WO2011053087A2 - 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 태양전지는 태양전지 셀 상에 배치된 상부기판; 및 상기 상부기판 상에 배치된 홀로그램 패턴을 포함한다. 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 태양전지 셀 상에 상부기판을 형성하는 단계; 및 상기 상부기판 상에 홀로그램 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

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.
또한, 태양전지의 광전 변환 효율이 개선됨에 따라, 태양광 발전 모듈을 구비한 많은 태양광 발전 시스템이 주거 용도 뿐 아니라, 상업 건물의 외부에 설치되기에 이르렀다.
이러한 태양전지의 미적인 기능을 향상시키기 위해서 태양전지의 외관 및 표시 기능이 중요하게 대두되고 있다.
실시예는 심미감 및 장식성을 제공할 수 있는 태양전지 및 이의 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 태양전지는 태양전지 셀 상에 배치된 상부기판; 및 상기 상부기판 상에 배치된 홀로그램 패턴을 포함한다.
실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 태양전지 셀 상에 상부기판을 형성하는 단계; 및 상기 상부기판 상에 홀로그램 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 태양전지 및 이의 제조방법은 상부기판 상에 홀로그램 패턴층을 형성하여, 홀로그램 패턴층에서 발생되는 간섭현상에 의한 간섭무늬가 발생되어, 심미감 및 장식성을 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 7은 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도 및 사시도이다.
실시 예의 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.
도 3은 실시예에 따른 태양전지를 도시한 측단면도이며, 도 5는 실시예에 따른 태양전지를 도시한 사시도이다.
실시예에 따른 태양전지는, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 후면전극(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 전면전극(500), 투명수지층(600), 상부기판(700) 및 홀로그램 패턴층(800)을 포함한다.
상기 홀로그램 패턴층(800)은 상기 상부기판(700) 상에 홀로그램 형성 물질을 형성한 후, 패턴을 형성하여 형성될 수 있다.
상기 홀로그램 형성 물질은 에폭시, 에폭시 멜라닌, 아크릴, 우레탄 수지 등의 단독 또는 혼합물 형태의 레진(resin)을 포함하며, 투명한 물질로 형성될 수 있다.
상기 홀로그램 패턴층(800)은 사각뿔 요철 무늬(810)의 굴곡이 주기적으로 형성되며, 상기 사각뿔 요철 무늬(810)가 일방향으로 길게 형성될 수 있다.
그러나, 상기 홀로그램 패턴층(800)은 상기 사각뿔 요철 무늬(810)에 한정되지 않고, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 홀로그램 패턴층(800)의 측면이 굴곡진 정현파 무늬(820)가 주기적으로 형성될 수 있다.
상기 사각뿔 요철 무늬(810)의 폭(W1)은 80~150nm이고, 높이는 100~300nm가 될 수 있으며, 또한, 상기 사각뿔 요철 무늬(810) 사이의 폭(W2)은 150~420nm이 될 수 있다.
즉, 상기 사각뿔 요철 무늬(810)의 굴곡은 300~500nm의 주기를 가질 수 있다.
상기 상부기판(700) 상에 상기 홀로그램 패턴층(800)을 형성하여, 상기 홀로그램 패턴층(800)에서 발생되는 간섭현상에 의한 간섭무늬가 발생되어, 심미감 및 장식성을 제공할 수 있다.
이하, 태양전지 제조공정에 따라 상기 태양전지를 더 자세히 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 7은 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도 및 사시도이다.
우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 후면전극(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 전면전극(500)을 형성한다.
상기 기판(100)은 유리(glass)가 사용되고 있으며, 세라믹 기판, 금속 기판 또는 폴리머 기판 등도 사용될 수 있다.
유리 기판으로는 소다라임 유리(sodalime glass) 또는 고변형점 소다유리(high strained point soda glass)를 사용할 수 있으며, 금속 기판으로는 스테인레스 스틸 또는 티타늄을 포함하는 기판을 사용할 수 있다.
또한, 상기 기판(100)은 리지드(rigid)하거나 플렉서블(flexible)할 수 있다.
상기 후면전극(200)은 금속 등의 도전체로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 후면전극(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.
상기 후면전극(200)인 몰리브덴(Mo) 박막은 전극으로서 비저항이 낮아야 하고, 또한 열팽창 계수의 차이로 인하여 박리 현상이 일어나지 않도록 기판에의 점착성이 뛰어나야 한다.
그리고, 상기 후면전극(200)을 형성하는 물질은 이에 한정되지 않고, ITO(Indium tin oxide), 나트륨(Na) 이온이 도핑된 몰리브덴(Mo)으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 후면전극(200)은 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다.
상기 후면전극(200)이 복수개의 층으로 형성될 때, 상기 후면전극(200)을 이루는 층들은 서로 다른 물질로 형성될 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 Ⅰb-Ⅲb-Ⅵb계 화합물을 포함한다.
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(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, 레나이드(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 버퍼층(400)은 적어도 하나의 층으로 형성되며, 상기 광 흡수층(300)이 형성된 상기 기판(100) 상에 황화 카드뮴(CdS), ITO, ZnO, i-ZnO 중 어느 하나 또는 이들의 적층으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 버퍼층(400)은 n형 반도체 층이고, 상기 광 흡수층(300)은 p형 반도체 층이다. 따라서, 상기 광 흡수층(300) 및 버퍼층(400)은 pn 접합을 형성한다.
상기 버퍼층(400)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 버퍼층(400)을 삽입하여 양호한 접합을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 한 개의 버퍼층을 상기 광 흡수층(300) 상에 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 버퍼층은 복수개의 층으로 형성될 수도 있다.
상기 전면전극(500)은 투명전도층으로 형성될 수 있으며, 알루미늄(Al), 알루미나(Al2O3), 마그네슘(Mg), 갈륨(Ga) 등의 불순물을 포함하는 아연계 산화물 또는 ITO(Indium tin Oxide)로 형성될 수 있다.
상기 전면전극(500)은 상기 광 흡수층(300)과 pn접합을 형성하는 윈도우(window)층으로서, 태양전지 전면의 투명전극의 기능을 하기 때문에 광투과율이 높고 전기 전도성이 좋은 물질로 형성된다.
이때, 상기 산화 아연에 알루미늄 또는 알루미나를 도핑함으로써 낮은 저항값을 갖는 전극을 형성할 수 있다.
또한, 상기 전면전극(500)은 전기광학적 특성이 뛰어난 ITO(Indium tin Oxide) 박막을 산화 아연 박막 상에 층착한 2중 구조로 형성될 수도 있다.
그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전면전극(500) 상에 투명수지층(600) 및 상부기판(700)을 형성한다.
상기 투명수지층(600)은 EVA(Ethylene Vinyle Acetate copolymer) 필름으로 형성될 수 있다.
상기 상부기판(700)은 저철분 강화 유리 또는 반강화유리로 형성될 수 있다.
이어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 상부기판(700) 상에 홀로그램 패턴층(800)을 형성한다.
상기 홀로그램 패턴층(800)은 간섭현상에 의한 간섭무늬가 발생되는데, 이러한 간섭무늬는 심미감 및 장식성을 제공할 수 있다.
상기 홀로그램 패턴층(800)은 상기 상부기판(700) 상에 홀로그램 형성 물질을 코팅한 후, 상기 홀로그램 형성 물질에 패턴을 형성하여 형성될 수 있다.
상기 홀로그램 형성 물질은 에폭시, 에폭시 멜라닌, 아크릴, 우레탄 수지 등의 단독 또는 혼합물 형태의 레진(resin)을 포함하며, 투명한 물질로 형성될 수 있다.
그러나, 상기 홀로그램 패턴층(800)은 상기 사각뿔 요철 무늬(810)에 한정되지 않고, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 홀로그램 패턴층(800)의 측면이 굴곡진 정현파 무늬(820)로 형성될 수 있다.
또한, 상기 굴곡진 정현파 무늬(820)도 주기적으로 형성될 수 있다.
이때, 패턴을 형성하는 방법은, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 홀로그램 형성 물질을 상기 상부기판(700) 상에 도포한 후, 금형(900)을 이용하여 몰딩(molding) 공정을 진행하면서, UV 경화 공정을 동시에 진행하여 형성될 수 있다.
상기 홀로그램 물질을 상기 상부기판(700) 상에 도포할 때는 스핀 코팅(spin coating) 공정으로 진행될 수 있다.
그러나, 상기 패턴을 형성하는 방법은 이에 한정되지 않고, 상기 홀로그램 형성 물질을 상기 상부기판(700)에 도포한 후, 간섭성이 좋은 레이저 광원을 이용하여 형성될 수도 있다.
이러한 공정으로 형성된 상기 홀로그램 패턴층(800)은 사각뿔 요철 무늬(810)의 굴곡이 주기적으로 형성되며, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 사각뿔 요철 무늬(810)가 일방향으로 길게 형성될 수 있다.
또한, 상기 홀로그램 패턴층(800)이 상기 굴곡진 정현파 무늬(820)로 형성될 때, 상기 금형은 상기 굴곡진 정현파 무늬에 대응되도록 형성될 수 있다.
도 7은 상기 홀로그램 패턴층(800)의 A영역을 확대하여 도시한 것이다.
상기 사각뿔 요철 무늬(810)의 폭(W1)은 80~150nm이고, 높이는 100~300nm가 될 수 있다.
또한, 상기 사각뿔 요철 무늬(810) 사이의 폭(W2)은 150~420nm이 될 수 있다.
즉, 상기 사각뿔 요철 무늬(810)의 굴곡은 300~500nm의 주기를 가질 수 있다.
이상에서 설명한 실시예에 따른 태양전지 및 이의 제조방법은 상부기판 상에 홀로그램 패턴층을 형성하여, 홀로그램 패턴층에서 발생되는 간섭현상에 의한 간섭무늬가 발생되어, 심미감 및 장식성을 제공할 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 (13)

  1. 태양전지 셀 상에 배치된 상부기판; 및
    상기 상부기판 상에 배치된 홀로그램 패턴을 포함하는 태양전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 홀로그램 패턴은 사각뿔 요철 무늬로 굴곡이 주기적으로 형성된 것을 포함하는 태양전지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 사각뿔 요철 무늬는 사각뿔의 폭이 80~150nm이고, 높이는 100~300nm이며, 상기 사각뿔 요철 무늬의 주기는 300~500nm인 것을 포함하는 태양전지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 홀로그램 패턴은 굴곡진 정현파 무늬가 주기적으로 형성된 것을 포함하는 태양전지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 홀로그램 패턴은 에폭시, 에폭시 멜라닌, 아크릴, 우레탄 수지 등의 단독 또는 혼합물 형태의 레진(resin)으로 형성되는 것을 포함하는 태양전지.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 상부기판은 저철분 강화 유리 또는 반강화유리를 포함하는 태양전지.
  7. 태양전지 셀 상에 상부기판을 형성하는 단계; 및
    상기 상부기판 상에 홀로그램 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 홀로그램 패턴은 상기 상부기판 상에 홀로그램 형성 물질인 에폭시, 에폭시 멜라닌, 아크릴, 우레탄 수지 등의 단독 또는 혼합물 형태의 레진(resin)을 코팅한 후, 패턴을 형성하여 형성되는 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 홀로그램 형성 물질은 상기 상부기판 상에 스핀 코팅의 방법으로 도포하는 태양전지의 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 홀로그램 패턴은 코팅된 상기 홀로그램 물질에 몰딩(molding) 공정을 진행하면서, UV 경화 공정을 동시에 진행하여 형성되는 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 홀로그램 패턴은 사각뿔 요철 무늬로 굴곡이 주기적으로 형성된 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 사각뿔 요철 무늬는 사각뿔의 폭이 80~150nm이고, 높이는 100~300nm이며, 상기 사각뿔 요철 무늬의 주기는 300~500nm인 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
  13. 제 7항에 있어서,
    상기 홀로그램 패턴은 굴곡진 정현파 무늬가 주기적으로 형성된 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
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