WO2011119000A2 - 태양광 발전장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

태양광 발전장치 및 이의 제조방법 Download PDF

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    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
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    • H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
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    • Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the embodiment relates to a photovoltaic device and a method of manufacturing the same.
  • CIGS-based solar cells that 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.
  • Embodiments provide a photovoltaic device that suppresses leakage current and has improved photoelectric conversion efficiency.
  • Photovoltaic device includes a support substrate; First and second back electrodes disposed on the support substrate and spaced apart from each other; A light absorbing part disposed on the first back electrode; A first buffer disposed on the light absorbing portion; A second buffer disposed on the first buffer; A first barrier layer extending from the first buffer and disposed on a side of the light absorbing unit; And a first dummy part extending from the first barrier layer and disposed on an upper surface of the second back electrode.
  • Photovoltaic device includes a support substrate; A back electrode layer disposed on the support substrate; A light absorbing layer disposed on the back electrode layer and having through holes formed therein; A first buffer layer disposed on an upper surface of the light absorbing layer, an inner surface of the through groove, and a bottom surface of the through groove; A second buffer layer disposed on the first buffer layer; And a window layer disposed on the second buffer layer.
  • Method of manufacturing a solar cell apparatus comprises the steps of forming a back electrode layer on a support substrate; Forming a light absorbing layer on the back electrode layer; Forming a through groove in the light absorbing layer; Forming a first buffer layer on an upper surface of the light absorbing layer, an inner surface of the through groove, and a bottom surface of the through groove; Forming a second buffer layer on the first buffer layer; And forming a window layer on the second buffer layer.
  • the solar cell apparatus includes a first barrier film. Side surfaces of the light absorbing portion may be insulated by the first barrier layer. Accordingly, the solar cell apparatus according to the embodiment can prevent the current leaking through the side of the light absorbing portion.
  • the first barrier film may be formed of cadmium sulfide, and accordingly, the first barrier film has a high resistance. Therefore, the first barrier film can effectively prevent leakage current.
  • the connection part extending from the window can be easily connected to the second back electrode by the tunneling effect. That is, when the connection portion is connected to the second back electrode through the dummy portion, the dummy portion has a thin thickness, so that the solar cell apparatus according to the embodiment reduces power loss due to the tunneling effect.
  • a second barrier layer extending from the second buffer may be disposed on a side surface of the light absorbing portion. Accordingly, the side insulation of the light absorbing portion may be further strengthened by the second barrier layer.
  • the thickness of the second barrier layer may be thicker than the thickness of the second buffer. Accordingly, the side insulation of the light absorbing portion may be further strengthened by the second barrier layer.
  • the solar cell apparatus according to the embodiment prevents leakage current and has improved power generation efficiency.
  • FIG. 1 is a plan view illustrating a solar cell apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of FIG. 1.
  • 3 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the solar cell apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 7 and 8 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a solar cell apparatus according to another embodiment.
  • each substrate, film, electrode, groove or layer or the like is formed “on” or “under” of each substrate, electrode, film, groove or layer or the like.
  • “on” and “under” include both being formed “directly” or “indirectly” 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.
  • FIG. 1 is a plan view illustrating a solar cell apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of FIG. 1.
  • the solar cell apparatus includes a support substrate 100, a back electrode layer 200, a light absorbing layer 310, a lower buffer layer 320, an upper buffer layer 330, and a first barrier layer 323. ), A window layer 400, and a connection part 500.
  • the support substrate 100 has a plate shape, and the back electrode layer 200, the light absorbing layer 310, the lower buffer layer 320, the upper buffer layer 330, the window layer 400, and the connection portion ( 500).
  • the support substrate 100 may be an insulator.
  • the support substrate 100 may be a glass substrate, a plastic substrate, or a metal substrate.
  • the support substrate 100 may be a soda lime glass substrate.
  • the support substrate 100 may be transparent.
  • the support substrate 100 may be rigid or flexible.
  • the back electrode layer 200 is disposed on the support substrate 100.
  • the back electrode layer 200 is a conductive layer.
  • Examples of the material used for the back electrode layer 200 include a metal such as molybdenum.
  • the back electrode layer 200 may include two or more layers.
  • each of the layers may be formed of the same metal, or may be formed of different metals.
  • a first through hole TH1 is formed in the back electrode layer 200.
  • the first through hole TH1 is an open area that exposes an upper surface of the support substrate 100.
  • the first through hole TH1 may have a shape extending in one direction when viewed in a plan view.
  • the width of the first through hole TH1 may be about 80 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • the back electrode layer 200 is divided into a plurality of back electrodes 210, 220... By the first through hole TH1. That is, the back electrodes 210, 220... Are defined by the first through groove TH1.
  • a first backside electrode 210 and a second backside electrode 220 of the backside electrodes 210, 220 are defined by the first through groove TH1.
  • the back electrodes 210, 220... are spaced apart from each other by the first through hole TH1.
  • the back electrodes 210, 220... are arranged in a stripe shape.
  • the back electrodes 210, 220... May be arranged in a matrix form.
  • the first through hole TH1 may be formed in a lattice form when viewed in a plan view.
  • the light absorbing layer 310 is disposed on the back electrode layer 200.
  • the material included in the light absorbing layer 310 is filled in the first through hole (TH1).
  • the light absorbing layer 310 includes a group I-III-VI compound.
  • the light absorption layer 310 may be formed of a copper-indium-gallium-selenide-based (Cu (In, Ga) Se 2 ; CIGS-based) crystal structure, copper-indium-selenide-based, or copper-gallium-selenide It may have a system crystal structure.
  • the energy band gap of the light absorbing layer 310 may be about 1 eV to 1.8 eV.
  • a second through hole TH2 is formed in the light absorbing layer 310.
  • the second through hole TH2 penetrates the light absorbing layer 310.
  • the second through hole TH2 is an open area exposing the top surface of the back electrode layer 200.
  • the second through hole TH2 is formed adjacent to the first through hole TH1. That is, a part of the second through hole TH2 is formed next to the first through hole TH1 when viewed in a plan view.
  • the width of the second through hole TH2 may be about 80 ⁇ m to about 200 ⁇ m.
  • the light absorbing layer 310 defines a plurality of light absorbing portions 311, 312... By the second through hole TH2. That is, the light absorbing layer 310 is divided into the light absorbing portions 311, 312... By the second through hole TH2.
  • the lower buffer layer 320 is disposed on the light absorbing layer 310 and inside the second through hole TH2.
  • the lower buffer layer 320 includes cadmium sulfide (CdS), and the energy band gap of the lower buffer layer 320 is about 2.2 eV to 2.4 eV.
  • the lower buffer layer 320 has a high resistance.
  • the lower buffer layer 320 may have a higher resistance than the upper buffer layer 330 and the window layer 400.
  • the upper buffer layer 330 is disposed on the lower buffer layer 320. In addition, the upper buffer layer 330 is also disposed inside the second through hole TH2.
  • the upper buffer layer 330 includes gallium doped zinc oxide (Ga doped ZnO) or gallium doped tin oxide (Ga doped SnO).
  • the energy band gap of the upper buffer layer 330 is about 3.1 eV to 3.3 eV.
  • the upper buffer layer 330 may include zinc oxide that is not doped with impurities.
  • the upper buffer layer 330 has a very low resistance.
  • the upper buffer layer 330 may have a resistance corresponding to the window layer 400 or may have a lower resistance than the window layer 400.
  • the window layer 400 is disposed on the upper buffer layer 330.
  • the window layer 400 is transparent and is a conductive layer.
  • Examples of the material used as the window layer 400 may include Al doped ZnO (AZO) doped with aluminum.
  • a third through hole TH3 is formed in the lower buffer layer 320, the upper buffer layer 330, and the window layer 400.
  • the third through hole TH3 is an open area that exposes the top surface of the back electrode layer 200.
  • the width of the third through hole TH3 may be about 80 ⁇ m to about 200 ⁇ m.
  • the third through hole TH3 is formed at a position adjacent to the second through hole TH2.
  • the third through hole TH3 is disposed next to the second through hole TH2. That is, when viewed in a plan view, the third through hole TH3 is disposed side by side next to the second through hole TH2.
  • the lower buffer layer 320 is divided into a plurality of lower buffers 321, 322..., A first barrier layer 323, and a first dummy part 324 by the third through hole TH3. .
  • the upper buffer layer 330 is formed by the third through hole TH3, and the plurality of upper buffers 331, 332..., The second barrier layer 333 and the second dummy part 334. Separated by.
  • the first barrier layer 323 extends from the first lower buffer 321 disposed on the first light absorbing portion 311, and is disposed on the side surface of the first light absorbing portion 311.
  • the first barrier layer 323 is formed integrally with the first lower buffer 321, and is interposed between the side surface of the first light absorbing unit 311 and the second barrier layer 333.
  • the first dummy part 324 extends from the first barrier layer 323 along the top surface of the back electrode layer 200. In more detail, the first dummy part 324 extends from the barrier layer and contacts the top surface of the second back electrode 220. The first dummy part 324 is integrally formed with the first barrier layer 323. The first dummy part 324 covers the entire bottom surface of the second through hole TH2.
  • the second barrier layer 333 extends from the first upper buffer 331 disposed on the first lower buffer 321 and is disposed on the first barrier layer 323.
  • the second barrier layer 333 is formed integrally with the first upper buffer 331 and is interposed between the first barrier layer 323 and the connection part 500.
  • the second barrier layer 333 has the same low resistance as the first upper buffer 331.
  • the second dummy part 334 extends from the second barrier layer 333 along the top surface of the back electrode layer 200.
  • the second dummy part 334 extends from the second barrier layer 333 and contacts the top surface of the first dummy part 324.
  • the second dummy part 334 is integrally formed with the second barrier layer 333.
  • the first barrier layer 323 extends from the lower buffers 321, 322... And is disposed on the side surfaces of the light absorbing portions 311, 312.
  • the second barrier layer 333 also extends from the upper buffers 331, 332..., And is disposed on the light absorbing portions 311, 312.
  • the first dummy part 324 extends from the first barrier layer 323 along the top surface of the back electrode layer 200.
  • the second dummy part 334 extends from the second barrier layer 333 and is disposed on the first dummy part 324.
  • the first dummy part 324 covers the entire bottom surface of the second through hole TH2.
  • the first dummy part 324 has a thin thickness.
  • the thickness T of the first dummy part 324 may be about 1 nm to about 80 nm.
  • the thickness of the first dummy part 324 may be about 1 nm to about 30 nm.
  • the window layer 400 is divided into a plurality of windows 410, 420... By the third through hole TH3.
  • the windows 410, 420... are defined by the third through hole TH3.
  • the windows 410, 420... Have a shape corresponding to the back electrodes 210, 220. That is, the windows 410, 420... Are arranged in a stripe shape. Alternatively, the windows 410, 420... May be arranged in a matrix form.
  • a plurality of cells C1, C2... are defined by the third through hole TH3.
  • the cells C1, C2... are defined by the second through groove TH2 and the third through groove TH3. That is, the solar cell apparatus according to the embodiment is divided into the cells C1, C2... By the second through groove TH2 and the third through groove TH3.
  • the solar cell apparatus includes a plurality of cells C1, C2...
  • the photovoltaic device according to the embodiment includes a first cell C1 and a second cell C2 disposed on the support substrate 100.
  • the first cell C1 includes the first back electrode 210, the first light absorbing part 311, the first lower buffer 321, the first upper buffer 331, and the first window ( 410).
  • the first back electrode 210 is disposed on the support substrate 100, and the first light absorbing part 311, the first lower buffer 321, and the first upper buffer 331 are formed of the first back electrode 210. 1 are sequentially stacked on the back electrode 210.
  • the first window 410 is disposed on the first upper buffer 331.
  • first back electrode 210 and the first window 410 face each other with the first light absorbing part 311 interposed therebetween.
  • the first light absorbing portion 311 and the first window 410 cover the first back electrode 210 while exposing a portion of the top surface of the first back electrode 210. .
  • the second cell C2 is disposed on the support substrate 100 adjacent to the first cell C1.
  • the second cell C2 includes the second back electrode 220, the second light absorbing part 312, the second lower buffer 322, the second upper buffer 332, and the second window ( 420).
  • the second backside electrode 220 is spaced apart from the first backside electrode 210 and disposed on the support substrate 100.
  • the second light absorbing part 312 is spaced apart from the first light absorbing part 311 and disposed on the second back electrode 220.
  • the second window 420 is spaced apart from the first window 410 and disposed on the second upper buffer 332.
  • the second light absorbing part 312 and the second window 420 cover the second back electrode 220 while exposing a part of the top surface of the second back electrode 220.
  • connection part 500 is disposed inside the second through hole TH2. In addition, the connection part 500 is disposed on the first dummy part 324.
  • connection part 500 extends downward from the window layer 400 and is connected to the back electrode layer 200.
  • connection part 500 extends downward from the first window 410 and is connected to the second back electrode 220.
  • connection part 500, the second dummy part 334, and the second back electrode 220 have low resistance, and the first dummy part 324 has a thin thickness, the second dummy part has a small thickness.
  • a tunneling phenomenon occurs between the unit 334 and the second back electrode 220. Accordingly, a current easily flows between the second dummy part 334 and the second back electrode 220.
  • connection part 500 easily connects the window and the back electrode included in the cells C1, C2 ... adjacent to each other. That is, the connection part 500 connects the first window 410 and the second back electrode 220.
  • connection part 500 is integrally formed with the windows 410, 420... That is, the material used as the connection part 500 is the same as the material used as the window layer 400.
  • the first barrier layer 323 insulates side surfaces of the light absorbing portions 311, 312. That is, the first barrier layer 323 is interposed between the light absorbing portions 311, 312... And the connection portions 500, respectively. Accordingly, the first barrier layer 323 may block the leakage current toward the side surfaces of the light absorbing portions 311 and 312. For example, the first barrier layer 323 passes through the side surface of the first light absorbing part 311 from the connection part 500 to prevent a current from leaking to the first back electrode 210. can do.
  • the first barrier layer 323 is interposed between the light absorbing portions 311 and 312 having high resistance and the second barrier layer 333 having low resistance, the first barrier layer 323 is formed. In the tunneling phenomenon does not occur. Accordingly, the first barrier layer 323 increases the resistance of the side surfaces of the light absorbing portions 311, 312.
  • the width of the first through hole TH1 need not be increased. That is, even if the width of the first through hole TH1 is reduced, the leakage current may be efficiently blocked by the first barrier layer 323.
  • the width of the first through hole TH1 may be reduced, and the solar cell apparatus according to the embodiment may reduce dead zones in which power generation is impossible.
  • the connection property between the connection part 500 and the back electrode layer 200 is not reduced.
  • the first dummy part 324 is about 80 nm or less, the resistance between the connection part 500 and the back electrode layer 200 is not increased.
  • the solar cell apparatus improves the connection characteristics between the cells and has an improved power generation efficiency.
  • 3 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the solar cell apparatus according to the embodiment.
  • the present manufacturing method refer to the description of the photovoltaic device described above.
  • the back electrode layer 200 is formed on the support substrate 100, and the back electrode layer 200 is patterned to form a first through hole TH1. Accordingly, a plurality of back electrodes 210, 220... Are formed on the substrate.
  • the back electrode layer 200 is patterned by a laser.
  • the first through hole TH1 may expose an upper surface of the support substrate 100 and have a width of about 80 ⁇ m to about 200 ⁇ m.
  • an additional layer such as a diffusion barrier, may be interposed between the support substrate 100 and the back electrode layer 200, wherein the first through hole TH1 exposes an upper surface of the additional layer.
  • a light absorbing layer 310 is formed on the back electrode layer 200.
  • the light absorbing layer 310 may be formed by a sputtering process or an evaporation method.
  • the light absorbing layer 310 For example, copper, indium, gallium, selenide-based (Cu (In, Ga) Se 2 ; CIGS-based) while evaporating copper, indium, gallium, and selenium simultaneously or separately to form the light absorbing layer 310.
  • the method of forming the light absorbing layer 310 and the method of forming the metal precursor film by the selenization process are widely used.
  • a metal precursor film is formed on the back electrode 200 by a sputtering process using a copper target, an indium target, and a gallium target.
  • the metal precursor film is formed of a copper-indium-gallium-selenide (Cu (In, Ga) Se 2 ; CIGS-based) light absorbing layer 310 by a selenization process.
  • Cu (In, Ga) Se 2 copper-indium-gallium-selenide
  • CIGS-based copper-indium-gallium-selenide
  • the sputtering process and the selenization process using the copper target, the indium target, and the gallium target may be simultaneously performed.
  • the CIS-based or CIG-based light absorbing layer 310 may be formed by using only a copper target and an indium target, or by a sputtering process and a selenization process using a copper target and a gallium target.
  • a portion of the light absorbing layer 310 is removed to form a second through hole TH2.
  • the second through hole TH2 may be formed by a mechanical device such as a tip or a laser device.
  • the light absorbing layer 310 and the lower buffer layer 320 may be patterned by a tip having a width of about 40 ⁇ m to about 180 ⁇ m.
  • the second through hole TH2 may be formed by a laser having a wavelength of about 200 to 600 nm.
  • the width of the second through hole TH2 may be about 100 ⁇ m to about 200 ⁇ m.
  • the second through hole TH2 is formed to expose a portion of the top surface of the back electrode layer 200.
  • cadmium sulfide is deposited on the light absorbing layer 310 and inside the second through hole TH2 by a sputtering process or a chemical bath depositon (CBD), and the lower buffer layer 320. ) Is formed.
  • zinc oxide is deposited on the lower buffer layer 320 by a sputtering process, and the upper buffer layer 330 is formed.
  • the lower buffer layer 320 is deposited to a low thickness.
  • the thickness of the lower buffer layer 320 is about 1 nm to about 80 nm.
  • the lower buffer layer 320 and the upper buffer layer 330 may be deposited in an inclined direction.
  • a window layer 400 is formed on the upper buffer layer 330.
  • a material forming the window layer 400 is filled inside the second through hole TH2.
  • a transparent conductive material is stacked on the upper buffer layer 330.
  • the transparent conductive material is filled in the entire second through hole TH2.
  • Examples of the transparent conductive material include aluminum doped zinc oxide and the like.
  • connection part 500 extending from the window layer 400 and directly connected to the back electrode layer 200 is formed inside the second through hole TH2.
  • the first barrier layer 323 is formed on the side surfaces of the light absorbing portions 311 and 312, and the first dummy portion 324 is formed on the back electrode layer 200.
  • the lower buffer layer 320 and the upper buffer layer 330 are patterned to form a plurality of lower buffers 321, 322... And a plurality of upper buffers on the light absorbing portions 311, 312. Fields 331, 332 ... are formed in sequence.
  • a first barrier layer 323 including a first barrier layer 323 and a second barrier layer 333 is formed on side surfaces of the light absorbing parts 311 and 312.
  • a first dummy part 324 including a first dummy part 324 and a second dummy part 334 is formed on the bottom surface of the second through hole TH2.
  • the window layer 400 is patterned to define a plurality of windows 410, 420... And a plurality of cells C1, C2.
  • the width of the third through hole TH3 may be about 80 ⁇ m to about 200 ⁇ m.
  • a photovoltaic device having high efficiency may be provided.
  • FIG. 7 and 8 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a solar cell apparatus according to another embodiment.
  • this embodiment reference is made to the description of the photovoltaic device and the manufacturing method described above. That is, the foregoing description of the photovoltaic device and the manufacturing method may be essentially combined with the description of the present manufacturing method, except for the changed part.
  • cadmium sulfide is sputtered on the upper surface of the light absorbing layer 310, the inner surface of the second through hole TH2, and the bottom surface of the second through hole TH2, or a chemical bath depositon; CBD) or the like, and the lower buffer layer 320 is formed.
  • zinc oxide doped with gallium, tin oxide doped with gallium, or zinc oxide not doped with impurities is deposited on the lower buffer layer 320 by a sputtering process, and an upper buffer layer 330 is formed.
  • a material for forming the upper buffer layer 330 may be deposited on the lower buffer layer 320 in a direction inclined with respect to the support substrate 100.
  • an angle between the direction in which the material for forming the upper buffer layer 330 is deposited and the support substrate 100 may be about 10 ° to about 40 °.
  • the second barrier layer 335 may be formed to have a thick thickness T2. That is, the second barrier layer 335 may be thicker than the thickness T1 of the upper buffer layer 335 formed on the upper surface of the light absorbing layer 310. That is, in the upper buffer layer 330, the thicknesses T1 of the upper buffer layers 331 and 332 formed on the light absorbing layer 310 are formed on the side surfaces of the light absorbing portion 311. It may be thinner than the thickness T2.
  • a window layer 400 and a third through hole TH3 are formed on the upper buffer layer 330.
  • the solar cell apparatus includes a relatively thick second barrier layer 335. Accordingly, the side insulation of the light absorbing portion 311 may be further strengthened.
  • the solar cell apparatus according to the present embodiment further improves connection characteristics between cells and has improved power generation efficiency.
  • the photovoltaic device according to the present embodiment can be used in the photovoltaic field.

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Abstract

태양광 발전장치 및 이의 제조방법이 개시된다. 태양광 발전장치는 지지기판; 상기 지지기판 상에 배치되며, 서로 이격되는 제 1 이면전극 및 제 2 이면전극; 상기 제 1 이면전극 상에 배치되는 광 흡수부; 상기 광 흡수부 상에 배치되는 제 1 버퍼; 상기 제 1 버퍼 상에 배치되는 제 2 버퍼; 상기 제 1 버퍼로부터 연장되며, 상기 광 흡수부의 측면에 배치되는 제 1 배리어막; 및 상기 제 1 배리어막으로부터 연장되며, 상기 제 2 이면전극의 상면에 배치되는 제 1 더미부를 포함한다.

Description

태양광 발전장치 및 이의 제조방법
실시예는 태양광 발전장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지의 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지에 대한 개발이 진행되고 있다.
특히, 유리기판, 금속 이면 전극층, p형 CIGS계 광 흡수층, 고 저항 버퍼층, n형 창층 등을 포함하는 기판 구조의 pn 헤테로 접합 장치인 CIGS계 태양전지가 널리 사용되고 있다.
실시예는 누설 전류를 억제하고, 향상된 광전 변환효율을 가지는 태양광 발전장치를 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 태양광 발전장치는 지지기판; 상기 지지기판 상에 배치되며, 서로 이격되는 제 1 이면전극 및 제 2 이면전극; 상기 제 1 이면전극 상에 배치되는 광 흡수부; 상기 광 흡수부 상에 배치되는 제 1 버퍼; 상기 제 1 버퍼 상에 배치되는 제 2 버퍼; 상기 제 1 버퍼로부터 연장되며, 상기 광 흡수부의 측면에 배치되는 제 1 배리어막; 및 상기 제 1 배리어막으로부터 연장되며, 상기 제 2 이면전극의 상면에 배치되는 제 1 더미부를 포함한다.
일 실시예에 따른 태양광 발전장치는 지지기판; 상기 지지기판 상에 배치되는 이면전극층; 상기 이면전극층 상에 배치되며, 관통홈이 형성되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층의 상면, 상기 관통홈의 내측면 및 상기 관통홈의 바닥면에 배치되는 제 1 버퍼층; 상기 제 1 버퍼층 상에 배치되는 제 2 버퍼층; 및 상기 제 2 버퍼층 상에 배치되는 윈도우층을 포함한다.
일 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법은 지지기판 상에 이면전극층을 형성하는 단계; 상기 이면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층에 관통홈을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층의 상면, 상기 관통홈의 내측면 및 상기 관통홈의 바닥면에 제 1 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 제 1 버퍼층 상에 제 2 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 제 2 버퍼층 상에 윈도우층을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는 제 1 배리어막을 포함한다. 상기 제 1 배리어막에 의해서, 광 흡수부의 측면이 절연될 수 있다. 이에 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 광 흡수부의 측면을 통하여 누설되는 전류를 방지할 수 있다.
특히, 상기 제 1 배리어막은 황화 카드뮴으로 형성될 수 있고, 이에 따라서, 상기 제 1 배리어막은 높은 저항을 가진다. 따라서, 상기 제 1 배리어막은 효율적으로 누설 전류를 방지할 수 있다.
또한, 상기 제 1 더미부는 얇은 두께를 가지기 때문에, 윈도우로부터 연장되는 접속부는 터널링 효과에 의해서, 제 2 이면전극에 용이하게 접속될 수 있다. 즉, 접속부는 더미부를 통하여 제 2 이면전극에 접속될 때, 더미부는 얇은 두께를 가지기 때문에, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 터널링 효과에 의해서, 전력 손실을 감소시킨다.
또한, 상기 광 흡수부의 측면에는 상기 제 2 버퍼로부터 연장되는 제 2 배리어막이 배치될 수 있다. 이에 따라서, 상기 제 2 배리어막에 의해서, 상기 광 흡수부의 측면 절연은 더 강화될 수 있다.
또한, 상기 제 2 배리어막의 두께는 상기 제 2 버퍼의 두께보다 더 두꺼울 수 있다. 이에 따라서, 상기 제 2 배리어막에 의해서, 상기 광 흡수부의 측면 절연은 더욱 강화될 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 누설 전류를 방지하고, 향상된 발전 효율을 가진다.
도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1에서 A-A`선을 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 6은 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
도 7 및 도 8은 다른 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 막, 전극, 홈 또는 층 등이 각 기판, 전극, 막, 홈 또는 층 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 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 평면도이다. 도 2는 도 1에서 A-A`선을 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 태양광 발전장치는 지지기판(100), 이면전극층(200), 광 흡수층(310), 하부 버퍼층(320), 상부 버퍼층(330), 제 1 배리어막(323), 윈도우층(400) 및 접속부(500)를 포함한다.
상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 이면전극층(200), 상기 광 흡수층(310), 상기 하부 버퍼층(320), 상기 상부 버퍼층(330), 상기 윈도우층(400) 및 상기 접속부(500)를 지지한다.
상기 지지기판(100)은 절연체일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 유리기판, 플라스틱기판 또는 금속기판일 수 있다. 더 자세하게, 상기 지지기판(100)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 투명할 수 있다. 상기 지지기판(100)은 리지드하거나 플렉서블할 수 있다.
상기 이면전극층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 이면전극층(200)은 도전층이다. 상기 이면전극층(200)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴 등의 금속을 들 수 있다.
또한, 상기 이면전극층(200)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
상기 이면전극층(200)에는 제 1 관통홈(TH1)이 형성된다. 상기 제 1 관통홈(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 상기 제 1 관통홈(TH1)은 평면에서 보았을 때, 일 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 관통홈(TH1)의 폭은 약 80㎛ 내지 200㎛ 일 수 있다.
상기 제 1 관통홈(TH1)에 의해서, 상기 이면전극층(200)은 다수 개의 이면전극들(210, 220...)로 구분된다. 즉, 상기 제 1 관통홈(TH1)에 의해서, 상기 이면전극들(210, 220...)이 정의된다. 도 2에서는 상기 이면전극들(210, 220...) 중 제 1 이면전극(210) 및 제 2 이면전극(220)이 도시된다.
상기 이면전극들(210, 220...)은 상기 제 1 관통홈(TH1)에 의해서 서로 이격된다. 상기 이면전극들(210, 220...)은 스트라이프 형태로 배치된다.
이와는 다르게, 상기 이면전극들(210, 220...)은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 관통홈(TH1)은 평면에서 보았을 때, 격자 형태로 형성될 수 있다.
상기 광 흡수층(310)은 상기 이면전극층(200) 상에 배치된다. 또한, 상기 광 흡수층(310)에 포함된 물질은 상기 제 1 관통홈(TH1)에 채워진다.
상기 광 흡수층(310)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 계 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(310)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계) 결정 구조, 구리-인듐-셀레나이드계 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다.
상기 광 흡수층(310)의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1eV 내지 1.8eV일 수 있다.
상기 광 흡수층(310)에는 제 2 관통홈(TH2)이 형성된다. 상기 제 2 관통홈(TH2)은 상기 광 흡수층(310)을 관통한다. 또한, 상기 제 2 관통홈(TH2)은 상기 이면전극층(200)의 상면을 노출하는 오픈영역이다.
상기 제 2 관통홈(TH2)은 상기 제 1 관통홈(TH1)에 인접하여 형성된다. 즉, 상기 제 2 관통홈(TH2)의 일부는 평면에서 보았을 때, 상기 제 1 관통홈(TH1)의 옆에 형성된다.
상기 제 2 관통홈(TH2)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
또한, 상기 광 흡수층(310)은 상기 제 2 관통홈(TH2)에 의해서, 다수 개의 광 흡수부들(311, 312...)을 정의한다. 즉, 상기 광 흡수층(310)은 상기 제 2 관통홈(TH2)에 의해서, 상기 광 흡수부들(311, 312...)로 구분된다.
상기 하부 버퍼층(320)은 상기 광 흡수층(310) 상 및 상기 제 2 관통홈(TH2) 내측에 배치된다. 상기 하부 버퍼층(320)은 황화 카드뮴(CdS)를 포함하며, 상기 하부 버퍼층(320)의 에너지 밴드갭은 약 2.2eV 내지 2.4eV이다. 상기 하부 버퍼층(320)은 높은 저항을 가진다. 예를 들어, 상기 하부 버퍼층(320)은 상기 상부 버퍼층(330) 및 상기 윈도우층(400)보다 더 높은 저항을 가질 수 있다.
상기 상부 버퍼층(330)은 상기 하부 버퍼층(320) 상에 배치된다. 또한, 상기 상부 버퍼층(330)은 상기 제 2 관통홈(TH2) 내측에도 배치된다. 상기 상부 버퍼층(330)은 갈륨이 도핑된 징크 옥사이드(Ga doped ZnO) 또는 갈륨이 도핑된 틴 옥사이드(Ga doped SnO)를 포함한다. 상기 상부 버퍼층(330)의 에너지 밴드갭은 약 3.1eV 내지 3.3eV이다.
이와는 다르게, 상기 상부 버퍼층(330)은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드를 포함할 수 있다.
이에 따라서, 상기 상부 버퍼층(330)은 매우 낮은 저항을 가진다. 예를 들어, 상기 상부 버퍼층(330)은 상기 윈도우층(400)에 대응되는 저항을 가지거나, 상기 윈도우층(400)보다 더 낮은 저항을 가질 수 있다.
상기 윈도우층(400)은 상기 상부 버퍼층(330) 상에 배치된다. 상기 윈도우층(400)은 투명하며, 도전층이다. 상기 윈도우층(400)으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드(Al doped ZnO;AZO) 등을 들 수 있다.
상기 하부 버퍼층(320), 상기 상부 버퍼층(330) 및 상기 윈도우층(400)에는 제 3 관통홈(TH3)이 형성된다. 상기 제 3 관통홈(TH3)은 상기 이면전극층(200)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 예를 들어, 상기 제 3 관통홈(TH3)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛일 수 있다.
상기 제 3 관통홈(TH3)은 상기 제 2 관통홈(TH2)에 인접하는 위치에 형성된다. 더 자세하게, 상기 제 3 관통홈(TH3)은 상기 제 2 관통홈(TH2) 옆에 배치된다. 즉, 평면에서 보았을 때, 상기 제 3 관통홈(TH3)은 상기 제 2 관통홈(TH2) 옆에 나란히 배치된다.
상기 하부 버퍼층(320)은 상기 제 3 관통홈(TH3)에 의해서, 다수 개의 하부 버퍼들(321, 322...), 제 1 배리어막(323) 및 제 1 더미부(324)로 구분된다.
마찬가지로, 상기 상부 버퍼층(330)은 상기 제 3 관통홈(TH3)에 의해서, 다수 개의 상부 버퍼들(331, 332...), 상기 제 2 배리어막(333) 및 제 2 더미부(334)로 구분된다.
상기 제 1 배리어막(323)은 상기 제 1 광 흡수부(311) 상에 배치되는 제 1 하부 버퍼(321)로부터 연장되어, 상기 제 1 광 흡수부(311)의 측면에 배치된다. 상기 제 1 배리어막(323)은 상기 제 1 하부 버퍼(321)와 일체로 형성되며, 상기 제 1 광 흡수부(311)의 측면과 상기 제 2 배리어막(333) 사이에 개재된다.
상기 제 1 더미부(324)는 상기 제 1 배리어막(323)으로부터 상기 이면전극층(200)의 상면을 따라서 연장된다. 더 자세하게, 상기 제 1 더미부(324)는 상기 배리어막으로부터 연장되며, 제 2 이면전극(220)의 상면에 접촉한다. 상기 제 1 더미부(324)는 상기 제 1 배리어막(323)과 일체로 형성된다. 상기 제 1 더미부(324)는 상기 제 2 관통홈(TH2)의 바닥면 전체를 덮는다.
상기 제 2 배리어막(333)은 상기 제 1 하부 버퍼(321) 상에 배치되는 제 1 상부 버퍼(331)로부터 연장되어, 상기 제 1 배리어막(323) 상에 배치된다. 상기 제 2 배리어막(333)은 상기 제 1 상부 버퍼(331)와 일체로 형성되며, 상기 제 1 배리어막(323)과 상기 접속부(500) 사이에 개재된다.
상기 제 2 배리어막(333)은 상기 제 1 상부 버퍼(331)와 같이 낮은 저항을 가진다.
상기 제 2 더미부(334)는 상기 제 2 배리어막(333)으로부터 상기 이면전극층(200)의 상면을 따라서 연장된다. 더 자세하게, 상기 제 2 더미부(334)는 상기 제 2 배리어막(333)으로부터 연장되며, 제 1 더미부(324)의 상면에 접촉한다. 상기 제 2 더미부(334)는 상기 제 2 배리어막(333)과 일체로 형성된다.
상기 제 1 배리어막(323)은 상기 하부 버퍼들(321, 322...)로부터 연장되어, 상기 광 흡수부들(311, 312...)의 측면에 배치된다. 또한, 상기 제 2 배리어막(333)도 마찬가지로, 상기 상부 버퍼들(331, 332...)로부터 연장되어, 상기 광 흡수부들(311, 312...) 측면에 배치된다.
상기 제 1 더미부(324)는 상기 제 1 배리어막(323)으로부터 상기 이면전극층(200)의 상면을 따라서 연장된다. 또한, 상기 제 2 더미부(334)는 상기 제 2 배리어막(333)로부터 연장되며, 상기 제 1 더미부(324) 상에 배치된다. 상기 제 1 더미부(324)는 상기 제 2 관통홈(TH2)의 바닥면 전체를 덮는다. 상기 제 1 더미부(324)는 얇은 두께를 가진다. 예를 들어, 상기 제 1 더미부(324)의 두께(T)는 약 1㎚ 내지 약 80㎚일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 더미부(324)의 두께는 약 1㎚ 내지 약 30㎚일 수 있다.
또한, 상기 제 3 관통홈(TH3)에 의해서, 상기 윈도우층(400)은 다수 개의 윈도우들(410, 420...)로 구분된다. 즉, 상기 윈도우들(410, 420...)은 상기 제 3 관통홈(TH3)에 의해서 정의된다.
상기 윈도우들(410, 420...)은 상기 이면전극들(210, 220...)과 대응되는 형상을 가진다. 즉, 상기 윈도우들(410, 420...)은 스트라이프 형태로 배치된다. 이와는 다르게, 상기 윈도우들(410, 420...)은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
또한, 상기 제 3 관통홈(TH3)에 의해서, 다수 개의 셀들(C1, C2...)이 정의된다. 더 자세하게, 상기 제 2 관통홈(TH2) 및 상기 제 3 관통홈(TH3)에 의해서, 상기 셀들(C1, C2...)이 정의된다. 즉, 상기 제 2 관통홈(TH2) 및 상기 제 3 관통홈(TH3)에 의해서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 셀들(C1, C2...)로 구분된다.
즉, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 다수 개의 셀들(C1, C2...)을 포함한다. 예를 들어, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 지지기판(100) 상에 배치되는 제 1 셀(C1) 및 제 2 셀(C2)을 포함한다.
상기 제 1 셀(C1)은 상기 제 1 이면전극(210), 상기 제 1 광 흡수부(311), 상기 제 1 하부 버퍼(321), 상기 제 1 상부 버퍼(331) 및 상기 제 1 윈도우(410)를 포함한다.
상기 제 1 이면전극(210)은 상기 지지기판(100) 상에 배치되고, 상기 제 1 광 흡수부(311), 상기 제 1 하부 버퍼(321) 및 상기 제 1 상부 버퍼(331)는 상기 제 1 이면전극(210) 상에 차례로 적층되어 배치된다. 상기 제 1 윈도우(410)는 상기 제 1 상부 버퍼(331) 상에 배치된다.
즉, 상기 제 1 이면전극(210) 및 상기 제 1 윈도우(410)는 상기 제 1 광 흡수부(311)를 사이에 두고 서로 마주본다.
도면에서 도시되지 않았지만, 상기 제 1 광 흡수부(311) 및 상기 제 1 윈도우(410)는 상기 제 1 이면전극(210)의 상면의 일부가 노출하면서, 상기 제 1 이면전극(210)을 덮는다.
상기 제 2 셀(C2)은 상기 제 1 셀(C1)에 인접하여 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 제 2 셀(C2)은 상기 제 2 이면전극(220), 상기 제 2 광 흡수부(312), 상기 제 2 하부 버퍼(322), 상기 제 2 상부 버퍼(332) 및 상기 제 2 윈도우(420)를 포함한다.
상기 제 2 이면전극(220)은 상기 제 1 이면전극(210)에 이격되어 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 제 2 광 흡수부(312)는 상기 제 1 광 흡수부(311)에 이격되어 상기 제 2 이면전극(220) 상에 배치된다. 상기 제 2 윈도우(420)는 상기 제 1 윈도우(410)에 이격되어 상기 제 2 상부 버퍼(332) 상에 배치된다.
상기 제 2 광 흡수부(312) 및 상기 제 2 윈도우(420)는 상기 제 2 이면전극(220)의 상면의 일부가 노출하면서, 상기 제 2 이면전극(220)을 덮는다.
상기 접속부(500)는 상기 제 2 관통홈(TH2) 내측에 배치된다. 또한, 상기 접속부(500)는 상기 제 1 더미부(324) 상에 배치된다.
상기 접속부(500)는 상기 윈도우층(400)으로부터 하방으로 연장되며, 상기 이면전극층(200)에 접속된다. 예를 들어, 상기 접속부(500)는 상기 제 1 윈도우(410)으로부터 하방으로 연장되어, 상기 제 2 이면전극(220)에 접속된다.
이때, 상기 접속부(500), 상기 제 2 더미부(334) 및 상기 제 2 이면전극(220)은 낮은 저항을 가지고, 상기 제 1 더미부(324)는 얇은 두께를 가지기 때문에, 상기 제 2 더미부(334) 및 상기 제 2 이면전극(220) 사이에서 터널링 현상이 발생된다. 이에 따라서, 상기 제 2 더미부(334) 및 상기 제 2 이면전극(220) 사이에 용이하게 전류가 흐르게 된다.
따라서, 상기 접속부(500)는 서로 인접하는 셀들(C1, C2...)에 각각 포함된 윈도우과 이면전극을 용이하게 연결한다. 즉, 상기 접속부(500)는 상기 제 1 윈도우(410) 및 상기 제 2 이면전극(220)을 연결한다.
상기 접속부(500)는 상기 윈도우들(410, 420...)과 일체로 형성된다. 즉, 상기 접속부(500)로 사용되는 물질은 상기 윈도우층(400)으로 사용되는 물질과 동일하다.
상기 제 1 배리어막(323)은 상기 광 흡수부들(311, 312...)의 측면을 절연한다. 즉, 상기 제 1 배리어막(323)은 상기 광 흡수부들(311, 312...) 및 상기 접속부들(500) 사이에 각각 개재된다. 이에 따라서, 상기 제 1 배리어막(323)은 상기 광 흡수부들(311, 312)의 측면으로의 누설 전류를 차단할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 배리어막(323)은 상기 접속부(500)로부터 상기 제 1 광 흡수부(311)의 측면을 통과하여, 상기 제 1 이면전극(210)으로 전류가 누설되는 현상을 방지할 수 있다.
즉, 상기 제 1 배리어막(323)은 저항이 높은 광 흡수부들(311, 312...) 및 저항이 낮은 제 2 배리어막(333) 사이에 개재되기 때문에, 상기 제 1 배리어막(323)에서, 터널링 현상이 발생되지 않는다. 이에 따라서, 상기 제 1 배리어막(323)은 상기 광 흡수부들(311, 312...)의 측면의 저항을 증가시킨다.
또한, 상기 누설 전류를 차단하기 위해서, 상기 제 1 관통홈(TH1)의 폭이 증가될 필요가 없다. 즉, 상기 제 1 관통홈(TH1)의 폭이 감소되더라도, 상기 제 1 배리어막(323)에 의해서, 상기 누설 전류가 효율적으로 차단될 수 있다.
이에 따라서, 상기 제 1 관통홈(TH1)의 폭은 감소될 수 있고, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 전력 생산이 불가능한 데드 존(dead zone)을 줄 일 수 있다.
또한, 상기 제 1 더미부(324)는 얇은 두께를 가지기 때문에, 상기 접속부(500) 및 상기 이면전극층(200) 사이의 접속 특성을 감소시키지 않는다. 예를 들어, 상기 제 1 더미부(324)는 약 80㎚이하이기 때문에, 상기 접속부(500) 및 상기 이면전극층(200) 사이의 저항을 증가시키지 않는다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 셀들 사이의 접속특성을 향상시키고, 향상된 발전효율을 가진다.
도 3 내지 도 6은 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법을 도시한 단면도들이다. 본 제조방법에 관한 설명은 앞서 설명한 태양광 발전장치에 대한 설명을 참고한다.
도 3를 참조하면, 지지기판(100) 상에 이면전극층(200)이 형성되고, 상기 이면전극층(200)은 패터닝되어 제 1 관통홈(TH1)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 기판 상에 다수 개의 이면전극들(210, 220...)이 형성된다. 상기 이면전극층(200)은 레이저에 의해서 패터닝된다.
상기 제 1 관통홈(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하며, 약 80㎛ 내지 약 200㎛의 폭을 가질 수 있다.
또한, 상기 지지기판(100) 및 상기 이면전극층(200) 사이에 확산방지막 등과 같은 추가적인 층이 개재될 수 있고, 이때, 상기 제 1 관통홈(TH1)은 상기 추가적인 층의 상면을 노출하게 된다.
도 4를 참조하면, 상기 이면전극층(200) 상에 광 흡수층(310)이 형성된다.
상기 광 흡수층(310)은 스퍼터링 공정 또는 증발법 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(310)을 형성하기 위해서 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시키면서 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(310)을 형성하는 방법과 금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션(Selenization) 공정에 의해 형성시키는 방법이 폭넓게 사용되고 있다.
금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션 하는 것을 세분화하면, 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정에 의해서, 상기 이면전극(200) 상에 금속 프리커서 막이 형성된다.
이후, 상기 금속 프리커서 막은 셀레이제이션(selenization) 공정에 의해서, 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(310)이 형성된다.
이와는 다르게, 상기 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 상기 셀레니제이션 공정은 동시에 진행될 수 있다.
이와는 다르게, 구리 타겟 및 인듐 타겟 만을 사용하거나, 구리 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 셀레니제이션 공정에 의해서, CIS계 또는 CIG계 광 흡수층(310)이 형성될 수 있다.
이후, 상기 광 흡수층(310)의 일부가 제거되어 제 2 관통홈(TH2)이 형성된다.
상기 제 2 관통홈(TH2)은 팁 등의 기계적인 장치 또는 레이저 장치 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 180㎛의 폭을 가지는 팁에 의해서, 상기 광 흡수층(310) 및 상기 하부 버퍼층(320)은 패터닝될 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈(TH2)은 약 200 내지 600㎚의 파장을 가지는 레이저에 의해서 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 2 관통홈(TH2)의 폭은 약 100㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다. 또한,상기 제 2 관통홈(TH2)은 상기 이면전극층(200)의 상면의 일부를 노출하도록 형성된다.
도 5를 참조하면, 상기 광 흡수층(310) 상 및 상기 제 2 관통홈(TH2) 내측에 황화 카드뮴이 스퍼터링 공정 또는 용액성장법(chemical bath depositon;CBD) 등에 의해서 증착되고, 상기 하부 버퍼층(320)이 형성된다.
이후, 상기 하부 버퍼층(320) 상에 징크 옥사이드가 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 상부 버퍼층(330)이 형성된다.
상기 하부 버퍼층(320)은 낮은 두께로 증착된다. 예를 들어, 상기 하부 버퍼층(320)의 두께는 약 1㎚ 내지 약 80㎚이다.
또한, 상기 하부 버퍼층(320) 및 상기 상부 버퍼층(330)은 경사지는 방향으로 증착될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 상부 버퍼층(330) 상에 윈도우층(400)이 형성된다. 이때, 상기 제 2 관통홈(TH2) 내측에 상기 윈도우층(400)을 이루는 물질이 채워진다.
상기 윈도우층(400)을 형성하기 위해서, 상기 상부 버퍼층(330) 상에 투명한 도전물질이 적층된다. 상기 투명한 도전물질은 상기 제 2 관통홈(TH2) 전체에 채워진다. 상기 투명한 도전물질의 예로서는 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드 등을 들 수 있다.
이에 따라서, 상기 윈도우층(400)으로부터 연장되어, 상기 이면전극층(200)에 직접 접속되는 접속부(500)가 상기 제 2 관통홈(TH2) 내측에 형성된다.
이후, 상기 하부 버퍼층(320), 상기 상부 버퍼층(330) 및 상기 윈도우층(400)의 일부가 제거되어 제 3 관통홈(TH3)이 형성된다.
이에 따라서, 광 흡수부들(311, 312...)의 측면에 제 1 배리어막(323)이 형성되고, 상기 이면전극층(200) 상에 제 1 더미부(324)가 형성된다.
상기 하부 버퍼층(320), 상기 상부 버퍼층(330)은 패터닝되어, 상기 광 흡수부들(311, 312...) 상에 각각 다수 개의 하부 버퍼들(321, 322...) 및 다수 개의 상부 버퍼들(331, 332...)이 차례로 형성된다. 또한, 상기 광 흡수부들(311, 312...)의 측면에 제 1 배리어막(323) 및 제 2 배리어막(333)을 포함하는 제 1 배리어막(323)이 형성된다. 또한, 상기 제 2 관통홈(TH2)의 바닥면에는 제 1 더미부(324) 및 제 2 더미부(334)를 포함하는 제 1 더미부(324)가 형성된다.
또한, 상기 윈도우층(400)은 패터닝되어, 다수 개의 윈도우들(410, 420...) 및 다수 개의 셀들(C1, C2...)이 정의된다.
상기 제 3 관통홈(TH3)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
이와 같이, 상기 배리어막(333)을 형성하여, 높은 효율을 가지는 태양광 발전장치가 제공될 수 있다.
도 7 및 도 8은 다른 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법을 도시한 단면도들이다. 본 실시예에서는 앞서 설명한 태양광 발전장치 및 제조방법에 대한 설명을 참조한다. 즉, 앞선 태양광 발전장치 및 제조방법에 대한 설명은 변경된 부분을 제외하고, 본 제조방법에 대한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.
도 7을 참조하면, 광 흡수층(310)의 상면, 제 2 관통홈(TH2) 내측면 및 상기 제 2 관통홈(TH2)의 바닥면에 황화 카드뮴이 스퍼터링 공정 또는 용액성장법(chemical bath depositon;CBD) 등에 의해서 증착되고, 하부 버퍼층(320)이 형성된다.
이후, 상기 하부 버퍼층(320) 상에 갈륨이 도핑된 징크 옥사이드, 갈륨이 도핑된 틴 옥사이드, 또는 불순물이 도핑되지 않는 징크 옥사이드가 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 상부 버퍼층(330)이 형성된다.
이때, 상기 상부 버퍼층(330)을 형성하기 위한 물질은 지지기판(100)에 대하여 경사지는 방향으로 상기 하부 버퍼층(320) 상에 증착될 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 버퍼층(330)을 형성하기 위한 물질이 증착되는 방향 및 상기 지지기판(100) 사이의 각도는 약 10° 내지 약 40°일 수 있다.
이에 따라서, 제 2 배리어막(335)은 두꺼운 두께(T2)로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 2 배리어막(335)은 상기 광 흡수층(310)의 상면에 형성되는 상부 버퍼층(335)의 두께(T1)보다 더 두꺼울 수 있다. 즉, 상기 상부 버퍼층(330)에서, 상기 광 흡수층(310) 상에 형성되는 상부 버퍼층(331, 332)의 두께(T1)는 광 흡수부(311)의 측면에 형성되는 상부 버퍼층(335)의 두께(T2)보다 더 얇을 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 상부 버퍼층(330) 상에 윈도우층(400) 및 제 3 관통홈(TH3)가 형성된다.
본 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상대적으로 두꺼운 제 2 배리어막(335)를 포함한다. 이에 따라서, 상기 광 흡수부(311)의 측면 절연은 더욱 강화될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 태양광 발전장치는 셀들 사이의 접속특성을 더욱 향상시키고, 향상된 발전효율을 가진다.
또한, 이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
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.
본 실시예에 따른 태양광 발전장치는 태양광 발전분야에 이용될 수 있다.

Claims (17)

  1. 지지기판;
    상기 지지기판 상에 배치되며, 서로 이격되는 제 1 이면전극 및 제 2 이면전극;
    상기 제 1 이면전극 상에 배치되는 광 흡수부;
    상기 광 흡수부 상에 배치되는 제 1 버퍼;
    상기 제 1 버퍼 상에 배치되는 제 2 버퍼;
    상기 제 1 버퍼로부터 연장되며, 상기 광 흡수부의 측면에 배치되는 제 1 배리어막; 및
    상기 제 1 배리어막으로부터 연장되며, 상기 제 2 이면전극의 상면에 배치되는 제 1 더미부를 포함하는 태양광 발전장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 버퍼 상에 배치되는 윈도우; 및
    상기 윈도우로부터 연장되며, 상기 제 2 이면전극에 접속되는 접속부를 포함하며,
    상기 제 1 배리어막은 상기 광 흡수부 및 상기 접속부 사이에 개재되는 태양광 발전장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 더미부의 두께는 1㎚ 내지 80㎚인 태양광 발전장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 버퍼로부터 연장되어, 상기 광 흡수부의 측면에 배치되는 제 2 배리어막; 및
    상기 제 2 배리어막으로부터 연장되며, 상기 제 1 더미부 상에 배치되는 제 2 더미부를 포함하는 태양광 발전장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 배리어막의 두께는 상기 제 2 버퍼의 두께보다 더 큰 태양광 발전장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 버퍼, 상기 제 1 배리어막 및 상기 제 1 더미부는 서로 일체로 형성되고,
    상기 제 2 버퍼, 상기 제 2 배리어막 및 상기 제 2 더미부는 서로 일체로 형성되는 태양광 발전장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 배리어막은 황화 카드뮴을 포함하고,
    상기 제 2 배리어막은 갈륨이 도핑된 틴 옥사이드를 포함하는 태양광 발전장치.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 배리어막은 황화 카드뮴을 포함하고,
    상기 제 2 배리어막은 불순물이 도핑되지 않는 징크 옥사이드를 포함하는 태양광 발전장치.
  9. 지지기판;
    상기 지지기판 상에 배치되는 이면전극층;
    상기 이면전극층 상에 배치되며, 관통홈이 형성되는 광 흡수층;
    상기 광 흡수층의 상면, 상기 관통홈의 내측면 및 상기 관통홈의 바닥면에 배치되는 제 1 버퍼층;
    상기 제 1 버퍼층 상에 배치되는 제 2 버퍼층; 및
    상기 제 2 버퍼층 상에 배치되는 윈도우층을 포함하는 태양광 발전장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 버퍼층은 상기 관통홈의 바닥면 전체를 덮는 태양광 발전장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 관통홈의 바닥면에 배치되는 제 1 버퍼층의 두께는 1㎚ 내지 80㎚인 태양광 발전장치.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 버퍼층은 갈륨이 도핑된 틴 옥사이드를 포함하는 태양광 발전장치.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 버퍼층에서, 상기 관통홈의 내측면에 배치되는 버퍼층의 두께는 상기 광 흡수층 상에 배치되는 제 2 버퍼층의 두께보다 더 두꺼운 태양광 발전장치.
  14. 지지기판 상에 이면전극층을 형성하는 단계;
    상기 이면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계;
    상기 광 흡수층에 관통홈을 형성하는 단계;
    상기 광 흡수층의 상면, 상기 관통홈의 내측면 및 상기 관통홈의 바닥면에 제 1 버퍼층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 버퍼층 상에 제 2 버퍼층을 형성하는 단계; 및
    상기 제 2 버퍼층 상에 윈도우층을 형성하는 단계를 포함하는 태양광 발전장치의 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 관통홈을 형성하는 단계에서,
    기계적인 장치 또는 레이저를 사용하여, 상기 이면전극층의 일부를 노출하도록 상기 광 흡수층을 패터닝하는 태양광 발전장치의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 2 버퍼층을 형성하는 단계에서,
    상기 지지기판에 대해서 경사지는 방향으로 상기 제 2 버퍼층을 형성하기 위한 물질을 증착하는 태양광 발전장치의 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제 2 버퍼층을 형성하는 단계에서,
    상기 지지기판에 대해서 경사지는 방향으로, 상기 제 1 버퍼층 상에 불순물이 도핑되지 않는 징크 옥사이드 또는 갈륨이 도핑된 틴 옥사이드가 증착되는 태양광 발전장치의 제조방법.
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