라미네이션 필름을 부착하는 단계;
    ELO 공정을 실시하여 상기 희생층을 제거함으로써, 상기 화합물 반도체층, 상기 제1 보호층, 및 상기 라미네이션 필름을 상기 모기판으로부터 분리하는 단계
    를 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    아크릴계 또는 실리콘계 고분자 물질의 고형분을 5 내지 50%로 함유시켜 상기 코팅액을 제조하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 보호층을 1 내지 150㎛의 두께로 형성하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 코팅액을 스핀 코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating), 또는 딥 코팅(dip coating)하여 상기 제1 보호층을 형성하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  5. 제1항에서,
    폴리올레핀(polyolefin) 필름 및 상기 폴리올레핀 필름의 한쪽 면에 위치하는 아크릴계 점착 테이프로 상기 라미네이션 필름을 형성하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,
    상기 제1 보호층과 상기 화합물 반도체층 사이에 제2 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 화합물 반도체층 위에 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 중에서 선택된 적어도 하나 또는 이의 합금을 물리적 기상 증착 방법으로 단일막 또는 다중막으로 증착하여 상기 제2 보호층을 형성하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 제2 보호층을 50 내지 500nm의 두께로 형성하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 ELO 공정을 실시한 후에, 상기 제2 보호층을 제거하지 않고 화합물 반도체 태양전지의 후면 전극으로 사용하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  10. 제8항에서,
    상기 ELO 공정을 실시한 후에, 상기 제2 보호층을 제거하는 단계를 더 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  11. 제1항에서,
    양면 접착 필름이 접착된 지지 기판을 상기 양면 접착 필름을 이용하여 상기 라미네이션 필름에 접착하는 단계를 더 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  12. 제2항에서,
    양면 접착 필름이 접착된 지지 기판을 상기 양면 접착 필름을 이용하여 상기 라미네이션 필름에 접착하는 단계를 더 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  13. 제3항에서,
    양면 접착 필름이 접착된 지지 기판을 상기 양면 접착 필름을 이용하여 상기 라미네이션 필름에 접착하는 단계를 더 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  14. 제4항에서,
    양면 접착 필름이 접착된 지지 기판을 상기 양면 접착 필름을 이용하여 상기 라미네이션 필름에 접착하는 단계를 더 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  15. 제5항에서,
    양면 접착 필름이 접착된 지지 기판을 상기 양면 접착 필름을 이용하여 상기 라미네이션 필름에 접착하는 단계를 더 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  16. 제6항에서,
    양면 접착 필름이 접착된 지지 기판을 상기 양면 접착 필름을 이용하여 상기 라미네이션 필름에 접착하는 단계를 더 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  17. 제7항에서,
    양면 접착 필름이 접착된 지지 기판을 상기 양면 접착 필름을 이용하여 상기 라미네이션 필름에 접착하는 단계를 더 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  18. 제8항에서,
    양면 접착 필름이 접착된 지지 기판을 상기 양면 접착 필름을 이용하여 상기 라미네이션 필름에 접착하는 단계를 더 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  19. 제9항에서,
    양면 접착 필름이 접착된 지지 기판을 상기 양면 접착 필름을 이용하여 상기 라미네이션 필름에 접착하는 단계를 더 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  20. 제10항에서,
    양면 접착 필름이 접착된 지지 기판을 상기 양면 접착 필름을 이용하여 상기 라미네이션 필름에 접착하는 단계를 더 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
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