KR20200097118A - Method for manufacturing CIGS thin film solar cell - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a CIGS thin film solar cell manufacturing method and, more specifically, to a CIGS thin film solar cell manufacturing method wherein a rear surface diffusion prevention layer is formed on the rear surface of a substrate in order to prevent transfer or diffusion of selenium to the rear surface of the substrate during a selenization process by means of thermal treatment, thereby preventing the generation of impurities and particles and preventing a selenium thin film from being peeled or dislocated after the selenium process in order to minimize process failure. To this end, the CIGS thin film solar cell manufacturing method comprises: a step in which a rear surface electrode layer is formed on a substrate; a step in which a CIG precursor thin film, including copper (Cu), indium (In), and gallium (Ga), is formed on the rear surface of the electrode layer; a step in which a selenium (Se) precursor thin film is formed on the CIG precursor thin film; and a step in which the CIG precursor thin film and the selenium precursor thin film are thermally treated to form a photovoltaic absorber layer. The present invention is characterized by further comprising a step in which a rear surface diffusion prevention layer is formed on the rear surface of the substrate.

Description

ＣＩＧＳ 박막 태양전지 제조방법{Method for manufacturing CIGS thin film solar cell}CIGS thin film solar cell manufacturing method {Method for manufacturing CIGS thin film solar cell}

본 발명은 CIGS 박막 태양전지 제조방법에 관한 것으로, 특히 기판의 배면에 배면 확산 방지층을 형성함으로써, 열처리를 통한 셀렌화 공정에서 셀레늄이 기판의 배면으로 전이 또는 확산되는 것을 방지할 수 있고, 이로 인하여 불순물 및 파티클 발생을 방지할 수 있고, 셀레늄 공정 이후에 셀레늄 박막이 박리 또는 이탈되는 것을 방지하여 공정 불량을 최소화시킬 수 있도록 하는 CIGS 박막 태양전지 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a CIGS thin film solar cell, and in particular, by forming a rear diffusion preventing layer on the rear surface of the substrate, it is possible to prevent selenium from being transferred or diffused to the rear surface of the substrate in the selenization process through heat treatment. The present invention relates to a method for manufacturing a CIGS thin film solar cell capable of preventing generation of impurities and particles, and minimizing process defects by preventing the selenium thin film from being peeled off or separated after the selenium process.

태양전지 기술은 근래에 심각한 환경오염 문제와 화석 에너지 고갈로 인한 문제를 해결하기 위해, 친환경적인 신 재생 에너지 기술로 주목받고 있다.In recent years, solar cell technology is attracting attention as an eco-friendly renewable energy technology to solve serious environmental pollution problems and problems caused by fossil energy depletion.

태양전지는 태양으로부터 빛 에너지를 전기 에너지로 전환시키는 장치로서, 공해가 적고, 자원이 무한적이며 반영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 가장 주목받고 있다. 그 중에서도 박막형 태양전지는 얇은 두께로 제작되므로 재료의 소모량을 절감시킬 수 있고, 무게가 가볍기 때문에 활용범위가 넓다.A solar cell is a device that converts light energy from the sun into electric energy, and is attracting the most attention as an energy source that can solve future energy problems because it has low pollution, infinite resources and a semi-permanent life. Among them, thin-film solar cells are manufactured with a thin thickness, so the consumption of materials can be reduced, and because of their light weight, the range of application is wide.

종래의 박막형 태양전지의 종류에는 크게 구리(Cu), 아연(Zn), 주석(Sn), 셀레늄(Se)을 사용한 Cu(In,Ga)Se 또는 Cu(In,Ga)S의 CIGS 박막형 태양전지와, 카드뮴(Cd), 텔루륨(Te)를 사용한 CdTe 박막형 태양전지가 널리 사용되고 있으며, 근래에는 구리(Cu), 아연(Zn), 주석(Sn) 과 VI족 원소인 황(S) 또는 셀레늄(Se)을 사용하여 제조하는 Cu2ZnSnS4/ Cu2ZnSnSe4 (CZTS계) 박막형 태양전지가 있다.Types of conventional thin-film solar cells are largely CIGS thin-film solar cells of Cu(In,Ga)Se or Cu(In,Ga)S using copper (Cu), zinc (Zn), tin (Sn), and selenium (Se). Wow, CdTe thin-film solar cells using cadmium (Cd) and tellurium (Te) are widely used, and recently, copper (Cu), zinc (Zn), tin (Sn) and group VI elements such as sulfur (S) or selenium There is a Cu2ZnSnS4/Cu2ZnSnSe4 (CZTS system) thin film solar cell manufactured using (Se).

CIGS 박막형 태양전지는 박막 태양전지 중에서 효율이 가장 높고, 잠재력이 높은 물질로 향후 3~4년 내 다결정 태양전지와 유사한 효율을 달성할 수 있을 것으로 보이며, 이러한 효율 특성과 박막이 가진 저가격, 우수한 발전 성능을 바탕으로 향후 기존의 결정질 태양전지를 대체할 후보 물질로 전망된다.CIGS thin-film solar cells are materials with the highest efficiency and high potential among thin-film solar cells, and are expected to achieve similar efficiencies as polycrystalline solar cells within the next 3 to 4 years.These efficiency characteristics and the low cost of thin films and excellent power generation Based on its performance, it is expected to be a candidate material to replace the existing crystalline solar cell in the future.

CIGS계 박막형 태양전지의 가장 큰 장점은 높은 광흡수율이다(α > 105 cm-1). 이는 Eg = 10 eV 영역에서 결정질 실리콘 대비 약 100배 이상의 큰 광흡수 특성을 보이고 있고, 흡수층 박막 내부의 Ga 함유량 제어를 통해 에너지 밴드갭을 손쉽게 제어할 수 있는 장점이 있다.The biggest advantage of CIGS-based thin-film solar cells is their high light absorption (α> 105 cm -1 ). This has an advantage of being able to easily control the energy band gap by controlling the Ga content inside the thin film of the absorption layer, showing about 100 times greater light absorption characteristics than that of crystalline silicon in the Eg = 10 eV region.

그런데 이러한 CIGS 박막과 같은 4원계 화합물의 제조는 그 조성뿐만 아니라 온도, 시간 등에 의해서도 크게 변하기 때문에 엄밀한 공정 제어가 필수적인데, 먼저, 스퍼터링(Sputtering) 또는 진공 증착(Vacuum Evaporation)등의 물리기상증착법(PVD: Physical Vapor Deposition)이나, 나노입자를 스프레잉(Spraying)이나 프린팅(Printing)에 의해 코팅하는 방법을 통해 CIGS 박막을 증착 형성한다.However, since the preparation of quaternary compounds such as CIGS thin films greatly varies not only with the composition but also with temperature and time, strict process control is essential. First, physical vapor deposition methods such as sputtering or vacuum evaporation ( PVD: Physical Vapor Deposition) or a method of coating nanoparticles by spraying or printing to form a CIGS thin film.

이러한 CIGS 박막은 CIGS 태양전지의 광흡수층으로 사용되어 높은 광효율을 발휘하기 위하여, Ga 원소가 흡수층 내부에 고르게 분포시키고, 셀레늄(Se)의 막 밀도를 증가시키며, 그레인(Grain)을 더욱 성장시키기 위한 별도의 열처리 단계를 거치게 된다.This CIGS thin film is used as a light absorbing layer of a CIGS solar cell, so that Ga element is evenly distributed inside the absorption layer, increases the film density of selenium (Se), and is used to further grow grain. A separate heat treatment step is performed.

이와 관련된 종래의 기술로, 대한민국 등록특허 제10-0977529호(이하, "선행기술문헌"이라 함)에서는 중온(300~400℃), 저온(50~300℃), 고온(400~600℃)의 3단계 열처리에 의한 CIGS 박막 제조 방법 및 CIGS 태양전지가 개시된 바 있다.As a related art, in Korean Patent Registration No. 10-0977529 (hereinafter referred to as "prior technical literature"), medium temperature (300 to 400 °C), low temperature (50 to 300 °C), high temperature (400 to 600 °C) A method for manufacturing a CIGS thin film and a CIGS solar cell by the three-step heat treatment of have been disclosed.

상기 선행기술문헌에 따르면, 중온(300~400℃), 저온(50~300℃), 고온(400~600℃)의 3단계 열처리를 통해 효과적인 셀렌화(Selenization)를 유도함으로써, 기화 온도가 상대적으로 낮은 셀레늄(Se)으로 인한 비화학양론적 CIGS 구성을 제어하여, 셀레늄(Se)의 그레인 성장을 통해, CIGS 막 밀도를 증가시켜, 결과적으로 화학양론적 CIGS(Cu(In1-xGax)Se2)의 제조가 가능하게 되며, 이를 통해 전기적 특성이 향상된 고효율의 태양전지를 얻을 수 있는 유리한 기술적 효과가 있다According to the prior art document, by inducing effective selenization through three-stage heat treatment of medium temperature (300 to 400°C), low temperature (50 to 300°C), and high temperature (400 to 600°C), the vaporization temperature is relatively By controlling the non-stoichiometric CIGS composition due to low selenium (Se), increasing the CIGS film density through grain growth of selenium (Se), resulting in a stoichiometric CIGS (Cu(In1-xGax)Se2) It is possible to manufacture, and through this, there is an advantageous technical effect that can obtain a high-efficiency solar cell with improved electrical characteristics.

상기 선행기술문헌을 포함한 기존의 일반적인 CIGS 박막 태양전지는 기판상에 CIG 전구체 또는 CIGS 전구체를 적층한 후, 열처리를 이용한 셀렌화(Selenization) 공정을 수행하여 광흡수층을 완성한다. 그런데, 기판상에 CIG 전구체 또는 CIGS 전구체를 적층한 후 셀렌화(Selenization)하는 과정에서, 셀레늄(Se) 박막이 상기 전구체의 측면과 상기 기판의 배면으로 전이 또는 확산되는 문제점일 발생할 수 있다.In the conventional CIGS thin film solar cell including the prior art document, after laminating a CIG precursor or a CIGS precursor on a substrate, a selenization process using heat treatment is performed to complete the light absorption layer. However, in the process of selenization after stacking a CIG precursor or a CIGS precursor on a substrate, a selenium (Se) thin film may be transferred or diffused to the side surface of the precursor and the rear surface of the substrate.

이와 같이, 상기 셀레늄(Se) 박막이 셀렌화 공정을 수행하는 과정에서 상기 기판의 배면으로 전이 또는 확산되면, 셀렌화 공정 이후에 상기 셀레늄(Se) 박막이 박리 또는 분리 이탈되어 공정 불량이 발생하는 문제가 발생한다. 또한, 상기 셀렌화 공정을 수행하는 과정에서 상기 셀레늄(Se)이 상기 기판 배면으로 확산 또는 전이되면, 결국 불순물 또는 파티클이 발생되는 단점이 발생한다.In this way, when the selenium (Se) thin film is transferred or diffused to the rear surface of the substrate in the process of performing the selenization process, the selenium (Se) thin film is peeled off or separated after the selenization process, resulting in a process failure. Problems arise. In addition, when the selenium (Se) is diffused or transferred to the rear surface of the substrate during the selenization process, impurities or particles are eventually generated.

대한민국 등록특허 제10-0977529호(공고일자 : 2010년 08월 23일, 발명의 명칭 : 3단계 열처리에 의한 CIGS 박막 제조 방법 및 CIGS 태양전지)Republic of Korea Patent Registration No. 10-0977529 (Notification date: August 23, 2010, title of invention: CIGS thin film manufacturing method and CIGS solar cell by 3-step heat treatment)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 기판의 배면에 배면 확산 방지층을 형성함으로써, 열처리를 통한 셀렌화 공정에서 셀레늄이 기판의 배면으로 전이 또는 확산되는 것을 방지할 수 있고, 이로 인하여 불순물 및 파티클 발생을 방지할 수 있고, 셀레늄 공정 이후에 셀레늄 박막이 박리 또는 이탈되는 것을 방지하여 공정 불량을 최소화시킬 수 있도록 하는 CIGS 박막 태양전지 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention was invented to solve the problems of the prior art as described above, and by forming a rear diffusion preventing layer on the rear surface of the substrate, it is possible to prevent selenium from being transferred or diffused to the rear surface of the substrate in the selenization process through heat treatment. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a CIGS thin film solar cell that can prevent the generation of impurities and particles, and minimize process defects by preventing the selenium thin film from peeling or detaching after the selenium process. .

또한, 본 발명은 배면 확산 방지층을 후면 전극층을 형성하는 단계 이전 또는 이후에 수행하거나 상기 셀레늄 전구체 박막을 형성하는 단계와 상기 광흡수층을 형성하는 단계 사이에 수행할 수 있도록 구성함으로써, 공정 적용 시점과 진행을 탄력적으로 선택 및 수행할 수 있고, 이로 인하여 공정 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 CIGS 박막 태양전지 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In addition, the present invention is configured to be performed before or after the step of forming the back electrode layer or between the step of forming the selenium precursor thin film and the step of forming the light absorption layer, so that the process application time and It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a CIGS thin film solar cell that can flexibly select and perform progress, thereby improving process efficiency.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 CIGS 박막 태양전지 제조방법을 이루는 구성수단은, CIGS 박막 태양전지 제조방법에 있어서, 기판상에 후면 전극층을 형성하는 단계, 상기 후면 전극층 상에 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)을 포함하는 CIG 전구체 박막을 형성하는 단계, 상기 CIG 전구체 박막 상에 셀레늄(Se) 전구체 박막을 형성하는 단계 및 상기 CIG 전구체 박막 및 셀레늄 전구체 박막을 열처리하여 광흡수층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되되, 상기 기판의 배면에 배면 확산 방지층을 형성하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Constituent means constituting the CIGS thin film solar cell manufacturing method of the present invention proposed to solve the above problems is, in the CIGS thin film solar cell manufacturing method, forming a rear electrode layer on a substrate, copper on the rear electrode layer ( Forming a CIG precursor thin film containing Cu), indium (In) and gallium (Ga), forming a selenium (Se) precursor thin film on the CIG precursor thin film, and heat treatment of the CIG precursor thin film and the selenium precursor thin film And forming a light absorption layer, and further comprising forming a rear diffusion prevention layer on the rear surface of the substrate.

여기서, 상기 배면 확산 방지층을 형성하는 단계는 상기 후면 전극층을 형성하는 단계 이전 또는 이후에 수행하거나 상기 셀레늄 전구체 박막을 형성하는 단계와 상기 광흡수층을 형성하는 단계 사이에 수행하는 것을 특징으로 한다.Here, the forming of the rear diffusion barrier layer is performed before or after the forming of the rear electrode layer, or between forming the selenium precursor thin film and forming the light absorption layer.

여기서, 상기 배면 확산 방지층은 SiO2, Al2O3, TiO2, ZnO 중, 적어도 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.Here, the rear diffusion prevention layer is characterized in that it is formed of at least one of SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , and ZnO.

상기와 같은 과제 및 해결수단을 가지는 본 발명인 CIGS 박막 태양전지 제조 방법에 의하면, 기판의 배면에 배면 확산 방지층을 형성하기 때문에, 열처리를 통한 셀렌화 공정에서 셀레늄이 기판의 배면으로 전이 또는 확산되는 것을 방지할 수 있고, 이로 인하여 불순물 및 파티클 발생을 방지할 수 있고, 셀레늄 공정 이후에 셀레늄 박막이 박리 또는 이탈되는 것을 방지하여 공정 불량을 최소화시킬 수 있도록 하는 효과가 발생한다.According to the CIGS thin film solar cell manufacturing method of the present invention having the above problems and solutions, since the back diffusion prevention layer is formed on the back of the substrate, selenium is prevented from being transferred or diffused to the back of the substrate in the selenization process through heat treatment. This can be prevented, thereby preventing the generation of impurities and particles, and preventing the selenium thin film from being peeled off or separated after the selenium process, thereby minimizing process defects.

또한, 본 발명에 의하면, 배면 확산 방지층을 후면 전극층을 형성하는 단계 이전 또는 이후에 수행하거나 상기 셀레늄 전구체 박막을 형성하는 단계와 상기 광흡수층을 형성하는 단계 사이에 수행할 수 있도록 구성하기 때문에, 공정 적용 시점과 진행을 탄력적으로 선택 및 수행할 수 있고, 이로 인하여 공정 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 장점이 발생된다.In addition, according to the present invention, since the rear diffusion prevention layer is configured to be performed before or after the step of forming the back electrode layer, or between the step of forming the selenium precursor thin film and the step of forming the light absorption layer, the process The application point and progress can be flexibly selected and performed, and this has the advantage of improving process efficiency.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 CIGS 박막 태양전지 제조방법에 의하여 제조된 CIGS 박막 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 CIGS 박막 태양전지 제조방법의 플로우챠트이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 CIGS 박막 태양전지 제조방법에 관한 공정 순서도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a CIGS thin film solar cell manufactured by a method of manufacturing a CIGS thin film solar cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart of a method of manufacturing a CIGS thin film solar cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a CIGS thin film solar cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 과제, 해결수단 및 효과를 가지는 본 발명인 CIGS 박막 태양전지 제조방법에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a method for manufacturing a CIGS thin film solar cell according to the present invention having the above problems, solutions and effects will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. Effects and features of the present invention, and a method of achieving them will be apparent with reference to the embodiments described later in detail together with the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various forms.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and when describing with reference to the drawings, the same or corresponding constituent elements are assigned the same reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. .

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. In the following embodiments, terms such as include or have means that the features or elements described in the specification are present, and do not preclude the possibility of adding one or more other features or elements in advance.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.In the drawings, components may be exaggerated or reduced in size for convenience of description. For example, the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, and the present invention is not necessarily limited to what is shown.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 CIGS 박막 태양전지 제조방법에 의하여 제조된 CIGS 박막 태양전지의 개략적인 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view of a CIGS thin film solar cell manufactured by a method of manufacturing a CIGS thin film solar cell according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 CIGS 박막 태양전지 제조방법에 관한 구체적인 설명을 하기 전에, 본 발명에 관한 CIGS 박막 태양전지(100)의 구성에 대해 개략적으로 설명하면 다음과 같다.Before a detailed description of a method for manufacturing a CIGS thin film solar cell according to an embodiment of the present invention, a schematic description of the configuration of the CIGS thin film solar cell 100 according to the present invention will be described.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 CIGS 박막 태양전지는 기판(10), 상기 기판상에 적층 형성되는 후면 전극층(20), 상기 후면 전극층(20) 상에 적층 형성되는 광흡수층(30), 상기 광흡수층(30) 상에 적층 형성되는 버퍼층(50) 및 상기 버퍼층(50) 상에 적층 형성되는 전면 전극층(60)을 포함하여 구성된다. 이와 같은 구성의 CIGS 박막 태양전지(100)는 기존의 구성과 대동소이할 수 있다. As shown in FIG. 1, the CIGS thin film solar cell according to the present invention includes a substrate 10, a rear electrode layer 20 laminated on the substrate, and a light absorbing layer 30 laminated on the rear electrode layer 20. ), a buffer layer 50 stacked on the light absorption layer 30 and a front electrode layer 60 stacked on the buffer layer 50. The CIGS thin film solar cell 100 having such a configuration may be substantially the same as the existing configuration.

그런데, 본 발명에 따른 CIGS 박막 태양전지(100)는 상기 일반적인 구성에 추가되는 배면 확산 방지층(70)을 더 포함하여 구성된다. 상기 배면 확산 방지층(70)은 상기 기판(10)의 배면에 적층 형성된다. By the way, the CIGS thin film solar cell 100 according to the present invention is configured to further include a rear diffusion preventing layer 70 added to the general configuration. The rear diffusion preventing layer 70 is formed by stacking on the rear surface of the substrate 10.

상기 배면 확산 방지층(70)은 열처리를 통한 셀렌화 공정을 수행하는 과정에서 셀레늄(Se)막이 상기 기판(10)의 배면으로 확산 또는(및) 전이되는 것을 방지하여, 셀렌화 공정 이후에 화학적 반응 또는 물리적 영향으로 인해 상기 셀레늄(Se) 박막이 박리 또는 분리 이탈되는 것을 방지하기 위하여 채택 적용된다. 더 나아가 상기 배면 확산 방지층(70)은 상기 열처리를 통한 셀렌화 공정을 수행하는 과정에서 셀레늄(Se)막이 상기 기판(10)의 배면으로 확산 또는(및) 전이되어 파티클 또는 불순물이 발생하는 것을 방지하기 위하여 채택 적용한다.The rear diffusion prevention layer 70 prevents the selenium (Se) film from diffusing or (and) transferring to the rear surface of the substrate 10 in the process of performing the selenization process through heat treatment, so that a chemical reaction after the selenization process Alternatively, it is adopted and applied in order to prevent the selenium (Se) thin film from being peeled off or separated by physical influence. Furthermore, the rear diffusion prevention layer 70 prevents the generation of particles or impurities due to diffusion or/and transfer of the selenium (Se) film to the rear surface of the substrate 10 in the process of performing the selenization process through the heat treatment. Adopted to apply.

상기 배면 확산 방지층(70)은 본 발명에 따른 CIGS 박막 태양전지(100)를 제조하는 과정에서 다양한 시점에서 상기 기판(10)의 배면에 적층 형성될 수 있다. 예를 들어, 기판상에 전구체(CIG 전구체 및 셀레늄 전구체)만을 형성하는 업체는 기판(10)의 배면에 상기 배면 확산 방지층(70)이 이미 형성된 기판을 기판 제조업체로부터 받아서 사용할 수도 있고, 상기 기판(10)만을 받아서 직접 기판(10)의 배면에 상기 배면 확산 방지층(70)을 형성할 수도 있다. 즉, 상기 배면 확산 방지층(70)은 기판 제조업체가 기판 제조 과정에서 형성할 수도 있고, 전구체(CIG 전구체 및 셀레늄 전구체) 형성 업체가 기판을 구매하여 직접 형성할 수도 있다.The rear diffusion prevention layer 70 may be laminated on the rear surface of the substrate 10 at various times in the process of manufacturing the CIGS thin film solar cell 100 according to the present invention. For example, a company that forms only precursors (CIG precursors and selenium precursors) on a substrate may receive and use a substrate on which the rear diffusion prevention layer 70 is already formed on the rear surface of the substrate 10 from a substrate manufacturer, or the substrate ( It is also possible to form the rear diffusion prevention layer 70 directly on the rear surface of the substrate 10 by receiving only 10). That is, the rear diffusion barrier layer 70 may be formed by a substrate manufacturer during a substrate manufacturing process, or a precursor (CIG precursor and selenium precursor) forming company may purchase the substrate and directly form the substrate.

또한, 상기 배면 확산 방지층(70)은 공정 장비의 구성 또는 공정 효율을 고려하여 광흡수층을 형성하기 전에 상기 기판(10)의 배면에 적층 형성될 수도 있고 상기 광흡수층을 형성한 후에 상기 기판(10)의 배면에 적층 형성될 수도 있다. 또한, 상기 배면 확산 방지층(70)은 공정 장비 성능, 공정 장비 조건 및 공정 환경 등을 고려하여 상기 기판(10)상에 적층되는 층들(후면 전극층 등)을 형성하기 이전에 상기 기판(10)의 배면에 적층 형성될 수 있다. In addition, the rear diffusion preventing layer 70 may be laminated on the rear surface of the substrate 10 before forming the light absorbing layer in consideration of the configuration of the process equipment or process efficiency, or the substrate 10 after the light absorbing layer is formed. ) May be laminated on the back side. In addition, the rear diffusion preventing layer 70 is formed of the substrate 10 before forming layers (rear electrode layer, etc.) stacked on the substrate 10 in consideration of process equipment performance, process equipment conditions, and process environment. It may be laminated on the back side.

상기 배면 확산 방지층(70)을 상기 기판상에 적층 형성되는 층들 이전에 적층 형성하는 것은 상기 기판(10)상에 적층 형성되는 층들(후면 전극층, 광흡수층 등)에게 전기적 특성에 관한 영향을 줄 수 있는 원인을 제거하기 위하여 채택 적용하는 것이 바람직하다.Laminating the rear diffusion preventing layer 70 prior to the layers stacked on the substrate may affect the layers (rear electrode layer, light absorbing layer, etc.) stacked on the substrate 10 with respect to electrical properties. It is advisable to adopt and apply in order to eliminate the causes that exist.

한편, 상기 배면 확산 방지층(70)은 다양한 절연 물질로 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 배면 확산 방지층(70)은 SiO2, Al2O3, TiO2, ZnO 중, 적어도 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다.Meanwhile, the back diffusion prevention layer 70 may be formed of various insulating materials. Specifically, the rear diffusion preventing layer 70 is preferably formed of at least one of SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , and ZnO.

이하에서는 상기와 같은 구성으로 이루어진 CIGS 박막 태양전지 제조방법에 대하여 첨부된 도 2 및 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method for manufacturing a CIGS thin film solar cell having the above configuration will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.

본 발명의 실시예에 따른 CIGS 박막 태양전지 제조방법은 CIGS 박막 태양전지 제조방법에 있어서, 기판상에 후면 전극층을 형성하는 단계(s10), 상기 후면 전극층 상에 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)을 포함하는 CIG 전구체 박막을 형성하는 단계(s20), 상기 CIG 전구체 박막 상에 셀레늄(Se) 전구체 박막을 형성하는 단계(s30), CIG 전구체 박막 및 셀레늄 전구체 박막을 열처리하여 광흡수층을 형성하는 단계(s40)를 포함하여 구성되되, 상기 기판의 배면에 배면 확산 방지층을 형성하는 단계(s70)를 더 포함하여 구성된다. In the CIGS thin film solar cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention, in the CIGS thin film solar cell manufacturing method, forming a rear electrode layer on a substrate (s10), copper (Cu) and indium (In) on the rear electrode layer. And forming a CIG precursor thin film containing gallium (Ga) (s20), forming a selenium (Se) precursor thin film on the CIG precursor thin film (s30), and heat-treating the CIG precursor thin film and the selenium precursor thin film. It is configured to include the step of forming an absorption layer (s40), and is configured to further include a step (s70) of forming a rear diffusion preventing layer on the rear surface of the substrate.

또한, 본 발명에 따른 CIGS 박막 태양전지 제조 방법은 상기 광흡수층을 형성하는 단계(s40) 이후에 일반적인 공정에 해당하는 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계(s50) 및 상기 버퍼층 상에 전면 전극층을 형성하는 단계(s60)를 더 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the CIGS thin film solar cell manufacturing method according to the present invention includes forming a buffer layer on the light absorbing layer corresponding to a general process after the step of forming the light absorbing layer (s40) (s50), and forming a front electrode layer on the buffer layer. It may be configured to further include a forming step (s60).

본 발명에 따른 상기 기판 배면에 배면 확산 방지층을 형성하는 단계(s70)는 상술한 바와 같이, 열처리를 통한 셀렌화 공정을 수행하는 과정(본 발명에서 열처리를 통해 광흡수층을 형성하는 단계(s40))에서 셀레늄(Se)막이 상기 기판(10)의 배면으로 확산 또는(및) 전이되는 것을 방지하여, 셀렌화 공정 이후에 화학적 반응 또는 물리적 영향으로 인해 상기 셀레늄(Se) 박막이 박리 또는 분리 이탈되는 것을 방지하기 위하여 채택 적용된다. 더 나아가 상기 배면 확산 방지층(70)을 형성하는 단계(s70)는 상기 열처리를 통한 셀렌화 공정을 수행하는 과정에서 셀레늄(Se)막이 상기 기판(10)의 배면으로 확산 또는(및) 전이되어 파티클 또는 불순물이 발생하는 것을 방지하기 위하여 채택 적용한다.The step of forming the rear diffusion prevention layer on the rear surface of the substrate according to the present invention (s70) is a process of performing a selenization process through heat treatment as described above (a step of forming a light absorption layer through heat treatment in the present invention (s40) ), the selenium (Se) film is prevented from being diffused or (and) transferred to the rear surface of the substrate 10, so that the selenium (Se) film is peeled off or separated due to a chemical reaction or physical effect after the selenization process. Adopted to prevent it is applied. Furthermore, in the step of forming the rear diffusion prevention layer 70 (s70), in the process of performing the selenization process through the heat treatment, the selenium (Se) film diffuses or (and) transfers to the rear surface of the substrate 10 Or it is adopted and applied to prevent the occurrence of impurities.

상기 배면 확산 방지층(70)을 형성하는 단계(s70)는 본 발명에 따른 CIGS 박막 태양전지(100)를 제조하는 과정에서 다양한 시점에서 상기 기판(10)의 배면에 적층 형성되는 것으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 기판상에 전구체(CIG 전구체 및 셀레늄 전구체)만을 형성하는 업체는 기판(10)의 배면에 상기 배면 확산 방지층(70)이 이미 형성된 기판을 기판 제조업체로부터 받아서 사용할 수도 있고, 상기 기판(10)만을 받아서 직접 기판(10)의 배면에 상기 배면 확산 방지층(70)을 형성할 수도 있다. 즉, 상기 배면 확산 방지층(70)은 기판 제조업체가 기판 제조 과정에서 형성할 수도 있고, 전구체(CIG 전구체 및 셀레늄 전구체) 형성 업체가 기판을 구매하여 직접 형성할 수도 있다.The step of forming the rear diffusion prevention layer 70 (s70) may be performed by laminating and forming the rear surface of the substrate 10 at various times in the process of manufacturing the CIGS thin film solar cell 100 according to the present invention. . For example, a company that forms only precursors (CIG precursors and selenium precursors) on a substrate may receive and use a substrate on which the rear diffusion prevention layer 70 is already formed on the rear surface of the substrate 10 from a substrate manufacturer, or the substrate ( It is also possible to form the rear diffusion prevention layer 70 directly on the rear surface of the substrate 10 by receiving only 10). That is, the rear diffusion barrier layer 70 may be formed by a substrate manufacturer during a substrate manufacturing process, or a precursor (CIG precursor and selenium precursor) forming company may purchase the substrate and directly form the substrate.

또한, 상기 배면 확산 방지층(70)을 형성하는 단계(s70)는 공정 장비의 구성 또는 공정 효율을 고려하여 광흡수층을 형성하기 전에 상기 기판(10)의 배면에 적층 형성될 수도 있고 상기 광흡수층을 형성한 후에 상기 기판(10)의 배면에 적층 형성될 수도 있다. 또한, 상기 배면 확산 방지층(70)을 형성하는 단계(s70)는 공정 장비 성능, 공정 장비 조건 및 공정 환경 등을 고려하여 상기 기판(10)상에 적층되는 층들(후면 전극층 등)을 형성하기 이전에 상기 기판(10)의 배면에 적층 형성될 수 있다. In addition, in the step of forming the rear diffusion prevention layer 70 (s70), the light absorption layer may be laminated on the rear surface of the substrate 10 before forming the light absorption layer in consideration of the configuration of the process equipment or process efficiency. After formation, it may be laminated on the rear surface of the substrate 10. In addition, in the step of forming the rear diffusion prevention layer 70 (s70), before forming the layers (rear electrode layer, etc.) stacked on the substrate 10 in consideration of process equipment performance, process equipment conditions, and process environment. It may be laminated on the rear surface of the substrate 10.

구체적으로, 본 발명에 따른 상기 배면 확산 방지층을 형성하는 단계(s70)는 상기 후면 전극층을 형성하는 단계(s10) 이전 또는 이후에 수행하거나 상기 셀레늄 전구체 박막을 형성하는 단계(s30)와 상기 광흡수층을 형성하는 단계(s40) 사이에 수행하는 것을 특징으로 한다.Specifically, the step of forming the rear diffusion prevention layer (s70) according to the present invention is performed before or after the step of forming the rear electrode layer (s10), or the step of forming the selenium precursor thin film (s30) and the light absorbing layer It characterized in that it is performed between the steps of forming (s40).

즉, 본 발명에 따른 배면 확산 방지층을 형성하는 단계(s70)는 상기 기판상에 후면 전극층을 형성하기 전에 미리 상기 기판의 배면에 적층 형성될 수도 있고, 상부면에 상기 후면 전극층이 형성된 상태에 있는 상기 기판의 배면에 적층 형성될 수도 있으며, 상기 기판상에 순차적으로 후면 전극층, CIG 전구체 박막 및 셀레늄 박막을 형성한 이후, 즉 상기 열처리를 통해 광흡수층을 형성하는 단계(s40) 이전에 수행되어, 상기 배면 확산 방지층(70)을 상기 기판의 배면에 형성할 수 있다.That is, in the step of forming the rear diffusion prevention layer according to the present invention (s70), prior to forming the rear electrode layer on the substrate, it may be laminated on the rear surface of the substrate, or the rear electrode layer is formed on the upper surface. It may be laminated on the rear surface of the substrate, and is performed after sequentially forming a rear electrode layer, a CIG precursor thin film, and a selenium thin film on the substrate, that is, before the step (s40) of forming a light absorbing layer through the heat treatment, The rear diffusion prevention layer 70 may be formed on the rear surface of the substrate.

구체적으로, 기판 제조 업체 또는 전구체 적층 업체가 기판에 대하여 후면 전극을 형성하기 전에 상기 기판 배면에 상기 배면 확산 방지층을 형성할 수도 있고, 후면 전극을 먼저 형성한 후에 상기 기판 배면엔 상기 배면 확산 방지층을 형성할 수 있으며, 셀렌화 수행 업체에 넘기기 전에 상기 전구체까지 형성한 후에 상기 기판의 배면에 상기 배면 확산 방지층을 형성할 수도 있다.Specifically, a substrate manufacturer or a precursor stacking company may form the rear diffusion prevention layer on the rear surface of the substrate before forming the rear electrode on the substrate, or the rear diffusion prevention layer on the rear surface of the substrate after forming the rear electrode first. It may be formed, and after forming the precursor before handing over to a selenization company, the rear diffusion preventing layer may be formed on the rear surface of the substrate.

그런데, 상기 배면 확산 방지층은 절연 물질로 형성되기 때문에, 적층 형성 과정, 구체적으로 스퍼터링 과정에서 이미 기판상에 적층된 금속층(후면 전극층, 광흡수층, 전면 전극 등)에 묻거나 코팅되는 경우 전기적 특성(저항 등)에 영향을 미치게 되고, 결과적으로 CIGS 박막 태양전지의 효율을 떨어뜨리는 문제점을 발생시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 배면 확산 방지층을 기판 배면에 형성하는 단계(s70)는 CIGS 박막 태양전지를 구성하는 금속층들의 전기적 특성에 영향을 미치는 것을 원천적으로 봉쇄하기 위하여 상기 기판상에 어떠한 금속이 적층되기 전에, 즉 상기 기판상에 후면 전극층이 형성되기 전에 수행되는 것이 바람직하다.However, since the rear diffusion prevention layer is formed of an insulating material, electrical properties (in case of being coated or coated with a metal layer (rear electrode layer, light absorbing layer, front electrode, etc.) already stacked on the substrate during the lamination process, specifically sputtering process, Resistance, etc.), and consequently, a problem of lowering the efficiency of the CIGS thin film solar cell may occur. Therefore, in the step of forming the rear diffusion barrier layer on the rear surface of the substrate (s70) according to the present invention, any metal is stacked on the substrate in order to fundamentally block the effect on the electrical properties of the metal layers constituting the CIGS thin film solar cell. It is preferably performed before, that is, before the rear electrode layer is formed on the substrate.

결과적으로, 상기 배면 확산 방지층(70)을 상기 기판상에 적층 형성되는 금속층들(후면 전극층 등)을 형성하기 이전에 적층 형성하는 것은 상기 기판(10)상에 적층 형성되는 금속층들(후면 전극층, 광흡수층 등)에게 전기적 특성에 관한 영향을 줄 수 있는 원인을 제거하기 위하여 채택 적용하는 것이 바람직하다.As a result, stacking the rear diffusion preventing layer 70 prior to forming the metal layers (rear electrode layer, etc.) stacked on the substrate is a method of forming the metal layers stacked on the substrate 10 (rear electrode layer, etc.). It is desirable to adopt and apply it in order to eliminate the cause that may have an effect on the electrical properties of the light absorbing layer, etc.).

한편, 상기 배면 확산 방지층(70)은 다양한 절연 물질로 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 배면 확산 방지층(70)은 SiO2, Al2O3, TiO2, ZnO 중, 적어도 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 절연물질로 형성되는 상기 배면 확산 방지층(70)을 상기 기판의 배면에 형성하면, 열처리를 통한 셀렌화 과정에서 셀레늄 박막이 상기 기판의 배면으로 확산 및(또는) 전이되는 것이 방지되어, 셀렌화 공정 이후에 상기 셀레늄 박막이 박리되거나 분리 이탈되는 것을 방지하여 공정 불량을 막을 수 있다.Meanwhile, the back diffusion prevention layer 70 may be formed of various insulating materials. Specifically, the rear diffusion preventing layer 70 is preferably formed of at least one of SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , and ZnO. When the rear diffusion preventing layer 70 formed of such an insulating material is formed on the rear surface of the substrate, the selenium thin film is prevented from diffusing and/or transferring to the rear surface of the substrate during the selenization process through heat treatment. The selenium thin film may be prevented from being peeled off or separated after the conversion process, thereby preventing process defects.

더 나아가, 상기와 같은 절연물질로 형성되는 상기 배면 확산 방지층(70)을 상기 기판의 배면에 형성하되, 상기 기판상에 후면 전극층을 형성하기 이전에 형성하면, 상술한 셀레늄 박막 박리 방지 효과뿐만 아니라, 상기 기판상에 형성되는 금속층들에 전기적 악영향을 미칠 가능성이 없기 때문에, CIGS 박막 태양전지의 효율들 떨어뜨리는 가능성을 원천 봉쇄할 수 있다.Furthermore, if the rear diffusion prevention layer 70 formed of the above-described insulating material is formed on the rear surface of the substrate, but is formed before the rear electrode layer is formed on the substrate, not only the selenium thin film peeling prevention effect described above but also In addition, since there is no possibility of adversely affecting the metal layers formed on the substrate, the possibility of deteriorating the efficiency of the CIGS thin film solar cell can be prevented at the source.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 CIGS 박막 태양전지 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a CIGS thin film solar cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail for each step.

먼저, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 박막 태양전지의 기저가 되는 기판을 준비한다.First, as shown in (a) of FIG. 3, a substrate serving as a base for a thin film solar cell is prepared.

상기 기판은 유리 기판, 세라믹 기판, 스테인레스 스틸(stainless steel) 기판, 폴리머(polymer) 기판, 금속 기판 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있으나 이에 제한된 것은 아니다. 다만, 플렉시블한 CIGS 박막 태양전지를 제고하기 위하여 본 발명에 적용되는 기판은 스테인레스 스틸(stainless steel) 기판인 것이 바람직하다.At least one of a glass substrate, a ceramic substrate, a stainless steel substrate, a polymer substrate, and a metal substrate may be used as the substrate, but is not limited thereto. However, in order to improve the flexible CIGS thin film solar cell, the substrate applied to the present invention is preferably a stainless steel substrate.

다음, 상기 기판상에 후면 전극층(20)을 형성하는 단계(s10)를 수행할 수 있는데, 상술한 기판의 배면에 상기 배면 확산 방지층(70)을 형성하는 단계(s70)는 금속층들의 전기적 특성에 악영향을 미칠 가능성을 제거하기 위하여 상기 기판상의 후면 전극층(20)을 형성하는 단계(s10) 이전에 수행하는 것이 바람직하다. 따라서, 도 3의 (b)에서는 상기 기판상에 후면 전극층이 형성되기 이전에 상기 배면 확산 방지층(70)이 먼저 형성되는 공정을 예시하고 있다. 물론 경우에 따라서 상기 배면 확산 방지층을 형성하는 단계(s70)는 상기 기판상에 후면 전극층을 형성하는 단계(s10) 이전에 형성되지 않고, 이후에 형성될 수도 있다.Next, the step (s10) of forming the rear electrode layer 20 on the substrate may be performed. The step (s70) of forming the rear diffusion prevention layer 70 on the rear surface of the substrate (s70) depends on the electrical characteristics of the metal layers. It is preferable to perform it before the step (s10) of forming the rear electrode layer 20 on the substrate in order to eliminate the possibility of adverse effects. Accordingly, FIG. 3B illustrates a process in which the rear diffusion prevention layer 70 is first formed before the rear electrode layer is formed on the substrate. Of course, in some cases, the step of forming the rear diffusion prevention layer (s70) may not be formed before the step (s10) of forming the rear electrode layer on the substrate, but may be formed thereafter.

본 발명에 적용되는 배면 확산 방지층(70)은 다양한 증착 방법에 의해서 형성될 수 있는데, 스퍼터링법에 의해 상술한 절연물질을 증착하여 형성하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 배면 확산 방지층(70)은 다양한 두께로 형성될 수 있는데, 상기 배면 확산 방지층을 200nm로 적층하여 시험 분석을 실시해 본 결과 표면저항이 0.3Ω을 초과하여 저항치가 높게 형성됨을 확인하였고, 두께를 300nm ~ 600nm 적층 시 표면저항 0.3Ω 이하로 성능을 확보할 수 있는 것을 확인되었다. 따라서, 상기 배면 확산 방지층은 300nm ~ 600nm 사이 범위의 두께를 가지도록 스퍼터링에 의하여 증착 형성되는 것이 바람직하다.The back diffusion prevention layer 70 applied to the present invention may be formed by various deposition methods, and it is preferable to deposit the above-described insulating material by sputtering. On the other hand, the rear diffusion preventing layer 70 may be formed in various thicknesses. As a result of conducting a test analysis by stacking the rear diffusion preventing layer at 200 nm, it was confirmed that the surface resistance exceeded 0.3Ω and the resistance value was high. It was confirmed that the performance can be secured with a surface resistance of 0.3Ω or less when stacked at 300nm to 600nm. Therefore, it is preferable that the rear diffusion barrier layer is deposited by sputtering to have a thickness in the range of 300 nm to 600 nm.

도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10)에 상기 배면 확산 방지층(70)을 형성한 후에는 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 기판상에 후면 전극층을 형성하는 단계(s10)를 수행한다.As shown in (b) of FIG. 3, after the formation of the rear diffusion prevention layer 70 on the substrate 10, as shown in (c) of FIG. 3, a rear electrode layer is formed on the substrate. Performing the step (s10).

상기 후면 전극층은 다양한 금속층 또는 합금층으로 형성될 수 있지만, 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 구리(Cu) 중 적어도 어느 하나일 수 있으며, 몰리브덴(Mo)을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에서는 스테인레스 스틸 기판상에 몰리브덴 금속을 증착하여 형성한다.The rear electrode layer may be formed of various metal layers or alloy layers, but may be at least one of molybdenum (Mo), nickel (Ni), and copper (Cu), and it is preferable to use molybdenum (Mo). That is, in the present invention, it is formed by depositing molybdenum metal on a stainless steel substrate.

상술한 배면 확산 방지층과 상기 후면 전극층은 다양한 방법에 의해 형성될 수 있는데, 예를 들어, E-beam 증착법(Electron beam evaporation), 전자빔이온 플레이팅(Electron Beam Ion plating), 스퍼터링(Suppertering), 스퍼터링 이온 플레이팅 시스템(Suppertering Ion plating System), 레이저 분자빔 증착법(Laser Molecular Beam Epitaxy), 펄스 레이저 증착법 (Pulsed Laser Deposition), 저항 가열식 증착법(Thermal evaporation) 및 이온 어시스트 증착법(Ion-Assist Deposition) 중 적어도 어느 하나의 진공증착방법으로 증착될 수 있는데, 스퍼터링법에 의해 증착되는 것이 가장 바람직하다.The above-described rear diffusion prevention layer and the rear electrode layer may be formed by various methods, for example, E-beam evaporation, Electron Beam Ion plating, Sputtering, and sputtering. At least one of Suppertering Ion plating System, Laser Molecular Beam Epitaxy, Pulsed Laser Deposition, Thermal evaporation, and Ion-Assist Deposition. It can be deposited by any one of the vacuum deposition methods, most preferably by sputtering.

다음, 상기 기판상에 후면 전극층이 형성되면, 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이, CIG 전구체 박막을 형성하는 단계(s20)를 수행한다. 즉, 다음 단계로서, 상기 후면 전극층 상에 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)을 포함하는 CIG 전구체 박막을 형성하는 단계(s20)를 수행한다.Next, when the rear electrode layer is formed on the substrate, a step (s20) of forming a CIG precursor thin film is performed, as shown in FIG. 3D. That is, as a next step, a step (s20) of forming a CIG precursor thin film including copper (Cu), indium (In), and gallium (Ga) on the rear electrode layer is performed.

상기 CIG 전구체 박막(31)은 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)으로 구성되고, 이후 열처리 단계(s40)에서 셀레늄 전구체 박막과 반응하여 CIGS 광흡수층을 형성한다. 상기 CIGS 광흡수층은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se) 또는 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 황(S)의 4가지 원소가 합쳐져서 구성되는 화합물층을 의미하는데, 본 발명에서는 전자에 해당하는 것이 바람직하다.The CIG precursor thin film 31 is composed of copper (Cu), indium (In), and gallium (Ga), and then reacts with the selenium precursor thin film in a heat treatment step (s40) to form a CIGS light absorption layer. The CIGS light absorption layer is a combination of four elements of copper (Cu), indium (In), gallium (Ga) and selenium (Se) or copper (Cu), indium (In), gallium (Ga) and sulfur (S). It means a compound layer to be constituted, but in the present invention, it is preferable that it corresponds to the former.

상기 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)을 포함하는 금속으로 이루어진 CIG 전구체 박막은 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga) 각각을 포함하는 금속층을 의미한다. 상기 CIG 전구체 박막은 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)의 금속을 포함하며, 이때, 상기 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)을 포함하는 CIG 전구체 박막(31)은 구리/인듐/갈륨, 구리/갈륨/인듐, 인듐/구리/갈륨, 인듐/갈륨/구리, 갈륨/구리/인듐 및 갈륨/인듐/구리 중 하나의 적층순서로 될 수 있다.The CIG precursor thin film made of a metal including copper (Cu), indium (In), and gallium (Ga) refers to a metal layer including copper (Cu), indium (In), and gallium (Ga), respectively. The CIG precursor thin film includes a metal of copper (Cu), indium (In) and gallium (Ga), and at this time, the CIG precursor thin film 31 including the copper (Cu), indium (In) and gallium (Ga) ) May be in a stacking order of copper/indium/gallium, copper/gallium/indium, indium/copper/gallium, indium/gallium/copper, gallium/copper/indium, and gallium/indium/copper.

상기 CIG 전구체 박막(31)의 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)은 상기 후면 전극층(20) 상에 진공증착방식 혹은 비진공증착방식을 통해 증착될 수 있다. 예를 들어, 상기 CIG 전구체 박막(31)은 스퍼터링(Sputtering) 또는 진공 증발발(Vacuum Evaporation)과 같은 진공 증착법, 전기도금, 나노 스프레잉(Spraying) 및 나노 프린팅(Printing)법과 같은 비진공증착법으로 증착될 수 있으나, 이에 제한된 것은 아니다.Copper (Cu), indium (In), and gallium (Ga) of the CIG precursor thin film 31 may be deposited on the rear electrode layer 20 through a vacuum deposition method or a non-vacuum deposition method. For example, the CIG precursor thin film 31 is a vacuum deposition method such as sputtering or vacuum evaporation, electroplating, nano spraying, and a non-vacuum deposition method such as nano printing method. It may be deposited, but is not limited thereto.

상기 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)으로 구성되는 CIG 전구체 박막(31)은 동시에 증착하여 형성하거나 혹은 각각 적층하여 형성될 수 있으며, 상기 CIG 전구체 박막(31)을 궝하는 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga) 각각의 두께는 CIGS 광흡수층 조성비를 제어를 위해 변경될 수 있다.The CIG precursor thin film 31 composed of the copper (Cu), indium (In) and gallium (Ga) may be formed by depositing at the same time or may be formed by laminating each of them, and copper forming the CIG precursor thin film 31 The thickness of each of (Cu), indium (In) and gallium (Ga) can be changed to control the composition ratio of the CIGS light absorbing layer.

다음, 상기 CIG 전구체 박막(31)이 증착 형성되면, 상기 CIG 전구체 박막 상에 셀레늄(Se) 전구체 박막(33)을 형성하는 단계(s30)를 수행하여, 도 3의 (e)에 도시된 바와 같이, 상기 SIG 전구체 박막(31) 상에 셀레늄 전구체 박막(33)이 적층 형성된다.Next, when the CIG precursor thin film 31 is formed by deposition, a step (s30) of forming a selenium (Se) precursor thin film 33 on the CIG precursor thin film is performed, as shown in FIG. 3(e). Likewise, a selenium precursor thin film 33 is stacked on the SIG precursor thin film 31.

상기 셀레늄 전구체 박막(33)은 이후 진행되는 열처리 단계(s40)에서 상기 CIG 전구체 박막(31)과 반응하여 CIGS 광흡수층(30)을 형성하기 위해 형성된다. 상기 셀레늄 전구체 박막(33)은 상기 CIG 전구체 박막(31) 상에 진공증착방식 혹은 비진공증착방식을 통해 증착될 수 있다. 예를 들어, 상기 셀레늄 전구체 박막(33)은 스퍼터링(Sputtering) 또는 진공 증발발(Vacuum Evaporation)과 같은 진공 증착법, 전기도금, 나노 입자를 이용한 스프레이 (Spraying) 및 프린팅(Printing)법과 같은 비진공증착법으로 증착될 수 있으나, 이에 제한된 것은 아니다.The selenium precursor thin film 33 is formed to react with the CIG precursor thin film 31 in a subsequent heat treatment step (s40) to form the CIGS light absorbing layer 30. The selenium precursor thin film 33 may be deposited on the CIG precursor thin film 31 through a vacuum deposition method or a non-vacuum deposition method. For example, the selenium precursor thin film 33 is a vacuum deposition method such as sputtering or vacuum evaporation, electroplating, and a non-vacuum deposition method such as spraying and printing using nanoparticles. It may be deposited as, but is not limited thereto.

다음, 상기 셀레늄 전구체 박막(33)이 적층 형성되면, 상기 CIG 전구체 박막(31) 및 셀레늄 전구체 박막(33)을 열처리하여 광흡수층(30)을 형성하는 단계(s40)를 수행한다. 그러면, 도 3의 (f)에 도시된 바와 같이, 상기 후면 전극층(20) 상에 광흡수층(30)이 형성된다.Next, when the selenium precursor thin film 33 is stacked, the CIG precursor thin film 31 and the selenium precursor thin film 33 are heat-treated to form the light absorption layer 30 (s40). Then, as shown in (f) of FIG. 3, the light absorbing layer 30 is formed on the rear electrode layer 20.

상기 열처리하여 광흡수층을 형성하는 셀렌화 단계(s40)는 상기 형성된 CIG 전구체 박막(31)과 상기 셀레늄 전구체 박막(33)을 열처리하여 갈륨(Ga)이 균일하게 분포된 CIGS 광흡수층을 형성하는 셀렌화 단계이다.The selenization step (s40) of forming a light absorption layer by heat treatment is a selenization step of forming a CIGS light absorption layer in which gallium (Ga) is uniformly distributed by heat treatment of the formed CIG precursor thin film 31 and the selenium precursor thin film 33 It is in the fire stage

상기 열처리는 CIG 전구체 박막(31)과 상기 셀레늄 전구체 박막(33)을 반응시켜 일정조성의 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)을 포함하는 CIGS 화합물을 포함하는 CIGS 광흡수층(30)을 형성하기 위해 수행된다. 상기 열처리를 위해 고온전기로(furnace), 급속 열처리 장비(rapid thermal process, RTP)가 사용될 수 있다.The heat treatment comprises a CIGS compound including copper (Cu), indium (In), gallium (Ga) and selenium (Se) of a certain composition by reacting the CIG precursor thin film 31 and the selenium precursor thin film 33 It is performed to form the CIGS light absorption layer 30. For the heat treatment, a high-temperature electric furnace and a rapid thermal process (RTP) may be used.

상기 열처리는 셀레늄(Se)이 공급되는 분위기에서 수행되는 것이 바람직하다. 이는, 상기 CIGS 광흡수층(30)의 조성을 맞추기 위한 것이며, 열처리 공정을 수행하는 과정에서 셀레늄(Se) 가스가 증발함으로써 달라지는 조성변화를 막기 위한 것이다.The heat treatment is preferably performed in an atmosphere in which selenium (Se) is supplied. This is to match the composition of the CIGS light absorbing layer 30, and to prevent a composition change that is changed by evaporation of selenium (Se) gas during the heat treatment process.

다음, 상기 셀렌화 공정을 통하여 광흡수층이 형성되면, 도 3의 (g)에 도시된 바와 같이, 상기 광흡수층(30) 상에 버퍼층(buffer layer)(50)을 형성하는 단계(s50)를 더 수행한다. 상기 버퍼층(50)은 상기 CIGS 광흡수층(30) 상에 형성될 수 있는 윈도우층과의 에너지 밴드갭 차이를 감소시키기 위한 것이고, 또한, 윈도우층 형성시 상기 CIGS 광흡수층(30)의 손상을 최소화하기 위해 형성한다.Next, when the light absorption layer is formed through the selenization process, a step (s50) of forming a buffer layer 50 on the light absorption layer 30 as shown in FIG. 3(g) is performed. Perform more. The buffer layer 50 is to reduce an energy band gap difference with the window layer that may be formed on the CIGS light absorption layer 30, and also minimizes damage to the CIGS light absorption layer 30 when the window layer is formed. To form.

상기 버퍼층(buffer layer)(50)은 스퍼터링(sputter) 또는 증발법(evaporator)과 같은 물리적 기상 증착법 (physical vapor deposition, PVD), 화학적 용액성장법(Chemical Bath Deposition, CBD) 및 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 중 하나의 방법으로 형성될 수 있으나 이에 제한된 것은 아니다.The buffer layer 50 is a physical vapor deposition (PVD) method such as sputtering or evaporator, a chemical bath deposition (CBD), and atomic layer deposition (atomic layer). It may be formed by one of layer deposition and ALD), but is not limited thereto.

상기 버퍼층(buffer layer)은 CdS, InxSey, Zn(O,S,OH)x, In(OH)xSy, ZnInxSey, ZnSe(이때, x 및 y는 양의 정수임) 중 적어도 어느 하나를 증착하여 형성할 수 있다.The buffer layer is formed by depositing at least one of CdS, InxSey, Zn(O,S,OH)x, In(OH)xSy, ZnInxSey, and ZnSe (where x and y are positive integers). I can.

다음, 상기 버퍼층(50)이 형성되면, 도 3의 (h)에 도시된 바와 같이, 상기 버퍼층(50) 상에 전면 전극층(60)을 바로 형성할 수도 있지만, 경우에 따라서, 상기 버퍼층(buffer layer)(50) 상에 윈도우층(window layaer)(미도시)을 형성하는 단계를 수행할 수 있다.Next, when the buffer layer 50 is formed, as shown in FIG. 3(h), the front electrode layer 60 may be directly formed on the buffer layer 50, but in some cases, the buffer layer (buffer A step of forming a window layer (not shown) on the layer) 50 may be performed.

상기 윈도우층(window layaer)은 스퍼터링(sputter) 또는 증발법(evaporator)과 같은 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD) 으로 형성될 수 있으나 이에 제한된 것은 아니다. 상기 윈도우층(window layaer)은 투과율이 우수한 동시에 전기전도성이 우수한 ZnO, ITO 등의 투명전도막을 사용될 수 있으며, 인듐이 도핑된 산화아연(ZnO) 상에 산화아연(Zn)이 증착된 구조를 가질 수 있다.The window layer may be formed by physical vapor deposition (PVD) such as sputtering or evaporator, but is not limited thereto. The window layer may be a transparent conductive film such as ZnO or ITO having excellent transmittance and excellent electrical conductivity, and has a structure in which zinc oxide (Zn) is deposited on indium-doped zinc oxide (ZnO). I can.

상술한 바와 같이, 상기 버퍼층(50) 상에 또는 상기 버퍼층 상에 형성된 윈도우층 상에 전면 전극층(60)을 형성하는 단계(s60)를 추가적으로 수행할 수 있다. 상기 전면 전극층(60)은 스퍼터링(sputter) 또는 증발법(evaporator)과 같은 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD)으로 형성될 수 있으나 이에 제한된 것은 아니다. 상기 전면 전극은 Al, Ag, Ni, M 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.As described above, the step (s60) of forming the front electrode layer 60 on the buffer layer 50 or on the window layer formed on the buffer layer may be additionally performed. The front electrode layer 60 may be formed by physical vapor deposition (PVD) such as sputtering or evaporation, but is not limited thereto. The front electrode may include at least one of Al, Ag, Ni, and M.

이상에서 설명한 본 발명인 CIGS 박막 태양전지 제조 방법에 의하면, 기판의 배면에 배면 확산 방지층을 형성하기 때문에, 열처리를 통한 셀렌화 공정에서 셀레늄이 기판의 배면으로 전이 또는 확산되는 것을 방지할 수 있고, 이로 인하여 불순물 및 파티클 발생을 방지할 수 있고, 셀레늄 공정 이후에 셀레늄 박막이 박리 또는 이탈되는 것을 방지하여 공정 불량을 최소화시킬 수 있도록 하는 효과가 발생한다.According to the method for manufacturing a CIGS thin film solar cell according to the present invention described above, since the rear diffusion preventing layer is formed on the rear surface of the substrate, it is possible to prevent selenium from being transferred or diffused to the rear surface of the substrate in the selenization process through heat treatment. Accordingly, the generation of impurities and particles can be prevented, and the selenium thin film can be prevented from being peeled off or separated after the selenium process, thereby minimizing process defects.

또한, 본 발명에 의하면, 배면 확산 방지층을 후면 전극층을 형성하는 단계 이전 또는 이후에 수행하거나 상기 셀레늄 전구체 박막을 형성하는 단계와 상기 광흡수층을 형성하는 단계 사이에 수행할 수 있도록 구성하기 때문에, 공정 적용 시점과 진행을 탄력적으로 선택 및 수행할 수 있고, 이로 인하여 공정 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 장점이 발생된다.In addition, according to the present invention, since the rear diffusion prevention layer is configured to be performed before or after the step of forming the back electrode layer, or between the step of forming the selenium precursor thin film and the step of forming the light absorption layer, the process The application point and progress can be flexibly selected and performed, and this has the advantage of improving process efficiency.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.Although the embodiments according to the present invention have been described above, these are only exemplary, and those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent ranges of embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the following claims.

10 : 기판 20 : 후면 전극층
30 : 광흡수층 31 : CIG 전구체 박막
33 : 셀레늄 전구체 박막 50 : 버퍼층
60 : 전면 전극층 70 : 배면 확산 방지층
100 : CIGS 박막 태양전지10: substrate 20: rear electrode layer
30: light absorption layer 31: CIG precursor thin film
33: selenium precursor thin film 50: buffer layer
60: front electrode layer 70: back diffusion prevention layer
100: CIGS thin film solar cell

Claims (3)

CIGS 박막 태양전지 제조방법에 있어서,
기판상에 후면 전극층을 형성하는 단계;
상기 후면 전극층 상에 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)을 포함하는 CIG 전구체 박막을 형성하는 단계;
상기 CIG 전구체 박막 상에 셀레늄(Se) 전구체 박막을 형성하는 단계; 및
상기 CIG 전구체 박막 및 셀레늄 전구체 박막을 열처리하여 광흡수층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되되,
상기 기판의 배면에 배면 확산 방지층을 형성하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 CIGS 박막 태양전지 제조방법.
In the CIGS thin film solar cell manufacturing method,
Forming a rear electrode layer on the substrate;
Forming a CIG precursor thin film including copper (Cu), indium (In), and gallium (Ga) on the rear electrode layer;
Forming a selenium (Se) precursor thin film on the CIG precursor thin film; And
And forming a light absorption layer by heat-treating the CIG precursor thin film and the selenium precursor thin film,
CIGS thin film solar cell manufacturing method comprising the step of forming a rear diffusion prevention layer on the rear surface of the substrate.
청구항 1에 있어서,
상기 배면 확산 방지층을 형성하는 단계는 상기 후면 전극층을 형성하는 단계 이전 또는 이후에 수행하거나 상기 셀레늄 전구체 박막을 형성하는 단계와 상기 광흡수층을 형성하는 단계 사이에 수행하는 것을 특징으로 하는 CIGS 박막 태양전지 제조방법.
The method according to claim 1,
The forming of the rear diffusion preventing layer is performed before or after the forming of the rear electrode layer, or between forming the selenium precursor thin film and forming the light absorbing layer. Manufacturing method.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 배면 확산 방지층은 SiO2, Al2O3, TiO2, ZnO 중, 적어도 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 CIGS 박막 태양전지 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
The rear diffusion prevention layer is a CIGS thin film solar cell manufacturing method, characterized in that formed of at least one of SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , and ZnO.
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