KR20220162951A - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 상에 구비된 태양 전지층; 및 상기 태양 전지층 상에 구비된 봉지층을 포함하여 이루어지고, 상기 봉지층은 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화물 또는 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화 질화물을 포함하여 이루어지고, 상기 금속 산화물 또는 금속 산화 질화물은 W, Nb, 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하여 이루어진 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공한다.

Description

태양 전지 및 그 제조 방법{Solar Cell and Method of manufacturing the same}
본 발명은 태양 전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 태양 전지의 봉지층에 관한 것이다.
페로브스카이트 화합물은 수분에 의해 쉽게 산화되는 문제가 있다. 그에 따라, 페로브스카이트 화합물을 태양 전지의 흡수층에 적용한 페로브스카이트 태양 전지의 경우 외부의 산소나 수분에 의해 상기 흡수층이 산화되어 태양 전지의 효율이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 상기 태양 전지의 흡수층을 외부의 산소나 수분의 침투로부터 보호하기 위한 봉지층이 필요하다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 태양 전지의 흡수층을 외부의 산소나 수분의 침투로부터 효율적으로 보호할 수 있는 봉지층을 구비한 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 기판 상에 구비된 태양 전지층; 및 상기 태양 전지층 상에 구비된 봉지층을 포함하여 이루어지고, 상기 봉지층은 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화물 또는 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화 질화물을 포함하여 이루어지고, 상기 금속 산화물 또는 금속 산화 질화물은 W, Nb, 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하여 이루어진 태양 전지를 제공한다.
상기 봉지층은 상기 태양 전지층과 접하는 제1 봉지층 및 상기 제1 봉지층 상에 형성되며 상기 태양 전지층과 접하지 않는 제2 봉지층을 포함하여 이루어지고, 상기 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화물 또는 상기 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화 질화물은 상기 제2 봉지층 내에 포함되고, 상기 제1 봉지층은 절연 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제2 봉지층은 서로 상이한 물질의 복수의 층으로 이루어질 수 있다.
상기 도펀트 물질은 상기 금속 산화물 또는 상기 금속 산화 질화물 내에서 산화물을 형성시킬 수 있는 물질을 포함하여 이루어지고, 상기 도펀트 물질의 산화물의 굴절율이 상기 금속 산화물의 굴절율 또는 상기 금속 질화물의 굴절율보다 낮을 수 있다.
상기 태양 전지층은 기판형 태양 전지 및 페로브스카이트 태양 전지를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 기판 상에 구비된 태양 전지층; 및 상기 태양 전지층 상에 구비된 봉지층을 포함하여 이루어지고, 상기 태양 전지층은 직렬로 연결된 복수의 단위셀을 포함하여 이루어지고, 상기 봉지층은 상기 태양 전지층과 접하는 제1 봉지층 및 상기 태양 전지층과 접하지 않으면서 상기 제1 봉지층 상에 구비된 제2 봉지층을 포함하여 이루어지고, 상기 제1 봉지층과 상기 제2 봉지층은 서로 인접하는 두 개의 단위셀 사이 영역을 채우도록 구비된 태양 전지를 제공한다.
상기 태양 전지층은 제1 분리부를 사이에 두고 이격된 복수의 제1 전극, 상기 복수의 제1 전극 상에 구비되며 콘택부 및 제2 분리부를 사이에 두고 이격된 복수의 페로브스카이트 태양 전지, 및 상기 복수의 페로브스카이트 태양 전지 상에 구비되며 상기 콘택부를 통해 상기 제1 전극과 연결되는 복수의 제2 전극을 포함하여 이루어지고, 상기 제1 봉지층과 상기 제2 봉지층은 상기 제2 분리부 내부를 채우도록 구비될 수 있다.
상기 태양 전지층은 기판형 태양 전지, 상기 기판형 태양 전지 상에 구비된 페로브스카이트 태양 전지, 상기 기판형 태양 전지의 하면에 구비된 제1 전극, 및 상기 페로브스카이트 태양 전지의 상면에 구비된 제2 전극, 및 하나의 단위셀 내의 상기 제1 전극과 다른 하나의 단위셀 내의 상기 제2 전극 사이를 연결하는 연결 라인을 포함하여 이루어지고, 상기 제1 봉지층과 상기 제2 봉지층은 상기 연결 라인과 접할 수 있다.
상기 태양 전지층은 콘택부를 구비한 페로브스카이트 태양 전지, 상기 페로브스카이트 태양 전지 상에 구비되며 복수의 홀을 구비한 필름 및 상기 복수의 홀 내에 채워진 도전층을 포함하여 이루어진 버퍼층, 상기 버퍼층 상에 구비된 기판형 태양 전지, 상기 기판형 태양 전지 상에 구비된 전극, 및 상기 콘택부를 통해서 하나의 단위셀과 다른 하나의 단위셀을 직렬로 연결하는 연결 라인을 포함하여 이루어지고, 상기 제1 봉지층과 상기 제2 봉지층은 상기 콘택부를 채우도록 구비될 수 있다.
상기 기판과 상기 태양 전지층 사이에 구비된 배리어층을 추가로 포함하고, 상기 봉지층은 상기 태양 전지층에 의해 가려지지 않고 노출된 상기 배리어층의 가장 자리 영역을 덮도록 구비될 수 있다.
상기 봉지층 상에 보호층이 추가로 구비될 수 있다.
본 발명은 또한, 기판 상에 태양 전지층을 형성하는 공정; 상기 태양 전지층 상에 봉지층을 형성하는 공정; 및 상기 봉지층 상에 보호층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지고, 상기 봉지층은 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화물 또는 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화 질화물을 포함하여 이루어지고, 상기 금속 산화물 또는 금속 산화 질화물은 W, Nb, 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하여 이루어진 태양 전지의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 기판 상에 태양 전지층을 형성하는 공정; 보호층의 일면 상에 봉지층을 형성하는 공정; 및 상기 봉지층을 상기 태양 전지층에 접하도록 하면서 상기 봉지층과 상기 보호층을 상기 태양 전지층의 일면에 가압 적층하는 공정을 포함하여 이루어지고, 상기 봉지층은 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화물 또는 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화 질화물을 포함하여 이루어지고, 상기 금속 산화물 또는 금속 산화 질화물은 W, Nb, 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하여 이루어진 태양 전지의 제조 방법을 제공한다.
상기 봉지층은 상기 태양 전지층과 접하는 제1 봉지층 및 상기 제1 봉지층 상에 형성되며 상기 태양 전지층과 접하지 않는 제2 봉지층을 포함하여 이루어지고, 상기 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화물 또는 상기 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화 질화물은 상기 제2 봉지층 내에 포함되고, 상기 제1 봉지층은 절연 물질로 이루어질 수 있다.
상기 도펀트 물질은 상기 금속 산화물 또는 상기 금속 산화 질화물 내에서 산화물을 형성시킬 수 있는 물질을 포함하여 이루어지고, 상기 도펀트 물질의 산화물의 굴절율이 상기 금속 산화물의 굴절율 또는 상기 금속 질화물의 굴절율보다 낮을 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 봉지층이 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화물 또는 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화 질화물을 포함하여 이루어지고, 상기 금속 산화물 또는 금속 산화 질화물은 W, Nb, 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하여 이루어짐으로써, 봉지층에 의한 광투과율 저하를 방지하면서도 태양 전지 내부로 외부의 산소나 수분이 침투하는 것을 효율적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 봉지층이 태양 전지층과 접하는 제1 봉지층 및 상기 태양 전지층과 접하지 않으면서 상기 제1 봉지층 상에 구비된 제2 봉지층을 포함하여 이루어지고, 상기 제1 봉지층과 상기 제2 봉지층은 서로 인접하는 두 개의 단위셀 사이 영역을 채우도록 구비됨으로써, 단위셀 사이 영역을 통해서 외부의 산소나 수분이 침투하는 것을 효율적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 봉지층을 태양 전지층의 상면 상에 직접 증착하지 않고 보호층의 상면에 증착한 후 상기 태양 전지층의 상면 상에 적층하기 때문에, 상기 봉지층의 증착 공정 중에 상기 태양 전지층의 손상 우려가 없어서 상기 봉지층의 증착 공정을 고온 범위에서 수행할 수 있는 장점이 있고 그에 따라 보다 치밀한 막질의 봉지층을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 개략적인 단면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정도로서, 전술한 도 1에 따른 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정도 공정도로서, 이는 전술한 도 1에 따른 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 개략적인 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정도로서, 전술한 도 4에 따른 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정도로서, 전술한 도 4에 따른 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 개략적인 단면도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정도로서, 전술한 도 7에 따른 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정도로서, 전술한 도 7에 따른 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 개략적인 단면도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지는 기판(100), 배리어층(200), 태양 전지층(300), 봉지층(400) 및 보호층(500)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판(100)은 단단한 재료(rigid material)로 이루어질 수도 있고 유연한 재료(flexible material)로 이루어질 수도 있다. 예로서, 상기 기판(100)은 유리 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
상기 배리어층(200)은 상기 기판(100)의 일면, 예로서 상면 상에 형성된다. 상기 배리어층(200)은 상기 기판(100)에 포함된 물질이 상기 태양 전지층(300)으로 확산되는 것을 방지하는 역할을 함과 더불어 외부의 수분이나 산소가 상기 기판(100)을 통해서 상기 태양 전지층(300)으로 침투하는 것을 방지하는 역할을 한다. 상기 배리어층(200)은 상기 기판(100)의 상면 전체에 형성될 수 있다.
이와 같은 배리어층(200)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 알루미늄 등의 금속 산화물, 및 알루미늄 등의 금속 질화물 등과 같은 무기 절연물로 이루어질 수 있으며, 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD) 또는 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition; ALD) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해 형성될 수 있다. 상기 배리어층(200)은 생략될 수도 있다.
상기 태양 전지층(300)은 상기 배리어층(200)의 일면, 예로서 상면 상에 형성된다.
상기 태양 전지층(300)은 제1 전극(301), 제1 도전성 전하 전달층(302), 광흡수층(303), 제2 도전성 전하 전달층(304), 제2 전극(305), 제1 단자(terminal)(306), 및 제2 단자(307)를 포함하여 이루어진다. 상기 제1 도전성 전하 전달층(302), 광흡수층(303), 및 제2 도전성 전하 전달층(304)의 조합에 의해 페로브스카이트 태양 전지가 구성된다.
상기 제1 전극(301)은 상기 배리어층(200)의 일면, 예로서 상면 상에 형성되어 있다. 상기 제1 전극(301)은 금속 산화물과 같은 투명한 도전 물질로 이루어질 수 있다. 복수의 제1 전극(301)은 제1 분리부(P1)를 사이에 두고 서로 이격되어 있다. 또한, 상기 배리어층(200)의 양쪽 가장자리에는 상기 제1 전극(301)이 구비되지 않을 수 있다. 즉, 최외곽에 위치하는 제1 전극(301)의 끝단은 상기 배리어층(200)의 끝단보다 안쪽에 위치하며, 그에 따라 태양 전지의 구성요소와 외부의 다른 구성사이의 전기적 접속이 차단될 수 있다. 상기 제1 분리부(P1)에서는 상기 제1 전극(301)이 구성되지 않아서 상기 배리어층(200)의 상면이 노출될 수 있다.
상기 제1 도전성 전하 전달층(302)은 상기 제1 전극(301)의 일면, 예로서 상면 상에 형성되어 있다. 상기 제1 도전성 전하 전달층(302)은 상기 제1 분리부(P1)를 채우도록 형성되어, 상기 제1 도전성 전하 전달층(302)의 하면은 상기 배리어층(200)의 상면과 접할 수 있다. 또한, 복수의 제1 도전성 전하 전달층(302)은 콘택부(P2) 및 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 이격될 수 있다. 최외곽에 위치하는 제1 도전성 전하 전달층(302)의 끝단은 최외곽에 위치하는 제1 전극(301)의 끝단보다 안쪽에 위치할 수 있으며, 그에 따라 최외곽에 위치하는 제1 전극(301)의 끝단은 외부로 노출될 수 있다.
상기 광흡수층(303)은 상기 제1 도전성 전하 전달층(302)의 일면, 예로서 상면 상에 형성되어 있다. 복수의 광흡수층(303)은 상기 콘택부(P2) 및 상기 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 이격될 수 있다. 최외곽에 위치하는 광흡수층(303)의 끝단은 최외곽에 위치하는 제1 도전성 전하 전달층(302)의 끝단과 일치하도록 패턴 형성될 수 있다. 따라서, 최외곽에 위치하는 광흡수층(303)의 끝단은 최외곽에 위치하는 제1 전극(301)의 끝단보다 안쪽에 위치할 수 있으며, 그에 따라 최외곽에 위치하는 제1 전극(301)의 끝단은 외부로 노출될 수 있다. 상기 광흡수층(303)은 당업계에 공지된 페로브스카이트(Perovskite) 화합물로 이루어진다.
상기 제2 도전성 전하 전달층(304)은 상기 광흡수층(303)의 일면, 예로서 상면 상에 형성되어 있다. 복수의 제2 도전성 전하 전달층(304)은 상기 콘택부(P2) 및 상기 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 이격될 수 있다. 최외곽에 위치하는 제2 도전성 전하 전달층(304)의 끝단은 최외곽에 위치하는 광흡수층(303)의 끝단과 일치하도록 패턴 형성될 수 있다. 따라서, 최외곽에 위치하는 제2 도전성 전하 전달층(304)의 끝단은 최외곽에 위치하는 제1 전극(301)의 끝단보다 안쪽에 위치할 수 있으며, 그에 따라 최외곽에 위치하는 제1 전극(301)의 끝단은 외부로 노출될 수 있다.
상기 제1 도전성 전하 전달층(302)이 전자 전달층으로 이루어진 경우 상기 제2 도전성 전하 전달층(304)은 정공 전달층으로 이루어지고, 상기 제1 도전성 전하 전달층(302)이 정공 전달층으로 이루어진 경우 상기 제2 도전성 전하 전달층(304)은 전자 전달층으로 이루어진다.
상기 전자 전달층은 BCP(Bathocuproine), C60, 또는 PCBM(Phenyl-C61-butyric acid methyl ester) 등과 같은 당업계에 공지된 다양한 N-type 유기물, ZnO, c-TiO2/mp-TiO2, SnO2, 또는 IZO와 같은 당업계에 공지된 다양한 N-type 금속 산화물, 및 기타 당업계에 공지된 다양한 N-type 유기 또는 무기물을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 정공 전달층은 Spiro-MeO-TAD, Spiro-TTB, 폴리아닐린, 폴리피놀, 폴리-3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜-폴리스타이렌설포네이트(PEDOT-PSS), 또는 폴리-[비스(4-페닐)(2,4,6-트리메틸페닐)아민](PTAA), Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) 등과 같은 당업계에 공지된 다양한 P-type 유기물, Ni산화물, Mo산화물 또는 V산화물, W산화물, Cu 산화물 등과 같은 당업계에 공지된 다양한 P-type 금속 산화물, 및 기타 당업계에 공지된 다양한 P-type 유기 또는 무기물을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제2 전극(305)은 상기 제2 도전성 전하 전달층(304)의 일면, 예로서 상면 상에 형성되어 있다. 복수의 제2 전극(305)은 상기 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 이격될 수 있다. 상기 제1 전극(301), 제1 도전성 전하 전달층(302), 광흡수층(303), 제2 도전성 전하 전달층(304), 및 제2 전극(305)의 적층 구조에 의해서 단위셀이 구성되는데, 이때, 하나의 단위셀 내의 상기 제2 전극(305)은 상기 콘택부(P2)를 통해서 그와 인접하는 다른 단위셀 내의 상기 제1 전극(301)과 연결되며, 그에 따라 복수의 단위셀이 직렬로 연결될 수 있다. 상기 제2 전극(305)은 금속 물질로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
최외곽에 위치하는 제2 전극(305)의 끝단은 최외곽에 위치하는 제2 도전성 전하 전달층(304)의 끝단과 일치하도록 패턴 형성될 수 있다. 따라서, 최외곽에 위치하는 제2 전극(305)의 끝단은 최외곽에 위치하는 제1 전극(301)의 끝단보다 안쪽에 위치할 수 있으며, 그에 따라 최외곽에 위치하는 제1 전극(301)의 끝단은 외부로 노출될 수 있다.
상기 제1 단자(306)는 일측, 예로서 좌측의 최외곽에 위치하는 단위셀 내의 제1 전극(301)의 상면 상에 형성될 수 있고, 상기 제2 단자(307)는 타측, 예로서 우측의 최외곽에 위치하는 단위셀 내의 제2 전극(305)의 상면 상에 형성될 수 있다.
예로서, 상기 제1 단자(306)는 직렬로 연결된 복수의 단위셀의 (-) 단자로 기능할 수 있고, 상기 제2 단자(307)는 직렬로 연결된 복수의 단위셀의 (+) 단자로 기능할 수 있다.
상기 봉지층(400)은 상기 태양 전지층(300)의 일면, 예로서 상면 상에 형성된다. 상기 봉지층(400)에 의해서 외부의 수분이나 산소가 상기 태양 전지층(300)으로 침투하는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 상기 봉지층(400)은 상기 태양 전지층(300)의 상면 전체를 덮도록 형성됨과 더불어 외부로 노출된 상기 배리어층(200)의 양쪽 가장자리의 상면도 덮도록 형성된다.
상기 봉지층(400)은 단위셀의 측면을 덮도록 형성됨으로써 단위셀의 측면을 통해서 외부의 수분이나 산소가 단위셀 내부로 침투하는 것이 방지될 수 있다. 구체적으로, 상기 봉지층(400)은 최외곽 단위셀의 측면을 덮고, 그와 더불어 인접하는 두 개의 단위셀 사이 영역에 구비된 제2 분리부(P3) 내부를 채우도록 형성됨으로써, 모든 단위셀의 측면을 덮도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 봉지층(400)은 최외곽 단위셀의 노출된 제1 전극(301)의 상면과 측면을 덮고, 또한 상기 제1 단자(306)와 상기 제2 단자(307)의 상면과 측면을 덮는다.
상기 봉지층(400)은 제1 봉지층(410) 및 제2 봉지층(420)을 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 제1 봉지층(410)은 상기 태양 전지층(300) 상에서 상기 태양 전지층(300)과 접하도록 형성되고, 상기 제2 봉지층(420)은 상기 제1 봉지층(410) 상에 형성되며 상기 태양 전지층(300)과는 접하지 않을 수 있다.
상기 제1 봉지층(410)과 상기 제2 봉지층(420)은 최외곽 단위셀의 측면을 덮고, 인접하는 두 개의 단위셀 사이 영역에 구비된 제2 분리부(P3) 내부를 채우도록 형성되며, 최외곽 단위셀의 노출된 제1 전극(301)의 상면과 측면을 덮고, 상기 제1 단자(306)와 상기 제2 단자(307)의 상면과 측면을 덮고, 또한, 노출된 상기 배리어층(200)의 상면을 덮는다.
이때, 상기 제1 봉지층(410)은 복수의 단위셀 각각에서 제1 전극(301)의 측면과 상면, 제1 도전성 전하 전달층(302)의 측면, 광흡수층(303)의 측면, 제2 도전성 전하 전달층(304)의 측면, 및 제2 전극(305)의 측면과 상면과 접하고, 또한, 제1 단자(306)의 측면과 상면, 및 제2 단자(307)의 측면과 상면과 접하고, 또한, 배리어층(200)의 상면과 접할 수 있다. 상기 제1 봉지층(410)은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물과 같은 절연물질로 이루어짐으로써 각각의 단위셀의 측면을 절연시킬 수 있다. 상기 제1 봉지층(410)은 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD) 또는 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition; ALD) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해 형성될 수 있다.
상기 제2 봉지층(420)은 상기 태양 전지층(300)과 접하지 않기 때문에 설령 전도성이 있는 물질을 이용한다 하여도 각각의 단위셀의 측면에서 쇼트가 발생하는 문제는 없고, 따라서, 상기 제2 봉지층(420)의 재료로는 수분이나 산소의 침투를 방지할 수 있는 최적의 물질을 이용할 수 있다.
상기 제2 봉지층(420)은 금속 산화물 또는 금속 산화 질화물을 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 금속 산화물은 W, Nb, 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속의 산화물로 이루어질 수 있고, 상기 금속 산화 질화물은 W, Nb, 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속의 산화 질화물로 이루어질 수 있다. 예로서, 상기 금속 산화물은 WO3, NbO, 및 SnO2로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 또한, 상기 금속 산화 질화물은 WOxNy, NbOxNy, 및 SnOxNy로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 x 및 y는 각각 0보다 크다.
상기 제2 봉지층(420)은 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화물 또는 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화 질화물을 포함하여 이루어질 수 있다. 이와 같이, 상기 제2 봉지층(420)이 도펀트 물질을 추가로 포함할 경우 광투과율이 향상되어 태양 전지의 효율이 향상될 수 있다. 상기 도펀트 물질은 상기 금속 산화물 또는 상기 금속 산화 질화물 내에서 산화물을 형성시킬 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 이때, 상기 도펀트 물질의 산화물의 굴절율이 상기 금속 산화물의 굴절율 또는 상기 금속 질화물의 굴절율보다 낮은 것이 상기 제2 봉지층(420)의 광투과율이 향상될 수 있어 바람직하다. 어느 물질의 굴절율이 낮을 경우 반사가 줄어들어 광투과율이 향상될 수 있다. 상기 도펀트 물질의 예로는 Si 또는 Al을 들 수 있다.
상기 제2 봉지층(420)은 서로 상이한 물질로 이루어진 제1 층(421) 및 제2 층(422)을 포함한 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 이와 같은 제2 봉지층(420)은 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해 형성될 수 있는데, 이때, 각각의 소스 물질을 챔버 내부로 공급하면서 산소 또는 오존 플라즈마 처리를 수행할 수 있다.
상기 보호층(500)은 상기 봉지층(400)의 일면, 예로서 상면 상에 형성된다. 상기 보호층(500)은 상기 봉지층(400)의 상면 전체를 덮도록 형성될 수 있다. 상기 보호층(500)은 유리 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정도로서, 이는 전술한 도 1에 따른 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다. 따라서, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 2a에서 알 수 있듯이, 기판(100)의 일면, 예로서 상면 상에 배리어층(200)을 형성하고, 상기 배리어층(200)의 일면, 예로서 상면 상에 태양 전지층(300)을 형성한다.
상기 태양 전지층(300)은 우선, 상기 배리어층(200)의 일면 상에 제1 전극(301)용 박막층을 형성한 후 레이저 스크라이빙 공정을 통해서 상기 박막층의 소정 영역을 제거하여 제1 분리부(P1)를 형성함으로써 복수의 제1 전극(301)을 형성하고, 그 후, 상기 제1 전극(301) 상에 제1 도전성 전하 전달층(302), 광흡수층(303) 및 제2 도전성 전하 전달층(304)을 차례로 형성하고, 그 후, 레이저 스크라이빙 공정을 통해서 상기 제1 도전성 전하 전달층(302), 광흡수층(303) 및 제2 도전성 전하 전달층(304)의 소정 영역을 제거하여 콘택부(P2)를 형성하고, 그 후, 상기 제2 도전성 전하 전달층(304) 상에서 제2 전극(305)용 박막층을 형성한 후 레이저 스크라이빙 공정을 통해서 상기 박막층의 소정 영역을 제거하여 제2 분리부(P3)를 형성함으로써 상기 콘택부(P2)를 통해 상기 제1 전극(301)과 연결되는 제2 전극(305)을 형성하고, 그 후, 일측 최외곽의 제1 전극(301) 상에 제1 단자(306)를 형성하고 타측 최외곽의 제2 전극(305) 상에 제1 단자(307)를 형성하는 공정을 통해 얻을 수 있다.
이때, 상기 제1 도전성 전하 전달층(302), 광흡수층(303) 및 제2 도전성 전하 전달층(304)은 증착 공정으로 형성할 수도 있고 코팅 공정으로 형성할 수도 있다.
다음, 도 2b에서 알 수 있듯이, 상기 태양 전지층(300)의 일면 상에, 예로서 상면 상에 제1 봉지층(410)과 제2 봉지층(420)을 포함하는 봉지층(400)을 형성한다.
상기 제1 봉지층(410)과 제2 봉지층(420)의 구체적인 구성은 도 1에서와 동일하므로 반복설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 2c에서 알 수 있듯이, 상기 봉지층(400)의 일면 상에, 예로서 상면 상에 보호층(500)을 형성한다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정도로서, 이는 전술한 도 1에 따른 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다. 따라서, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 3a에서 알 수 있듯이, 기판(100)의 일면, 예로서 상면 상에 배리어층(200)을 형성하고, 상기 배리어층(200)의 일면, 예로서 상면 상에 태양 전지층(300)을 형성한다.
도 3a 공정은 전술한 도 2a 공정과 동일하므로 반복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 3b에서 알 수 있듯이, 보호층(500)의 일면 상에 제2 봉지층(420)을 형성하고, 상기 제2 봉지층(420)의 일면 상에 제1 봉지층(410)을 형성함으로써, 상기 보호층(500)의 일면 상에 봉지층(400)을 형성한다.
다음, 도 3c에서 알 수 있듯이, 상기 제1 봉지층(410)을 상기 태양 전지층(300)과 접하도록 하면서 상기 봉지층(400)과 상기 보호층(500)을 상기 태양 전지층(300)의 상면에 가압 적층하여 도 1과 같은 태양 전지를 완성한다.
전술한 도 2a 내지 도 2c에 따른 방법은 봉지층(400)을 태양 전지층(300)의 상면 상에 직접 증착 형성하기 때문에, 상기 봉지층(400)의 증착 공정 중에 상기 태양 전지층(300)의 손상을 방지하기 위해서 상기 봉지층(400)의 증착 공정을 80~150℃의 저온 범위에서 수행하는 것이 바람직할 수 있다.
그에 반하여, 도 3a 내지 도 3c에 따른 방법은 봉지층(400)을 태양 전지층(300)의 상면 상에 직접 증착하지 않고 상기 보호층(500)의 상면에 증착하기 때문에, 상기 봉지층(400)의 증착 공정 중에 상기 태양 전지층(300)의 손상 우려가 없어서 상기 봉지층(400)의 증착 공정을 보다 고온 범위, 예로서 150~250℃의 범위에서 수행할 수 있는 장점이 있고 그에 따라 보다 치밀한 막질의 봉지층(400)을 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 개략적인 단면도이다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지는 기판(100), 배리어층(200), 태양 전지층(300), 봉지층(400) 및 보호층(500)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판(100)과 상기 배리어층(200)은 전술한 바와 동일하므로 반복 설명은 생략하기로 한다.
상기 태양 전지층(300)은 기판형 태양 전지(310), 페로브스카이트 태양 전지(320), 제1 전극(301), 제2 전극(305), 및 연결 라인(340)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판형 태양 전지(310)는 반도체 기판(311), 제1 반도체층(312), 제2 반도체층(313), 제3 반도체층(314), 제4 반도체층(315), 제1 투명 전극층(316) 및 제2 투명 전극층(317)을 포함하여 이루어진다.
상기 반도체 기판(311)은 N형 반도체 웨이퍼로 이루어질 수 있다. 상기 반도체 기판(311)의 일면과 타면, 구체적으로 상면과 하면은 요철 구조로 형성될 수 있다. 그에 따라, 상기 반도체 기판(311)의 일면 상에 적층되는 다수의 층들 및 상기 반도체 기판(311)의 타면 상에 적층되는 다수의 층들은 상기 반도체 기판(311)의 요철 구조에 대응하는 요철 구조로 적층될 수 있다. 다만, 상기 반도체 기판(311)의 일면과 타면 중 어느 하나의 면에만 요철 구조가 형성되는 것도 가능하고, 상기 반도체 기판(311)의 일면과 타면 모두에 요철 구조가 형성되지 않을 수도 있다.
상기 제1 반도체층(312)은 상기 반도체 기판(311)의 일면, 예로서 상면에 형성된다. 상기 제1 반도체층(312)은 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD) 또는 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition; ALD) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해 형성되며, 진성 반도체층, 예로서 진성 비정질 실리콘층으로 이루어질 수 있다. 다만, 경우에 따라서 상기 제1 반도체층(312)이 미량의 도펀트, 예로서 미량의 n형 도펀트가 도핑된 반도체층, 예로서 미량의 n형 도펀트가 도핑된 비정질 실시콘층으로 이루어질 수도 있다.
상기 제2 반도체층(313)은 상기 제1 반도체층(312)의 일면, 예로서 상면에 형성된다. 상기 제2 반도체층(313)은 박막 증착 공정을 통해 형성되며, 상기 반도체 기판(311) 또는 상기 제1 반도체층(312)과 동일한 극성인, 예로서, n형 반도체층으로 이루어질 수 있다. 상기 제2 반도체층(313)은 n형 비정질 실리콘층으로 이루어질 수 있다.
상기 제3 반도체층(314)은 상기 반도체 기판(311)의 타면, 예로서 하면에 형성된다. 상기 제3 반도체층(314)은 박막 증착 공정을 통해 형성되며, 진성 반도체층, 예로서 진성 비정질 실리콘층으로 이루어질 수 있다. 다만, 경우에 따라서 상기 제3 반도체층(314)이 미량의 도펀트, 예로서 미량의 p형 도펀트가 도핑된 비정질 실리콘층으로 이루어질 수도 있다. 이때, 상기 제3 반도체층(314)에 도핑된 도펀트의 극성은 상기 제1 반도체층(312)에 도핑된 도펀트의 극성과 반대이다.
상기 제4 반도체층(315)은 상기 제3 반도체층(314)의 타면, 예로서 하면에 형성된다. 상기 제4 반도체층(315)은 박막 증착 공정을 통해 형성되며, 소정의 도펀트가 도핑된 반도체층으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 제4 반도체층(315)에 도핑된 도펀트의 극성은 상기 제2 반도체층(313)에 도핑된 도펀트의 극성과 반대이다. 상기 제4 반도체층(315)은 p형 비정질 실리콘층으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 투명 전극층(316)은 상기 제2 반도체층(313)의 일면, 예로서 상면에 형성된다. 상기 제1 투명 전극층(316)은 화학 기상 증착법(CVD), 원자층 증착법(ALD), 또는 물리적 기상 증착법(PVD) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해 형성된다. 이때, 상기 제1 투명 전극층(316)이 상기 기판형 태양 전지(310)와 상기 페로브스카이트 태양 전지(320) 사이의 버퍼층으로 기능할 수 있어서 상기 기판형 태양 전지(310)와 상기 페로브스카이트 태양 전지(320) 사이에 별도의 버퍼층이 필요하지 않다. 다만, 도시하지는 않았지만, 상기 기판형 태양 전지(310)와 상기 페로브스카이트 태양 전지(320) 사이에 별도의 버퍼층이 추가되는 것도 가능하다.
상기 제2 투명 전극층(317)은 상기 제4 반도체층(315)의 타면, 예로서 하면에 형성된다. 상기 제2 투명 전극층(317)은 화학 기상 증착법(CVD), 원자층 증착법(ALD), 또는 물리적 기상 증착법(PVD) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해 형성될 수도 있다.
상기 페로브스카이트 태양 전지(320)는 제1 도전성 전하 전달층(302), 광흡수층(303), 및 제2 도전성 전하 전달층(304)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 도전성 전하 전달층(302), 광흡수층(303), 및 제2 도전성 전하 전달층(304)의 구체적인 구성은 전술한 바와 동일하므로 반복 설명은 생략하기로 한다.
상기 제1 전극(301)은 상기 기판형 태양 전지(310)의 제2 투명 전극층(317)의 타면, 예로서 하면에 형성되고, 상기 제2 전극(305)은 상기 페로브스카이트 태양 전지(320)의 제2 도전성 전하 전달층(304)의 일면, 예로서 상면에 형성된다. 상기 제1 전극(301)과 상기 제2 전극(305)은 태양 전지 내부로 태양광이 입사될 수 있도록 소정 패턴으로 형성될 수 있다.
상기 기판형 태양 전지(310), 페로브스카이트 태양 전지(320), 제1 전극(301), 및 제2 전극(305)의 조합에 의해서 도 4에 따른 태양 전지의 단위셀이 구성된다.
상기 연결 라인(340)은 상기 기판형 태양 전지(310), 페로브스카이트 태양 전지(320), 제1 전극(301), 및 제2 전극(305)의 조합으로 이루어진 복수의 단위셀 사이를 직렬로 연결하는 역할을 한다.
상기 연결 라인(340)은 하나의 단위셀의 제1 전극(301) 및 그와 인접하는 다른 단위셀의 제2 전극(305) 사이를 전기적으로 연결하며, 그에 따라, 상기 연결 라인(340)은 서로 인접하는 단위셀 사이 영역에 구비된다.
상기 봉지층(400)은 상기 태양 전지층(300)의 일면, 예로서 상면 상에 형성된다. 전술한 실시예와 마찬가지로, 상기 봉지층(400)은 상기 태양 전지층(300)의 상면 전체를 덮도록 형성됨과 더불어 외부로 노출된 상기 배리어층(200)의 상면도 덮도록 형성된다.
상기 봉지층(400)은 단위셀의 측면을 덮도록 형성됨으로써 단위셀의 측면을 통해서 외부의 수분이나 산소가 단위셀 내부로 침투하는 것이 방지될 수 있다. 구체적으로, 상기 봉지층(400)은 최외곽 단위셀의 측면을 덮고, 그와 더불어 인접하는 두 개의 단위셀 사이 영역을 채우도록 형성됨으로써, 모든 단위셀의 측면을 덮도록 형성될 수 있다.
따라서, 상기 봉지층(400)은 상기 기판형 태양 전지(310)의 측면을 덮도록 형성되며, 구체적으로, 상기 반도체 기판(311), 제1 반도체층(312), 제2 반도체층(313), 제3 반도체층(314), 제4 반도체층(315), 제1 투명 전극층(316) 및 제2 투명 전극층(317) 각각의 측면을 덮도록 형성된다. 또한, 상기 봉지층(400)은 상기 페로브스카이트 태양 전지(320)의 측면을 덮도록 형성되며, 구체적으로, 상기 제1 도전성 전하 전달층(302), 광흡수층(303), 및 제2 도전성 전하 전달층(304) 각각의 측면을 덮도록 형성된다. 또한, 상기 봉지층(400)은 인접하는 두 개의 단위셀 사이 영역에 구비된 상기 연결 라인(340)과 접하도록 형성된다.
상기 봉지층(400)은 구체적으로 도시하지는 않았지만, 전술한 실시예와 마찬가지로 제1 봉지층(410) 및 제2 봉지층(420)을 포함하여 이루어질 수 있으며, 이때, 상기 제1 봉지층(410)은 상기 태양 전지층(300) 상에서 상기 태양 전지층(300)과 접하도록 형성되고, 상기 제2 봉지층(420)은 상기 제1 봉지층(410) 상에 형성되며 상기 태양 전지층(300)과는 접하지 않을 수 있다. 상기 제1 봉지층(410) 및 제2 봉지층(420) 각각은 두 개의 단위셀 사이 영역을 채우도록 형성되며, 각각의 구체적인 구성은 전술한 실시예와 동일하므로 반복 설명은 생략하기로 한다.
상기 보호층(500)은 상기 봉지층(400)의 일면, 예로서 상면 상에 형성된다. 상기 보호층(500)은 상기 봉지층(400)의 상면 전체를 덮도록 형성될 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정도로서, 이는 전술한 도 4에 따른 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다. 따라서, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 5a에서 알 수 있듯이, 기판(100)의 일면, 예로서 상면 상에 배리어층(200)을 형성하고, 상기 배리어층(200)의 일면, 예로서 상면 상에 태양 전지층(300)을 형성한다.
상기 태양 전지층(300)은 기판형 태양 전지(310)를 형성하고, 상기 기판형 태양 전지(310) 상에 페로브스카이트 태양 전지(320)를 형성하고, 상기 기판형 태양 전지(310)의 하면에 제1 전극(301)을 형성하고, 상기 페로브스카이트 태양 전지(320)의 상면에 제2 전극(305)을 형성하고, 하나의 단위셀의 제1 전극(301)과 다른 하나의 단위셀의 제2 전극(305)을 연결 라인(340)으로 연결하는 공정을 통해 형성할 수 있다. 이와 같이 형성된 태양 전지층(300)은 상기 배리어층(200)의 상면 상에 적층될 수 있다.
상기 기판형 태양 전지(310)는 반도체 기판(311)의 상면 상에 제1 반도체층(312)을 형성하고, 상기 제1 반도체층(312)의 상면 상에 제2 반도체층(313)을 형성하고, 상기 반도체 기판(311)의 하면 상에 제3 반도체층(314)을 형성하고, 상기 제3 반도체층(314)의 하면 상에 제4 반도체층(315)을 형성하고, 상기 제2 반도체층(313)의 상면 상에 제1 투명 전극층(316)을 형성하고, 그리고, 상기 제4 반도체층(315)의 하면 상에 제2 투명 전극층(317)을 형성하는 공정을 통해 형성할 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
상기 페로브스카이트 태양 전지(320)는 상기 제1 투명 전극층(316) 상에 제1 도전성 전하 전달층(302), 광흡수층(303) 및 제2 도전성 전하 전달층(304)을 차례로 형성하는 공정을 통해 형성할 수 있다.
다음, 도 5b에서 알 수 있듯이, 상기 태양 전지층(300)의 일면 상에, 예로서 상면 상에 봉지층(400)을 형성한다.
다음, 도 5c에서 알 수 있듯이, 상기 봉지층(400)의 일면 상에, 예로서 상면 상에 보호층(500)을 형성한다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정도로서, 이는 전술한 도 4에 따른 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다. 따라서, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 6a에서 알 수 있듯이, 기판(100)의 일면, 예로서 상면 상에 배리어층(200)을 형성하고, 상기 배리어층(200)의 일면, 예로서 상면 상에 태양 전지층(300)을 형성한다.
도 6a 공정은 전술한 도 5a 공정과 동일하므로 반복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 6b에서 알 수 있듯이, 보호층(500)의 일면 상에 봉지층(400)을 형성한다. 구체적으로 도시하지는 않았지만, 전술한 도 3b에서와 동일하게 보호층(500)의 일면 상에 제2 봉지층(420)을 형성하고, 상기 제2 봉지층(420)의 일면 상에 제1 봉지층(410)을 형성함으로써, 상기 보호층(500)의 일면 상에 봉지층(400)을 형성할 수 있다.
다음, 도 6c에서 알 수 있듯이, 상기 봉지층(400)을 상기 태양 전지층(300)과 접하도록 하면서 상기 봉지층(400)과 상기 보호층(500)을 상기 태양 전지층(300)의 상면에 가압 적층하여 도 4과 같은 태양 전지를 완성한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 개략적인 단면도이다.
도 7에서 알 수 있듯이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지는 기판(100), 배리어층(200), 태양 전지층(300), 봉지층(400) 및 보호층(500)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판(100)과 상기 배리어층(200)은 전술한 바와 동일하므로 반복 설명은 생략하기로 한다.
상기 태양 전지층(300)은 페로브스카이트 태양 전지(320), 버퍼층(330), 기판형 태양 전지(310), 전극(309), 및 연결 라인(340)을 포함하여 이루어진다.
상기 페로브스카이트 태양 전지(320)는 상기 배리어층(200)의 상면 상에 차례로 형성된 제1 도전성 전하 전달층(302), 광흡수층(303) 및 제2 도전성 전하 전달층(304)을 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 페로브스카이트 태양 전지(320)에는 분리부(P)가 형성되어 상기 분리부(P)에 의해서 복수의 단위셀이 구분될 수 있다. 본 실시예에서 단위셀은 상기 페로브스카이트 태양 전지(320), 버퍼층(330), 기판형 태양 전지(310), 및 전극(309)의 조합에 의해 이루어질 수 있다.
상기 분리부(P)는 상기 페로브스카이트 태양 전지(320)을 구성하는 제1 도전성 전하 전달층(302), 광흡수층(303), 및 제2 도전성 전하 전달층(304)의 소정 영역을 제거하여 형성한다. 상기 분리부(P)는 1차 스크라이빙 공정, 특히 레이저 스크라이빙 공정을 통해 형성할 수 있다. 상기 분리부(P)가 형성된 영역에서는 상기 배리어층(200)의 상면이 노출된다.
또한, 상기 페로브스카이트 태양 전지(320)에는 콘택부(C)가 형성되어 있다.
상기 콘택부(C)는 상기 분리부(P)와 이격된다. 상기 콘택부(C)는 상기 광흡수층(303) 및 제2 도전성 전하 전달층(304)의 소정 영역을 제거하여 형성한다. 상기 콘택부(C)는 서로 인접하는 두 개의 단위셀 사이를 직렬로 연결하기 위한 것이다. 상기 콘택부(C)는 2차 스크라이빙 공정, 특히 레이저 스크라이빙 공정을 통해 형성할 수 있다. 상기 콘택부(C)가 형성된 영역에서는 상기 제1 도전성 전하 전달층(302)의 상면이 노출된다.
상기 버퍼층(330)은 상기 페로브스카이트 태양 전지(320)와 상기 기판형 태양 전지(310) 사이에 형성되어 있다. 즉, 상기 버퍼층(330)은 상기 페로브스카이트 태양 전지(320)의 상면 및 상기 기판형 태양 전지(310)의 하면에 형성되어 있다. 상기 버퍼층(330)은 단위셀 마다 개별적으로 형성되어 있다. 상기 버퍼층(330)은 상기 콘택부(C)와 중첩되지 않도록 형성됨으로써 상기 버퍼층(330)에 의해서 상기 콘택부(C)가 가려지지 않고 노출되도록 한다.
상기 버퍼층(330)은 필름(331) 및 도전층(332)을 포함하여 이루어진다.
상기 필름(331)은 복수의 홀을 구비하고 있고, 상기 도전층(332)은 상기 복수의 홀 내부를 채우고 있다. 상기 필름(331)은 유기 고분자 화합물로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다. 상기 복수의 홀은 상기 필름(331)을 관통하도록 형성되며, 상기 도전층(332)도 상기 필름(331)을 관통하도록 형성될 수 있다. 따라서, 상기 도전층(332)은 상기 페로브스카이트 태양 전지(320)의 최상면, 예로서 제2 도전성 전하 전달층(304)과 접하고, 또한, 상기 기판형 태양 전지(310)의 최하면, 예로서 제4 반도체층(315)과 접할 수 있다. 상기 복수의 홀 및 상기 도전층(332)은 평면도 상에서 가로 방향 및 세로 방향으로 연장된 격자 구조로 이루어질 수 있다.
상기 기판형 태양 전지(310)는 상기 버퍼층(320)의 일면, 예로서 상면 상에 형성되어 있다.
상기 기판형 태양 전지(310)는 반도체 기판(311), 제1 반도체층(312), 제2 반도체층(313), 제3 반도체층(314), 및 제4 반도체층(315)을 포함하여 이루어진다. 상기 제1 반도체층(312), 제2 반도체층(313), 제3 반도체층(314), 및 제4 반도체층(315)의 구체적인 구성은 전술한 도 4에서와 마찬가지이므로 반복 설명은 생략하기로 한다. 한편, 도시하지는 않았지만, 전술한 도 4에서와 같이, 상기 제2 반도체층(313)의 상면에 제1 투명 전극층(316)이 추가로 형성되고, 상기 제4 반도체층(315)의 하면에 제2 투명 전극층(317)이 추가로 형성될 수도 있다.
상기 전극(309)은 상기 기판형 태양 전지(310)의 일면, 예로서 상면 상에 형성되어 있다. 상기 전극(309)은 태양광이 태양 전지 내부로 진입할 수 있도록 소정 패턴으로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 페로브스카이트 태양 전지(320)의 제1 도전성 전하 전달층(302)이 단위셀의 하부전극으로 기능하고, 상기 전극(309)이 단위셀의 상부전극으로 기능할 수 있다.
상기 연결 라인(340)은 상기 페로브스카이트 태양 전지(320), 버퍼층(330), 기판형 태양 전지(310), 및 전극(309)의 조합으로 이루어진 복수의 단위셀 사이를 직렬로 연결하는 역할을 한다.
상기 연결 라인(340)은 하나의 단위셀의 제1 도전성 전하 전달층(302) 및 그와 인접하는 다른 단위셀의 전극(309) 사이를 전기적으로 연결하며, 그에 따라, 상기 연결 라인(340)은 서로 인접하는 단위셀 사이 영역에 구비된다.
상기 봉지층(400)은 상기 태양 전지층(300)의 일면, 예로서 상면 상에 형성된다. 전술한 실시예와 마찬가지로, 상기 봉지층(400)은 상기 태양 전지층(300)의 상면 전체를 덮도록 형성됨과 더불어 외부로 노출된 상기 배리어층(200)의 상면도 덮도록 형성된다.
상기 봉지층(400)은 단위셀의 측면을 덮도록 형성됨으로써 단위셀의 측면을 통해서 외부의 수분이나 산소가 단위셀 내부로 침투하는 것이 방지될 수 있다. 구체적으로, 상기 봉지층(400)은 최외곽 단위셀의 측면을 덮고, 그와 더불어 인접하는 두 개의 단위셀 사이 영역을 채우도록 형성됨으로써, 모든 단위셀의 측면을 덮도록 형성될 수 있다.
따라서, 상기 봉지층(400)은 상기 기판형 태양 전지(310)의 측면을 덮도록 형성되며, 구체적으로, 상기 반도체 기판(311), 제1 반도체층(312), 제2 반도체층(313), 제3 반도체층(314), 및 제4 반도체층(315) 각각의 측면을 덮도록 형성된다. 또한, 상기 봉지층(400)은 상기 페로브스카이트 태양 전지(320)의 측면을 덮도록 형성되며, 구체적으로, 상기 제1 도전성 전하 전달층(302), 광흡수층(303), 및 제2 도전성 전하 전달층(304) 각각의 측면을 덮도록 형성된다. 또한, 상기 봉지층(400)은 버퍼층(320)의 측면을 덮도록 형성된다. 또한, 상기 봉지층(400)은 인접하는 두 개의 단위셀 사이 영역에 구비된 상기 연결 라인(340)과 접하도록 형성된다. 특히, 상기 봉지층(400)은 상기 콘택부(C)를 채우도록 형성된다. 또한, 상기 봉지층(400)이 상기 분리부(P)를 채워도록 형성될 수 있다.
상기 봉지층(400)은 구체적으로 도시하지는 않았지만, 전술한 실시예와 마찬가지로 제1 봉지층(410) 및 제2 봉지층(420)을 포함하여 이루어질 수 있으며, 이때, 상기 제1 봉지층(410)은 상기 태양 전지층(300) 상에서 상기 태양 전지층(300)과 접하도록 형성되고, 상기 제2 봉지층(420)은 상기 제1 봉지층(410) 상에 형성되며 상기 태양 전지층(300)과는 접하지 않을 수 있다. 상기 제1 봉지층(410) 및 제2 봉지층(420) 각각은 두 개의 단위셀 사이 영역을 채우도록 형성되며, 각각의 구체적인 구성은 전술한 실시예와 동일하므로 반복 설명은 생략하기로 한다.
상기 보호층(500)은 상기 봉지층(400)의 일면, 예로서 상면 상에 형성된다. 상기 보호층(500)은 상기 봉지층(400)의 상면 전체를 덮도록 형성될 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정도로서, 이는 전술한 도 7에 따른 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다. 따라서, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 8a에서 알 수 있듯이, 기판(100)의 일면, 예로서 상면 상에 배리어층(200)을 형성하고, 상기 배리어층(200)의 일면, 예로서 상면 상에 태양 전지층(300)을 형성한다.
상기 태양 전지층(300)은 페로브스카이트 태양 전지(320)를 형성하고, 상기 페로브스카이트 태양 전지(320) 상에 버퍼층(330)을 형성하고, 상기 버퍼층(330) 상에 기판형 태양 전지(310)를 형성하고, 상기 기판형 태양 전지(310) 상에 전극(309)을 형성하고, 하나의 단위셀의 제1 도전성 전하 전달층(302)과 다른 하나의 단위셀의 전극(309)을 연결 라인(340)으로 연결하는 공정을 통해 형성할 수 있다.
상기 페로브스카이트 태양 전지(320)는 상기 배리어층(200) 상에 제1 도전성 전하 전달층(302), 광흡수층(303) 및 제2 도전성 전하 전달층(304)을 차례로 형성하고, 1차 스크라이빙 공정을 통해서 분리부(P)를 형성하고, 2차 스크라이빙 공정을 통해 콘택부(C)를 형성하는 공정을 통해 형성할 수 있다.
상기 버퍼층(330)은 상기 페로브스카이트 태양 전지(320) 상에 복수의 홀을 구비한 필름(331)을 형성하고 상기 복수의 홀 내부에 도전층(332)을 채우는 공정을 통해 형성할 수 있다.
상기 기판형 태양 전지(310)는 반도체 기판(311)의 상면 상에 제1 반도체층(312)을 형성하고, 상기 제1 반도체층(312)의 상면 상에 제2 반도체층(313)을 형성하고, 상기 반도체 기판(311)의 하면 상에 제3 반도체층(314)을 형성하고, 상기 제3 반도체층(314)의 하면 상에 제4 반도체층(315)을 형성하는 공정을 통해 형성할 수 있으며, 형성된 상기 기판형 태양 전지(310)는 상기 버퍼층(330) 상에 적층될 수 있다.
다음, 도 8b에서 알 수 있듯이, 상기 태양 전지층(300)의 일면 상에, 예로서 상면 상에 봉지층(400)을 형성한다.
다음, 도 8c에서 알 수 있듯이, 상기 봉지층(400)의 일면 상에, 예로서 상면 상에 보호층(500)을 형성한다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정도로서, 이는 전술한 도 7에 따른 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다. 따라서, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 9a에서 알 수 있듯이, 기판(100)의 일면, 예로서 상면 상에 배리어층(200)을 형성하고, 상기 배리어층(200)의 일면, 예로서 상면 상에 태양 전지층(300)을 형성한다.
도 9a 공정은 전술한 도 8a 공정과 동일하므로 반복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 9b에서 알 수 있듯이, 보호층(500)의 일면 상에 봉지층(400)을 형성한다. 구체적으로 도시하지는 않았지만, 전술한 도 3b에서와 동일하게 보호층(500)의 일면 상에 제2 봉지층(420)을 형성하고, 상기 제2 봉지층(420)의 일면 상에 제1 봉지층(410)을 형성함으로써, 상기 보호층(500)의 일면 상에 봉지층(400)을 형성할 수 있다.
다음, 도 9c에서 알 수 있듯이, 상기 봉지층(400)을 상기 태양 전지층(300)과 접하도록 하면서 상기 봉지층(400)과 상기 보호층(500)을 상기 태양 전지층(300)의 상면에 가압 적층하여 도 4과 같은 태양 전지를 완성한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 기판 200: 배리어층
300: 태양 전지층 301, 305: 제1, 제2 전극
310: 기판형 태양 전지 311: 반도체 기판
312, 313, 314, 315: 제1, 제2, 제3, 제4 반도체층
316, 317: 제1, 제2 투명 전극층
320: 페로브스카이트 태양 전지
302: 제1 도전성 전하 전달층 303: 광흡수층
304: 제2 도전성 전하 전달층 330: 버퍼층
331: 필름 332: 도전층
340: 연결 라인 400: 봉지층
410, 420: 제1, 제2 봉지층 500: 보호층

Claims (15)

  1. 기판 상에 구비된 태양 전지층; 및
    상기 태양 전지층 상에 구비된 봉지층을 포함하여 이루어지고,
    상기 봉지층은 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화물 또는 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화 질화물을 포함하여 이루어지고,
    상기 금속 산화물 또는 금속 산화 질화물은 W, Nb, 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하여 이루어진 태양 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 봉지층은 상기 태양 전지층과 접하는 제1 봉지층 및 상기 제1 봉지층 상에 형성되며 상기 태양 전지층과 접하지 않는 제2 봉지층을 포함하여 이루어지고,
    상기 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화물 또는 상기 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화 질화물은 상기 제2 봉지층 내에 포함되고, 상기 제1 봉지층은 절연 물질로 이루어진 태양 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 봉지층은 서로 상이한 물질의 복수의 층으로 이루어진 태양 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도펀트 물질은 상기 금속 산화물 또는 상기 금속 산화 질화물 내에서 산화물을 형성시킬 수 있는 물질을 포함하여 이루어지고,
    상기 도펀트 물질의 산화물의 굴절율이 상기 금속 산화물의 굴절율 또는 상기 금속 질화물의 굴절율보다 낮은 태양 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 태양 전지층은 기판형 태양 전지 및 페로브스카이트 태양 전지를 포함하는 태양 전지.
  6. 기판 상에 구비된 태양 전지층; 및
    상기 태양 전지층 상에 구비된 봉지층을 포함하여 이루어지고,
    상기 태양 전지층은 직렬로 연결된 복수의 단위셀을 포함하여 이루어지고,
    상기 봉지층은 상기 태양 전지층과 접하는 제1 봉지층 및 상기 태양 전지층과 접하지 않으면서 상기 제1 봉지층 상에 구비된 제2 봉지층을 포함하여 이루어지고,
    상기 제1 봉지층과 상기 제2 봉지층은 서로 인접하는 두 개의 단위셀 사이 영역을 채우도록 구비된 태양 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 태양 전지층은 제1 분리부를 사이에 두고 이격된 복수의 제1 전극, 상기 복수의 제1 전극 상에 구비되며 콘택부 및 제2 분리부를 사이에 두고 이격된 복수의 페로브스카이트 태양 전지, 및 상기 복수의 페로브스카이트 태양 전지 상에 구비되며 상기 콘택부를 통해 상기 제1 전극과 연결되는 복수의 제2 전극을 포함하여 이루어지고,
    상기 제1 봉지층과 상기 제2 봉지층은 상기 제2 분리부 내부를 채우도록 구비된 태양 전지.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 태양 전지층은 기판형 태양 전지, 상기 기판형 태양 전지 상에 구비된 페로브스카이트 태양 전지, 상기 기판형 태양 전지의 하면에 구비된 제1 전극, 및 상기 페로브스카이트 태양 전지의 상면에 구비된 제2 전극, 및 하나의 단위셀 내의 상기 제1 전극과 다른 하나의 단위셀 내의 상기 제2 전극 사이를 연결하는 연결 라인을 포함하여 이루어지고,
    상기 제1 봉지층과 상기 제2 봉지층은 상기 연결 라인과 접하는 태양 전지.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 태양 전지층은 콘택부를 구비한 페로브스카이트 태양 전지, 상기 페로브스카이트 태양 전지 상에 구비되며 복수의 홀을 구비한 필름 및 상기 복수의 홀 내에 채워진 도전층을 포함하여 이루어진 버퍼층, 상기 버퍼층 상에 구비된 기판형 태양 전지, 상기 기판형 태양 전지 상에 구비된 전극, 및 상기 콘택부를 통해서 하나의 단위셀과 다른 하나의 단위셀을 직렬로 연결하는 연결 라인을 포함하여 이루어지고,
    상기 제1 봉지층과 상기 제2 봉지층은 상기 콘택부를 채우도록 구비된 태양 전지.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 태양 전지층 사이에 구비된 배리어층을 추가로 포함하고,
    상기 봉지층은 상기 태양 전지층에 의해 가려지지 않고 노출된 상기 배리어층의 가장 자리 영역을 덮도록 구비된 태양 전지.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 봉지층 상에 보호층이 추가로 구비된 태양 전지.
  12. 기판 상에 태양 전지층을 형성하는 공정;
    상기 태양 전지층 상에 봉지층을 형성하는 공정; 및
    상기 봉지층 상에 보호층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지고,
    상기 봉지층은 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화물 또는 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화 질화물을 포함하여 이루어지고,
    상기 금속 산화물 또는 금속 산화 질화물은 W, Nb, 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하여 이루어진 태양 전지의 제조 방법.
  13. 기판 상에 태양 전지층을 형성하는 공정;
    보호층의 일면 상에 봉지층을 형성하는 공정; 및
    상기 봉지층을 상기 태양 전지층에 접하도록 하면서 상기 봉지층과 상기 보호층을 상기 태양 전지층의 일면에 가압 적층하는 공정을 포함하여 이루어지고,
    상기 봉지층은 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화물 또는 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화 질화물을 포함하여 이루어지고,
    상기 금속 산화물 또는 금속 산화 질화물은 W, Nb, 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하여 이루어진 태양 전지의 제조 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 봉지층은 상기 태양 전지층과 접하는 제1 봉지층 및 상기 제1 봉지층 상에 형성되며 상기 태양 전지층과 접하지 않는 제2 봉지층을 포함하여 이루어지고,
    상기 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화물 또는 상기 도펀트 물질이 도핑된 금속 산화 질화물은 상기 제2 봉지층 내에 포함되고, 상기 제1 봉지층은 절연 물질로 이루어진 태양 전지의 제조 방법.
  15. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 도펀트 물질은 상기 금속 산화물 또는 상기 금속 산화 질화물 내에서 산화물을 형성시킬 수 있는 물질을 포함하여 이루어지고,
    상기 도펀트 물질의 산화물의 굴절율이 상기 금속 산화물의 굴절율 또는 상기 금속 질화물의 굴절율보다 낮은 태양 전지의 제조 방법.
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