KR20230093775A - 페로브스카이트 태양 전지의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제1 도전성 전하 전달층이 형성된 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 개구 패턴이 구비된 마스크를 위치시키는 단계; 및 상기 기판 및 상기 마스크 상에 페로브스카이트층을 형성하는 단계를 포함하는 페로브스카이트 태양전지 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 페로브스카이트 태양 전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 복수의 단위셀이 직렬로 연결된 페로브스카이트 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 화합물로 이루어진 광흡수층을 포함하여 이루어지며, 종래에는 상기 페로브스카이트 화합물로 이루어진 광흡수층을 주로 용액 공정을 통해 형성하였다.
상기 용액 공정은 소정의 용매에 페로브스카이트 화합물을 녹여 스핀 코팅(Spin coating), 스프레이 코팅(spray coating), 또는 슬롯 다이(Slot Die) 등의 방법으로 액체 상태의 페로브스카이트 화합물을 기판 상에 도포하여 형성하는 공정이다.
한편, 페로브스카이트 태양전지를 제조함에 있어서 효율 향상을 위해서 복수의 단위셀을 직렬로 연결하는 방안이 있는데, 이를 위해서 상기 용액 공정으로 형성한 광흡수층을 패터닝하는 공정 필요하고, 상기 광흡수층을 패터닝하기 위해서 레이저 스크라이빙 공정을 수행하게 되는데, 이 경우 상기 광흡수층을 구성하는 페로브스카이트 화합물에 악영향을 미칠 수 있다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 레이저 스크라이빙 공정을 수행하지 않으면서 페로브스카이트 화합물로 이루어진 광흡수층을 패턴형성함으로써 복수의 단위셀이 직렬로 연결된 페로브스카이트 태양 전지의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 제1 도전성 전하 전달층이 형성된 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 개구 패턴이 구비된 마스크를 위치시키는 단계; 및 상기 기판 및 상기 마스크 상에 페로브스카이트층을 형성하는 단계를 포함하는 페로브스카이트 태양전지 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 개구 패턴이 구비된 마스크를 위치시키는 단계; 및 상기 기판 및 상기 마스크 상에 제1 도전성 전하 전달층과 페로브스카이트층을 형성하는 단계를 포함하는 페로브스카이트 태양전지 제조 방법을 제공한다.
상기 페로브스카이트층을 형성하는 단계는 대기압보다 낮은 압력에서 수행할 수 있다.
상기 기판 상에 개구 패턴이 구비된 마스크를 위치시키는 단계는 상기 기판과 상기 마스크를 정전기력으로 밀착시키는 공정을 포함할 수 있다.
상기 마스크 패턴을 제거하고 상기 기판 상의 페로브스카이트층을 잔존시켜 복수의 단위셀 별로 상기 페로브스카이트층을 분리 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 마스크는 에지부 마스크 패턴, 콘택부 마스크 패턴 및 분리부 마스크 패턴을 포함하여 이루어지고, 상기 에지부 마스크 패턴은 상기 기판의 일측과 타측 끝단에 형성되고, 상기 콘택부 마스크 패턴과 상기 분리부 마스크 패턴은 상기 기판의 중앙측에서 서로 이격되도록 형성될 수 있다.
상기 마스크 패턴을 제거하는 단계 이전에 상기 기판과 상기 마스크 상에 제2 도전성 전하 전달층을 형성하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계시에 상기 기판 상의 제2 도전성 전하 전달층을 잔존시켜 상기 복수의 단위셀 별로 상기 제2 도전성 전하 전달층을 분리 형성할 수 있다.
본 발명은 또한, 기판 상에 제1 마스크를 위치시키고 상기 제1 마스크를 이용하여 복수의 단위셀 별로 분리된 제1 전극층을 형성하는 단계; 상기 제1 전극층 상에 제2 마스크를 위치시키고 상기 제2 마스크를 이용하여 상기 복수의 단위셀 별로 분리된 제1 도전성 전하 전달층, 페로브스카이트 화합물로 이루어진 광흡수층 및 제2 도전성 전하 전달층을 함께 형성하는 단계; 및 상기 제1 전극층 상에 제3 마스크를 위치시키고 상기 제3 마스크를 이용하여 상기 복수의 단위셀 별로 분리된 제2 전극층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법을 제공한다.
상기 제1 마스크는 상기 기판의 일측과 타측 끝단에 형성된 제1 에지부 마스크 패턴 및 상기 기판의 중앙측에 형성된 제1 분리부 마스크 패턴을 포함하여 이루어지고, 상기 제2 마스크는 상기 기판의 일측과 타측 끝단에 형성된 제2 에지부 마스크 패턴, 및 상기 기판의 중앙측에 서로 이격되도록 형성된 제2 콘택부 마스크 패턴 및 제2 분리부 마스크 패턴을 포함하여 이루어지고, 상기 제3 마스크는 상기 기판의 일측과 타측 끝단에 형성된 제3 에지부 마스크 패턴 및 상기 기판의 중앙측에 형성된 제3 분리부 마스크 패턴을 포함하여 이루어질 수 있다.
복수 개의 상기 제1 전극층은 제1 분리부를 사이에 두고 분리되어 있고, 복수 개의 상기 제2 전극층은 제2 분리부를 사이에 두고 분리되어 있고, 하나의 단위셀 내의 상기 제2 전극층은 그와 이웃하는 다른 하나의 단위셀 내의 상기 제1 전극층과 콘택부를 통해 연결되어 있고, 상기 제1 분리부 마스크 패턴은 상기 제1 분리부에 대응되고, 상기 제2 분리부 마스크 패턴 및 상기 제3 분리부 마스크 패턴은 상기 제2 분리부에 대응되고, 상기 제2 콘택부 마스크 패턴은 상기 콘택부에 대응될 수 있다.
상기 제1 에지부 마스크 패턴에 대응되는 영역에는 쇼트 방지를 위한 제3 분리부가 구비될 수 있다.
상기 제2 에지부 마스크 패턴 및 상기 제3 에지부 마스크 패턴은 최외곽에 구비되는 상기 제1 전극층의 일 부분과 중첩되도록 형성되고, 상기 최외곽에 구비되는 상기 제1 전극층의 일 부분과 중첩되는 영역에는 제1 단자가 형성될 수 있다.
상기 제2 콘택부 마스크 패턴 및 상기 제2 에지부 마스크 패턴은 최외곽에 위치하는 하나의 상기 제1 전극층을 제외한 나머지 상기 제1 전극층 상에 각각 형성될 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 쉐도우 마스크와 같은 마스크를 이용하여 페로브스카이트 화합물로 이루어진 광흡수층을 패턴형성함으로써 레이저 스크라이빙 공정 없이도 복수의 단위셀이 직렬로 연결된 페로브스카이트 태양 전지를 얻을 수 있다.
도 1a 내지 도 1j는 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양 전지의 개략적인 제조 공정 단면도이다.
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 1a 내지 도 1j는 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양 전지의 개략적인 제조 공정 단면도이다.
우선, 도 1a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 상에 배리어층(200)을 형성하고, 상기 배리어층(200) 상에 제1 마스크(M11, M12)를 위치시킨다.
상기 배리어층(200)의 형성 공정은 상기 기판(100)을 박막 증착 챔버 내에 위치시킨 후 상기 박막 증착 챔버 내에서 대기압보다 낮은 압력에서 수행할 수 있다. 상기 제1 마스크(M11, M12)를 위치시키는 공정도 상기 박막 증착 챔버 내에서 수행할 수 있다. 이때, 상기 제1 마스크(M11, M12)를 위치시키는 공정은 상기 기판(100)과 상기 제1 마스크(M11, M12)를 정전기력으로 밀착시키는 공정을 포함할 수 있다.
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 후속 공정에서 상기 기판(100)의 위쪽으로 확산되는 것을 방지하는 역할을 함과 더불어 외부의 수분이나 산소가 상기 기판(100)을 통해서 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, CVD(Chemical Vapor Deposition) 또는 ALD(Atomic Layer Deposition) 등과 같은 당업계에 공지된 다양한 박막 증착 공정을 통해 형성될 수 있다. 다만, 상기 배리어층(200)은 생략될 수도 있다.
상기 제1 마스크(M11, M12)는 상기 배리어층(200)의 일면, 예로서 상면 상에 위치된다.
상기 제1 마스크(M11, M12)는 제1 에지부 마스크 패턴(M11) 및 제1 분리부 마스크 패턴(M12)을 포함하여 이루어진다. 상기 제1 에지부 마스크 패턴(M11) 및 제1 분리부 마스크 패턴(M12)이 구비되지 않은 부분이 상기 제1 마스크(M11, M12)의 개구 패턴이 된다.
상기 제1 에지부 마스크 패턴(M11)은 상기 기판(100) 또는 상기 배리어층(200)의 일측과 타측 끝단에 대응하도록 형성된다. 상기 제1 분리부 마스크 패턴(M12)은 상기 일측의 제1 에지부 마스크 패턴(M11)과 상기 타측의 제1 에지부 마스크 패턴(M11) 사이, 즉, 상기 기판(100) 또는 상기 배리어층(200)의 중앙 측에서 소정 간격을 가지면서 복수 개가 형성된다. 상기 제1 에지부 마스크 패턴(M11)의 폭은 상기 제1 분리부 마스크 패턴(M12)의 폭보다 크게 형성될 수 있다.
상기 제1 마스크(M11, M12)는 당업계에 공지된 쉐도우 마스크(Shadow Mask)를 이용할 수 있다.
다음, 도 1b에서 알 수 있듯이, 상기 기판(100) 또는 상기 배리어층(200)의 일면, 예로서 상면 상에 제1 전극층(300)을 형성한다.
상기 제1 전극층(300)의 형성 공정은 상기 박막 증착 챔버 내에서 대기압보다 낮은 압력에서 수행할 수 있다.
상기 제1 전극층(300)은 금속 산화물과 같은 투명한 도전 물질로 이루어질 수 있다. 상기 제1 전극층(300)은 MOCVD(MetalOrganic Chemical Vapor Deposition), ALD 등과 같은 당업계에 공지된 다양한 박막 증착 공정을 통해 형성할 수 있다.
상기 제1 전극층(300)은 상기 기판(100) 또는 상기 배리어층(200)의 상면에 형성됨과 더불어 상기 제1 마스크 패턴(M11, M12)의 상면, 구체적으로 상기 제1 에지부 마스크 패턴(M11)의 상면 및 상기 제1 분리부 마스크 패턴(M12)의 상면에도 형성된다.
다음, 도 1c에서 알 수 있듯이, 상기 제1 마스크(M11, M12)를 상기 기판(100) 또는 상기 배리어층(200)의 일면에서부터 제거한다. 그리하면, 상기 제1 마스크(M11, M12)의 상면에 형성된 상기 제1 전극층(300)도 함께 제거되며, 그에 따라 상기 기판(100) 또는 상기 배리어층(200)의 상면에 형성된 상기 제1 전극층(300) 만이 잔존하게 된다. 결국, 복수의 단위셀 별로 제1 분리부(P1)를 사이에 두고 서로 이격되는 상기 제1 전극층(300)이 얻어진다. 상기 제1 분리부(P1)의 패턴은 상기 제1 분리부 마스크 패턴(M12)에 대응하며, 상기 제1 분리부(P1)에서는 상기 제1 전극층(300)이 구비되지 않아서 상기 기판(100) 또는 상기 배리어층(200)의 상면이 노출될 수 있다.
이때, 상기 제1 에지부 마스크 패턴(M11)에 대응되는 영역인 상기 기판(100) 또는 상기 배리어층(200)의 일측 및 타측 끝단에도 상기 제1 전극층(300)이 구비되지 않게 된다. 즉, 상기 일측 및 타측의 최외곽에 위치하는 제1 전극층(300)의 끝단은 상기 기판(100) 또는 상기 배리어층(200)의 끝단보다 안쪽에 위치한다. 따라서, 상기 제1 에지부 마스크 패턴(M11)에 대응되는 영역에 후술하는 제3 분리부(도 1j의 P3) 영역이 마련될 수 있어서 태양 전지의 구성요소와 외부의 다른 구성사이의 쇼트 문제가 방지될 수 있다.
다음, 도 1d에서 알 수 있듯이, 상기 제1 전극층(300)의 일면, 예로서 상면 상에 제2 마스크(M21, M22, M23)를 위치시킨다.
상기 제2 마스크(M21, M22, M23)를 위치시키는 공정은 상기 박막 증착 챔버 내에서 수행할 수 있다. 이때, 상기 제2 마스크(M21, M22, M23)를 위치시키는 공정은 상기 기판(100)과 상기 제2 마스크(M21, M22, M23)를 정전기력으로 밀착시키는 공정을 포함할 수 있다.
상기 제2 마스크(M21, M22, M23)는 제2 에지부 마스크 패턴(M21), 제2 콘택부 마스크 패턴(M22), 및 제2 분리부 마스크 패턴(M23)을 포함하여 이루어진다. 상기 제2 에지부 마스크 패턴(M21), 제2 콘택부 마스크 패턴(M22), 및 제2 분리부 마스크 패턴(M23)이 구비되지 않은 부분이 상기 제2 마스크(M21, M22, M23)의 개구 패턴이 된다.
상기 제2 에지부 마스크 패턴(M21)은 상기 기판(100) 또는 상기 배리어층(200)의 일측과 타측 끝단에 대응하도록 형성되며, 특히 상기 일측과 타측의 최외곽에 위치하는 제1 전극층(300)의 일 부분과 중첩되도록 형성된다. 상기 제2 에지부 마스크 패턴(M21)은 전술한 제1 에지부 마스크 패턴(M11)과 상이한 패턴으로 형성되며, 특히, 상기 제1 에지부 마스크 패턴(M11)보다 넓은 폭을 가지도록 형성된다.
상기 제2 콘택부 마스크 패턴(M22) 및 상기 제2 분리부 마스크 패턴(M23)은 일측의 최외곽에 위치하는 하나의 제1 전극층(300)을 제외한 나머지 모든 제1 전극층(300) 상에 각각 형성될 수 있다. 상기 제2 콘택부 마스크 패턴(M22) 및 상기 제2 분리부 마스크 패턴(M23)은 서로 소정 간격을 가지도록 형성된다.
상기 제2 에지부 마스크 패턴(M21)의 폭은 상기 제2 콘택부 마스크 패턴(M22)의 폭 및 상기 제2 분리부 마스크 패턴(M23)의 폭보다 크게 형성될 수 있다.
상기 제2 마스크(M21, M22, M23)는 당업계에 공지된 쉐도우 마스크(Shadow Mask)를 이용할 수 있다.
다음, 도 1e에서 알 수 있듯이, 상기 제1 전극층(300)의 일면, 예로서 상면 상에 제1 도전성 전하 전달층(400), 광흡수층(500), 및 제2 도전성 전하 전달층(600)을 차례로 형성한다. 즉, 상기 제1 전극층(300)의 상면 상에 제1 도전성 전하 전달층(400)을 형성하고, 상기 제1 도전성 전하 전달층(400)의 상면 상에 광흡수층(500)을 형성하고, 상기 광흡수층(500) 상에 상기 제2 도전성 전하 전달층(600)을 형성한다. 이때, 상기 제1 도전성 전하 전달층(400)은 상기 제1 분리부(P1)를 통해서 상기 배리어층(200) 또는 상기 기판(100)의 상면과 접할 수 있다.
상기 제1 도전성 전하 전달층(400), 광흡수층(500), 및 제2 도전성 전하 전달층(600)의 형성 공정 각각은 상기 박막 증착 챔버 내에서 대기압보다 낮은 압력에서 수행할 수 있다.
상기 제1 도전성 전하 전달층(400), 광흡수층(500), 및 제2 도전성 전하 전달층(600)은 상기 제2 마스크(M21, M22, M23)의 상면 상에도 형성된다. 즉, 상기 제1 도전성 전하 전달층(400), 광흡수층(500), 및 제2 도전성 전하 전달층(600)은 상기 제2 에지부 마스크 패턴(M21)의 상면, 상기 제2 콘택부 마스크 패턴(M22)의 상면, 및 상기 제2 분리부 마스크 패턴(M23)의 상면 상에도 형성된다.
이때, 상기 제1 도전성 전하 전달층(400), 광흡수층(500), 및 제2 도전성 전하 전달층(600)의 전체 두께의 합은 상기 제2 마스크 패턴(M21, M22, M23)의 두께와 같거나 그보다 작을 수 있다.
상기 제1 도전성 전하 전달층(400)은 전자 전달층으로 이루어지고, 상기 광흡수층(500)은 페로브스카이트(Perovskite)층으로 이루어지고, 상기 제2 도전성 전하 전달층(600)은 정공 전달층으로 이루어질 수 있다.
또는, 상기 제1 도전성 전하 전달층(400)은 정공 전달층으로 이루어지고, 상기 광흡수층(500)은 페로브스카이트(Perovskite)층으로 이루어지고, 상기 제2 도전성 전하 전달층(600)은 전자 전달층으로 이루어질 수 있다.
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 제1 도전성 전하 전달층(400), 상기 광흡수층(500), 및 상기 제2 도전성 전하 전달층(600) 각각은 CVD(Chemical Vapor Deposition) 또는 ALD(Atomic Layer Deposition) 등과 같은 당업계에 공지된 다양한 박막 증착 공정을 통해 형성될 수 있다.
다음, 도 1f에서 알 수 있듯이, 상기 제2 마스크(M21, M22, M23)를 상기 제1 전극층(300)의 일면에서부터 제거한다. 그리하면, 상기 제2 마스크(M21, M22, M23)의 상면에 형성된 상기 제1 도전성 전하 전달층(400), 상기 광흡수층(500), 및 상기 제2 도전성 전하 전달층(600)도 함께 제거되며, 그에 따라 상기 제1 전극층(300)의 상면에 형성된 상기 제1 도전성 전하 전달층(400), 상기 광흡수층(500), 및 상기 제2 도전성 전하 전달층(600)이 잔존하게 된다.
결국, 복수의 단위셀 별로 콘택부(P2) 및 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 서로 이격되는 상기 제1 도전성 전하 전달층(400), 상기 광흡수층(500), 및 상기 제2 도전성 전하 전달층(600) 각각이 얻어진다. 상기 콘택부(P2)의 패턴은 상기 제2 콘택부 마스크 패턴(M22)에 대응하며, 상기 제2 분리부(P3)의 패턴은 상기 제2 분리부 마스크 패턴(M23)에 대응하며, 상기 콘택부(P2) 및 제2 분리부(P3)에서는 상기 제1 전극층(300)의 상면이 노출될 수 있다.
이때, 상기 기판(100) 또는 상기 배리어층(200)의 일측 및 타측 끝단에 상기 제1 도전성 전하 전달층(400), 상기 광흡수층(500), 및 상기 제2 도전성 전하 전달층(600)이 구비되지 않게 되고, 또한, 최외곽의 상기 제1 전극층(300)의 끝단 일 부분 상에도 상기 제1 도전성 전하 전달층(400), 상기 광흡수층(500), 및 상기 제2 도전성 전하 전달층(600)이 구비되지 않게 된다. 그에 따라, 상기 일측 및 타측의 최외곽에 위치하는 상기 제1 도전성 전하 전달층(400), 상기 광흡수층(500), 및 상기 제2 도전성 전하 전달층(600)의 끝단은 상기 일측 및 타측의 최외곽에 위치하는 상기 제1 전극층(300)의 끝단보다 안쪽에 위치하게 되어, 상기 일측 및 타측의 최외곽에 위치하는 상기 제1 전극층(300)의 끝단 일 부분이 외부로 노출된다.
도 1f 공정으로 얻어진 상기 제1 도전성 전하 전달층(400)은 상기 제1 전극층(300)의 상면 상에 형성되며, 상기 제1 분리부(P1)를 채우도록 형성되고, 상기 제1 도전성 전하 전달층(400)의 하면은 상기 배리어층(200)의 상면과 접할 수 있다. 또한, 복수의 제1 도전성 전하 전달층(400)은 콘택부(P2) 및 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 이격될 수 있다. 전술한 바와 같이, 최외곽에 위치하는 제1 도전성 전하 전달층(400)의 끝단은 최외곽에 위치하는 제1 전극층(300)의 끝단보다 안쪽에 위치할 수 있으며, 그에 따라 최외곽에 위치하는 제1 전극층(300)의 끝단은 외부로 노출될 수 있다.
도 1f 공정으로 얻어진 상기 광흡수층(500)과 상기 제2 도전성 전하 전달층(600)은 도 1f 공정으로 얻어진 상기 제1 도전성 전하 전달층(400)과 동일한 패턴으로 형성될 수 있다.
다음, 도 1g에서 알 수 있듯이, 상기 제1 전극층(300)의 일면, 예로서 상면 상에 제3 마스크(M31, M32)를 위치시킨다.
상기 제3 마스크(M31, M32)를 위치시키는 공정은 상기 박막 증착 챔버 내에서 수행할 수 있다. 이때, 상기 제3 마스크(M31, M32)를 위치시키는 공정은 상기 기판(100)과 상기 제3 마스크(M31, M32)를 정전기력으로 밀착시키는 공정을 포함할 수 있다.
상기 제3 마스크(M31, M32)는 제3 에지부 마스크 패턴(M31) 및 제3 분리부 마스크 패턴(M32)을 포함하여 이루어진다. 상기 제3 에지부 마스크 패턴(M31) 및 제3 분리부 마스크 패턴(M32)이 구비되지 않은 영역이 상기 제3 마스크(M31, M32)의 개구 패턴이 된다.
상기 제3 에지부 마스크 패턴(M31)은 상기 기판(100) 또는 상기 배리어층(200)의 일측과 타측 끝단에 대응하도록 형성되며, 특히 상기 일측과 타측의 최외곽에 위치하는 제1 전극층(300)의 끝단 일 부분과 중첩되도록 형성된다. 상기 제3 에지부 마스크 패턴(M31)은 상기 제2 에지부 마스크 패턴(M21)과 동일한 위치에 동일한 패턴으로 형성될 수 있다. 다만, 상기 제3 에지부 마스크 패턴(M31)의 두께가 상기 제2 에지부 마스크 패턴(M21)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다.
상기 제3 분리부 마스크 패턴(M32)은 일측의 최외곽에 위치하는 하나의 제1 전극층(300)을 제외한 나머지 모든 제1 전극층(300) 상에 각각 형성될 수 있다. 상기 제3 분리부 마스크 패턴(M32)은 상기 제2 분리부(P3)를 채우도록 형성되며, 특히, 전술한 제2 분리부 마스크 패턴(M23)과 동일한 위치에 동일한 패턴으로 형성될 수 있다. 다만, 상기 제3 분리부 마스크 패턴(M32)의 두께가 상기 제2 분리부 마스크 패턴(M23)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다.
상기 제3 에지부 마스크 패턴(M31)의 폭은 상기 제3 분리부 마스크 패턴(M32)의 폭보다 크게 형성될 수 있다.
상기 제3 마스크(M31, M32)는 당업계에 공지된 쉐도우 마스크(Shadow Mask)를 이용할 수 있다.
다음, 도 1h에서 알 수 있듯이, 상기 제2 도전성 전하 전달층(600)의 일면, 예로서 상면 상에 제2 전극층(700)을 형성한다. 이때, 상기 제2 전극층(700)은 상기 콘택부(P2)를 통해서 상기 제1 전극층(300)과 접할 수 있다.
상기 제2 전극층(700)의 형성 공정은 상기 박막 증착 챔버 내에서 대기압보다 낮은 압력에서 수행할 수 있다.
상기 제2 전극층(700)은 상기 제3 마스크(M31, M32)의 상면 상에도 형성된다. 즉, 상기 제2 전극층(700)은 상기 제3 에지부 마스크 패턴(M31)의 상면 및 제3 분리부 마스크 패턴(M32)의 상면 상에도 형성된다.
상기 제2 전극층(700)은 MOCVD 또는 ALD 등과 같은 당업계에 공지된 다양한 박막 증착 공정을 통해 형성될 수 있다.
다음, 도 1i에서 알 수 있듯이, 상기 제3 마스크(M31, M32)를 상기 제1 전극층(300)의 일면에서부터 제거한다. 그리하면, 상기 제3 마스크(M31, M32)의 상면에 형성된 상기 제2 전극층(700)도 함께 제거되며, 그에 따라 상기 제2 도전성 전하 전달층(600)의 상면 및 상기 콘택부(P2) 내부에 형성된 상기 제2 전극층(700) 만이 잔존하게 된다.
결국, 복수의 단위셀 별로 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 서로 이격되는 상기 제2 전극층(700)이 얻어진다. 이때, 하나의 단위셀의 제2 전극층(700)은 상기 콘택부(P2)를 통해서 그와 이웃하는 다른 하나의 단위셀의 제1 전극층(300)과 전기적으로 연결되며, 그에 따라 복수의 단위셀이 서로 직렬로 연결된다.
상기 복수의 단위셀 각각은 상기 제1 전극층(300), 상기 제1 도전성 전하 전달층(400), 상기 광흡수층(500), 상기 제2 도전성 전하 전달층(600), 및 상기 제2 전극층(700)의 조합으로 이루어진다.
상기 제2 분리부(P3)의 패턴은 상기 제3 분리부 마스크 패턴(M32)에 대응하며, 상기 제2 분리부(P3)에서는 상기 제1 전극층(300)의 상면이 노출될 수 있다.
이때, 상기 기판(100) 또는 상기 배리어층(200)의 일측 및 타측 끝단에 상기 제2 전극층(700)이 구비되지 않게 되고, 또한, 최외곽의 상기 제1 전극층(300)의 끝단 일 부분 상에도 상기 제2 전극층(700)이 구비되지 않게 된다. 그에 따라, 상기 일측 및 타측의 최외곽에 위치하는 상기 제2 전극층(700)의 끝단은 상기 일측 및 타측의 최외곽에 위치하는 상기 제1 전극층(300)의 끝단보다 안쪽에 위치하게 되어, 상기 일측 및 타측의 최외곽에 위치하는 상기 제1 전극층(300)의 끝단 일 부분이 외부로 노출된다.
일측 및 타측 최외곽에 위치하는 상기 제2 전극층(700)의 끝단은 일측 및 타측 최외곽에 위치하는 상기 제2 도전성 전하 전달층(600)의 끝단과 일치하도록 패턴 형성될 수 있다.
다음, 도 1j에서 알 수 있듯이, 일측의 최외곽에 위치하는 상기 제1 전극층(300) 상에 제1 단자(800a)를 형성하고, 타측의 최외곽에 위치하는 상기 제2 전극층(700) 상에 제2 단자(800b)를 형성한다.
상기 제1 단자(800a)가 형성되는 영역은 전술한 상기 제2 에지부 마스크 패턴(M21) 및 상기 제3 에지부 마스크 패턴(M31)과 최외곽에 구비되는 상기 제1 전극층(300)의 일 부분이 중첩되는 영역이다.
상기 제1 단자(800a)는 직렬로 연결된 복수의 단위셀의 (+) 단자로 기능할 수 있고, 상기 제2 단자(800b)는 직렬로 연결된 복수의 단위셀의 (-) 단자로 기능할 수 있다.
상기 기판(100) 또는 상기 배리어층(200)의 일측 및 타측 끝단은 외부로 노출되어 제3 분리부(P4)를 구성하게 된다. 상기 제3 분리부(P4)에 의해서 태양 전지의 최외곽 단위셀과 외부의 다른 구성 사이의 쇼트 발생이 방지될 수 있다.
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: 제1 전극층 400: 제1 도전성 전하 전달층
500: 광흡수층 600: 제2 도전성 전하 전달층
700: 제2 전극층 800a, 880b: 제1, 제2 단자
300: 제1 전극층 400: 제1 도전성 전하 전달층
500: 광흡수층 600: 제2 도전성 전하 전달층
700: 제2 전극층 800a, 880b: 제1, 제2 단자
Claims (13)
- 제1 도전성 전하 전달층이 형성된 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에 개구 패턴이 구비된 마스크를 위치시키는 단계; 및
상기 기판 및 상기 마스크 상에 페로브스카이트층을 형성하는 단계를 포함하는 페로브스카이트 태양전지 제조 방법. - 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에 개구 패턴이 구비된 마스크를 위치시키는 단계; 및
상기 기판 및 상기 마스크 상에 제1 도전성 전하 전달층과 페로브스카이트층을 형성하는 단계를 포함하는 페로브스카이트 태양전지 제조 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 페로브스카이트층을 형성하는 단계는 대기압보다 낮은 압력에서 수행하는 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 태양전지 제조 방법. - 제3항에 있어서,
상기 기판 상에 개구 패턴이 구비된 마스크를 위치시키는 단계는 상기 기판과 상기 마스크를 정전기력으로 밀착시키는 공정을 포함하는 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 마스크 패턴을 제거하고 상기 기판 상의 페로브스카이트층을 잔존시켜 복수의 단위셀 별로 상기 페로브스카이트층을 분리 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 마스크는 에지부 마스크 패턴, 콘택부 마스크 패턴 및 분리부 마스크 패턴을 포함하여 이루어지고,
상기 에지부 마스크 패턴은 상기 기판의 일측과 타측 끝단에 형성되고,
상기 콘택부 마스크 패턴과 상기 분리부 마스크 패턴은 상기 기판의 중앙측에서 서로 이격되도록 형성되는 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법. - 제5항에 있어서,
상기 마스크 패턴을 제거하는 단계 이전에 상기 기판과 상기 마스크 상에 제2 도전성 전하 전달층을 형성하는 단계를 추가로 포함하고,
상기 마스크 패턴을 제거하는 단계시에 상기 기판 상의 제2 도전성 전하 전달층을 잔존시켜 상기 복수의 단위셀 별로 상기 제2 도전성 전하 전달층을 분리 형성하는 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법. - 기판 상에 제1 마스크를 위치시키고 상기 제1 마스크를 이용하여 복수의 단위셀 별로 분리된 제1 전극층을 형성하는 단계;
상기 제1 전극층 상에 제2 마스크를 위치시키고 상기 제2 마스크를 이용하여 상기 복수의 단위셀 별로 분리된 제1 도전성 전하 전달층, 페로브스카이트 화합물로 이루어진 광흡수층 및 제2 도전성 전하 전달층을 함께 형성하는 단계; 및
상기 제1 전극층 상에 제3 마스크를 위치시키고 상기 제3 마스크를 이용하여 상기 복수의 단위셀 별로 분리된 제2 전극층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법. - 제8항에 있어서,
상기 제1 마스크는 상기 기판의 일측과 타측 끝단에 형성된 제1 에지부 마스크 패턴 및 상기 기판의 중앙측에 형성된 제1 분리부 마스크 패턴을 포함하여 이루어지고,
상기 제2 마스크는 상기 기판의 일측과 타측 끝단에 형성된 제2 에지부 마스크 패턴, 및 상기 기판의 중앙측에 서로 이격되도록 형성된 제2 콘택부 마스크 패턴 및 제2 분리부 마스크 패턴을 포함하여 이루어지고,
상기 제3 마스크는 상기 기판의 일측과 타측 끝단에 형성된 제3 에지부 마스크 패턴 및 상기 기판의 중앙측에 형성된 제3 분리부 마스크 패턴을 포함하여 이루어진 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법. - 제9항에 있어서,
복수 개의 상기 제1 전극층은 제1 분리부를 사이에 두고 분리되어 있고,
복수 개의 상기 제2 전극층은 제2 분리부를 사이에 두고 분리되어 있고,
하나의 단위셀 내의 상기 제2 전극층은 그와 이웃하는 다른 하나의 단위셀 내의 상기 제1 전극층과 콘택부를 통해 연결되어 있고,
상기 제1 분리부 마스크 패턴은 상기 제1 분리부에 대응되고,
상기 제2 분리부 마스크 패턴 및 상기 제3 분리부 마스크 패턴은 상기 제2 분리부에 대응되고,
상기 제2 콘택부 마스크 패턴은 상기 콘택부에 대응되는 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법. - 제9항에 있어서,
상기 제1 에지부 마스크 패턴에 대응되는 영역에는 쇼트 방지를 위한 제3 분리부가 구비되는 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법. - 제9항에 있어서,
상기 제2 에지부 마스크 패턴 및 상기 제3 에지부 마스크 패턴은 최외곽에 구비되는 상기 제1 전극층의 일 부분과 중첩되도록 형성되고, 상기 최외곽에 구비되는 상기 제1 전극층의 일 부분과 중첩되는 영역에는 제1 단자가 형성되는 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법. - 제9항에 있어서,
상기 제2 콘택부 마스크 패턴 및 상기 제2 에지부 마스크 패턴은 최외곽에 위치하는 하나의 상기 제1 전극층을 제외한 나머지 상기 제1 전극층 상에 각각 형성되는 페로브스카이트 태양전지의 제조 방법.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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