WO2012015286A2 - 태양광 발전장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • Embodiment relates to a photovoltaic device and a method of manufacturing the same.
  • a CIGS solar photovoltaic device which is a pn heterojunction device 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, is widely used.
  • Embodiments provide a photovoltaic device having an improved power generation efficiency and a method of manufacturing the same.
  • Photovoltaic device includes a substrate; A rear electrode layer disposed on the substrate; A light absorbing layer disposed on the back electrode layer; A window layer disposed on the light absorbing layer; And a bus bar disposed next to the light absorbing layer and connected to the back electrode layer.
  • a solar cell apparatus includes a substrate including an active region and an inactive region surrounding the active region; A first bus bar disposed in the inactive area; A first cell disposed in the active region; And a first connection electrode connecting the first bus bar and the first cell, wherein the first cell comprises: a first rear electrode disposed on the substrate; A first light absorbing part disposed on the first back electrode; And a first window disposed on the first light absorbing portion, wherein the first connection electrode extends from the first back electrode to the inactive region.
  • Method of manufacturing a solar cell apparatus comprises the steps of forming a back electrode layer on a substrate; Forming a bus bar on the back electrode layer; Forming a light absorbing layer on the back electrode layer next to the bus bar; And forming a window layer on the light absorbing layer.
  • the solar cell apparatus includes a bus bar connected to the rear electrode layer. Accordingly, the connection resistance between the back electrode layer and the bus bar is reduced. Therefore, the electrical loss between the back electrode layer and the bus bar is reduced, and the solar cell apparatus according to the embodiment has improved electrical characteristics.
  • the bus bar is connected to the back electrode layer containing metal or the like, even if the bus bar has a narrow width, the connection characteristics between the bus bar and the back electrode layer are not reduced. Thus, the width of the bus bar can be made small.
  • the bus bar is arranged next to the light absorbing layer, ie in the inactive region. Accordingly, the effective area of the solar cell apparatus according to the embodiment is increased, and the solar cell apparatus according to the embodiment 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 illustrating a cross section taken along line AA ′ in FIG. 1.
  • 3 to 10 are views illustrating a process of manufacturing the solar cell apparatus according to the 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.
  • FIG. 1 is a plan view illustrating a solar cell apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a cross section taken along line AA ′ in FIG. 1.
  • a photovoltaic device includes a support substrate 100, a back electrode layer 200, a first bus bar 11, a second bus bar 12, and a light absorbing layer 300. ), A buffer layer 400, a high resistance buffer layer 500, and a window layer 600.
  • the support substrate 100 has a plate shape, and the back electrode layer 200, the first bus bar 11, the second bus bar 12, the light absorbing layer 300, the buffer layer 400, The high resistance buffer layer 500 and the window layer 600 are supported.
  • 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 support substrate 100 includes an active region AR and an inactive region NAR. That is, the support substrate 100 is divided into the active area AR and the inactive area NAR.
  • the active area AR is defined at a central portion of the support substrate 100.
  • the active area AR occupies most of the area of the support substrate 100.
  • the solar cell apparatus according to the embodiment converts sunlight into electrical energy in the active region AR.
  • the inactive region NAR surrounds the active region AR.
  • the non-active area NAR corresponds to the outside of the support substrate 100.
  • the inactive region NAR may have a very small area compared to the active region AR.
  • the inactive area NAR is an area that is not generated.
  • 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 as the back electrode layer 200 include a metal such as molybdenum.
  • the back electrode layer 200 is formed in the active region AR and the inactive region NAR.
  • 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.
  • First through holes TH1 are formed in the back electrode layer 200.
  • the first through holes TH1 are open regions that expose the top surface of the support substrate 100.
  • the first through holes TH1 may have a shape extending in one direction when viewed in a plan view.
  • the width of the first through holes TH1 may be about 80 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • the back electrode layer 200 is divided into a plurality of back electrodes 201, 202, and 230 and two connection electrodes 210 and 220. That is, the back electrodes 201, 202, 230, the first connection electrode 210, and the second connection electrode 220 are defined by the first through holes TH1.
  • the back electrode layer 200 includes the back electrodes 201, 202, 230, the first connection electrode 210, and the second connection electrode 220.
  • the back electrodes 201, 202, and 230 are disposed in the active region AR.
  • the back electrodes 201, 202, 230 are arranged side by side.
  • the back electrodes 201, 202, and 230 are spaced apart from each other by the first through holes TH1.
  • the back electrodes 201, 202, 230 are arranged in a stripe shape.
  • the back electrodes 201, 202, 230 may be arranged in a matrix form.
  • the first through holes TH1 may have a lattice shape when viewed in a plan view.
  • the first connection electrode 210 and the second connection electrode 220 are disposed in the inactive region NAR. That is, the first connection electrode 210 and the second connection electrode 220 extend from the active region AR to the inactive region NAR.
  • the first connection electrode 210 is connected to the window 601 of the first cell C1.
  • the second connection electrode 220 extends from the back electrode 202 of the second cell C2 to the inactive region NAR. That is, the second connection electrode 220 is integrally formed with the back electrode 202 of the second cell C2.
  • the first bus bar 11 is disposed in the inactive area NAR.
  • the first bus bar 11 is disposed on the back electrode layer 200.
  • the first bus bar 11 is disposed on the first connection electrode 210.
  • the first bus bar 11 may directly contact an upper surface of the first connection electrode 210.
  • the first bus bar 11 extends in parallel with the first cell C1.
  • the first bus bar 11 may extend to the rear surface of the support substrate 100 through a hole formed in the support substrate 100.
  • the first bus bar 11 is connected to the first cell C1.
  • the first bus bar 11 is connected to the first cell C1 through the first connection electrode 210.
  • the second bus bar 12 is disposed in the inactive area NAR.
  • the second bus bar 12 is disposed on the back electrode layer 200.
  • the second bus bar 12 is disposed on the second connection electrode 220.
  • the second bus bar 12 may directly contact an upper surface of the second connection electrode 220.
  • the second bus bar 12 extends in parallel with the second cell C2.
  • the second bus bar 12 may extend to the rear surface of the support substrate 100 through a hole formed in the support substrate 100.
  • the second bus bar 12 is connected to the second cell C2.
  • the second bus bar 12 is connected to the second cell C2 through the second connection electrode 220.
  • the first bus bar 11 and the second bus bar 12 face each other.
  • the first bus bar 11 and the second bus bar 12 may be symmetrical to each other.
  • the first bus bar 11 and the second bus bar 12 are conductors.
  • the first bus bar 11 and the second bus bar 12 may include a metal having high conductivity such as silver.
  • the first bus bar 11 and the second bus bar 12 may be electrically connected to an adjacent solar cell module or a storage battery through additional wiring.
  • the light absorbing layer 300 is disposed on the back electrode layer 200.
  • the material included in the light absorbing layer 300 is filled in the first through holes TH1.
  • the light absorbing layer 300 is disposed in the active region AR.
  • the outside of the light absorbing layer 300 may correspond to the outside of the active area AR.
  • the light absorbing layer 300 includes a group I-III-VI compound.
  • the light absorbing layer 300 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 300 may be about 1 eV to 1.8 eV.
  • the buffer layer 400 is disposed on the light absorbing layer 300. In addition, the buffer layer 400 is disposed in the active region AR.
  • the buffer layer 400 includes cadmium sulfide (CdS), and an energy band gap of the buffer layer 400 is about 2.2 eV to 2.4 eV.
  • the high resistance buffer layer 500 is disposed on the buffer layer 400. In addition, the high resistance buffer layer 500 is disposed in the active region AR.
  • the high resistance buffer layer 500 includes zinc oxide (i-ZnO) that is not doped with impurities.
  • the energy bandgap of the high resistance buffer layer 500 is about 3.1 eV to 3.3 eV.
  • Second through holes TH2 are formed in the light absorbing layer 300, the buffer layer 400, and the high resistance buffer layer 500.
  • the second through holes TH2 pass through the light absorbing layer 300.
  • the second through holes TH2 are open regions exposing the top surface of the back electrode layer 200.
  • the second through holes TH2 are formed adjacent to the first through holes TH1. That is, some of the second through holes TH2 are formed next to the first through holes TH1 when viewed in a plan view.
  • the width of the second through holes TH2 may be about 80 ⁇ m to about 200 ⁇ m.
  • the light absorbing layer 300 defines a plurality of light absorbing portions by the second through holes TH2. That is, the light absorbing layer 300 is divided into the light absorbing portions by the second through holes TH2.
  • the buffer layer 400 is divided into a plurality of buffers by the second through holes TH2.
  • the high resistance buffer layer 500 is divided into a plurality of high resistance buffers by the second through holes TH2.
  • the window layer 600 is disposed on the high resistance buffer layer 500.
  • the window layer 600 is disposed in the active area AR.
  • the window layer 600 is transparent and is a conductive layer.
  • the resistance of the window layer 600 is higher than the resistance of the back electrode layer 200.
  • the resistance of the window layer 600 may be about 10 to 200 times greater than the resistance of the back electrode layer 200.
  • the window layer 600 includes an oxide.
  • the window layer 600 may include zinc oxide, indium tin oxide (ITO), or indium zinc oxide (IZO).
  • the oxide may include conductive impurities such as aluminum (Al), alumina (Al 2 O 3 ), magnesium (Mg), or gallium (Ga).
  • the window layer 600 may include aluminum doped zinc oxide (AZO), gallium doped zinc oxide (GZO), or the like.
  • the window layer 600 may have a thickness of about 800 nm to about 1200 nm.
  • Third through holes TH3 are formed in the light absorbing layer 300, the buffer layer 400, the high resistance buffer layer 500, and the window layer 600.
  • the third through holes TH3 are open regions exposing the top surface of the back electrode layer 200.
  • the width of the third through holes TH3 may be about 80 ⁇ m to about 200 ⁇ m.
  • the third through holes TH3 are formed at positions adjacent to the second through holes TH2.
  • the third through holes TH3 are disposed next to the second through holes TH2. That is, when viewed in a plan view, the third through holes TH3 are arranged side by side next to the second through holes TH2.
  • the window layer 600 is divided into a plurality of windows by the third through holes TH3. That is, the windows are defined by the third through holes TH3.
  • the windows have a shape corresponding to that of the back electrodes 201, 202, and 230. That is, the windows are arranged in a stripe shape. Alternatively, the windows may be arranged in a matrix form.
  • the window layer 600 includes a plurality of connection parts 700 formed by filling a transparent conductive material in the second through holes TH2.
  • the first cell C1, the second cell C2, and the plurality of third cells C3 are defined by the third through holes TH3.
  • the first cell C1, the second cell C2, and the third cells C3 are defined by the second through holes TH2 and the third through holes TH3. do. That is, the solar cell apparatus according to the embodiment includes the first cell C1, the second cell C2, and the third cells C3 disposed on the support substrate 100.
  • the third cells C3 are disposed between the first cell C1 and the second cell C2.
  • the first cell C1, the second cell C2, and the third cells C3 are connected in series with each other.
  • the first cell C1 includes a back electrode 201, a light absorbing part 301, a buffer, a high resistance buffer, and a window 601 that are sequentially stacked on the support substrate 100.
  • the window 601 of the first cell C1 is connected to the first bus bar 11 through the connection part 701 and the first connection electrode 210. That is, the first bus bar 11 is connected to the first cell through the first connection electrode 210.
  • the first bus bar 11 is connected to the window 601 of the first cell C1 through the first connection electrode 210.
  • the second cell C2 includes a back electrode 202, a light absorbing portion 302, a buffer, a high resistance buffer, and a window 602 that are sequentially stacked on the support substrate 100.
  • the back electrode 202 of the second cell C2 is connected to the second bus bar 12 through the second connection electrode 220. That is, the second bus bar 12 is connected to the second cell C2 through the second connection electrode 220.
  • the second bus bar 12 is connected to the rear electrode 202 of the second cell C2 through the second connection electrode 220.
  • the back electrode 202 of the second cell C2 is integrally formed with the second connection electrode 220.
  • connection parts 700 are disposed inside the second through holes TH2.
  • the connection parts 700 extend downward from the window layer 600 and are connected to the back electrode layer 200.
  • connection parts 700 connect adjacent cells to each other.
  • the connection parts 700 connect the windows and the rear electrodes included in the cells adjacent to each other.
  • the outer edges of the light absorbing layer 300, the buffer layer 400, the high resistance buffer layer 500, and the window layer 600 may substantially coincide with each other. That is, the outer edges of the light absorbing layer 300, the buffer layer 400, the high resistance buffer layer 500, and the window layer 600 may correspond to each other. In this case, an outer edge of the light absorbing layer 300, the buffer layer 400, the high resistance buffer layer 500, and the window layer 600 may coincide with a boundary between the active region AR and the inactive region NAR. Can be.
  • the first bus bar 11 and the second bus bar 12 are disposed next to the light absorbing layer 300, the buffer layer 400, the high resistance buffer layer 500, and the window layer 600. do. That is, the first bus bar 11 and the second bus bar 12 may have side surfaces of the light absorbing layer 300, the buffer layer 400, the high resistance buffer layer 500, and the window layer 600. You can surround it. That is, the first bus bar 11 and the second bus bar 12 surround the first cell C1, the second cell C2, and the third cells C3.
  • lower surfaces of the first bus bar 11 and the second bus bar 12 are disposed on the same plane as the lower surface of the light absorbing layer 300. That is, the bottom surfaces of the first bus bar 11 and the second bus bar 12 are in contact with the top surface of the back electrode layer 200, and the bottom surface of the light absorbing layer 300 is also formed on the back electrode layer 200. Touch the top surface.
  • the first bus bar 11 and the second bus bar 12 may be connected to the back electrode layer 200 by direct contact.
  • the first bus bar 11 and the second bus bar 12 may include a metal such as silver, and likewise, the back electrode layer 200 may also include a metal such as molybdenum. That is, the first bus bar 11 and the second bus bar 12 include metal, and the back electrode layer 200 also includes metal. Accordingly, the first bus bar 11 and the back electrode layer 200 and the second bus bar 12 and the back electrode layer 200 have a metal-to-metal connection characteristic. Accordingly, the contact characteristics between the first bus bar 11 and the back electrode layer 200 and the second bus bar 12 and the back electrode layer 200 are improved.
  • connection resistance between the first bus bar 11 and the back electrode layer 200 and between the second bus bar 12 and the back electrode layer 200 is reduced, and the solar cell apparatus according to the embodiment is reduced. May have improved electrical properties.
  • the second bus bar 12 and the back electrode layer 200 also have a high connection property.
  • the bus bar 11 and the second bus bar 12 may have a narrow planar area. That is, even if the contact area between the first bus bar 11 and the back electrode layer 200 is small, the first bus bar 11 is effectively connected to the back electrode layer 200. The same applies to the second bus bar 12.
  • the first bus bar 11 and the second bus bar 12 do not actually contribute to photovoltaic power generation.
  • the solar cell apparatus according to the embodiment reduces the area of the first bus bar 11 and the second bus bar 12, that is, the area of the portion which does not actually contribute to solar power generation. Can be.
  • the first bus bar 11 and the second bus bar 12 are disposed in the inactive area NAR. Therefore, the solar cell apparatus according to the embodiment can receive the solar light more efficiently than when the bus bars are disposed in the active area AR.
  • the solar cell apparatus can convert a larger amount of sunlight into electrical energy.
  • 3 to 10 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the solar cell apparatus according to the embodiment.
  • the description of the photovoltaic device described above refer to the description of the photovoltaic device described above. That is, the description of the photovoltaic device described above may be essentially combined with the description of the manufacturing method.
  • the back electrode layer 200 is formed on the support substrate 100, and the back electrode layer 200 is patterned to form first through holes TH1. Accordingly, a plurality of back electrodes 201, 202, 230, first connection electrode 210, and second connection electrode 220 are formed on the support substrate 100.
  • the back electrode layer 200 is patterned by a laser.
  • the first through holes 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 holes TH1 expose the top surface of the additional layer.
  • a first bus bar 11 and a second bus bar 12 are formed on the back electrode layer 200.
  • the first bus bar 11 and the second bus bar 12 are formed along the periphery of the support substrate 100. Portions of the first bus bar 11 and the second bus bar 12 are formed on the first connection electrode 210 and the second connection electrode 220, respectively.
  • first bus bar 11 and the second bus bar 12 In order to form the first bus bar 11 and the second bus bar 12, on the first connection electrode 210 and the second connection electrode 220, and on the support substrate 100.
  • An electrically conductive paste is printed on.
  • the conductive paste is printed up to the through holes 101 formed in the support substrate 100.
  • the printed conductive paste is heat treated, and the first bus bar 11 and the second bus bar 12 are formed.
  • the first bus bar 11 and the second bus bar 12 may be formed by a vacuum deposition method. That is, a deposition mask 20 including a transmission part corresponding to the first bus bar 11 and the second bus bar 12 is disposed on the support substrate 100. Thereafter, a conductive material is deposited on the back electrode layer 200 and the support substrate 100 through the deposition mask 20. Accordingly, the first bus bar 11 and the second bus bar 12 may be formed.
  • a mask 20 covering the first bus bar 11 and the second bus bar 12 is disposed on the support substrate 100.
  • the mask 20 covers an outer portion of the support substrate 100.
  • the mask 20 may have a ring shape when viewed in a plan view.
  • the mask 20 includes a transmission region formed in the center portion.
  • the mask 20 is illustrated as being spaced apart from the support substrate 100 in the drawings, the mask 20 is not limited thereto, and the mask 20 may be in close contact with the support substrate 100.
  • an active region AR and an inactive region NAR are defined. That is, the portion corresponding to the transmission region corresponds to the active region AR, and the annular non-transmissive region corresponds to the inactive region NAR.
  • a light absorbing layer 300, a buffer layer 400, and a high resistance buffer layer 500 are formed on the back electrode layer 200.
  • the light absorbing layer 300, the buffer layer 400, and the high resistance buffer layer 500 are formed by a deposition process using the mask 20. Accordingly, the light absorbing layer 300, the buffer layer 400, and the high resistance buffer layer 500 are formed in the active region AR.
  • the light absorbing layer 300 may be formed by a sputtering process or an evaporation method in a state in which the mask 20 is mounted on the support substrate 100.
  • the light absorbing layer 300 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 300.
  • the method of forming the light absorbing layer 300 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-based (Cu (In, Ga) Se 2 ; CIGS-based) light absorbing layer 300 by a selenization process.
  • 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 300 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.
  • cadmium sulfide is deposited by a sputtering process or a chemical bath depositon (CBD), and the buffer layer 400 is formed.
  • zinc oxide is deposited on the buffer layer 400 by a sputtering process, and the high resistance buffer layer 500 is formed.
  • the buffer layer 400 and the high resistance buffer layer 500 are deposited to a low thickness.
  • the thickness of the buffer layer 400 and the high resistance buffer layer 500 is about 1 nm to about 80 nm.
  • the second through holes TH2 may be formed by a mechanical device such as a tip or a laser device.
  • the light absorbing layer 300 and the buffer layer 400 may be patterned by a tip having a width of about 40 ⁇ m to about 180 ⁇ m.
  • the second through holes TH2 may be formed by a laser having a wavelength of about 200 to 600 nm.
  • the width of the second through holes TH2 may be about 100 ⁇ m to about 200 ⁇ m.
  • the second through holes TH2 are formed to expose a portion of the top surface of the back electrode layer 200.
  • a window layer 600 is formed on the light absorbing layer 300 and inside the second through holes TH2. That is, the window layer 600 is formed by depositing a transparent conductive material on the high resistance buffer layer 500 and inside the second through holes TH2.
  • the transparent conductive material is filled in the second through holes TH2, and the window layer 600 is in direct contact with the back electrode layer 200.
  • the mask 20 is removed and a portion of the light absorbing layer 300, the buffer layer 400, the high resistance buffer layer 500, and the window layer 600 is removed to pass through the third layer.
  • Grooves TH3 are formed.
  • the window layer 600 is patterned to define a plurality of windows and a first cell C1, a second cell C2, and third cells C3.
  • the width of the third through holes TH3 may be about 80 ⁇ m to about 200 ⁇ m.
  • the solar cell apparatus according to the embodiment is formed.
  • the first bus bar 11 and the second bus bar 12 are formed before the light absorbing layer 300 so as to be connected to the back electrode layer 200. Accordingly, the solar cell apparatus according to the embodiment has improved electrical characteristics and may have high photoelectric conversion efficiency.
  • Photovoltaic device can be used in the field of photovoltaic power generation.

Abstract

태양광 발전장치가 개시된다. 태양광 발전장치는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 배치되는 윈도우층; 및 상기 광 흡수층 옆에 배치되고 상기 후면전극층에 접속되는 버스 바를 포함한다.

Description

태양광 발전장치 및 이의 제조방법
실시예는 태양광 발전장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지의 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양광 발전장치에 대한 개발이 진행되고 있다.
특히, 유리기판, 금속 후면 전극층, p형 CIGS계 광 흡수층, 고 저항 버퍼층, n형 윈도우층 등을 포함하는 기판 구조의 pn 헤테로 접합 장치인 CIGS계 태양광 발전장치가 널리 사용되고 있다.
이러한 태양광 발전장치에 있어서 낮은 저항, 높은 투과율 등의 전기적인 특성을 향상시키기 위한 연구가 진행되고 있다.
실시예는 향상된 발전 효율을 가지는 태양광 발전장치 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 태양광 발전장치는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 배치되는 윈도우층; 및 상기 광 흡수층 옆에 배치되고 상기 후면전극층에 접속되는 버스 바를 포함한다.
일 실시예에 따른 태양광 발전장치는 활성 영역 및 상기 활성 영역을 둘러싸는 비활성 영역을 포함하는 기판; 상기 비활성 영역에 배치되는 제 1 버스 바; 상기 활성 영역에 배치되는 제 1 셀; 및 상기 제 1 버스 바 및 상기 제 1 셀을 연결하는 제 1 연결전극을 포함하고, 상기 제 1 셀은 상기 기판 상에 배치되는 제 1 후면전극; 상기 제 1 후면전극 상에 배치되는 제 1 광 흡수부; 및 상기 제 1 광 흡수부 상에 배치되는 제 1 윈도우를 포함하며, 상기 제 1 연결전극은 상기 제 1 후면전극으로부터 상기 비활성 영역으로 연장된다.
일 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법은 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 상기 후면전극층 상에 버스 바를 형성하는 단계; 상기 후면전극층 상에 상기 버스 바 옆에 광 흡수층을 형성하는 단계; 및 상기 광 흡수층 상에 윈도우층을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는 후면전극층에 접속되는 버스 바를 포함한다. 이에 따라서, 상기 후면전극층 및 버스 바 사이의 접속 저항이 감소된다. 따라서, 후면전극층 및 버스 바 사이의 전기적인 손실이 감소되고, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 향상된 전기적인 특성을 가진다.
또한, 버스 바는 금속 등을 포함하는 후면전극층에 접속되기 때문에, 버스 바가 좁은 폭을 가지더라도 버스 바 및 후면전극층 사이의 접속 특성은 감소되지 않는다. 따라서, 버스 바의 폭이 작아질 수 있다.
또한, 버스 바는 광 흡수층 옆, 즉, 비활성 영역에 배치된다. 이에 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치의 유효 면적이 증가되고, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 향상된 발전 효율을 가진다.
도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1에서 A-A`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 10은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 제조하는 과정을 도시한 도면들이다.
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 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 평면도이다. 도 2는 도 1에서 A-A`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 지지기판(100), 후면전극층(200), 제 1 버스 바(11), 제 2 버스 바(12), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500) 및 윈도우층(600)을 포함한다.
상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 후면전극층(200), 상기 제 1 버스 바(11), 상기 제 2 버스 바(12), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 윈도우층(600)을 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 지지기판(100)은 활성 영역(AR) 및 비활성 영역(NAR)을 포함한다. 즉, 상기 지지기판(100)은 상기 활성 영역(AR) 및 비활성 영역(NAR)으로 구분된다.
상기 활성 영역(AR)은 상기 지지기판(100)의 중앙 부분에 정의된다. 상기 활성 영역(AR)은 상기 지지기판(100)의 대부분의 면적을 차지한다. 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 활성 영역(AR)에서 태양광을 전기에너지로 변환시킨다.
상기 비활성 영역(NAR)은 상기 활성 영역(AR)의 주위를 둘러싼다. 상기 비활성 영역(NAR)은 상기 지지기판(100)의 외곽에 대응된다. 상기 비활성 영역(NAR)은 상기 활성 영역(AR)에 비하여 매우 작은 면적을 가질 수 있다. 상기 비활성 영역(NAR)은 발전되지 않는 영역이다.
상기 후면전극층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 후면전극층(200)은 도전층이다. 상기 후면전극층(200)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴 등의 금속을 들 수 있다. 상기 후면전극층(200)은 상기 활성 영역(AR) 및 상기 비활성 영역(NAR)에 형성된다.
또한, 상기 후면전극층(200)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
상기 후면전극층(200)에는 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 일 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)의 폭은 약 80㎛ 내지 200㎛ 일 수 있다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 상기 후면전극층(200)은 다수 개의 후면전극들(201, 202, 230) 및 두 개의 연결전극들(210, 220)로 구분된다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 상기 후면전극들(201, 202, 230), 제 1 연결전극(210) 및 제 2 연결전극(220)이 정의된다. 상기 후면전극층(200)은 상기 후면전극들(201, 202, 230), 상기 제 1 연결전극(210) 및 상기 제 2 연결전극(220)을 포함한다.
상기 후면전극들(201, 202, 230)은 상기 활성 영역(AR)에 배치된다. 상기 후면전극들(201, 202, 230)은 나란히 배치된다. 상기 후면전극들(201, 202, 230)은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서 서로 이격된다. 상기 후면전극들(201, 202, 230)은 스트라이프 형태로 배치된다.
이와는 다르게, 상기 후면전극들(201, 202, 230)은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 격자 형태로 형성될 수 있다.
상기 제 1 연결전극(210) 및 상기 제 2 연결전극(220)은 상기 비활성 영역(NAR)에 배치된다. 즉, 상기 제 1 연결전극(210) 및 상기 제 2 연결전극(220)은 상기 활성 영역(AR)으로부터 상기 비활성 영역(NAR)으로 연장된다.
더 자세하게, 상기 제 1 연결전극(210)은 상기 제 1 셀(C1)의 윈도우(601)와 연결된다. 또한, 상기 제 2 연결전극(220)은 제 2 셀(C2)의 후면전극(202)으로부터 상기 비활성 영역(NAR)으로 연장된다. 즉, 상기 제 2 연결전극(220)은 상기 제 2 셀(C2)의 후면전극(202)과 일체로 형성된다.
상기 제 1 버스 바(11)는 상기 비활성 영역(NAR)에 배치된다. 상기 제 1 버스 바(11)는 상기 후면전극층(200) 상에 배치된다. 더 자세하게, 상기 제 1 버스 바(11)는 상기 제 1 연결전극(210) 상에 배치된다. 상기 제 1 버스 바(11)는 상기 제 1 연결전극(210)의 상면에 직접 접촉될 수 있다.
상기 제 1 버스 바(11)는 상기 제 1 셀(C1)과 나란히 연장된다. 상기 제 1 버스 바(11)는 상기 지지기판(100)에 형성된 홀을 통하여, 상기 지지기판(100)의 배면으로 연장될 수 있다. 상기 제 1 버스 바(11)는 상기 제 1 셀(C1)에 접속된다. 더 자세하게, 상기 제 1 버스 바(11)는 상기 제 1 연결전극(210)을 통하여 상기 제 1 셀(C1)에 접속된다.
상기 제 2 버스 바(12)는 상기 비활성 영역(NAR)에 배치된다. 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 후면전극층(200) 상에 배치된다. 더 자세하게, 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 제 2 연결전극(220) 상에 배치된다. 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 제 2 연결전극(220)의 상면에 직접 접촉될 수 있다.
상기 제 2 버스 바(12)는 상기 제 2 셀(C2)과 나란히 연장된다. 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 지지기판(100)에 형성된 홀을 통하여, 상기 지지기판(100)의 배면으로 연장될 수 있다. 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 제 2 셀(C2)에 접속된다. 더 자세하게, 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 제 2 연결전극(220)을 통하여 상기 제 2 셀(C2)에 접속된다.
상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 서로 마주본다. 또한, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 서로 대칭될 수 있다. 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 도전체이다. 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 은 등의 높은 도전성을 가지는 금속을 포함할 수 있다.
상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 추가적인 배선 등을 통하여, 인접하는 태양전지 모듈 또는 축전지 등에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 상기 후면전극층(200) 상에 배치된다. 또한, 상기 광 흡수층(300)에 포함된 물질은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 채워진다. 상기 광 흡수층(300)은 상기 활성 영역(AR)에 배치된다. 더 자세하게, 상기 광 흡수층(300)의 외곽은 상기 활성 영역(AR)의 외곽에 대응될 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 계 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(300)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(300)의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1eV 내지 1.8eV일 수 있다.
상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 또한, 상기 버퍼층(400)은 상기 활성 영역(AR) 내에 배치된다. 상기 버퍼층(400)은 황화 카드뮴(CdS)를 포함하며, 상기 버퍼층(400)의 에너지 밴드갭은 약 2.2eV 내지 2.4eV이다.
상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 배치된다. 또한, 상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 활성 영역(AR) 내에 배치된다. 상기 고저항 버퍼층(500)은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층(500)의 에너지 밴드갭은 약 3.1eV 내지 3.3eV이다.
상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)에는 제 2 관통홈들(TH2)이 형성된다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 광 흡수층(300)을 관통한다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 후면전극층(200)의 상면을 노출하는 오픈영역이다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 인접하여 형성된다. 즉, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 일부는 평면에서 보았을 때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)의 옆에 형성된다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
또한, 상기 광 흡수층(300)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 광 흡수부들을 정의한다. 즉, 상기 광 흡수층(300)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 상기 광 흡수부들로 구분된다.
또한, 상기 버퍼층(400)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 버퍼들로 구분된다. 마찬가지로, 상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 고저항 버퍼들로 구분된다.
상기 윈도우층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 배치된다. 상기 윈도우층(600)은 상기 활성 영역(AR)에 배치된다.
상기 윈도우층(600)은 투명하며, 도전층이다. 또한, 상기 윈도우층(600)의 저항은 상기 후면전극층(200)의 저항보다 높다. 예를 들어, 상기 윈도우층(600)의 저항은 상기 후면전극층(200)의 저항보다 약 10배 내지 200배 더 클 수 있다.
상기 윈도우층(600)은 산화물을 포함한다. 예를 들어, 상기 윈도우층(600)은 징크 옥사이드(zinc oxide), 인듐 틴 옥사이드(induim tin oxide;ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(induim zinc oxide;IZO) 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 산화물은 알루미늄(Al), 알루미나(Al2O3), 마그네슘(Mg) 또는 갈륨(Ga) 등의 도전성 불순물을 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 윈도우층(600)은 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(Al doped zinc oxide;AZO) 또는 갈륨 도핑된 징크 옥사이드(Ga doped zinc oxide;GZO) 등을 포함할 수 있다. 상기 윈도우층(600)의 두께는 약 800㎚ 내지 약 1200㎚일 수 있다.
상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 윈도우층(600)에는 제 3 관통홈들(TH3)이 형성된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 후면전극층(200)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 예를 들어, 상기 제 3 관통홈들(TH3)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛일 수 있다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 인접하는 위치에 형성된다. 더 자세하게, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 옆에 배치된다. 즉, 평면에서 보았을 때, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 옆에 나란히 배치된다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 윈도우층(600)은 다수 개의 윈도우들로 구분된다. 즉, 상기 윈도우들은 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서 정의된다.
상기 윈도우들은 상기 후면전극들(201, 202, 230)과 대응되는 형상을 가진다. 즉, 상기 윈도우들은 스트라이프 형태로 배치된다. 이와는 다르게, 상기 윈도우들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
상기 윈도우층(600)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 투명한 도전물질이 채워져서 형성되는 다수 개의 접속부들(700)을 포함한다.
또한, 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 제 1 셀(C1), 상기 제 2 셀(C2) 및 다수 개의 제 3 셀들(C3)이 정의된다. 더 자세하게, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 및 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 제 1 셀(C1), 상기 제 2 셀(C2) 및 상기 제 3 셀들(C3)이 정의된다. 즉, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 지지기판(100) 상에 배치되는 상기 제 1 셀(C1), 상기 제 2 셀(C2) 및 상기 제 3 셀들(C3)을 포함한다.
상기 제 3 셀들(C3)은 상기 제 1 셀(C1) 및 상기 제 2 셀(C2) 사이에 배치된다. 상기 제 1 셀(C1), 상기 제 2 셀(C2) 및 상기 제 3 셀들(C3)은 서로 직렬로 연결된다.
상기 제 1 셀(C1)은 상기 지지기판(100) 상에 차례로 적층되는 후면전극(201), 광 흡수부(301), 버퍼, 고저항 버퍼 및 윈도우(601)를 포함한다. 이때, 상기 제 1 셀(C1)의 윈도우(601)는 접속부(701) 및 상기 제 1 연결전극(210)을 통하여, 상기 제 1 버스 바(11)에 연결된다. 즉, 상기 제 1 버스 바(11)는 상기 제 1 연결전극(210)을 통하여, 상기 1 셀에 연결된다. 더 자세하게, 상기 제 1 버스 바(11)는 상기 제 1 연결전극(210)을 통하여 상기 제 1 셀(C1)의 윈도우(601)와 연결된다.
상기 제 2 셀(C2)은 상기 지지기판(100) 상에 차례로 적층되는 후면전극(202), 광 흡수부(302), 버퍼, 고저항 버퍼 및 윈도우(602)를 포함한다. 이때, 상기 제 2 셀(C2)의 후면전극(202)은 상기 제 2 연결전극(220)을 통하여, 상기 제 2 버스 바(12)에 연결된다. 즉, 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 제 2 연결전극(220)을 통하여, 상기 제 2 셀(C2)에 연결된다. 더 자세하게, 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 제 2 연결전극(220)을 통하여, 상기 제 2 셀(C2)의 후면전극(202)과 연결된다. 이때, 상기 제 2 셀(C2)의 후면전극(202)은 상기 제 2 연결전극(220)과 일체로 형성된다.
상기 접속부들(700)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 배치된다. 상기 접속부들(700)은 상기 윈도우층(600)으로부터 하방으로 연장되며, 상기 후면전극층(200)에 접속된다.
따라서, 상기 접속부들(700)은 서로 인접하는 셀들을 연결한다. 더 자세하게, 상기 접속부들(700)은 서로 인접하는 셀들에 각각 포함된 윈도우과 후면전극을 연결한다.
상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 윈도우층(600)의 외곽은 실질적으로 일치할 수 있다. 즉, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 윈도우층(600)의 외곽은 서로 대응될 수 있다. 이때, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 윈도우층(600)의 외곽은 상기 활성 영역(AR) 및 상기 비활성 영역(NAR)의 경계와 일치할 수 있다.
따라서, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 윈도우층(600) 옆에 배치된다. 즉, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 윈도우층(600)의 측면을 둘러쌀 수 있다. 즉, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 제 1 셀(C1), 상기 제 2 셀(C2) 및 상기 제 3 셀들(C3)을 둘러싼다.
또한, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)의 하면은 상기 광 흡수층(300)의 하면과 동일한 평면에 배치된다. 즉, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)의 하면은 상기 후면전극층(200)의 상면에 접촉하고, 상기 광 흡수층(300)의 하면도 상기 후면전극층(200)의 상면에 접촉한다.
상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 후면전극층(200)에 직접 접촉에 의해서 접속될 수 있다. 이때, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 은 등과 같은 금속을 포함하고, 마찬가지로, 상기 후면전극층(200)도 몰리브덴 등과 같은 금속을 포함할 수 있다. 즉, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 금속을 포함하고, 상기 후면전극층(200)도 금속을 포함한다. 이에 따라서, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 후면전극층(200) 사이 및 상기 제 2 버스 바(12) 및 상기 후면전극층(200) 사이는 금속 대 금속의 접속 특성을 가진다. 이에 따라서, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 후면전극층(200) 사이 및 상기 제 2 버스 바(12) 및 상기 후면전극층(200) 사이의 접촉 특성이 향상된다.
따라서, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 후면전극층(200) 사이 및 상기 제 2 버스 바(12) 및 상기 후면전극층(200) 사이의 접속 저항이 감소되고, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 향상된 전기적인 특성을 가질 수 있다.
또한, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 후면전극층(200)은 높은 접속 특성을 가지고, 상기 제 2 버스 바(12) 및 상기 후면전극층(200)도 높은 접속 특성을 가지기 때문에, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 좁은 평면적을 가질 수 있다. 즉, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 후면전극층(200)의 접촉 면적인 작더라도, 상기 제 1 버스 바(11)는 상기 후면전극층(200)에 효과적으로 접속된다. 상기 제 2 버스 바(12)도 마찬가지이다.
상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 실제적으로 태양광 발전에 기여하는 부분이 아니다. 위에서 설명한 바와 같이, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)의 면적, 즉, 실제적으로 태양광 발전에 기여하지 않는 부분의 면적을 줄 일 수 있다.
또한, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 비활성 영역(NAR)에 배치된다. 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 버스 바들이 활성 영역(AR)에 배치되는 경우보다 더 효율적으로 태양광을 입사받을 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 보다 많은 양의 태양광을 전기에너지로 변환시킬 수 있다.
도 3 내지 도 10은 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법을 도시한 단면도들이다. 본 제조방법에 관한 설명은 앞서 설명한 태양광 발전장치에 대한 설명을 참고한다. 즉, 앞서 설명한 태양광 발전장치에 대한 설명은 본 제조방법에 대한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.
도 3를 참조하면, 지지기판(100) 상에 후면전극층(200)이 형성되고, 상기 후면전극층(200)은 패터닝되어 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 지지기판(100) 상에 다수 개의 후면전극들(201, 202, 230), 제 1 연결전극(210) 및 제 2 연결전극(220)이 형성된다. 상기 후면전극층(200)은 레이저에 의해서 패터닝된다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하며, 약 80㎛ 내지 약 200㎛의 폭을 가질 수 있다.
또한, 상기 지지기판(100) 및 상기 후면전극층(200) 사이에 확산방지막 등과 같은 추가적인 층이 개재될 수 있고, 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 추가적인 층의 상면을 노출하게 된다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 후면전극층(200) 상에 제 1 버스 바(11) 및 제 2 버스 바(12)가 형성된다.
상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 상기 지지기판(100)의 외곽을 따라서 형성된다. 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)의 일부는 상기 제 1 연결전극(210) 및 상기 제 2 연결전극(220) 상에 각각 형성된다.
상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)를 형성하기 위해서, 상기 제 1 연결전극(210) 및 상기 제 2 연결전극(220) 상에, 및 상기 지지기판(100) 상에 도전성 페이스트가 프린트된다. 더 자세하게, 상기 도전성 페이스트는 상기 지지기판(100)에 형성되는 관통홀들(101)까지 프린트된다.
이후, 상기 프린트된 도전성 페이스트는 열처리되고, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)가 형성된다.
이와는 다르게, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)는 진공 증착 방식에 의해서 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)에 대응하는 투과부를 포함하는 증착 마스크(20)가 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 이후, 상기 증착 마스크(20)를 통하여, 상기 후면전극층(200) 및 상기 지지기판(100) 상에 도전성 물질이 증착된다. 이에 따라서, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)가 형성될 수 있다.
이후, 도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)를 덮는 마스크(20)가 상기 지지기판(100) 상에 배치된다.
상기 마스크(20)는 상기 지지기판(100)의 외곽을 덮는다. 상기 마스크(20)는 평면에서 보았을 때, 고리 형상을 가질 수 있다. 상기 마스크(20)는 중앙 부분에 형성된 투과 영역을 포함한다.
도면들에서는 상기 마스크(20)는 상기 지지기판(100)으로부터 이격된 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 상기 마스크(20)는 상기 지지기판(100)에 밀착될 수 있다.
상기 마스크(20)에 의해서, 활성 영역(AR) 및 비활성 영역(NAR)이 정의된다. 즉, 상기 투과 영역에 대응하는 부분이 상기 활성 영역(AR)에 대응되고, 고리 형상의 비투과 영역이 상기 비활성 영역(NAR)에 대응된다.
도 8을 참조하면, 상기 후면전극층(200) 상에 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 고저항 버퍼층(500)이 형성된다. 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 마스크(20)를 사용하는 증착 공정에 의해서 형성된다. 이에 따라서, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 활성 영역(AR)에 형성된다.
상기 광 흡수층(300)은 상기 지지기판(100)에 상기 마스크(20)가 장착된 상태에서, 스퍼터링 공정 또는 증발법 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(300)을 형성하기 위해서 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시키면서 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(300)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 후면전극(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(300)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(300)이 형성될 수 있다.
이후, 상기 마스크(20)가 장착된 상태에서, 황화 카드뮴이 스퍼터링 공정 또는 용액성장법(chemical bath depositon;CBD) 등에 의해서 증착되고, 상기 버퍼층(400)이 형성된다.
이후, 상기 마스크(20)가 장착된 상태에서, 상기 버퍼층(400) 상에 징크 옥사이드가 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 고저항 버퍼층(500)이 형성된다.
상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)은 낮은 두께로 증착된다. 예를 들어, 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)의 두께는 약 1㎚ 내지 약 80㎚이다.
이후, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)의 일부가 제거되어 제 2 관통홈들(TH2)이 형성된다.
상기 제 2 관통홈들(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(300) 및 상기 버퍼층(400)은 패터닝될 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 약 200 내지 600㎚의 파장을 가지는 레이저에 의해서 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 100㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 후면전극층(200)의 상면의 일부를 노출하도록 형성된다.
도 9를 참조하면, 상기 마스크(20)가 장착된 상태에서, 상기 광 흡수층(300) 상 및 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 윈도우층(600)이 형성된다. 즉, 상기 윈도우층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상 및 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 투명한 도전물질이 증착되어 형성된다.
이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 상기 투명한 도전물질이 채워지고, 상기 윈도우층(600)은 상기 후면전극층(200)에 직접 접촉하게 된다.
도 10을 참조하면, 상기 마스크(20)가 제거되고, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 윈도우층(600)의 일부가 제거되어 제 3 관통홈들(TH3)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 윈도우층(600)은 패터닝되어, 다수 개의 윈도우들 및 제 1 셀(C1), 제 2 셀(C2) 및 제 3 셀들(C3)이 정의된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
이상과 같이, 실시예에 따른 태양광 발전장치가 형성된다. 상기 제 1 버스 바(11) 및 상기 제 2 버스 바(12)가 상기 후면전극층(200)에 접속되도록, 상기 광 흡수층(300)보다 먼저 형성된다. 이에 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 향상된 전기적인 특성을 가지고, 높은 광-전 변환 효율을 가질 수 있다.
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.
실시예에 따른 태양광 발전장치는 태양광 발전 분야에 이용될 수 있다.

Claims (17)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 후면전극층;
    상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층;
    상기 광 흡수층 상에 배치되는 윈도우층; 및
    상기 광 흡수층 옆에 배치되고 상기 후면전극층에 접속되는 버스 바를 포함하는 태양광 발전장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은
    상기 기판의 외곽에 대응되는 비활성 영역; 및
    상기 비활성 영역의 내측에 배치되는 활성 영역을 포함하고,
    상기 버스 바는 상기 비활성 영역에 배치되고,
    상기 광 흡수층 및 상기 윈도우층은 상기 활성 영역에 배치되는 태양광 발전장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 후면전극층은 상기 활성 영역으로부터 상기 비활성 영역으로 연장되는 연결전극을 포함하며,
    상기 버스 바는 상기 연결전극에 직접 접속되는 태양광 발전장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광 흡수층의 하면과 상기 버스 바의 하면은 동일한 평면에 배치되는 태양광 발전장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 버스 바는 상기 후면전극층에 직접 접촉하는 태양광 발전장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 후면전극층은 제 1 금속을 포함하고, 상기 버스 바는 상기 제 1 금속과 다른 제 2 금속을 포함하는 태양광 발전장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 버스 바는 서로 나란히 배치되는 제 1 버스 바 및 제 2 버스바를 포함하고,
    상기 광 흡수층 및 상기 윈도우층은 상기 제 1 버스 바 및 상기 제 2 버스 바 사이에 배치되는 태양광 발전장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 버스바는 상기 윈도우층 옆에 배치되는 태양광 발전장치.
  9. 활성 영역 및 상기 활성 영역을 둘러싸는 비활성 영역을 포함하는 기판;
    상기 비활성 영역에 배치되는 제 1 버스 바;
    상기 활성 영역에 배치되는 제 1 셀; 및
    상기 제 1 버스 바 및 상기 제 1 셀을 연결하는 제 1 연결전극을 포함하고,
    상기 제 1 셀은
    상기 기판 상에 배치되는 제 1 후면전극;
    상기 제 1 후면전극 상에 배치되는 제 1 광 흡수부; 및
    상기 제 1 광 흡수부 상에 배치되는 제 1 윈도우를 포함하며,
    상기 제 1 연결전극은 상기 제 1 후면전극으로부터 상기 비활성 영역으로 연장되는 태양광 발전장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 비활성 영역에 배치되는 제 2 버스 바;
    상기 활성 영역에 배치되는 제 2 셀; 및
    상기 제 2 버스 바 및 상기 제 2 셀을 연결하는 제 2 연결전극을 포함하는 태양광 발전장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 셀은
    상기 기판 상에 배치되는 제 2 후면전극;
    상기 제 2 후면전극 상에 배치되는 제 2 광 흡수부; 및
    상기 제 2 광 흡수부 상에 배치되는 제 2 윈도우를 포함하고,
    상기 제 2 연결전극은 상기 제 2 후면전극과 같은 층에 배치되고 상기 제 2 윈도우에 연결되는 태양광 발전장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 셀 및 상기 제 2 셀 사이에 배치되는 다수 개의 제 3 셀들을 포함하고,
    상기 제 1 셀, 상기 제 2 셀 및 상기 제 3 셀들은 서로 직렬로 연결되는 태양광 발전장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 후면전극 및 상기 제 1 연결전극은 서로 일체로 형성되는 태양광 발전장치.
  14. 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계;
    상기 후면전극층 상에 버스 바를 형성하는 단계;
    상기 후면전극층 상에 상기 버스 바 옆에 광 흡수층을 형성하는 단계; 및
    상기 광 흡수층 상에 윈도우층을 형성하는 단계를 포함하는 태양광 발전장치의 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 버스 바를 형성하는 단계는
    상기 후면전극층 상에 도전물질을 증착하는 단계를 포함하는 태양광 발전장치의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 광 흡수층을 형성하는 단계는
    상기 버스 바를 덮는 마스크를 제공하는 단계; 및
    상기 마스크가 배치된 상태에서, 상기 광 흡수층을 형성하기 위한 물질을 상기 후면전극층 상에 증착하는 단계를 포함하는 태양광 발전장치의 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 윈도우층을 형성하는 단계는
    상기 마스크가 배치된 상태에서, 상기 윈도우층을 형성하기 위한 물질을 상기 광 흡수층 상에 증착하는 단계를 포함하는 태양광 발전장치의 제조방법.
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