WO2012036504A2 - 태양 전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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

Definitions

  • the embodiment relates to a solar cell and a method of manufacturing the same.
  • Solar cells may be classified into silicon based solar cells, non-silicon based solar cells, dye-sensitized solar cells, and the like.
  • non-silicon solar cells can be formed into a thin film, thereby reducing the consumption of materials and extending the range of utilization of the solar cells.
  • the light absorbing layer used in the non-silicon solar cell has the advantage of long life due to less deterioration due to light.
  • Embodiments provide a solar cell capable of preventing diffusion of impurities from a support substrate into a photoelectric conversion unit and preventing a peeling phenomenon of the support substrate and the photoelectric conversion unit, and a method of manufacturing the same.
  • a solar cell includes a support substrate; A barrier layer disposed on the support substrate; And a photoelectric conversion unit disposed on the barrier layer, wherein the barrier layer includes a first barrier layer and a second barrier layer having different porosities.
  • a method of manufacturing a solar cell includes forming a first barrier layer on a support substrate; Forming a second barrier layer on the first barrier layer, the second barrier layer having a different porosity from the first barrier layer; And forming a photoelectric converter on the second barrier layer.
  • the solar cell according to the embodiment forms a relatively dense first barrier layer in a portion adjacent to the support substrate and a second barrier layer is formed in a relatively less compact portion near the photoelectric conversion portion. Accordingly, the first barrier layer may prevent impurities that may be generated in the process of manufacturing the solar cell from being diffused into the photoelectric conversion unit.
  • the second barrier layer having a porous structure may increase the contact area of the photoelectric conversion unit, thereby effectively preventing the peeling phenomenon of the support substrate and the photoelectric conversion unit, and also improve the photo-electric conversion efficiency. You can.
  • the first barrier layer and the second barrier layer may be formed by changing only simple process conditions with the same material. Therefore, the manufacturing cost of the solar cell according to the embodiment can be reduced.
  • FIG. 1 and 2 are schematic cross-sectional views of a solar cell according to an embodiment.
  • 3A to 3C are cross-sectional views showing steps of a method of manufacturing a solar cell according to the first embodiment.
  • 4A to 4C are cross-sectional views illustrating steps of the method of manufacturing the solar cell according to the second embodiment.
  • 5 and 6 are cross-sectional views of the metal layer and the barrier layer of the solar cell 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” 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 and 2 are schematic cross-sectional views of a solar cell according to an embodiment.
  • a solar cell 100 includes a support substrate 10, a barrier layer 20 disposed on the support substrate 10, and a photoelectric conversion disposed on the barrier layer 20.
  • the unit 30 is included.
  • the solar cell 100 according to the embodiment may further include a metal layer 40 on the support substrate 10, as shown in FIG.
  • the support substrate 10 has a plate shape and serves to support the barrier layer 20 and the photoelectric converter 30.
  • the support substrate 10 may be a rigid substrate or a flexible substrate.
  • the support substrate 10 may be a flexible substrate.
  • the support substrate 10 may be a flexible metal substrate, and thus the solar cell 100 may be flexibly implemented.
  • the support substrate 10 may be used without particular limitation as long as it is commonly used as a substrate of a solar cell in the art.
  • the support substrate 10 may include a material selected from the group consisting of iron, lead, cobalt, nickel, copper, tin, and combinations thereof, but is not limited thereto.
  • the support substrate 10 may include stainless steel based on iron.
  • the support substrate 10 may be formed of an insulator such as glass or plastic.
  • the barrier layer 20 is disposed on the support substrate 10.
  • the barrier layer 20 is disposed between the support substrate 10 and the spectral converter 30.
  • the barrier layer 20 may have a thickness of about 5 ⁇ m or less, but is not limited thereto.
  • the barrier layer 20 includes a first barrier layer 22 and a second barrier layer 24.
  • the first barrier layer 22 and the second barrier layer 24 may be formed in direct contact with each other.
  • the barrier layer 20 includes a first barrier layer 22 disposed on the support substrate and the second barrier layer 24 disposed on the first barrier layer 22. That is, the first barrier layer 22 is formed adjacent to the support substrate 10. In addition, the second barrier layer 24 is formed adjacent to the photoelectric conversion unit 30.
  • the porosity of the first barrier layer 22 and the second barrier layer 24 are different from each other. More specifically, the first barrier layer 22 formed in a portion adjacent to the support substrate 10 has a porosity. It is small and thus the first barrier layer can be formed densely. In addition, the second barrier layer 24 formed adjacent to the photoelectric conversion unit 30 may have a porous structure having a large porosity.
  • the first barrier layer 22 may have a dense structure, thereby effectively preventing the material of the support substrate 10 from diffusing toward the photoelectric converter 30.
  • the first barrier layer 22 may be formed of a material of the support substrate 10 and impurities on the support substrate 10 in the high temperature heat treatment process for forming the photoelectric conversion unit 30. Diffusion to the unit 30 can be prevented.
  • the porosity of the first barrier layer 22 may be within about 10%, but is not limited thereto. In more detail, the porosity of the first barrier layer 22 may be about 5% or within about 1%, but is not limited thereto.
  • the second barrier layer 24 may have a porous structure having a large porosity. As a result, the contact area between the second barrier layer 24 and the photoelectric converter 30 may increase. In addition, the peeling phenomenon between the second barrier layer 24 and the photoelectric converter 30 may be effectively prevented, and the surface area of the photoelectric converter 30 may be increased to improve photoelectric conversion efficiency. Can be.
  • the porosity of the second barrier layer 24 may be about 20% to about 40%, but is not limited thereto. In more detail, the porosity of the second barrier layer 24 may be about 30% to about 40%, but is not limited thereto.
  • first barrier layer 22 and the second barrier layer 24 forming the barrier layer 20 form separate layers from each other, but are not limited thereto. That is, even if the boundary between the first barrier layer 22 and the second barrier layer 24 is not clear, the portion adjacent to the support substrate 10 side of the barrier layer 20 and the photoelectric conversion portion 30 side are adjacent to each other. If the porosity of the part is different it may belong to the embodiments herein.
  • the solar cell according to the embodiment includes a first barrier layer 22 having a dense structure positioned on the support substrate 10 side and a porous second barrier layer 24 positioned on the photoelectric conversion unit 30 side.
  • the barrier layer 20 may not only prevent impurity diffusion and peeling, but also improve photoelectric conversion efficiency.
  • the first barrier layer 22 and the second barrier layer 24 may include an oxide.
  • the first barrier layer 22 and the second barrier layer 24 may include a metal oxide.
  • each of the first barrier layer 22 and the second barrier layer 24 may include a material selected from the group consisting of aluminum oxide, titanium oxide, magnesium oxide, tungsten oxide, and combinations thereof. .
  • the first barrier layer 22 may be made of only metal, or may include both the metal and the oxide of the metal.
  • the first barrier layer 22 may include all materials selected from the group consisting of aluminum, titanium, magnesium, tungsten, oxides thereof, and combinations thereof.
  • the thickness of the barrier layer 20 including the first barrier layer 22 and the second barrier layer 24 may be about 5 ⁇ m or less, but is not limited thereto.
  • the barrier layer 20 may be formed of an oxide, and the oxide barrier layer 20 may be difficult to be applied to the flexible solar cell 100 because cracking may occur when the oxide barrier layer 20 exceeds about 5 ⁇ m. Can be.
  • the first barrier layer 22 and the second barrier layer 24 may include the same material.
  • the first barrier layer 22 and the second barrier layer 24 may be formed by a simple method of changing only process conditions using the same material. Therefore, the manufacturing cost of the solar cell according to the embodiment can be reduced. In this regard, the method of manufacturing the solar cell will be described in more detail below.
  • the thickness ratio of the second barrier layer 24 to the first barrier layer 22 may be about 0.1 to about 0.3.
  • the ratio is 0.3, the thickness of the porous second barrier layer 24 becomes thick, and the thickness of the dense first barrier layer 22 becomes thin. Accordingly, the first barrier layer may be difficult to effectively perform the function of preventing impurity diffusion.
  • the ratio is less than 0.1, it may be difficult to sufficiently secure the contact area because the thickness of the second barrier layer 24 becomes thin.
  • a metal layer 40 may be further disposed on the support substrate 10.
  • the metal layer 40 may include a metal.
  • the metal layer 40 may include a material selected from the group consisting of aluminum, titanium, magnesium, tungsten, and combinations thereof.
  • the metal layer 40 may be disposed to form the barrier layer 20.
  • the barrier layer 20 may be formed by oxidizing the metal layer 40.
  • the metal layer 40 may be converted to the barrier layer 20 by oxidizing all of the metal layer 40 as shown in FIG. 1, but as shown in FIG. 2, only a part of the metal layer 40 is formed.
  • the metal layer 40, which is converted to the barrier layer 20 and not converted, may remain on the support substrate 10.
  • the metal layer 40 has a very dense structure like the first barrier layer 22. Accordingly, the metal layer 40 may effectively prevent the material of the support substrate 10 from being diffused toward the photoelectric conversion unit 30 together with the first barrier layer 22.
  • the photoelectric conversion unit 30 is disposed on the barrier layer 20. In more detail, the photoelectric conversion unit 30 is disposed on the second barrier layer 24. The photoelectric conversion unit converts solar energy into electrical energy.
  • the photoelectric converter 30 includes a first electrode layer 31, a light absorbing layer 33, and a second electrode layer 39.
  • the photoelectric converter 30 may further include a buffer layer 35 and a high resistance buffer layer 37 between the light absorbing layer 33 and the second electrode layer 39, but is not limited thereto. .
  • the first electrode layer 31 may be made of a material having excellent electrical properties.
  • the first electrode layer 31 may be made of molybdenum, copper, nickel, aluminum, an alloy thereof, or the like.
  • the light absorbing layer 33 is disposed on the first electrode layer 31.
  • the light absorbing layer 33 may include a non-silicon based semiconductor material. That is, the light absorbing layer 33 may include a group I-III-IV compound.
  • the light absorption layer 33 may be a copper-indium-gallium-selenide-based (Cu (In, Ga) Se 2 , CIGS-based) compound, a copper-indium-selenide-based (CIS-based) compound, or copper- It may include a gallium-selenide-based (CGS-based) compound.
  • the light absorbing layer 33 may include a II-IV compound or a III-IV compound.
  • the light absorbing layer 33 may include a cadmium (Cd) -tellurium (Te) compound or a gallium (Ga) -arsenic (As) compound.
  • the buffer layer 35 disposed on the light absorbing layer 33 may alleviate the difference in lattice constant and energy band gap with the second electrode layer 29.
  • the light absorbing layer 33 may include cadmium sulfide (CdS).
  • the high resistance buffer layer 37 disposed on the buffer layer 35 may prevent the buffer layer 35 from being damaged when the second electrode layer 39 is formed.
  • the buffer layer 35 may be made of zinc oxide (ZnO).
  • the second electrode layer 39 may be formed of a transparent conductive material.
  • the second electrode layer 39 may have characteristics of an n-type semiconductor.
  • the second electrode layer 39 may form an n-type semiconductor layer together with the buffer layer 35 to form a pn junction with the light absorbing layer 33, which is a p-type semiconductor layer.
  • the second electrode layer 39 may be formed of, for example, aluminum doped zinc oxide (AZO).
  • the solar cell according to the embodiment may include a light absorbing layer 33 including a CIGS-based compound, a CIS-based compound, a CGS-based compound, a Cd-Te compound, or a Ga-As compound. Therefore, it can have excellent photoelectric conversion efficiency. Therefore, the solar cell 100 may be formed in a thin thickness, and can be utilized in various industrial fields while reducing the consumption of materials.
  • the photoelectric conversion unit 39 may include a photoelectric conversion unit constituting a dye-sensitized solar cell, an organic solar cell, a silicon solar cell.
  • 3A to 3D are cross-sectional views showing steps of a method of manufacturing a solar cell according to the first embodiment.
  • the first barrier layer 22 is formed on the support substrate 10.
  • the first barrier layer 22 may include an oxide such as aluminum oxide, titanium oxide, magnesium oxide, tungsten oxide, or the like, and may be formed by various methods.
  • the first barrier layer 22 may be formed by a process selected from the group consisting of a sputtering process, an electrolytic plating process, a micro arc oxidation process, an anodization process, and a combination thereof.
  • a second barrier layer 24 having a higher porosity than the first barrier layer 22 is formed on the first barrier layer 22.
  • the second barrier layer 24 may include an oxide such as aluminum oxide, titanium oxide, magnesium oxide, tungsten oxide, or the like, and may be formed by various methods.
  • each of the second barrier layers 24 may be formed by a process selected from the group consisting of a sputtering process, an electrolytic plating process, a micro arc oxidation process, an anodization process, and a combination thereof.
  • the first barrier layer 22 and the second barrier layer 24 may be made of the same material.
  • the first barrier layer 22 and the second barrier layer 24 may be formed by a simple method of changing only process conditions in the same process method.
  • the first barrier layer 22 is formed by an electrolytic plating process, and then the porous second barrier is formed using a micro arc oxidation process in which high voltage is alternately applied to the anode electrode and the cathode electrode in the same electrolytic plating bath.
  • Layer 24 may be formed.
  • the barrier layer 20 having different porosities between the portion adjacent to the support substrate 10 and the portion adjacent to the photoelectric conversion unit 30 may be formed in a simple process. Can be.
  • a process of polishing the barrier layer 20 may be further performed.
  • the polishing process may be performed after the barrier layer 20 is formed and before the photoelectric converter 30 is formed on the barrier layer 20.
  • the polishing process includes both mechanical and / or chemical polishing processes.
  • the photovoltaic converter 30 is formed on the barrier layer 20 to manufacture the solar cell 100. This will be described in more detail as follows.
  • the first electrode layer 31 is formed on the barrier layer 20.
  • the first electrode layer 31 may be formed by depositing molybdenum by a sputtering process.
  • the first electrode layer 31 may include two or more layers, each of which may include the same metal, or may include different metals.
  • the first electrode layer 31 including the two or more layers may be formed in two processes having different process conditions.
  • a light absorbing layer 33 is formed on the first electrode layer 31.
  • the light absorbing layer 33 may be formed by various methods.
  • the light absorbing layer 33 may be formed by an evaporation method or a sputtering process.
  • the CIGS-based light absorbing layer 33 may be formed by simultaneously or separately evaporating copper, indium, gallium, and selenium.
  • the CIGS-based light absorbing layer 33 may be formed by forming a metal precursor film by a sputtering process and then performing a selenization process. That is, in the sputtering process, a metal precursor film including copper, indium, and gallium is formed using a copper target, an indium target, and a gallium target, and thereafter, a selenization process is performed to form the CIGS-based light absorbing layer 33. Can be.
  • the CIGS-based light absorbing layer 33 may be formed by simultaneously performing a sputtering process and a selenization process.
  • the formation of the CIGS-based light absorbing layer 33 is illustrated, but various types of light absorbing layers 33 may be formed by varying a target and an evaporation material according to a desired material.
  • a buffer layer 35 may be formed on the light absorbing layer 33.
  • the buffer layer 35 may be formed by chemical bath deposit (CBD), sputtering, evaporation, chemical vapor deposition (CVD), or the like.
  • the high resistance buffer layer 37 is formed on the buffer layer 35.
  • the high resistance buffer layer 37 may be formed by depositing zinc oxide (ZnO).
  • ZnO zinc oxide
  • the embodiment is not limited thereto, and the high resistance buffer layer 37 including various materials may be formed using various methods.
  • a second electrode layer 39 is formed on the high resistance buffer layer 37.
  • 4A to 4C are cross-sectional views showing steps of the method of manufacturing the solar cell according to the second embodiment.
  • the upper part of the first barrier layer 22a may be etched to form a second barrier layer 24 having a high porosity.
  • the second barrier layer 24 may be formed by etching the upper portion of the first barrier layer 22a using a fluorine etching solution. The unetched portion of the first barrier layer 22a remains as the first barrier layer 22. Subsequently, as shown in FIG. 5C, the photovoltaic converter 30 is formed on the barrier layer 20 to manufacture the solar cell 100.
  • the barrier layer 20 including the first barrier layer 22 and the second barrier layer 24 can be manufactured by a simple process of etching the first barrier layer. Accordingly, the barrier layer 20 having different porosities between the portion adjacent to the support substrate 10 and the portion adjacent to the photoelectric converter 30 may be formed in a simple process.
  • FIG 5 and 6 are cross-sectional views showing cross-sections of solar cells manufactured according to the third and fourth embodiments, respectively.
  • the barrier layer 20 may be formed by forming a metal layer 40 on the support substrate 10 and oxidizing the metal layer 40.
  • the metal layer 40 may be formed on the support substrate 10 by various methods such as sputtering and electroplating processes. Next, the metal layer 40 is oxidized. At this time, depending on the degree of oxidation of the metal layer 40, as shown in Figure 2 the metal layer 40 is left on the support substrate 10, or as shown in Figure 1 all the metal layer 40 barrier Can be converted to layers.
  • an aluminum metal layer 40 is formed on the support substrate 10 by an electroplating process. Thereafter, the upper portion of the aluminum metal layer 40 may be oxidized by a micro arc oxidation process, so that the upper portion of the aluminum metal layer 40 may be converted into a barrier layer 20. In this case, a part of the aluminum metal layer 40 may remain on the support substrate 10 without being oxidized.
  • the barrier layer 20 may be formed by anodizing the metal layer 40.
  • the first barrier layer 22 and the second barrier layer 24 may be simultaneously formed.
  • the barrier layer 20 is formed adjacent to the support substrate 10 and is formed adjacent to the first barrier layer 22 and the photoelectric conversion unit 30 having a dense structure and has a porous structure.
  • the second barrier layer 24 may be included.

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Abstract

실시예에 따른 태양 전지는 지지 기판; 상기 지지 기판 상에 배치되는 배리어층; 및 상기 배리어층 상에 배치되는 광전 변환부를 포함하며, 상기 배리어층은 서로 다른 기공도를 가지는 제 1 배리어층 및 제 2 배리어층을 포함한다.

Description

태양 전지 및 이의 제조 방법
실시예는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지의 수요가 증가함에 따라 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양 전지에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
태양 전지는 실리콘계 태양 전지, 비실리콘계 태양 전지, 염료 감응 태양 전지 등으로 구분될 수 있다. 이 중 비실리콘계 태양 전지는 박막으로 형성이 가능하여 재료의 소모를 줄이면서 태양 전지의 활용 범위를 넓힐 수 있다. 또한, 비실리콘계 태양 전지에 사용되는 광 흡수층은 광에 의한 열화 현상이 적어 수명이 긴 장점이 있다.
이러한 태양 전지를 플렉서블(flexible)하게 구현하기 위하여 지지 기판으로 금속 물질을 이용하는 기술이 적용되고 있다.
실시예는 지지 기판으로부터 광전 변환부로 불순물이 확산되는 것을 방지할 수 있고, 지지 기판과 광전 변환부의 박리 현상을 방지할 수 있는 태양 전지 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 태양 전지는 지지 기판; 상기 지지 기판 상에 배치되는 배리어층; 및 상기 배리어층 상에 배치되는 광전 변환부를 포함하며, 상기 배리어층은 서로 다른 기공도를 가지는 제 1 배리어층 및 제 2 배리어층을 포함한다.
실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 지지 기판 상에 제 1 배리어층을 형성하는 단계; 상기 제 1 배리어층 상에, 상기 제 1 배리어층과 기공도가 서로 상이한 제 2 배리어층을 형성하는 단계; 및 상기 제 2 배리어층 상에 광전 변환부를 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 태양 전지는 지지 기판에 인접한 부분에는 상대적으로 치밀하게 형성된 제 1 배리어층을 형성하고, 광전 변환부에 인접한 부분에는 상대적으로 덜 치밀하게 형성된 제 2 배리어층을 형성한다. 이에 따라, 상기 제 1 배리어층은 상기 태양전지를 제조하는 과정에서 발생할 수 있는 불순물이 상기 광전 변환부에 확산되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 다공성 구조를 가지는 상기 제 2 배리어층은 상기 광전 변환부와의 접촉 면적을 증가시킴으로써, 상기 지지 기판과 상기 광전 변화부의 박리 현상을 효과적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 광-전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 동일한 물질로 간단한 공정 조건만을 변경함으로써 상기 제 1 배리어층 및 상기 제 2 배리어층을 형성할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 태양 전지의 제조 비용은 감소할 수 있다.
도 1 및 도 2는 실시예에 따른 태양 전지의 개략적인 단면도들이다.
도 3a 내지 도 3c는 제1 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 단계들을 도시한 단면도들이다.
도 4a 내지 도 4c는 제2 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 단계들을 도시한 단면도들이다.
도 5 및 도 6은 실시예에 따른 태양 전지의 금속층 및 배리어층의 단면도들이다.
실시예의 설명에 있어서, 각 기판, 층, 막 또는 전극 등이 각 기판, 층, 막, 또는 전극 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여(indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 실시예에 따른 태양 전지의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면 실시예에 따른 태양 전지(100)는, 지지 기판(10), 상기 지지 기판(10) 상에 배치되는 배리어층(20), 상기 배리어층(20) 상에 배치되는 광전 변환부(30)를 포함한다. 또한, 실시예에 따른 태양 전지(100)는 도 2에서와 같이, 상기 지지 기판(10) 상에 금속층(40)을 추가로 포함할 수 있다.
상기 지지 기판(10)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 배리어층(20) 및 상기 광전 변환부(30)를 지지하는 역할을 한다.
상기 지지 기판(10)은 리지드(rigid) 기판이거나 플렉서블 기판일 수 있다. 더 자세하게, 상기 지지 기판(10)은 플렉서블 기판일 수 있다. 예를 들어상기 지지 기판(10)은 플렉서블한 금속 기판일 수 있으며, 이에 따라 상기 태양 전지(100)를 플렉서블(flexible)하게 구현할 수 있다.
상기 지지 기판(10)은 당업계에서 태양전지의 기판으로 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한없이 사용 가능하다. 예를 들어, 상기 지지 기판(10)은 철, 납, 코발트, 니켈, 구리, 주석 및 이들의 조합으로 군에서 선택되는 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 일 실시예에서, 상기 지지 기판(10)은 철을 주성분으로 하는 스테인리스 강을 포함할 수 있다.
이와는 다르게, 상기 지지 기판(10)은 유리 또는 플라스틱 등의 절연체로 형성될 수 있다.
상기 지지 기판(10) 상에는 상기 배리어층(20)이 배치된다. 더 자세하게,상기 배리어층(20)은 상기 지지 기판(10)과 상기 관전 변환부(30) 사이에 배치된다. 상기 배리어층(20)의 두께는 약 5 ㎛ 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 배리어층(20)은 제 1 배리어층(22) 및 제 2 배리어층(24)을 포함한다. 또한, 상기 제 1 배리어층(22)과 상기 제 2 배리어층(24)은 서로 직접 접촉하여 형성될 수 있다.
더 자세하게, 상기 배리어층(20)은 상기 지지 기판 상에 배치되는 제 1 배리어층(22) 및 상기 제 1 배리어층(22) 상에 배치되는 상기 제 2 배리어층(24)을 포함한다. 즉, 상기 제 1 배리어층(22)은 상기 지지 기판(10) 쪽에 인접하게 형성된다. 또한, 상기 제 2 배리어층(24)은 상기 광전 변환부(30)와 인접하게 형성된다.
상기 제 1 배리어층(22) 상기 제 2 배리어층(24)의 기공도는 서로 다르다.더 자세하게, 상기 지지 기판(10)에 인접한 부분에 형성되는 상기 제 1 배리어층(22)은 기공도가 작고, 그에 따라 상기 제 1 배리어층은 치밀하게 형성될 수 있다. 또한, 상기 광전 변환부(30)에 인접하게 형성되는 상기 제 2 배리어층(24)은 기공도가 큰 다공성 구조일 수 있다.
상기 언급한 바와 같이, 상기 제 1 배리어층(22)은 치밀한 구조를 가질 수 있으며, 이에 따라 상기 지지 기판(10)의 물질이 광전 변환부(30) 쪽으로 확산되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 배리어층(22)은 상기 광전 변환부(30)를 형성하기 위한 고온의 열처리 공정에서 상기 지지 기판(10)의 물질 및 상기 지지 기판(10) 상의 불순물이 상기 광전 변환부(30)로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제 1 배리어층(22)의 기공도는 약 10% 이내일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 더 자세하게, 상기 제 1 배리어층(22)의 기공도는 약 5% 또는, 약 1% 이내일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 언급한 바와 같이, 상기 제 2 배리어층(24)은 기공도가 큰 다공성 구조일 수 있다. 이에 따라, 상기 제 2 배리어층(24)과 상기 광전 변환부(30)와의 접촉 면적은 증가할 수 있다. 또한, 상기 제 2 배리어층(24)과 상기 광전 변환부(30) 사이의 박리 현상을 효과적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 광전 변환부(30)의 표면적을 늘려 광-전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 제 2 배리어층(24)의 기공도는 약 20% 내지 약 40% 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 더 자세하게, 상기 제 2 배리어층(24)의 기공도는 약 30% 내지 약 40% 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 도면 및 상세한 설명에서는 상기 배리어층(20)을 형성하는 상기 제 1 배리어층(22)과 상기 제 2 배리어층(24)가 서로 별개의 층을 이루는 것으로 개시하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 상기 제 1 배리어층(22)과 상기 제 2 배리어층(24)의 경계가 명확하지 않더라도 상기 배리어층(20)에서 지지 기판(10)쪽에 인접한 부분과 상기 광전 변환부(30)쪽에 인접한 부분의 기공도가 다르면 본원의 실시예에 속할 수 있다.
즉, 실시예에 따른 태양전지는 상기 지지 기판(10) 쪽에 위치하는 치밀한 구조를 가지는 제 1 배리어층(22)과 광전 변환부(30) 쪽에 위치하는 다공성 제 2 배리어층(24)를 포함한다. 이에 의하여 상기 배리어층(20)은 불순물 확산, 박리 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 광-전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 제 1 배리어층(22)과 상기 제 2 배리어층(24)은 산화물을 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 배리어층(22)과 상기 제 2 배리어층(24)은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 배리어층(22) 및 상기 제 2 배리어층(24) 각각은 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 마그네슘 산화물, 텅스텐 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함할 수 있다.
이와는 다르게, 상기 제 1 배리어층(22)은 금속만으로 이루어지거나, 상기 금속 및 상기 금속의 산화물을 함께 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 배리어층(22)은 알루미늄, 티타늄, 마그네슘, 텅스텐, 이들의 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 모두 포함할 수 있다.
상기 제 1 배리어층(22) 및 상기 제 2 배리어층(24)을 포함하는 상기 배리어층(20)의 두께는 약 5 ㎛ 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 언급한 바와 같이 상기 배리어층(20)은 산화물로 이루어질 수 있으며, 상기 산화물 배리어층(20)은 약 5 ㎛ 를 초과하면 구부릴 경우 균열이 발생할 수 있으므로 플렉서블한 태양 전지(100)에 적용되기 어려울 수 있다.
상기 제 1 배리어층(22)과 상기 제 2 배리어층(24)은 동일한 물질을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제 1 배리어층(22)과 상기 제 2 배리어층(24)은 동일한 물질을 사용하여 공정 조건만을 변경하는 간단한 방법에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 태양 전지의 제조 비용은 감소할 수 있다. 이와 관련하여서는 태양 전지의 제조 방법을 설명하면서 하기에서 좀더 상세하게 설명한다.
상기 제 1 배리어층(22)에 대한 상기 제 2 배리어층(24)의 두께 비율은 약 0.1 내지 약 0.3 일 수 있다. 상기 비율이 0.3 인 경우, 다공성의 제 2 배리어층(24)의 두께는 두꺼워지고, 치밀한 제 1 배리어층(22)의 두께는 얇아진다. 이에 따라, 상기 제 1 배리어층은 불순물 확산 방지의 기능을 효과적으로 수행하기 어려울 수 있다. 또한, 상기 비율이 0.1 미만인 경우, 상기 제 2 배리어층(24)의 두께가 얇아져서 접촉 면적을 충분하게 확보하기 어려울 수 있다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 태양전지는 상기 지지 기판(10) 상에 금속층(40)이 추가로 배치될 수 있다. 상기 금속층(40)은 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속층(40)은 알루미늄, 티타늄, 마그네슘, 텅스텐 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함할 수 있다.
상기 금속층(40)은 상기 배리어층(20)을 형성하기 위하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 배리어층(20)은 상기 금속층(40)을 산화시킴으로써 형성될 수 있다. 이 때, 상기 금속층(40)은 도 1에서와 같이 상기 금속층(40) 전부가 산화되어 상기 배리어층(20)으로 전환될 수 있으나, 도 2에서와 같이, 상기 금속층(40)의 일부만이 상기 배리어층(20)으로 전환되고, 전환되지 않은 상기 금속층(40)은 상기 지지 기판(10) 상에 남아있을 수 있다.
상기 금속층(40)은 상기 제 1 배리어층(22)과 같이 매우 치밀한 구조를 가진다. 따라서, 상기 금속층(40)은 상기 제 1 배리어층(22)과 함께 상기 지지 기판(10)의 물질이 광전 변환부(30) 쪽으로 확산되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 광전 변환부(30)는 상기 배리어층(20) 상에 배치된다. 더 자세하게, 상기 광전 변환부(30)는 상기 제 2 배리어층(24) 상에 배치된다. 상기 광전 변환부는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환한다.
상기 광전 변환부(30)는 제1 전극층(31), 광 흡수층(33), 제2 전극층(39)을 포함한다. 또한, 상기 광전 변환부(30)는 상기 광 흡수층(33)과 상기 제2 전극층(39) 사이에 버퍼층(35) 및 고저항 버퍼층(37)을 추가로 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제1 전극층(31)은 우수한 전기적 특성을 가지는 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극층(31)은 몰리브덴, 구리, 니켈, 알루미늄, 이들의 합금 등으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 전극층(31) 상에는 상기 광 흡수층(33)이 배치된다.
상기 광 흡수층(33)은 비실리콘계 반도체 물질을 포함할 수 있다. 즉, 상기 광 흡수층(33)이 Ⅰ-Ⅲ-Ⅳ족 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(33)이 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2, CIGS계) 화합물, 구리-인듐-셀레나이드계(CIS계) 화합물 또는 구리-갈륨-셀레나이드계(CGS계) 화합물을 포함할 수 있다.
또는, 상기 광 흡수층(33)은 Ⅱ-Ⅳ족 화합물 또는 Ⅲ-Ⅳ족 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(33)은 카드뮴(Cd)-텔루늄(Te) 화합물 또는 갈륨(Ga)-비소(As) 화합물을 포함할 수 있다.
상기 광 흡수층(33) 상에 배치되는 버퍼층(35)은 제 2 전극층(29)과의 격자 상수 차이 및 에너지 밴드갭 차이를 완화해줄 수 있다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(33)은 황화 카드뮴(CdS)을 포함할 수 있다.
상기 버퍼층(35) 상에 배치되는 고저항 버퍼층(37)은 제 2 전극층(39) 형성시 상기 버퍼층(35)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층(35)은 산화 아연(ZnO)로 이루어질 수 있다.
상기 제 2 전극층(39)은 투광성 전도성 물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 전극층(39)은 n형 반도체의 특성을 가질 수 있다. 이 때, 상기 제 2 전극층(39)은 상기 버퍼층(35)과 함께 n형 반도체층을 형성하여 p형 반도체층인 상기 광 흡수층(33)과 pn 접합을 형성할 수 있다. 상기 제 2 전극층(39)은, 예를 들어, 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(AZO)로 형성될 수 있다.
상기 언급한 바와 같이, 실시예에 따른 태양전지는 CIGS계 화합물, CIS계 화합물, CGS계 화합물, Cd-Te 화합물, 또는 Ga-As 화합물을 포함하는 광 흡수층(33)을 포함할 수 있으며, 이에 따라 우수한 광-전 변환 효율을 지닐 수 있다. 따라서, 상기 태양 전지(100)는 얇은 두께로 형성될 수 있으며, 재료의 소모를 줄이면서 다양한 산업 분야에 활용될 수 있다.
한편, 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 상기 광전 변환부(39)는 염료 감응형 태양 전지, 유기 태양 전지, 실리콘 태양 전지를 구성하는 광전 변환부를 포함할 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명한다. 본 제조방법에 관한 설명은 앞서 설명한 태양전지에 대한 설명을 참고한다. 앞서 설명한 태양전지에 대한 설명은 본 제조방법에 관한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.
도 3a 내지 도 3d 는 제 1 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 단계들을 도시한 단면도들이다.
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 지지 기판(10) 상에 제 1 배리어층(22)를 형성한다. 상기 제 1 배리어층(22)는 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 마그네슘 산화물, 텅스텐 산화물 등의 산화물을 포함할 수 있으며, 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 배리어층(22) 은 스퍼터링 공정, 전해 도금 공정, 마이크로 아크 산화 공정, 양극 산화 공정 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 공정에 의해 형성될 수 있다.
이어서, 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 배리어층(22) 상에, 상기 제 1 배리어층(22) 보다 높은 기공도를 가지는 제 2 배리어층(24)를 형성한다.
상기 제 2 배리어층(24)은 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 마그네슘 산화물, 텅스텐 산화물 등의 산화물을 포함할 수 있으며, 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 배리어층(24) 각각은 스퍼터링 공정, 전해 도금 공정, 마이크로 아크 산화 공정, 양극 산화 공정 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 공정에 의해 형성될 수 있다.
상기 제 1 배리어층(22)과 상기 제 2 배리어층(24)은 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 제 1 배리어층(22) 및 상기 제 2 배리어층(24)은 동일한 공정 방법에서 공정 조건만을 변경하는 간단한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 배리어층(22)은 전해 도금 공정에 의해 형성한 후, 동일한 전해 도금조에서 애노드 전극과 캐소드 전극에 고전압을 번갈아서 인가하는 마이크로 아크 산화 공정을 사용하여 다공성의 제 2 배리어층(24)를 형성할 수 있다.
이와 같이, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 상기 지지 기판(10) 쪽에 인접한 부분과 상기광전 변환부(30) 쪽에 인접한 부분의 기공도가 서로 다른 배리어층(20)을 간단한 공정으로 형성할 수 있다.
상기 배리어층(20)의 거칠기를 감소시키기 위하여, 상기 배리어층(20)을 폴리싱하는 공정을 추가로 수행할 수 있다. 상기 폴리싱 공정은 상기 배리어층(20)을 형성한 후, 상기 배리어층(20) 상에 광전 변환부(30)를 형성하기 전에 수행될 수 있다. 또한, 상기 폴리싱 공정은 기계적 및/또는 화학적 폴리싱 공정을 모두 포함한다.
이어서, 도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 배리어층(20) 상에 광전 변환부(30)를 형성하여 태양 전지(100)를 제조한다. 이를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 배리어층(20) 위에 제 1 전극층(31)을 형성한다. 예를 들어,상기 제 1 전극층(31)은 스퍼터링 공정으로 몰리브덴을 증착하여 형성할 수 있다. 또한, 상기 제 1 전극층(31)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있는데, 이 각각의 층들은 같은 금속을 포함할 수 있으며, 서로 다른 금속을 포함할 수도 있다. 상기 두 개 이상의 층들을 포함하는 상기 제1 전극층(31)은 공정 조건이 서로 다른 두 번의 공정에 형성될 수 있다.
이어서, 상기 제 1 전극층(31) 상에 광 흡수층(33)을 형성한다. 상기 광 흡수층(33)은 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(33)은 증발법 또는 스퍼터링 공정 등에 의해 형성될 수 있다.
상기 증발법은 구리, 인듐, 갈륨 및 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시킴으로써 상기 CIGS계 광 흡수층(33)을 형성할 수 있다.
상기 스퍼터링 공정의 경우, 스퍼터링 공정으로 금속 프리커서 막을 형성한 후 셀레니제이션(selenization) 공정을 수행하여 CIGS계 광 흡수층(33)을 형성할 수 있다. 즉, 스퍼터링 공정에서 구리 타켓, 인듐 타켓, 갈륨 타켓을 사용하여 구리, 인듐 및 갈륨을 포함하는 금속 프리커서 막을 형성하고, 이후에 셀레니제이션 공정을 수행하여 CIGS계 광 흡수층(33)을 형성할 수 있다. 또는, 스퍼터링 공정과 셀레니제이션 공정을 동시에 진행하여 CIGS계 광 흡수층(33)을 형성할 수도 있다.
상술한 방법에서는 CIGS계 광 흡수층(33)을 형성하는 것을 예시하였으나, 원하는 물질에 따라 타켓, 증발 물질 등을 달리하여 다양한 종류의 광 흡수층(33)을 형성할 수 있다.
이어서, 상기 광 흡수층(33) 상에 버퍼층(35)을 형성할 수 있다. 이러한 버퍼층(35)은 화학 용액 성장법(chemical bath depositon, CBD), 스퍼터, 증발법, 화학 기상 증착법(CVD) 등에 의해서 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(35) 상에 고저항 버퍼층(37)이 형성된다. 예를 들어, 상기 고저항 버퍼층(37)은 산화 아연(ZnO) 등을 증착하여 형성될 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 방법을 이용하여 다양한 물질을 포함하는 고저항 버퍼층(37)을 형성할 수 있다.
이어서, 상기 고저항 버퍼층(37) 상에 제2 전극층(39)을 형성한다.
도 4a 내지 도 4c는 제 2 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법의 단계들을 도시한 단면도들이다.
제 2 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 상기 제 1 배리어층(22a)의 상부를 에칭하여 높은 기공도의 제 2 배리어층(24)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 불소 에칭액을 이용하여 상기 제 1 배리어층(22a)의 상부를 에칭함으로써 상기 제 2 배리어층(24)을 형성할 수 있다. 상기 제 1 배리어층(22a) 중 에칭되지 않은 부분은 제 1 배리어층(22)으로 남게 된다. 이어서, 도 5c에 도시한 바와 같이, 배리어층(20) 위에 광전 변환부(30)를 형성하여 태양 전지(100)를 제조한다.
상기 언급한 바와 같이, 제 2 실시예에서는 제 1 배리어층을 에칭하는 간단한 공정에 의하여 제 1 배리어층(22)과 제 2 배리어층(24)를 포함하는 배리어층(20)을 제조할 수 있다. 이에 따라, 상기 지지 기판(10) 쪽에 인접한 부분과 상기 광전 변환부(30) 쪽에 인접한 부분의 기공도가 서로 다른 배리어층(20)을 간단한 공정으로 형성할 수 있다.
도 5 및 도 6은 각각 제 3 실시예 및 제 4 실시예에 따라 제조된 태양 전지의 단면을 도시한 단면도들이다.
제 3 실시예 및 제 4 실시예에 있어서, 상기 배리어층(20)은 상기 지지 기판(10) 상에 금속층(40)을 형성하고, 상기 금속층(40)을 산화시킴으로써 형성될 수 있다.
상기 금속층(40)은 스퍼터링, 전해 도금 공정 등 다양한 방법에 의하여 상기 지지 기판(10) 상에 형성될 수 있다. 이어서, 상기 금속층(40)을 산화시킨다. 이 때, 상기 금속층(40)이 산화되는 정도에 따라, 도 2에서와 같이 상기 금속층(40)은 상기 지지 기판(10) 상에 남아 있거나, 도 1에서와 같이 상기 금속층(40) 이 모두 배리어층으로 전환될 수 있다.
도 5를 참조하면, 알루미늄 금속층(40)은 상기 지지 기판(10) 상에 전해도금 공정에 의해 형성된다. 이후, 상기 알루미늄 금속층(40)의 상부는 마이크로 아크 산화공정에 의해 산화되어, 상기 알루미늄 금속층(40)의 상부는 배리어층(20)으로 전환될 수 있다. 이 때, 상기 알루미늄 금속층(40)의 일부는 산화되지 않고 상기 지지 기판(10) 상에 남아있을 수 있다.
도 6은 제 4 실시예에 따른 상기 금속층(40) 및 상기 배리어층(20)의 단면을 나타내는 단면도이다. 도 6을 참조하면, 상기 배리어층(20)은 상기 금속층(40)을 양극 산화함으로써 형성될 수 있다. 상기 금속층(40)을 양극 산화하는 공정에서 제 1 배리어층(22)과 제 2 배리어층(24)은 동시에 형성될 수 있다. 더 자세하게, 상기 배리어층(20)은 상기 지지 기판(10) 인접한 부분에 형성되며 치밀한 구조를 가지는 상기 제 1 배리어층(22)과 상기 광전 변환부(30)에 인접하게 형성되며 다공성 구조를 가지는 상기 제 2 배리어층(24)을 포함할 수 있다.
상술한 실시예에 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 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 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, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 지지 기판;
    상기 지지 기판 상에 배치되는 배리어층; 및
    상기 배리어층 상에 배치되는 광전 변환부를 포함하며,
    상기 배리어층은 서로 다른 기공도를 가지는 제 1 배리어층 및 제 2 배리어층을 포함하는 태양전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 기판 상에 배치되는 금속층을 추가 포함하는 태양전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 배리어층은 상기 지지 기판 상에 배치되며,
    상기 제 2 배리어층은 상기 제 1 배리어층 상에 배치되는 태양전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 배리어층의 기공도는 상기 제 1 배리어층의 기공도보다 높은 태양 전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 배리어층의 기공도는 10% 인 태양 전지.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 배리어층의 기공도는 20% 내지 40% 인 태양 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 배리어층과 상기 제 2 배리어층은 동일한 물질을 포함하는 태양 전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 배리어층에 대한 상기 제 2 배리어층의 두께 비율은 0.1 내지 0.3 인 태양 전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 배리어층의 두께는 5 ㎛ 이하인 태양 전지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 배리어층은 산화물을 포함하는 태양 전지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 배리어층은 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 마그네슘 산화물, 텅스텐 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 물질을 적어도 하나 이상 포함하는 태양 전지.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 광전 변환부는,
    상기 배리어층 상에 배치되는 제 1 전극층;
    상기 제 1 전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및
    상기 광 흡수층 상에 배치되는 제 2 전극층을 포함하는 태양전지.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 기판은 플렉서블 기판을 포함하는 태양 전지.
  14. 지지 기판 상에 제 1 배리어층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 배리어층 상에, 상기 제 1 배리어층과 기공도가 서로 상이한 제 2 배리어층을 형성하는 단계; 및
    상기 제 2 배리어층 상에 광전 변환부를 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 지지 기판 상에 제 1 배리어층을 형성하는 단계는,
    상기 지지 기판 상에 금속층을 형성하는 단계;
    상기 금속층을 산화시켜 상기 제 1 배리어층을 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 배리어층 및 상기 제 2 배리어층 각각은 스퍼터링 공정, 전해 도금 공정, 마이크로 아크 산화 공정, 양극 산화 공정 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 공정에 의해 형성되는 태양 전지의 제조 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 배리어층은,
    상기 제 1 배리어층의 상부를 에칭하여 형성되는 태양 전지의 제조 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2720276A2 (en) * 2011-06-10 2014-04-16 Posco Solar cell substrate, method for manufacturing same, and solar cell using same
US20160348261A1 (en) * 2014-02-05 2016-12-01 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Component oxidized by plasma electrolysis and method for the production thereof

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101865953B1 (ko) * 2012-09-12 2018-06-08 엘지이노텍 주식회사 태양전지 및 이의 제조방법
CN105226118B (zh) * 2014-06-05 2017-04-12 中物院成都科学技术发展中心 柔性太阳能电池及其制备方法
WO2016182025A1 (ja) * 2015-05-14 2016-11-17 株式会社昭和 対極に集電極を設けた色素増感型太陽電池

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61251589A (ja) * 1985-04-30 1986-11-08 三菱重工業株式会社 セラミツクス基材表面へのコ−テイング方法
JPS6289369A (ja) * 1985-10-16 1987-04-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光起電力装置
JP4075021B2 (ja) * 1997-12-26 2008-04-16 ソニー株式会社 半導体基板の製造方法および薄膜半導体部材の製造方法
US6468923B1 (en) * 1999-03-26 2002-10-22 Canon Kabushiki Kaisha Method of producing semiconductor member
JP4461656B2 (ja) 2000-12-07 2010-05-12 セイコーエプソン株式会社 光電変換素子
US7053294B2 (en) * 2001-07-13 2006-05-30 Midwest Research Institute Thin-film solar cell fabricated on a flexible metallic substrate
TWI234885B (en) * 2002-03-26 2005-06-21 Fujikura Ltd Electroconductive glass and photovoltaic cell using the same
CN100530701C (zh) * 2002-09-30 2009-08-19 米亚索尔公司 薄膜太阳能电池大规模生产的制造装置与方法
JP4695850B2 (ja) * 2004-04-28 2011-06-08 本田技研工業株式会社 カルコパイライト型太陽電池
JP2009267337A (ja) * 2007-09-28 2009-11-12 Fujifilm Corp 太陽電池
KR20100029414A (ko) * 2008-09-08 2010-03-17 엘지이노텍 주식회사 태양전지 및 이의 제조방법

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None
See also references of EP2503599A4

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2720276A2 (en) * 2011-06-10 2014-04-16 Posco Solar cell substrate, method for manufacturing same, and solar cell using same
EP2720276A4 (en) * 2011-06-10 2014-12-24 Posco SOLAR CELL SUBSTRATE, MANUFACTURING METHOD AND SOLAR CELL THEREFOR
US20160348261A1 (en) * 2014-02-05 2016-12-01 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Component oxidized by plasma electrolysis and method for the production thereof

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