WO2011002232A2 - 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Definitions

  • the embodiment relates to a solar cell and a method of manufacturing the same.
  • CIGS-based solar cells which are pn heterojunction devices having a substrate structure including a glass substrate, a metal back electrode layer, a p-type CIGS-based light absorbing layer, a high resistance buffer layer, an n-type window layer, and the like, are widely used.
  • the front electrode which is a light absorbing layer, a buffer layer, and an n-type window layer, is etched to form a separation pattern in order to divide each unit cell. Particles are generated in the process for the separation pattern, thereby causing defects in the device. By generating a, it causes a failure of the solar cell.
  • the embodiment provides a solar cell and a method of manufacturing the same, which can simplify a process for forming a solar cell and reduce impurities by reducing impurities.
  • a solar cell includes a plurality of back electrode patterns spaced apart from each other on a substrate; A light absorbing layer formed on the back electrode pattern; A front electrode formed on the light absorbing layer; A part of the front electrode passing through the light absorbing layer and electrically connected to the back electrode pattern; A separation pattern penetrating through the light absorbing layer and the front electrode and divided into unit cells; And a dummy layer between the connection wiring and the separation pattern.
  • the top surface of the dummy layer is lower than the top surface of the front electrode.
  • a solar cell includes a plurality of back electrode patterns spaced apart from each other on a substrate; A light absorbing layer, a first buffer layer, and a second buffer layer formed on the back electrode pattern; A front electrode formed on the second buffer layer; A connection wiring part of the second buffer layer and the front electrode penetrating the light absorbing layer and the first buffer layer to be electrically connected to the back electrode pattern; And a separation pattern for penetrating the light absorbing layer, the first buffer layer, the second buffer layer, and the front electrode, and dividing it into unit cells.
  • the connection wiring is formed by stacking the second buffer layer and the front electrode.
  • a method of manufacturing a solar cell includes: forming a plurality of back electrode patterns spaced apart from each other on a substrate; Sequentially forming a light absorbing layer and a first buffer layer on the substrate on which the back electrode pattern is formed; Forming a contact pattern and a separation pattern penetrating the light absorbing layer and the first buffer layer; And forming a front electrode on the front surface of the substrate by using a dummy layer including the light absorbing layer and the first buffer layer disposed between the contact pattern and the separation pattern, and a mask covering the separation pattern. After the front electrode is formed, the dummy layer and the back electrode pattern are exposed by the separation pattern.
  • the light absorbing layer and the buffer layer are formed, the contact pattern and the separation pattern are formed, and then the front electrode is formed using a mask, thereby simplifying the process.
  • the front electrode since the front electrode is not formed, there is no process of removing a part of the front electrode to form a separation pattern, so that defects of the device due to impurities generated when the front electrode is removed can be prevented.
  • 1 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the solar cell according to the first embodiment.
  • FIGS. 6 and 7 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to a modification of the first embodiment.
  • FIGS. 8 to 12 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to a second embodiment.
  • FIG. 13 and 14 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to a modification of the second embodiment.
  • each substrate, layer, film, or electrode is described as being formed “on” or “under” of each substrate, layer, film, or electrode, etc.
  • "On” and “under” include both “directly” or “indirectly” formed through other components.
  • the criteria for the top or bottom of each component will be described with reference to the drawings. The size of each component in the drawings may be exaggerated for description, and does not mean a size that is actually applied.
  • 1 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the solar cell according to the first embodiment.
  • the back electrode pattern 200 is formed on the substrate 100.
  • the substrate 100 is glass, and a ceramic substrate such as alumina, stainless steel, a titanium substrate, or a polymer substrate may also be used.
  • a ceramic substrate such as alumina, stainless steel, a titanium substrate, or a polymer substrate may also be used.
  • Soda lime glass may be used as the glass substrate, and polyimide may be used as the polymer substrate.
  • the substrate 100 may be rigid or flexible.
  • the back electrode pattern 200 may be formed by forming a back electrode film and then performing a patterning process.
  • the back electrode pattern 200 may be arranged in a stripe form or a matrix form and may correspond to each cell.
  • the back electrode pattern 200 is not limited to the above form and may be formed in various forms.
  • the back electrode pattern 200 may be formed of a conductor such as metal.
  • the back electrode pattern 200 may be formed by a sputtering process using a molybdenum (Mo) target.
  • Mo molybdenum
  • the back electrode pattern 200 may be formed of at least one layer.
  • the layers constituting the back electrode pattern 200 may be formed of different materials.
  • the light absorbing layer 300, the first buffer layer 400, and the second buffer layer 500 are formed on the back electrode pattern 200.
  • the light absorbing layer 300 may be formed of a b-b-b compound.
  • the light absorbing layer 300 includes a copper-indium-gallium-selenide-based (Cu (In, Ga) Se 2 , CIGS-based) compound.
  • the light absorbing layer 300 may include a copper-indium selenide-based (CuInSe 2 , CIS-based) compound or a copper-gallium-selenide-based (CuGaSe 2 , CGS-based) compound.
  • CuInSe 2 copper-indium selenide-based
  • CIS-based copper-indium selenide-based
  • CuGaSe 2 copper-gallium-selenide-based
  • CGS-based copper-gallium-selenide-based
  • a CIG-based metal precursor film is formed on the back electrode pattern 200 using a copper target, an indium target, and a gallium target.
  • the metal precursor film is reacted with selenium (Se) by a selenization process to form a CIGS-based light absorbing layer 300.
  • Se selenium
  • an alkali component included in the substrate 100 may pass through the back electrode pattern 200, and the metal precursor film and the light absorbing layer ( 300).
  • An alkali component may improve grain size and improve crystallinity of the light absorbing layer 300.
  • the light absorbing layer 300 may form copper, indium, gallium, selenide (Cu, In, Ga, Se) by co-evaporation.
  • the light absorbing layer 300 receives external light and converts the light into electrical energy.
  • the light absorbing layer 300 generates photo electromotive force by the photoelectric effect.
  • the first buffer layer 400 may be formed by stacking cadmium sulfide (CdS) on the light absorbing layer 300.
  • CdS cadmium sulfide
  • the first buffer layer 400 is an n-type semiconductor layer
  • the light absorbing layer 300 is a p-type semiconductor layer.
  • the light absorbing layer 300 and the first buffer layer 400 form a pn junction.
  • the second buffer layer 500 may be formed of a transparent electrode layer including any one of ITO, ZnO, and i-ZnO.
  • the first buffer layer 400 and the second buffer layer 500 are disposed between the light absorbing layer 300 and the front electrode to be formed later.
  • the first buffer layer 400 and the second buffer layer 500 having a band gap in between the two materials are inserted. Can form a favorable joint.
  • two buffer layers are formed on the light absorbing layer 300, but the present invention is not limited thereto, and the buffer layer may be formed of only one layer.
  • the contact pattern 310 and the separation pattern 320 penetrating the light absorbing layer 300, the first buffer layer 400, and the second buffer layer 500 are formed.
  • the contact pattern 310 and the separation pattern 320 may be formed by a mechanical method or by irradiating a laser, and the contact pattern 310 and the separation pattern 320 may be formed. A portion of the back electrode pattern 200 is exposed.
  • the contact pattern 310 and the separation pattern 320 may be sequentially formed or simultaneously formed.
  • a dummy layer 800 formed by stacking the light absorbing layer 300, the first buffer layer 400, and the second buffer layer 500 is formed between the contact pattern 310 and the separation pattern 320.
  • the mask 10 is disposed on the second buffer layer 500.
  • the mask 10 covers the dummy layer 800 and the separation pattern 320, and the remaining area is formed to be open.
  • the side surface 20 of the pattern of the mask 10 may be formed so that the lower portion is inclined wider than the upper portion.
  • the front electrode When the front electrode is formed, the front electrode is also stacked on the mask 10, and the material deposited on the sidewall of the mask 10 does not affect the front electrode deposited on the second buffer layer 500. To not.
  • the front electrode when the sidewall of the mask 10 is not inclined, the front electrode is also deposited on the sidewall of the mask 10, so that the deposited material covers a part of the contact pattern 310, so that the contact pattern 310 is formed. Since the front electrode is not deposited inside, the front electrode and the back electrode pattern 200 may not be connected.
  • the front electrode 600 which is a transparent conductive material, is formed on the entire surface of the substrate 100 using the mask 10.
  • the front electrode 600 which is a transparent conductive material
  • the front electrode 600 is also inserted into the contact pattern 310 to form a connection wiring 700. can do.
  • the back electrode pattern 200 and the front electrode 600 are electrically connected by the connection wiring 700.
  • each of the cells C1 and C2 may be connected to each other by the connection wiring 700, and the connection wiring 700 may include the back electrode pattern 200 and the second cell of the second cell C2.
  • the front electrode 600 of the first cell C1 adjacent to C2 is electrically connected.
  • the front electrode 600 is formed using the mask 10, so that the front electrode 600 is not formed on the separation pattern 320 and the dummy layer 800.
  • the second buffer layer 500 and the back electrode pattern 200 of the dummy layer 800 are exposed.
  • an upper portion of the separation pattern 320 adjacent to the front electrode 600 is wider than a lower portion adjacent to the rear electrode pattern 200. Can be.
  • the separation pattern 320 is also formed, and then the front electrode 600 is formed using the mask 10, thereby simplifying the process. .
  • the front electrode 600 is formed of zinc oxide doped with aluminum by performing a sputtering process on the second buffer layer 500.
  • the front electrode 600 is a window layer forming a pn junction with the light absorbing layer 300. Since the front electrode 600 functions as a transparent electrode on the front of the solar cell, zinc oxide (ZnO) having high light transmittance and good electrical conductivity is provided. Is formed.
  • ZnO zinc oxide
  • an electrode having a low resistance value may be formed by doping aluminum to the zinc oxide.
  • the zinc oxide thin film as the front electrode 600 may be formed by a method of depositing using a ZnO target by RF sputtering, reactive sputtering using a Zn target, and an organometallic chemical vapor deposition method.
  • ITO indium thin oxide
  • FIG. 5 a solar cell manufactured by the method of manufacturing the solar cell according to the first embodiment described above will be further described.
  • the solar cell according to the first embodiment includes a back electrode pattern 200, a light absorbing layer 300, a first buffer layer 400, a second buffer layer 500, and a front electrode 600. Include.
  • a plurality of rear electrode patterns 200 are formed on the substrate 100 so as to be spaced apart from each other.
  • the light absorbing layer 300, the first buffer layer 400, and the second buffer layer 500 are formed on the rear electrode pattern 200.
  • the front electrode 600 is disposed.
  • a portion of the front electrode 600 passes through the light absorbing layer 300, the first buffer layer 400, and the second buffer layer 500 to be electrically connected to the back electrode pattern.
  • the separation pattern 320 is formed through the light absorbing layer 300, the first buffer layer 400, the second buffer layer 500, and the front electrode 600.
  • a dummy layer 800 formed by stacking the light absorbing layer 300, the first buffer layer 400, and the second buffer layer 500 is formed between the connection wiring 700 and the separation pattern 320.
  • the second buffer layer 500 and the back electrode pattern 200 of the dummy layer 800 adjacent to the separation pattern 320 may be exposed.
  • the dummy layer 800 is formed by stacking the light absorbing layer 300, the first buffer layer 400, and the second buffer layer 500, and the front electrode 600 is not formed on the dummy layer 800. Therefore, the top surface of the dummy layer 800 is lower than the top surface of the front electrode 600. This is because after the contact pattern 310 and the separation pattern 320 are formed, the front electrode 600 is formed after covering the separation pattern 320 with the mask 10.
  • the mask 10 covers and covers the entirety of the dummy layer 800 and the separation pattern 320, but the embodiment is not limited thereto. Since the mask 10 is sufficient to block only the separation pattern 320, as shown in FIG. 6, it is possible to block a part of the dummy layer 800 instead of all of them. In this case, as shown in FIG. 7, the front electrode 600 is formed while covering a part of the dummy layer 800. In this case, the upper surface of the dummy layer 800 is formed lower than the upper surface of the front electrode 600.
  • FIGS. 8 to 12 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to a second embodiment.
  • the back electrode pattern 200 is formed on the substrate 100.
  • the substrate 100 may be glass, and a ceramic substrate such as alumina, stainless steel, a titanium substrate, or a polymer substrate may also be used.
  • a ceramic substrate such as alumina, stainless steel, a titanium substrate, or a polymer substrate may also be used.
  • Soda lime glass may be used as the glass substrate, and polyimide may be used as the polymer substrate.
  • the substrate 100 may be rigid or flexible.
  • the back electrode pattern 200 may be formed by forming a back electrode film and then performing a patterning process.
  • the back electrode pattern 200 may be arranged in a stripe form or a matrix form and may correspond to each cell.
  • the back electrode pattern 200 is not limited to the above form and may be formed in various forms.
  • the back electrode pattern 200 may be formed of a conductor such as metal.
  • the back electrode pattern 200 may be formed by a sputtering process using a molybdenum (Mo) target.
  • Mo molybdenum
  • the back electrode pattern 200 may be formed of at least one layer.
  • the layers constituting the back electrode pattern 200 may be formed of different materials.
  • the light absorbing layer 300 and the first buffer layer 400 are formed on the back electrode pattern 200.
  • the light absorbing layer 300 may be formed of a b-b-b compound.
  • the light absorbing layer 300 includes a copper-indium-gallium-selenide-based (Cu (In, Ga) Se 2 , CIGS-based) compound.
  • the light absorbing layer 300 may include a copper-indium selenide-based (CuInSe 2 , CIS-based) compound or a copper-gallium-selenide-based (CuGaSe 2 , CIS-based) compound.
  • a CIG-based metal precursor film is formed on the back electrode pattern 200 using a copper target, an indium target, and a gallium target.
  • the metal precursor film is reacted with selenium (Se) by a selenization process to form a CIGS-based light absorbing layer 300.
  • Se selenium
  • an alkali component included in the substrate 100 may pass through the back electrode pattern 200, and the metal precursor film and the light absorbing layer ( 300).
  • An alkali component may improve grain size and improve crystallinity of the light absorbing layer 300.
  • the light absorbing layer 300 may form copper, indium, gallium, selenide (Cu, In, Ga, Se) by co-evaporation.
  • the light absorbing layer 300 receives external light and converts the light into electrical energy.
  • the light absorbing layer 300 generates photo electromotive force by the photoelectric effect.
  • the first buffer layer 400 may be formed by stacking cadmium sulfide (CdS) on the light absorbing layer 300.
  • CdS cadmium sulfide
  • the first buffer layer 400 is an n-type semiconductor layer
  • the light absorbing layer 300 is a p-type semiconductor layer.
  • the light absorbing layer 300 and the first buffer layer 400 form a pn junction.
  • a contact pattern 310 and a separation pattern 320 penetrating the light absorbing layer 300 and the first buffer layer 400 are formed.
  • the contact pattern 310 and the separation pattern 320 may be formed by a mechanical method or by irradiating a laser, and the contact pattern 310 and the separation pattern 320 may be formed. A portion of the back electrode pattern 200 is exposed.
  • the contact pattern 310 and the separation pattern 320 may be sequentially formed or simultaneously formed.
  • a dummy layer 900 formed by stacking the light absorbing layer 300 and the first buffer layer 400 is formed between the contact pattern 310 and the separation pattern 320.
  • the mask 10 is disposed on the first buffer layer 400.
  • the mask 10 covers the dummy layer 900 and the separation pattern 320, and the remaining area is formed to be open.
  • the side surface 20 of the pattern of the mask 10 may be formed so that the lower portion is inclined wider than the upper portion.
  • the front electrode is also stacked on the mask 10, the material deposited on the sidewall of the mask 10 does not affect the front electrode deposited on the first buffer layer 400. To not.
  • the front electrode when the sidewall of the mask 10 is not inclined, the front electrode is also deposited on the sidewall of the mask 10 so that the deposited material covers a part of the contact pattern 310, so that the contact pattern 310 is formed. Since the front electrode is not deposited inside, the front electrode and the back electrode pattern 200 may not be connected.
  • the second buffer layer 500 and the front electrode 600 made of a transparent conductive material are formed on the entire surface of the substrate 100 using the mask 10.
  • the second buffer layer 500 may be formed of a transparent electrode layer including any one of ITO, ZnO, and i-ZnO.
  • the first buffer layer 400 and the second buffer layer 500 are disposed between the light absorbing layer 300 and the front electrode 600.
  • the first buffer layer 400 and the second buffer layer 500 having a band gap in between the two materials are inserted. Can form a favorable joint.
  • two buffer layers are formed on the light absorbing layer 300, but the present invention is not limited thereto, and the buffer layer may be formed of only one layer.
  • the second buffer layer 500 and the front electrode 600 which is a transparent conductive material, are stacked on the first buffer layer 400, the second buffer layer 500 and the front electrode 600 may contact the contact pattern (
  • the connection wiring 700 may also be inserted into the inside of the 310.
  • the second buffer layer 500 is formed along the bottom and sidewalls of the contact pattern 310, and the front electrode 600 is formed inside the contact pattern 310 on which the second buffer layer 500 is formed.
  • the connection wiring 700 is formed.
  • the second buffer layer 500 is disposed between the front electrode 600 and the rear electrode pattern 200.
  • the front electrode 600 is formed of zinc oxide doped with aluminum by performing a sputtering process on the second buffer layer 500.
  • the front electrode 600 is a window layer forming a pn junction with the light absorbing layer 300. Since the front electrode 600 functions as a transparent electrode on the front of the solar cell, zinc oxide (ZnO) having high light transmittance and good electrical conductivity is provided. Is formed.
  • ZnO zinc oxide
  • an electrode having a low resistance value may be formed by doping aluminum to the zinc oxide.
  • the zinc oxide thin film as the front electrode 600 may be formed by a method of depositing using a ZnO target by RF sputtering, reactive sputtering using a Zn target, and an organometallic chemical vapor deposition method.
  • ITO indium thin oxide
  • the aluminum included in the front electrode 600 may be diffused into the second buffer layer 500.
  • the back electrode pattern 200 and the front electrode 600 are electrically connected by the connection wiring 700.
  • each of the cells C1 and C2 may be connected to each other by the connection wiring 700, and the connection wiring 700 may include the back electrode pattern 200 and the second cell of the second cell C2.
  • the front electrode 600 of the first cell C1 adjacent to C2 is electrically connected.
  • the second buffer layer 500 and the front electrode 600 are formed using the mask 10, and the second buffer layer 500 and the front electrode are formed on the separation pattern 320 and the dummy layer 900. 600 is not formed.
  • the first buffer layer 400 and the back electrode pattern 200 of the dummy layer 900 are exposed.
  • an upper portion of the separation pattern 320 adjacent to the second buffer layer 500 and the front electrode 600 is formed. May be formed wider than a lower portion adjacent to the back electrode pattern 200.
  • the dummy layer 900 and the separation pattern 320 are exposed, but the present invention is not limited thereto.
  • the dummy layer may be adjusted by adjusting the pattern of the mask 10.
  • the front electrode 600 may be partially formed on the first buffer layer 400 of 900.
  • the first buffer layer 400 may be exposed in the dummy layer 900.
  • the separation pattern 320 is also formed, and then the second buffer layer 500 and the front electrode 600 are formed using the mask 10.
  • the process can be simplified further.
  • the solar cell according to the second embodiment includes a back electrode pattern 200, a light absorbing layer 300, a first buffer layer 400, a second buffer layer 500, and a front electrode 600. Include.
  • a plurality of rear electrode patterns 200 are formed on the substrate 100 so as to be spaced apart from each other.
  • the light absorbing layer 300, the first buffer layer 400, and the second buffer layer 500 are formed on the rear electrode pattern 200.
  • the front electrode 600 is disposed.
  • a portion of the front electrode 600 passes through the light absorbing layer 300 and the first buffer layer 400 to be electrically connected to the back electrode pattern.
  • the separation pattern 320 is formed through the light absorbing layer 300, the first buffer layer 400, the second buffer layer 500, and the front electrode 600.
  • a dummy layer 900 formed by stacking the light absorbing layer 300 and the first buffer layer 400 is formed between the connection wiring 700 and the separation pattern 320.
  • the first buffer layer 400 and the back electrode pattern 200 of the dummy layer 900 adjacent to the separation pattern 320 may be exposed.
  • connection wiring 700 is formed by stacking the second buffer layer 500 and the front electrode 600.
  • the dummy layer 900 is formed by stacking the light absorbing layer 300 and the first buffer layer 400, and the second buffer layer 500 and the front electrode 600 are not formed on the dummy layer 900. Therefore, the top surface of the dummy layer 900 is lower than the top surface of the front electrode 600. This is because after the contact pattern 310 and the separation pattern 320 are formed, the front electrode 600 is formed after covering the separation pattern 320 with the mask 10.
  • the mask 10 covers and covers the entirety of the dummy layer 900 and the separation pattern 320, but the embodiment is not limited thereto. Since the mask 10 is sufficient to block only the separation pattern 320, as shown in FIG. 13, a part of the dummy layer 900 may be blocked. In this case, as shown in FIG. 14, the front electrode 600 is formed while covering a part of the dummy layer 900. In this case, the upper surface of the dummy layer 900 is formed lower than the upper surface of the front electrode 600.
  • the solar cell and the method of manufacturing the same according to the embodiments described above may be simplified by forming a light absorbing layer and a buffer layer, forming a contact pattern and a separation pattern, and then forming a front electrode using a mask.
  • the front electrode since the front electrode is not formed, there is no process of removing a part of the front electrode to form a separation pattern, thereby preventing defects of the device due to impurities generated during etching of the front electrode.

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Abstract

일 실시예에 따른 태양전지는, 기판 상에 서로 이격되어 형성되는 복수개의 후면전극 패턴; 상기 후면전극 패턴 상에 형성된 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 형성된 전면전극; 상기 전면전극의 일부가 상기 광 흡수층을 관통하여, 상기 후면전극 패턴과 전기적으로 연결된 접속배선; 상기 광 흡수층 및 전면전극을 관통하여, 단위 셀로 나누기 위한 분리패턴; 및 상기 접속배선과 분리패턴 사이에 더미층을 포함한다. 상기 더미층의 상면이 상기 전면전극의 상면보다 낮다.

Description

태양전지 및 이의 제조방법
실시예는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지의 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지들에 대한 개발이 진행되고 있다.
특히, 유리 기판, 금속 후면 전극층, p형 CIGS계 광 흡수층, 고 저항 버퍼층, n형 창층 등을 포함하는 기판 구조의 pn 헤테로 접합 장치인 CIGS계 태양전지가 널리 사용되고 있다.
이러한 태양전지에서, 각 단위 셀로 나누기 위해 광 흡수층, 버퍼층 및 n형 창층인 전면전극을 식각하여 분리패턴을 형성하는데, 이러한 분리패턴을 위한 공정시 불순물(particle)이 발생하여 소자에 결함(defect)을 발생시킴으로써, 태양전지의 불량을 야기하게 된다.
실시예는 태양전지 형성을 위한 공정을 간소화하고 불순물을 줄여 소자의 결함을 최소화할 수 있는 태양전지 및 이의 제조방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 태양전지는, 기판 상에 서로 이격되어 형성되는 복수개의 후면전극 패턴; 상기 후면전극 패턴 상에 형성된 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 형성된 전면전극; 상기 전면전극의 일부가 상기 광 흡수층을 관통하여, 상기 후면전극 패턴과 전기적으로 연결된 접속배선; 상기 광 흡수층 및 전면전극을 관통하여, 단위 셀로 나누기 위한 분리패턴; 및 상기 접속배선과 분리패턴 사이에 더미층을 포함한다. 상기 더미층의 상면이 상기 전면전극의 상면보다 낮다.
다른 실시예에 따른 태양전지는, 기판 상에 서로 이격되어 형성되는 복수개의 후면전극 패턴; 상기 후면전극 패턴 상에 형성된 광 흡수층, 제1버퍼층 및 제2버퍼층; 상기 제2버퍼층 상에 형성된 전면전극; 상기 제2버퍼층 및 상기 전면전극의 일부가 상기 광 흡수층 및 제1버퍼층을 관통하여, 상기 후면전극 패턴과 전기적으로 연결된 접속배선; 및 상기 광 흡수층, 상기 제1버퍼층, 상기 제2버퍼층 및 상기 전면전극을 관통하여, 단위 셀로 나누기 위한 분리패턴을 포함한다. 상기 접속배선은 상기 제2버퍼층과 상기 전면전극의 적층으로 형성된다.
일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은, 기판 상에 서로 이격되도록 복수개의 후면전극 패턴을 형성하는 단계; 상기 후면전극 패턴이 형성된 상기 기판 상에 차례로 광 흡수층 및 제1 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 및 상기 제1버퍼층을 관통하는 콘택 패턴 및 분리패턴을 형성하는 단계; 및 상기 콘택 패턴과 분리패턴 사이에 배치된 상기 광 흡수층 및 제1버퍼층을 포함하는 더미층 및 상기 분리패턴을 덮는 마스크를 이용하여, 상기 기판 전면에 전면전극을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 전면전극 형성 후, 상기 분리패턴에 의해 상기 더미층과 상기 후면전극 패턴이 노출된다.
실시예에 따른 태양전지 및 이의 제조방법은 광 흡수층 및 버퍼층을 형성하고, 콘택패턴 및 분리패턴을 형성한 후, 마스크를 이용하여 전면전극을 형성함으로써, 공정이 보다 간소화 될 수 있다.
또한, 전면전극을 형성한 후, 분리패턴 형성을 위해 전면전극의 일부를 제거하는 공정이 없어, 전면전극의 제거 시 발생하는 불순물에 의한 소자의 결함(defect)도 방지할 수 있다.
도 1 내지 도 5는 제1실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 6 및 도 7은 제1실시예의 변형예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 8 내지 도 12는 제2실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 13 및 도 14는 제2실시예의 변형예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.
실시예의 설명에 있어서, 각 기판, 층, 막 또는 전극 등이 각 기판, 층, 막, 또는 전극 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 제1 실시예 및 이의 변형예에 따른 태양전지의 제조방법 및 이에 의해 제조된 태양전지를 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 5는 제1 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.
우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 후면전극 패턴(200)을 형성한다.
상기 기판(100)은 유리(glass)가 사용되고 있으며, 알루미나와 같은 세라믹 기판, 스테인리스 스틸, 티타늄기판 또는 폴리머 기판 등도 사용될 수 있다.
유리 기판으로는 소다라임 유리(sodalime glass)를 사용할 수 있으며, 폴리머 기판으로는 폴리이미드(polyimide)를 사용할 수 있다.
또한, 상기 기판(100)은 리지드(rigid)하거나 플렉서블(flexible)할 수 있다.
상기 후면전극 패턴(200)은 후면전극막을 형성한 후, 패터닝 공정을 진행하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 후면전극 패턴(200)은 스트라이프(stripe) 형태 또는 매트릭스(matrix) 형태로 배치될 수 있으며, 각각의 셀에 대응할 수 있다.
그러나, 상기 후면전극 패턴(200)은 상기의 형태에 한정되지 않고, 다양한 형태로 형성될 수 있다.
상기 후면전극 패턴(200)은 금속 등의 도전체로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 후면전극 패턴(200)은 몰리브덴(Mo) 타겟을 사용하여, 스퍼터링(sputtering) 공정에 의해 형성될 수 있다.
이는, 몰리브덴(Mo)이 가진 높은 전기전도도, 광 흡수층과의 오믹(ohmic) 접합, Se 분위기 하에서의 고온 안정성 때문이다.
또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 후면전극 패턴(200)은 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다.
상기 후면전극 패턴(200)이 복수개의 층으로 형성될 때, 상기 후면전극 패턴(200)을 이루는 층들은 서로 다른 물질로 형성될 수 있다.
이어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 후면전극 패턴(200) 상에 광 흡수층(300), 제1버퍼층(400) 및 제2버퍼층(500)을 형성한다.
상기 광 흡수층(300)은 b-b-b계 화합물로 형성될 수 있다.
더 자세하게, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In, Ga)Se2, CIGS계) 화합물을 포함한다.
이와는 다르게, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-셀레나이드계(CuInSe2, CIS계) 화합물 또는 구리-갈륨-셀레나이드계(CuGaSe2, CGS계) 화합물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(300)을 형성하기 위해서, 구리 타겟, 인듐 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하여, 상기 후면전극 패턴(200) 상에 CIG계 금속 프리커서(precursor)막이 형성된다.
이후, 상기 금속 프리커서막은 셀레니제이션(selenization) 공정에 의해서, 셀레늄(Se)과 반응하여 CIGS계 광 흡수층(300)이 형성된다.
또한, 상기 금속 프리커서막을 형성하는 공정 및 셀레니제이션 공정 동안에, 상기 기판(100)에 포함된 알칼리(alkali) 성분이 상기 후면전극 패턴(200)을 통해서, 상기 금속 프리커서막 및 상기 광 흡수층(300)에 확산된다.
알칼리(alkali) 성분은 상기 광 흡수층(300)의 그레인(grain) 크기를 향상시키고, 결정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 광 흡수층(300)은 구리,인듐,갈륨,셀레나이드(Cu, In, Ga, Se)를 동시증착법(co-evaporation)에 의해 형성할 수도 있다.
상기 광 흡수층(300)은 외부의 광을 입사받아, 전기 에너지로 변환시킨다. 상기 광 흡수층(300)은 광전효과에 의해서 광 기전력을 생성한다.
상기 제1버퍼층(400)은 황화 카드뮴(CdS)이 상기 광 흡수층(300) 상에 적층되어 형성될 수 있다.
이때, 상기 제1버퍼층(400)은 n형 반도체 층이고, 상기 광 흡수층(300)은 p형 반도체 층이다. 따라서, 상기 광 흡수층(300) 및 제1버퍼층(400)은 pn 접합을 형성한다.
그리고, 상기 제2버퍼층(500)은 ITO, ZnO, i-ZnO 중 어느 하나를 포함하는 투명전극층으로 형성될 수 있다.
상기 제1버퍼층(400) 및 제2버퍼층(500)은 상기 광 흡수층(300)과 이후 형성될 전면전극의 사이에 배치된다.
즉, 상기 광 흡수층(300)과 전면전극은 격자상수와 에너지 밴드 갭의 차이가 크기 때문에, 밴드갭이 두 물질의 중간에 위치하는 상기 제1버퍼층(400) 및 제2버퍼층(500)을 삽입하여 양호한 접합을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 두 개의 버퍼층을 상기 광 흡수층(300) 상에 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 버퍼층은 한 개의 층으로만 형성될 수도 있다.
그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 광 흡수층(300), 제1버퍼층(400) 및 제2버퍼층(500)을 관통하는 콘택패턴(310) 및 분리패턴(320)을 형성한다.
상기 콘택패턴(310) 및 분리패턴(320)은 기계적(Mechanical)인 방법으로 형성하거나, 레이저(laser)를 조사(irradiate)하여 형성할 수 있으며, 상기 콘택패턴(310) 및 분리패턴(320)으로 상기 후면전극 패턴(200)의 일부가 노출된다.
상기 콘택패턴(310) 및 분리패턴(320)은 순차적으로 형성되거나, 또는 동시에 형성될 수 있다.
이때, 상기 콘택패턴(310)과 분리패턴(320)의 사이에는 상기 광 흡수층(300), 제1버퍼층(400) 및 제2버퍼층(500)의 적층으로 형성된 더미층(800)이 형성된다.
이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2버퍼층(500) 상으로 마스크(10)를 배치시킨다.
상기 마스크(10)는 상기 더미층(800)과 분리패턴(320)을 덮고, 나머지 영역은 오픈(open)되도록 형성된다.
이때, 상기 마스크(10)의 패턴의 측면(20)은 하부가 상부보다 넓게 경사지도록 형성될 수 있다.
이는, 이후 전면전극 형성시, 상기 마스크(10) 상에도 전면전극이 쌓이는데, 상기 마스크(10)의 측벽에 증착된 물질이 상기 제2버퍼층(500) 상에 증착되는 전면전극에 영향을 주지 않기 위해서이다.
즉, 상기 마스크(10)의 측벽이 경사지지 않을 경우, 상기 마스크(10)의 측벽에도 전면전극이 증착되어, 증착된 물질이 상기 콘택패턴(310)의 일부를 가려, 상기 콘택패턴(310) 내부로 전면전극이 증착되지 않아, 전면전극과 상기 후면전극 패턴(200)의 접속이 이루어지지 않을 수도 있다.
그리고, 상기 마스크(10)를 이용하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 기판(100) 전면에 투명한 도전물질인 전면전극(600)을 형성한다.
투명한 도전물질인 상기 전면전극(600)을 상기 제2버퍼층(500) 상에 적층시킬 때, 상기 전면전극(600)이 상기 콘택패턴(310)의 내부에도 삽입되어, 접속배선(700)을 형성할 수 있다.
상기 후면전극 패턴(200)과 전면전극(600)은 상기 접속배선(700)에 의해 전기적으로 연결된다.
즉, 상기 접속배선(700)에 의해 각각의 셀(C1, C2)은 서로 연결될 수 있으며, 상기 접속배선(700)은 제2셀(C2)의 후면전극 패턴(200)과 상기 제2셀(C2)에 인접하는 상기 제1셀(C1)의 전면전극(600)을 전기적으로 연결한다.
이때, 상기 마스크(10)를 사용하여 상기 전면전극(600)을 형성하여, 상기 분리패턴(320)과 더미층(800) 상에는 상기 전면전극(600)이 형성되지 않는다.
즉, 상기 전면전극(600) 형성 후, 상기 더미층(800)의 제2버퍼층(500)과 상기 후면전극 패턴(200)이 노출된다.
또한, 상기 더미층(800) 상에는 상기 전면전극(600)이 형성되지 않아, 상기 전면전극(600)과 인접한 상기 분리패턴(320)의 상부가 상기 후면전극 패턴(200)과 인접한 하부보다 넓게 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 상기 콘택패턴(310) 형성시, 상기 분리패턴(320)도 함께 형성한 후, 상기 마스크(10)를 이용하여 상기 전면전극(600)을 형성하여, 공정이 보다 간소화될 수 있다.
또한, 상기 전면전극(600)을 형성한 후, 상기 분리패턴(320) 형성을 위해 상기 전면전극(600)의 일부를 제거하는 공정이 없어, 상기 전면전극(600)의 제거시 발생하는 불순물에 의한 소자의 결함(defect)도 방지할 수 있다.
상기 전면전극(600)은 상기 제2버퍼층(500) 상에 스퍼터링 공정을 진행하여 알루미늄으로 도핑된 산화 아연으로 형성된다.
상기 전면전극(600)은 상기 광 흡수층(300)과 pn접합을 형성하는 윈도우(window)층으로서, 태양전지 전면의 투명전극의 기능을 하기 때문에 광투과율이 높고 전기 전도성이 좋은 산화 아연(ZnO)으로 형성된다.
이때, 상기 산화 아연에 알루미늄을 도핑함으로써 낮은 저항값을 갖는 전극을 형성할 수 있다.
상기 전면전극(600)인 산화 아연 박막은 RF 스퍼터링방법으로 ZnO 타겟을 사용하여 증착하는 방법과 Zn 타겟을 이용한 반응성 스퍼터링, 그리고 유기금속화학증착법 등으로 형성될 수 있다.
또한, 전기광학적 특성이 뛰어난 ITO(Indium Thin Oxide) 박막을 산화 아연 박막 상에 층착한 2중 구조를 형성할 수도 있다.
도 5를 참조하여, 상술한 제1실시예에 따른 태양전지의 제조 방법으로 제조된 태양전지를 좀더 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 태양전지는 후면전극 패턴(200), 광 흡수층(300), 제1버퍼층(400), 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)을 포함한다.
상기 후면전극 패턴(200)은 기판(100) 상에 서로 이격되도록 복수개가 형성되며, 상기 후면전극 패턴(200) 상으로 광 흡수층(300), 제1버퍼층(400), 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)이 배치된다.
상기 접속배선(700)은 상기 전면전극(600)의 일부가 상기 광 흡수층(300), 제1버퍼층(400) 및 제2버퍼층(500)을 관통하여, 상기 후면전극 패턴과 전기적으로 연결된다.
상기 분리패턴(320)은 상기 광 흡수층(300), 제1버퍼층(400), 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)을 관통하여 형성된다.
상기 접속배선(700)과 분리패턴(320) 사이에는 상기 광 흡수층(300), 제1버퍼층(400) 및 제2버퍼층(500)의 적층으로 형성된 더미층(800)이 형성된다.
분리패턴(320)에 인접한 더미층(800)의 제2버퍼층(500)과 후면전극 패턴(200)이 노출될 수 있다.
이와 같이 더미층(800)은 광 흡수층(300), 제1 버퍼층(400) 및 제2 버퍼층(500)의 적층으로 형성되고, 전면전극(600)이 더미층(800) 위에 형성되지 않는다. 따라서, 전면전극(600)의 상면보다 상기 더미층(800)의 상면이 낮게 위치한다. 이는 콘택패턴(310)과 분리패턴(320)을 형성한 후에, 분리패턴(320)을 마스크(10)로 덮은 후 전면전극(600)을 형성하였기 때문이다.
상술한 실시예에서는, 마스크(10)를 위치시키는 단계에서, 마스크(10)가 더미층(800)의 전부와 분리패턴(320)을 덮는 것으로 도시 및 설명하였으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 마스크(10)는 분리패턴(320)만을 충분히 막을 수 있을 정도면 족하므로, 도 6에 도시한 바와 같이, 더미층(800)의 전부가 아닌 일부를 막는 것도 가능하다. 이 경우, 도 7에 도시한 바와 같이, 전면전극(600)이 더미층(800)의 일부를 덮으면서 형성된다. 이 경우에도 더미층(800)의 상면이 전면전극(600)의 상면보다는 낮게 형성된다.
이하, 도 8 내지 도 14를 참조하여 제2 실시예 및 이의 변형예에 따른 태양전지의 제조방법 및 이에 의해 제조된 태양전지를 상세하게 설명한다.
도 8 내지 도 12은 제2실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.
우선, 도 8에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 후면전극 패턴(200)을 형성한다.
상기 기판(100)은 유리(glass)가 사용되고 있으며, 알루미나와 같은 세라믹 기판, 스테인레스 스틸, 티타늄기판 또는 폴리머 기판 등도 사용될 수 있다.
유리 기판으로는 소다라임 유리(sodalime glass)를 사용할 수 있으며, 폴리머 기판으로는 폴리이미드(polyimide)를 사용할 수 있다.
또한, 상기 기판(100)은 리지드(rigid)하거나 플렉서블(flexible)할 수 있다.
상기 후면전극 패턴(200)은 후면전극막을 형성한 후, 패터닝 공정을 진행하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 후면전극 패턴(200)은 스트라이프(stripe) 형태 또는 매트릭스(matrix) 형태로 배치될 수 있으며, 각각의 셀에 대응할 수 있다.
그러나, 상기 후면전극 패턴(200)은 상기의 형태에 한정되지 않고, 다양한 형태로 형성될 수 있다.
상기 후면전극 패턴(200)은 금속 등의 도전체로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 후면전극 패턴(200)은 몰리브덴(Mo) 타겟을 사용하여, 스퍼터링(sputtering) 공정에 의해 형성될 수 있다.
이는, 몰리브덴(Mo)이 가진 높은 전기전도도, 광 흡수층과의 오믹(ohmic) 접합, Se 분위기 하에서의 고온 안정성 때문이다.
또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 후면전극 패턴(200)은 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다.
상기 후면전극 패턴(200)이 복수개의 층으로 형성될 때, 상기 후면전극 패턴(200)을 이루는 층들은 서로 다른 물질로 형성될 수 있다.
이어서, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 후면전극 패턴(200) 상에 광 흡수층(300) 및 제1버퍼층(400)을 형성한다.
상기 광 흡수층(300)은 b-b-b계 화합물로 형성될 수 있다.
더 자세하게, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In, Ga)Se2, CIGS계) 화합물을 포함한다.
이와는 다르게, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-셀레나이드계(CuInSe2, CIS계) 화합물 또는 구리-갈륨-셀레나이드계(CuGaSe2, CIS계) 화합물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(300)을 형성하기 위해서, 구리 타겟, 인듐 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하여, 상기 후면전극 패턴(200) 상에 CIG계 금속 프리커서(precursor)막이 형성된다.
이후, 상기 금속 프리커서막은 셀레니제이션(selenization) 공정에 의해서, 셀레늄(Se)과 반응하여 CIGS계 광 흡수층(300)이 형성된다.
또한, 상기 금속 프리커서막을 형성하는 공정 및 셀레니제이션 공정 동안에, 상기 기판(100)에 포함된 알칼리(alkali) 성분이 상기 후면전극 패턴(200)을 통해서, 상기 금속 프리커서막 및 상기 광 흡수층(300)에 확산된다.
알칼리(alkali) 성분은 상기 광 흡수층(300)의 그레인(grain) 크기를 향상시키고, 결정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 광 흡수층(300)은 구리,인듐,갈륨,셀레나이드(Cu, In, Ga, Se)를 동시증착법(co-evaporation)에 의해 형성할 수도 있다.
상기 광 흡수층(300)은 외부의 광을 입사받아, 전기 에너지로 변환시킨다. 상기 광 흡수층(300)은 광전효과에 의해서 광 기전력을 생성한다.
상기 제1버퍼층(400)은 황화 카드뮴(CdS)이 상기 광 흡수층(300) 상에 적층되어 형성될 수 있다.
이때, 상기 제1버퍼층(400)은 n형 반도체 층이고, 상기 광 흡수층(300)은 p형 반도체 층이다. 따라서, 상기 광 흡수층(300) 및 제1버퍼층(400)은 pn 접합을 형성한다.
그리고, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 광 흡수층(300) 및 제1버퍼층(400)을 관통하는 콘택패턴(310) 및 분리패턴(320)을 형성한다.
상기 콘택패턴(310) 및 분리패턴(320)은 기계적(Mechanical)인 방법으로 형성하거나, 레이저(laser)를 조사(irradiate)하여 형성할 수 있으며, 상기 콘택패턴(310) 및 분리패턴(320)으로 상기 후면전극 패턴(200)의 일부가 노출된다.
상기 콘택패턴(310) 및 분리패턴(320)은 순차적으로 형성되거나, 또는 동시에 형성될 수 있다.
이때, 상기 콘택패턴(310)과 분리패턴(320)의 사이에는 상기 광 흡수층(300) 및 제1버퍼층(400)의 적층으로 형성된 더미층(900)이 형성된다.
이어서, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제1버퍼층(400) 상으로 마스크(10)를 배치시킨다.
상기 마스크(10)는 상기 더미층(900)과 분리패턴(320)을 덮고, 나머지 영역은 오픈(open)되도록 형성된다.
이때, 상기 마스크(10)의 패턴의 측면(20)은 하부가 상부보다 넓게 경사지도록 형성될 수 있다.
이는, 이후 전면전극 형성시, 상기 마스크(10) 상에도 전면전극이 쌓이는데, 상기 마스크(10)의 측벽에 증착된 물질이 상기 제1버퍼층(400) 상에 증착되는 전면전극에 영향을 주지 않기 위해서이다.
즉, 상기 마스크(10)의 측벽이 경사지지 않을 경우, 상기 마스크(10)의 측벽에도 전면전극이 증착되어, 증착된 물질이 상기 콘택패턴(310)의 일부를 가려, 상기 콘택패턴(310) 내부로 전면전극이 증착되지 않아, 전면전극과 상기 후면전극 패턴(200)의 접속이 이루어지지 않을 수도 있다.
그리고, 상기 마스크(10)를 이용하여, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 기판(100) 전면에 제2버퍼층(500) 및 투명한 도전물질인 전면전극(600)을 형성한다.
상기 제2버퍼층(500)은 ITO, ZnO, i-ZnO 중 어느 하나를 포함하는 투명전극층으로 형성될 수 있다.
상기 제2버퍼층(500)이 형성됨으로써, 상기 제1버퍼층(400) 및 제2버퍼층(500)은 상기 광 흡수층(300)과 전면전극(600)의 사이에 배치된다.
즉, 상기 광 흡수층(300)과 전면전극은 격자상수와 에너지 밴드 갭의 차이가 크기 때문에, 밴드갭이 두 물질의 중간에 위치하는 상기 제1버퍼층(400) 및 제2버퍼층(500)을 삽입하여 양호한 접합을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 두 개의 버퍼층을 상기 광 흡수층(300) 상에 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 버퍼층은 한 개의 층으로만 형성될 수도 있다.
상기 제2버퍼층(500)과 투명한 도전물질인 상기 전면전극(600)을 상기 제1버퍼층(400) 상에 적층시킬 때, 상기 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)이 상기 콘택패턴(310)의 내부에도 삽입되어, 접속배선(700)을 형성할 수 있다.
즉, 상기 콘택패턴(310)의 바닥면 및 측벽을 따라 제2버퍼층(500)이 형성되고, 상기 제2버퍼층(500)이 형성된 상기 콘택패턴(310) 내부에 상기 전면전극(600)이 형성되어 상기 접속배선(700)이 형성된다.
이때, 상기 제2버퍼층(500)은 상기 전면전극(600)와 후면전극 패턴(200) 사이에 배치된다.
상기 전면전극(600)은 상기 제2버퍼층(500) 상에 스퍼터링 공정을 진행하여 알루미늄으로 도핑된 산화 아연으로 형성된다.
상기 전면전극(600)은 상기 광 흡수층(300)과 pn접합을 형성하는 윈도우(window)층으로서, 태양전지 전면의 투명전극의 기능을 하기 때문에 광투과율이 높고 전기 전도성이 좋은 산화 아연(ZnO)으로 형성된다.
이때, 상기 산화 아연에 알루미늄을 도핑함으로써 낮은 저항값을 갖는 전극을 형성할 수 있다.
상기 전면전극(600)인 산화 아연 박막은 RF 스퍼터링방법으로 ZnO 타겟을 사용하여 증착하는 방법과 Zn 타겟을 이용한 반응성 스퍼터링, 그리고 유기금속화학증착법 등으로 형성될 수 있다.
또한, 전기광학적 특성이 뛰어난 ITO(Indium Thin Oxide) 박막을 산화 아연 박막 상에 층착한 2중 구조를 형성할 수도 있다.
그리고, 이후 공정을 진행하면서, 상기 전면전극(600)에 포함된 상기 알루미늄이 상기 제2버퍼층(500)으로 확산될 수 있다.
상기 후면전극 패턴(200)과 전면전극(600)은 상기 접속배선(700)에 의해 전기적으로 연결된다.
즉, 상기 접속배선(700)에 의해 각각의 셀(C1, C2)은 서로 연결될 수 있으며, 상기 접속배선(700)은 제2셀(C2)의 후면전극 패턴(200)과 상기 제2셀(C2)에 인접하는 상기 제1셀(C1)의 전면전극(600)을 전기적으로 연결한다.
이때, 상기 마스크(10)를 사용하여 상기 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)을 형성하여, 상기 분리패턴(320)과 더미층(900) 상에는 상기 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)이 형성되지 않는다.
즉, 상기 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600) 형성 후, 상기 더미층(900)의 제1버퍼층(400)과 상기 후면전극 패턴(200)이 노출된다.
또한, 상기 더미층(900) 상에는 상기 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)이 형성되지 않아, 상기 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)과 인접한 상기 분리패턴(320)의 상부가 상기 후면전극 패턴(200)과 인접한 하부보다 넓게 형성될 수 있다.
그리고, 본 실시예에서, 상기 전면전극(600) 형성 후, 상기 더미층(900)과 분리패턴(320)이 노출되지만, 이에 한정되지 않고, 상기 마스크(10)의 패턴을 조절하여 상기 더미층(900)의 상기 제1버퍼층(400)상에 상기 전면전극(600)이 일부 형성될 수도 있다.
즉, 상기 더미층(900)에서 상기 제1버퍼층(400)의 일부만 노출될 수도 있다.
본 실시예에서는 상기 콘택패턴(310) 형성시, 상기 분리패턴(320)도 함께 형성한 후, 상기 마스크(10)를 이용하여 상기 상기 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)을 형성하여, 공정이 보다 간소화될 수 있다.
또한, 상기 전면전극(600)을 형성한 후, 상기 분리패턴(320) 형성을 위해 상기 전면전극(600)의 일부를 제거하는 공정이 없어, 상기 전면전극(600)의 제거시 발생하는 불순물에 의한 소자의 결함(defect)도 방지할 수 있다.
도 12를 참조하여, 상술한 제2실시예에 따른 태양전지의 제조 방법으로 제조된 태양전지를 좀더 설명한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제2실시예에 따른 태양전지는 후면전극 패턴(200), 광 흡수층(300), 제1버퍼층(400), 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)을 포함한다.
상기 후면전극 패턴(200)은 기판(100) 상에 서로 이격되도록 복수개가 형성되며, 상기 후면전극 패턴(200) 상으로 광 흡수층(300), 제1버퍼층(400), 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)이 배치된다.
상기 접속배선(700)은 상기 전면전극(600)의 일부가 상기 광 흡수층(300) 및 제1버퍼층(400)을 관통하여, 상기 후면전극 패턴과 전기적으로 연결된다.
상기 분리패턴(320)은 상기 광 흡수층(300), 제1버퍼층(400), 제2버퍼층(500) 및 전면전극(600)을 관통하여 형성된다.
상기 접속배선(700)과 분리패턴(320) 사이에는 상기 광 흡수층(300) 및 제1버퍼층(400)의 적층으로 형성된 더미층(900)이 형성된다.
분리패턴(320)에 인접한 더미층(900)의 제1 버퍼층(400)과 후면전극 패턴(200)이 노출될 수 있다.
이때, 상기 접속배선(700)은 상기 제2버퍼층(500)과 전면전극(600)의 적층으로 형성된다.
이와 같이 더미층(900)은 광 흡수층(300) 및 제1 버퍼층(400))의 적층으로 형성되고, 제2 버퍼층(500) 및 전면전극(600)은 더미층(900) 위에 형성되지 않는다. 따라서, 전면전극(600)의 상면보다 상기 더미층(900)의 상면이 낮게 위치한다. 이는 콘택패턴(310)과 분리패턴(320)을 형성한 후에, 분리패턴(320)을 마스크(10)로 덮은 후 전면전극(600)을 형성하였기 때문이다.
상술한 실시예에서는, 마스크(10)를 위치시키는 단계에서, 마스크(10)가 더미층(900)의 전부와 분리패턴(320)을 덮는 것으로 도시 및 설명하였으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 마스크(10)는 분리패턴(320)만을 충분히 막을 수 있을 정도면 족하므로, 도 13에 도시한 바와 같이, 더미층(900)의 전부가 아닌 일부를 막는 것도 가능하다. 이 경우, 도 14에 도시한 바와 같이, 전면전극(600)이 더미층(900)의 일부를 덮으면서 형성된다. 이 경우에도 더미층(900)의 상면이 전면전극(600)의 상면보다는 낮게 형성된다.
이상에서 설명한 실시예에 따른 태양전지 및 이의 제조방법은 광 흡수층 및 버퍼층을 형성하고, 콘택패턴 및 분리패턴을 형성한 후, 마스크를 이용하여 전면전극을 형성함으로써, 공정이 보다 간소화 될 수 있다.
또한, 전면전극을 형성한 후, 분리패턴 형성을 위해 전면전극의 일부를 제거하는 공정이 없어, 전면전극의 식각시 발생하는 불순물에 의한 소자의 결함(defect)도 방지할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 기판 상에 서로 이격되어 형성되는 복수개의 후면전극 패턴;
    상기 후면전극 패턴 상에 형성된 광 흡수층;
    상기 광 흡수층 상에 형성된 전면전극;
    상기 전면전극의 일부가 상기 광 흡수층을 관통하여, 상기 후면전극 패턴과 전기적으로 연결된 접속배선;
    상기 광 흡수층 및 전면전극을 관통하여, 단위 셀로 나누기 위한 분리패턴; 및
    상기 접속배선과 분리패턴 사이에 더미층을 포함하고,
    상기 더미층의 상면이 상기 전면전극의 상면보다 낮은 태양전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광 흡수층과 상기 전면전극 사이에 제1 버퍼층 및 상기 제1 버퍼층 위의 제2 버퍼층이 위치하고,
    상기 더미층이 상기 광흡수층, 상기 제1 버퍼층 상기 제2 버퍼층의 적층으로 형성된 태양전지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 분리패턴에 인접한 상기 더미층의 상기 제2버퍼층과 상기 후면전극 패턴이 노출되는 것을 포함하는 태양전지.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 전면전극이 상기 더미층의 상기 제2버퍼층의 적어도 일부를 덮는 것을 포함하는 태양전지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 광 흡수층과 상기 전면전극 사이에 제1 버퍼층 및 상기 제1 버퍼층 위의 제2 버퍼층이 위치하고,
    상기 더미층이 상기 광흡수층 및 상기 제1 버퍼층의 적층으로 형성된 태양전지.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 분리패턴에 인접한 상기 더미층의 상기 제1버퍼층과 상기 후면전극 패턴이 노출되는 것을 포함하는 태양전지.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제2 버퍼층 및 상기 전면전극이 상기 더미층의 상기 제1버퍼층의 적어도 일부를 덮는 것을 포함하는 태양전지.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 접속배선이 상기 제2 버퍼층과 상기 전면전극이 적층되어 형성되는 태양전지.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 분리패턴은 상기 전면전극과 인접한 상부가 상기 후면전극 패턴과 인접한 하부보다 넓게 형성된 것을 포함하는 태양전지.
  10. 기판 상에 서로 이격되어 형성되는 복수개의 후면전극 패턴;
    상기 후면전극 패턴 상에 형성된 광 흡수층, 제1버퍼층 및 제2버퍼층;
    상기 제2버퍼층 상에 형성된 전면전극;
    상기 제2버퍼층 및 상기 전면전극의 일부가 상기 광 흡수층 및 제1버퍼층을 관통하여, 상기 후면전극 패턴과 전기적으로 연결된 접속배선; 및
    상기 광 흡수층, 상기 제1버퍼층, 상기 제2버퍼층 및 상기 전면전극을 관통하여, 단위 셀로 나누기 위한 분리패턴을 포함하며,
    상기 접속배선은 상기 제2버퍼층과 상기 전면전극의 적층으로 형성된 태양전지.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 접속배선은 상기 후면전극 패턴과 상기 전면전극 사이에 상기 제2버퍼층이 배치된 것을 포함하는 태양전지.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 접속배선과 상기 분리패턴 사이에는 상기 광 흡수층과 제1버퍼층의 적층으로 된 더미층이 형성되며,
    상기 분리패턴에 인접한 상기 더미층의 상기 제1버퍼층과 상기 후면전극 패턴이 노출되는 것을 포함하는 태양전지.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 접속배선과 상기 분리패턴 사이에는 상기 광 흡수층과 상기 제1버퍼층의 적층으로 된 더미층이 형성되며,
    상기 전면전극이 상기 더미층의 상기 제1버퍼층의 일부를 덮는 것을 포함하는 태양전지.
  14. 기판 상에 서로 이격되도록 복수개의 후면전극 패턴을 형성하는 단계;
    상기 후면전극 패턴이 형성된 상기 기판 상에 차례로 광 흡수층 및 제1 버퍼층을 형성하는 단계;
    상기 광 흡수층 및 상기 제1버퍼층을 관통하는 콘택 패턴 및 분리패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 콘택 패턴과 분리패턴 사이에 배치된 상기 광 흡수층 및 제1버퍼층을 포함하는 더미층 및 상기 분리패턴을 덮는 마스크를 이용하여, 상기 기판 전면에 전면전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 전면전극 형성 후, 상기 분리패턴에 인접한 상기 더미층과 상기 후면전극 패턴이 노출되는 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 광 흡수층 및 상기 제1 버퍼층을 형성하는 단계와 상기 콘택 패턴 및 분리패턴을 형성하는 단계 사이에,
    상기 제1 버퍼층 상에 제2 버퍼층을 형성하는 단계를 포함하여,
    상기 콘택 패턴 및 분리패턴이 상기 광 흡수층, 상기 제1버퍼층 및 상기 제2 버퍼층을 관통하고,
    상기 더미층 및 상기 분리패턴을 덮는 마스크가 상기 제2버퍼층 위에 위치하는 태양전지의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 더미층이 상기 광 흡수층, 상기 제1 버퍼층 및 상기 제2 버퍼층의 적층으로 형성되는 태양전지의 제조방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 전면전극을 형성하는 단계에서, 상기 마스크를 이용하여 제2 버퍼층을 형성한 다음 상기 제2 버퍼층 위에 상기 전면전극을 형성하는 태양전지의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 더미층이 상기 광 흡수층 및 상기 제1 버퍼층의 적층으로 형성되는 태양전지의 제조방법.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 제2버퍼층 및 상기 전면전극 형성시, 상기 콘택 패턴 내부에 상기 제2버퍼층과 상기 전면전극이 형성되어 접속배선을 형성하며,
    상기 제2버퍼층은 상기 후면전극 패턴과 상기 전면전극 사이에 형성되는 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 전면전극은 알루미늄이 도핑된 산화 아연(ZnO)으로 형성되어,
    상기 제2버퍼층으로 상기 알루미늄이 확산되는 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
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