WO2012134000A1 - 박막형 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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WO2012134000A1
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transparent conductive
electrode layer
front electrode
conductive layer
layer
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박창균
김덕호
박상기
박원모
이용현
정준영
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주성엔지니어링(주)
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    • H01L31/02—Details
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    • H01L31/022466—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers
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    • H01L31/02366—Special surface textures of the substrate or of a layer on the substrate, e.g. textured ITO/glass substrate or superstrate, textured polymer layer on glass substrate
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell, and more particularly to a thin film solar cell.
  • the solar cell has a PN junction structure in which a P (positive) type semiconductor and a N (negative) type semiconductor are bonded to each other. Holes and electrons are generated in the semiconductor by the energy of the incident solar light. At this time, the holes (+) are moved toward the P-type semiconductor by the electric field generated in the PN junction. Negative (-) is the principle that the electric potential is generated by moving toward the N-type semiconductor to generate power.
  • Such solar cells may be classified into a substrate type solar cell and a thin film type solar cell.
  • the substrate type solar cell is a solar cell manufactured by using a semiconductor material such as silicon as a substrate
  • the thin film type solar cell is a solar cell manufactured by forming a semiconductor in the form of a thin film on a substrate such as glass.
  • Substrate-type solar cells although somewhat superior in efficiency compared to thin-film solar cells, there is a limitation in minimizing the thickness in the process and there is a disadvantage that the manufacturing cost is increased because of the use of expensive semiconductor substrates.
  • thin-film solar cells are somewhat less efficient than substrate-type solar cells, they can be manufactured in a thin thickness and inexpensive materials can be used to reduce manufacturing costs, making them suitable for mass production.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a thin film solar cell according to a conventional embodiment.
  • the surface of the front electrode layer 20 is formed by a concave-convex structure using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) process.
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • the concave-convex structure of the surface of the front electrode layer 20 is controlled by using a MOCVD process.
  • the surface roughness of the front electrode layer 20 may be increased.
  • the present invention was devised to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a thin-film solar cell and a method of manufacturing the same, which can improve battery efficiency by reducing the surface roughness of the front electrode layer.
  • the surface is provided with a second front electrode layer formed of a second concave-convex structure, and the first concave-convex structure and the second concave-convex structure provides a thin film solar cell, characterized in that formed different from each other.
  • the invention also provides a substrate; A front electrode layer formed on the substrate; A semiconductor layer formed on the front electrode layer; A transparent conductive layer formed on the semiconductor layer; And a back electrode layer formed on the transparent conductive layer, wherein the transparent conductive layer is formed on the semiconductor layer and has a first transparent conductive layer having a surface having a first uneven structure, and formed on the first transparent conductive layer. And a second transparent conductive layer having a surface thereof formed of a second uneven structure, wherein the first uneven structure and the second uneven structure are formed differently from each other.
  • the surface roughness of the second uneven structure may be smaller than the surface roughness of the first uneven structure.
  • the first uneven structure may include a structure having a valley and a peak at an angle
  • the second uneven structure may include a curved structure having no valley and a peak at an angle
  • the first front electrode layer and the second front electrode layer may have different crystal structures.
  • the first transparent conductive layer and the second transparent conductive layer may have different crystal structures.
  • the volume of the second front electrode layer may occupy 1 to 50% of the volume of the entire front electrode layer.
  • the volume of the second transparent conductive layer may occupy 1 to 50% of the volume of the entire transparent conductive layer.
  • a third front electrode layer having a surface having a third uneven structure may be further formed, and the surface roughness of the third uneven structure may be smaller than the surface roughness of the first uneven structure.
  • a third transparent conductive layer whose surface is formed of a third uneven structure is further formed, the surface roughness of the third uneven structure may be less than the surface roughness of the first uneven structure have.
  • the semiconductor layer may include a first semiconductor layer and a second semiconductor layer spaced apart from each other with a buffer layer therebetween.
  • the present invention also provides a process for forming a front electrode layer on a substrate; Forming a semiconductor layer on the front electrode layer; Forming a transparent conductive layer on the semiconductor layer; And forming a back electrode layer on the transparent conductive layer, wherein the forming of the front electrode layer comprises: forming a first front electrode layer having a surface having a first uneven structure on the substrate; and And forming a second front electrode layer having a surface thereof having a second uneven structure on the first front electrode layer, wherein the first uneven structure and the second uneven structure are formed differently from each other. It provides a method of manufacturing a solar cell.
  • the present invention also provides a process for forming a front electrode layer on a substrate; Forming a semiconductor layer on the front electrode layer; Forming a transparent conductive layer on the semiconductor layer; And forming a back electrode layer on the transparent conductive layer, wherein the forming of the transparent conductive layer comprises: forming a first transparent conductive layer having a surface having a first uneven structure on the semiconductor layer; And a step of forming a second transparent conductive layer having a surface of which has a second uneven structure on the first transparent conductive layer, wherein the first uneven structure and the second uneven structure are formed different from each other.
  • a method of manufacturing a thin film solar cell is provided.
  • the surface roughness of the second uneven structure may be smaller than the surface roughness of the first uneven structure.
  • the first uneven structure may include a structure having a valley and a peak at an angle
  • the second uneven structure may include a curved structure having no valley and a peak at an angle
  • the process of forming the first transparent conductive layer is a process of laminating a transparent conductive material using a metal source and an oxygen source
  • the process of forming the second transparent conductive layer is a metal source, an oxygen source and a surface roughness control source. It may be made of a process of laminating a transparent conductive material using.
  • the metal source may be (CH 3 ) 2 Zn (Dimethylzinc: DMZ), (C 2 H 5 ) 2 Zn (Diethylzinc: DEZ), Zn (C 5 H 7 O 2 ) 2 (Zinc acetyl-acetonate), or mixtures thereof.
  • the oxygen source comprises O 2 , H 2 O, N 2 O, CO 2 , or mixtures thereof
  • the surface roughness regulator comprises alcohol, C 4 H 8 O (Tetrahydrofuran), or a mixture thereof. It may include.
  • the step of laminating a transparent conductive material using the metal source and the oxygen source may further use a dopant source.
  • the step of laminating the transparent conductive material using the metal source and the oxygen source, and the step of laminating the transparent conductive material using the metal source, the oxygen source and the surface roughness control source are performed in a continuous process in one process equipment.
  • the surface roughness control source may be used by mixing with the oxygen source.
  • the step of forming the front electrode layer further includes the step of forming a third front electrode layer whose surface is formed of a third uneven structure before the step of forming the first front electrode layer, the surface of the third uneven structure
  • the roughness may be smaller than the surface roughness of the first uneven structure.
  • the second front electrode layer having the small surface roughness is formed on the first front electrode layer having the large surface roughness, the sunlight passing through the front electrode layer is formed.
  • the absorption rate of sunlight in the semiconductor layer may be improved, and the surface roughness of the front electrode layer may be reduced, thereby increasing the open voltage Voc and the fill factor of the solar cell. Therefore, the efficiency of the solar cell can be improved.
  • the transparent conductive layer is formed on the first transparent conductive layer having a relatively large surface roughness, a second transparent conductive layer having a relatively small surface roughness is formed, the solar light is scattered in various ways.
  • the surface roughness of the transparent conductive layer is reduced, the efficiency of the solar cell can be improved.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a thin film solar cell according to a conventional embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a thin film solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A to 7D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a thin film solar cell according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • 10 is a SEM photograph showing the difference in the surface roughness of the deposit deposited by ZnO by MOCVD.
  • FIG. 11 is a process flowchart of forming a first front electrode layer and a second front electrode layer in a continuous process according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram of a process equipment for implementing a continuous process according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a thin film solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • the thin-film solar cell according to an embodiment of the present invention, the substrate 100, the front electrode layer 200, the semiconductor layer 300, the transparent conductive layer 400 and the back electrode layer 500 It is done by
  • the substrate 100 may be made of glass or transparent plastic.
  • the front electrode layer 200 is formed on the substrate 100 and includes a first front electrode layer 210 and a second front electrode layer 220.
  • the first front electrode layer 210 is formed on the substrate 100, and the upper surface of the first front electrode layer 210, which is not in contact with the substrate 100, has a first uneven structure.
  • the second front electrode layer 220 is formed on the first front electrode layer 210, and the upper surface of the second front electrode layer 220, which is not in contact with the first front electrode layer 210, has a second uneven structure.
  • the first uneven structure formed on the surface of the first front electrode layer 210 and the second uneven structure formed on the surface of the second front electrode layer 220 are different from each other. Specifically, the surface roughness of the second uneven structure is smaller than the surface roughness of the first uneven structure.
  • surface roughness also referred to as surface roughness, may be represented by various methods known in the art, for example, centerline surface roughness.
  • the front electrode layer 200 is formed by forming a second front electrode layer 220 having a relatively small surface roughness on the first front electrode layer 210 having a relatively large surface roughness.
  • the absorption rate of solar light is enhanced in the semiconductor layer 300, and the surface roughness of the front electrode layer 200 is reduced, so that the open voltage Voc and the buffer factor of the solar cell ( fill factor may be increased. Therefore, the efficiency of the solar cell can be improved.
  • first concave-convex structure provided in the first front electrode 210 may include a structure having valleys and peaks having various angles to enhance scattering of sunlight
  • second front electrode The second concave-convex structure provided at 220 may include a curved structure having no valleys and peaks, thereby reducing the surface roughness of the front electrode layer 200.
  • the volume of the second front electrode layer 220 may preferably occupy 1 to 50% of the volume of the entire front electrode layer 200. The reason is that, if the volume of the second front electrode layer 220 is less than 1% of the volume of the entire front electrode layer 200, the lamination effect of the second front electrode layer 220, that is, the entire front electrode layer 200. Since the effect of reducing the surface roughness of the may be reduced, if the volume of the second front electrode layer 220 exceeds 50% of the volume of the entire front electrode layer 200, rather the efficiency of the solar cell may be lowered to be.
  • the first front electrode layer 210 and the second front electrode layer 220 may have different crystal structures. Specifically, the first front electrode layer 210 includes a crystal structure grown in the vertical direction and the horizontal direction with the substrate 100 to provide the first uneven structure as described above, and the second front electrode layer 220 includes a crystal structure grown in a direction perpendicular to the substrate 100 to provide the second uneven structure as described above.
  • the first front electrode layer 210 and the second front electrode layer 220 may be made of a transparent conductive material such as ZnO, ZnO: B, ZnO: Al, SnO 2 , SnO 2 : F, or Indium Tin Oxide (ITO).
  • the first front electrode layer 210 may be formed by a deposition process using a metal source and an oxygen source, and the second front electrode layer 220 is deposited using a metal source, an oxygen source, and a surface roughness control source. It can form by a process.
  • oxygen source O 2 , H 2 O, N 2 O, CO 2 , or a mixture thereof can be used.
  • alcohols such as methanol, ethanol, propanol, C 4 H 8 O (Tetrahydrofuran), or a mixture thereof may be used.
  • the second front electrode layer 220 may be formed by adding a surface roughness control source to the same source as the metal source, the oxygen source, and the dopant source for forming the first front electrode layer 210. It may be desirable for simplicity.
  • first front electrode layer 210 and the second front electrode layer 220 The formation process of the first front electrode layer 210 and the second front electrode layer 220 will be described in detail in the manufacturing method described later.
  • FIG. 10 is a SEM photograph showing the difference in surface roughness of a deposit deposited by ZnO by MOCVD. As shown in FIG. It can be seen that the roughness is small, and also that the surface roughness of the deposit becomes smaller as the dose of alcohol is increased. Therefore, by appropriately adjusting the dose of alcohol, it is possible to appropriately control the second uneven structure provided in the second front electrode layer 220.
  • the semiconductor layer 300 is formed on the front electrode layer 200, and as the surface of the front electrode layer 200 is formed in an uneven structure, the surface of the semiconductor layer 300 is also formed in an uneven structure.
  • the uneven structure formed on the surface of the semiconductor layer 300 may have a structure corresponding to the second uneven structure formed on the surface of the second front electrode layer 220.
  • the semiconductor layer 300 has a PIN structure in which a P (positive) type semiconductor layer, an I (intrinsic) type semiconductor layer, and an N (negative) type semiconductor layer are sequentially stacked.
  • the I-type semiconductor layer is depleted by the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer to generate an electric field therein, and is generated by sunlight.
  • the holes and electrons are drift by the electric field, so that holes are collected to the front electrode layer 200 through the P-type semiconductor layer and electrons are collected to the back electrode layer 500 through the N-type semiconductor layer.
  • the semiconductor layer 300 when the semiconductor layer 300 is formed in a PIN structure, it is preferable to form a P-type semiconductor layer on the front electrode layer 200 and then to form an I-type semiconductor layer and an N-type semiconductor layer.
  • the P-type semiconductor layer is formed close to the light receiving surface in order to maximize the collection efficiency due to incident light.
  • the first semiconductor layer 310 and the second semiconductor layer 330 are both formed of a PIN structure in which a P-type semiconductor layer, an I-type semiconductor layer, and an N-type semiconductor layer are sequentially stacked.
  • the first semiconductor layer 310 may be made of an amorphous semiconductor material having a PIN structure
  • the second semiconductor layer 330 may be made of a microcrystalline semiconductor material having a PIN structure.
  • the amorphous semiconductor material absorbs light of short wavelength well and the microcrystalline semiconductor material absorbs light of long wavelength well, light absorption efficiency may be enhanced when the amorphous semiconductor material and the microcrystalline semiconductor material are combined.
  • the present invention is not limited thereto, and various modifications such as an amorphous semiconductor / germanium or a microcrystalline semiconductor material may be used as the first semiconductor layer 310, and an amorphous semiconductor material as the second semiconductor layer 330, or Various modifications such as amorphous semiconductor / germanium can be used.
  • the buffer layer 320 serves to facilitate the movement of holes and electrons through the tunnel junction between the first semiconductor layer 310 and the second semiconductor layer 330, and is made of a transparent material such as ZnO.
  • the solar cell according to the present invention has a triple structure including a buffer layer formed between the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, the third semiconductor layer, and each semiconductor layer, in addition to the tandem structure as described above.
  • it may be formed in addition, or may be formed in a quadruple (quadruple) structure.
  • the transparent conductive layer 400 is formed on the semiconductor layer 300, and may be made of a transparent conductive material such as ZnO, ZnO: B, ZnO: Al, SnO 2 , SnO 2 : F, or Indium Tin Oxide (ITO). .
  • the surface of the transparent conductive layer 400 may also be formed in an uneven structure.
  • the transparent conductive layer 400 scatters sunlight transmitted through the semiconductor layer 300 to increase the ratio of light reflected from the back electrode 500 and re-incident to the semiconductor layer 300.
  • the back electrode layer 500 is formed on the transparent conductive layer 400, and may be made of metal such as Ag, Al, Ag + Mo, Ag + Ni, Ag + Cu.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a thin film solar cell according to another exemplary embodiment of the present invention, except that a third front electrode layer 230 is further formed below the first front electrode layer 210. Same as the thin film solar cell shown. Therefore, the same reference numerals are assigned to the same components, and repeated descriptions of the same components will be omitted.
  • the front electrode layer 200 includes a first front electrode layer 210, a second front electrode layer 220, and a third front electrode layer 230. More specifically, a third front electrode layer 230 is formed on the substrate 100, a first front electrode layer 210 is formed on the third front electrode layer 230, and the first front electrode layer 210 is formed. The second front electrode layer 220 is formed.
  • the third front electrode layer 230 is formed between the substrate 100 and the first front electrode layer 210, and the upper surface of the third front electrode layer 230, which is not in contact with the substrate 100, has a third uneven structure. .
  • the third uneven structure formed on the surface of the third front electrode layer 230 is different from the first uneven structure formed on the surface of the first front electrode layer 210. Specifically, the surface roughness of the third uneven structure is smaller than the surface roughness of the first uneven structure.
  • the third uneven structure formed on the surface of the third front electrode layer 230 may include a curved structure having no angle between the valley and the peak, and the third uneven structure may include the second front surface. It may be the same as or different from the second uneven structure formed on the surface of the electrode layer 220.
  • the third front electrode layer 230 may have a crystal structure different from that of the first front electrode layer 210. Specifically, the third front electrode layer 230 includes a crystal structure grown in a direction perpendicular to the substrate 100 to provide a third uneven structure including the curved structure as described above.
  • the third front electrode layer 230 may be made of a transparent conductive material such as ZnO, ZnO: B, ZnO: Al, SnO 2 , SnO 2 : F, or Indium Tin Oxide (ITO).
  • the third front electrode layer 230 is a deposition process using a metal source, an oxygen source and a surface roughness control source or a metal source, an oxygen source, a surface roughness control source, and a dopant source, similar to the second front electrode layer 220 described above. Can be formed.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a thin film solar cell according to another embodiment of the present invention, which is not related to a front electrode layer 200 having a plurality of layers, but a transparent conductive layer 400 having a plurality of layers. will be.
  • the thin film solar cell according to another embodiment of the present invention, the substrate 100, the front electrode layer 200, the semiconductor layer 300, the transparent conductive layer 400 and the back electrode layer 500 It is made to include.
  • the substrate 100 may be made of glass or transparent plastic.
  • the transparent conductive layer 400 is formed on the semiconductor layer 300 and includes a first transparent conductive layer 410 and a second transparent conductive layer 420.
  • the first transparent conductive layer 410 is formed on the semiconductor layer 300, and a surface thereof, specifically an upper surface not contacting the semiconductor layer 300, has a first uneven structure.
  • the second transparent conductive layer 420 is formed on the first transparent conductive layer 410, and a surface thereof, specifically, an upper surface which does not contact the first transparent conductive layer 410, has a second uneven structure.
  • the first uneven structure formed on the surface of the first transparent conductive layer 410 and the second uneven structure formed on the surface of the second transparent conductive layer 420 are different from each other. Specifically, the surface roughness of the second uneven structure is smaller than the surface roughness of the first uneven structure.
  • the solar light is scattered in various ways.
  • the ratio of sunlight reincident to the semiconductor layer 300 is increased, and the surface roughness of the transparent conductive layer 400 is reduced, thereby improving the efficiency of the solar cell.
  • first concave-convex structure provided in the first transparent conductive layer 410 may include a structure having valleys and peaks having various angles to enhance scattering of sunlight, and the second transparent conductive layer.
  • the second concave-convex structure provided at 420 may include a curved structure having no valleys and peaks, thereby reducing the surface roughness of the transparent conductive layer 400.
  • the volume of the second transparent conductive layer 420 may preferably occupy 1 to 50% of the volume of the entire transparent conductive layer 400. The reason is that, if the volume of the second transparent conductive layer 420 is less than 1% of the volume of the entire transparent conductive layer 400, the lamination effect of the second transparent conductive layer 420, that is, the entire transparent conductive layer 400 Since the effect of reducing the surface roughness of the may be reduced, if the volume of the second transparent conductive layer 420 exceeds 50% of the volume of the entire transparent conductive layer 400, rather because the efficiency of the solar cell may be lowered to be.
  • the first transparent conductive layer 410 and the second transparent conductive layer 420 may have different crystal structures.
  • the first transparent conductive layer 410 includes a first crystal structure as described above by mainly including a crystal structure grown in the vertical direction and the horizontal direction with the substrate 100, the second transparent conductive layer
  • the 420 mainly includes a crystal structure grown in a direction perpendicular to the substrate 100 to provide the second uneven structure as described above.
  • the first transparent conductive layer 410 and the second transparent conductive layer 420 may be made of a transparent conductive material such as ZnO, ZnO: B, ZnO: Al, SnO 2 , SnO 2 : F, or Indium Tin Oxide (ITO).
  • the first transparent conductive layer 410 may be formed by a deposition process using a metal source and an oxygen source, and the second transparent conductive layer 420 is deposited using a metal source, an oxygen source, and a surface roughness control source. It can form by a process.
  • the first transparent conductive layer 410 may be formed by a deposition process using a dopant source in addition to a metal source and an oxygen source, and the second transparent conductive layer 420 may be a dopant in a metal source, an oxygen source, and a surface roughness control source. Additional sources may be used to form the deposition process.
  • the second transparent conductive layer 420 is formed by adding a surface roughness control source to the same source as the metal source and the oxygen source for forming the first transparent conductive layer 410 to simplify the process through the continuous process It may be desirable.
  • the metal source, oxygen source, surface roughness control source, and dopant source are the same as in the above-described embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a thin film solar cell according to another exemplary embodiment of the present invention, except that a third transparent conductive layer 430 is further formed below the first transparent conductive layer 410. It is the same as the thin film solar cell shown in FIG. Therefore, the same reference numerals are assigned to the same components, and repeated descriptions of the same components will be omitted.
  • the transparent conductive layer 400 includes a first transparent conductive layer 410, a second transparent conductive layer 420, and a third transparent conductive layer 430. More specifically, a third transparent conductive layer 430 is formed on the semiconductor layer 300, a first transparent conductive layer 410 is formed on the third transparent conductive layer 430, and the first transparent conductive layer ( The second transparent conductive layer 420 is formed on the 410.
  • the third transparent conductive layer 430 is formed between the semiconductor layer 300 and the first transparent conductive layer 410, the surface thereof, specifically, the upper surface that does not contact the semiconductor layer 300 has a third uneven structure Is made of.
  • the third uneven structure formed on the surface of the third transparent conductive layer 430 is different from the first uneven structure formed on the surface of the first transparent conductive layer 410. Specifically, the surface roughness of the third uneven structure is smaller than the surface roughness of the first uneven structure.
  • the third uneven structure formed on the surface of the third transparent conductive layer 430 may include a curved structure having no angle between the valley and the peak, and the third uneven structure may include the second transparency. It may be the same as or different from the second uneven structure formed on the surface of the front layer 420.
  • the third transparent conductive layer 430 may have a crystal structure different from that of the first transparent conductive layer 410. Specifically, the third transparent conductive layer 430 includes a crystal structure grown in a direction perpendicular to the substrate 100 to provide a third uneven structure including the curved structure as described above.
  • the third transparent conductive layer 430 when the third transparent conductive layer 430 is further formed below the first transparent conductive layer 410, the third transparent conductive layer 430 functions as a nucleus of crystal growth, so that the first transparent conductive layer 410 is formed. Can improve the growth.
  • the front electrode layer 200 is made of a plurality of layers
  • the transparent conductive layer 400 may be made of a plurality of layers.
  • the features illustrated in FIGS. 2 and 4 may be combined, and the front electrode layer 200 may be a combination of the first front electrode layer 210 and the second front electrode layer 220, and the transparent conductive layer 400 may be formed. It may be formed of a combination of the first transparent conductive layer 410 and the second transparent conductive layer 420.
  • the features illustrated in FIGS. 2 and 5 may be combined, the features illustrated in FIGS. 3 and 4 may be combined, and the features illustrated in FIGS. 3 and 5 may be combined.
  • the front electrode layer 200 is formed on the substrate 100.
  • the process of forming the front electrode layer 200 is a process of forming a first front electrode layer 210 on the substrate 100 and a second front electrode layer 220 on the first front electrode layer 210. Is done.
  • the surface of the first front electrode layer 210 has a first uneven structure
  • the surface of the second front electrode layer 220 has a second unevenness having a smaller surface roughness than the first uneven structure. Made of structure.
  • the first uneven structure provided in the first front electrode layer 210 includes a structure having various angles of a valley and a peak, and a second provided in the second front electrode layer 220.
  • the uneven structure includes a curved structure in which the valley and the peak do not have an angle.
  • the process of forming the first front electrode layer 210 and the second front electrode layer 220 is ZnO, ZnO: B, ZnO: Al, SnO 2 , SnO 2 : F or ITO (Indium Tin Oxide) using MOCVD It may be made of a process for laminating a transparent conductive material such as).
  • the process of forming the first front electrode layer 210 may be performed by laminating a transparent conductive material by MOCVD using a metal source and an oxygen source.
  • a metal source (CH 3 ) 2 Zn (Dimethylzinc: DMZ), (C 2 H 5 ) 2 Zn (Diethylzinc: DEZ), Zn (C 5 H 7 O 2 ) 2 (Zinc acetyl-acetonate), Or mixtures thereof, and O 2 , H 2 O, N 2 O, CO 2 , or mixtures thereof may be used as the oxygen source.
  • (C 2 H 5 ) 2 Zn Diethylzinc: DEZ) may be used as the metal source and H 2 O may be used as the oxygen source.
  • a transparent conductive material made of ZnO may be used as shown in the following scheme. You can get it.
  • the ZnO thus obtained has a first uneven structure as described above because the crystal structure is grown in the vertical direction and the horizontal direction with the substrate 100 by the high reactivity between the DEZ and H 2 O.
  • the process of forming the second front electrode layer 220 may be performed by laminating a transparent conductive material by MOCVD using a metal source, an oxygen source, and a surface roughness control source.
  • a metal source CH 3 ) 2 Zn (Dimethylzinc: DMZ), (C 2 H 5 ) 2 Zn (Diethylzinc: DEZ), Zn (C 5 H 7 O 2 ) 2 (Zinc acetyl-acetonate), Or a mixture thereof
  • the oxygen source O 2 , H 2 O, N 2 O, CO 2 , or a mixture thereof can be used, and as the surface roughness controlling agent, alcohol, C 4 H 8 O ( Tetrahydrofuran), or mixtures thereof.
  • the alcohol may include methanol, ethanol, propanol and the like.
  • (C 2 H 5 ) 2 Zn Diethylzinc: DEZ) may be used as the metal source
  • H 2 O may be used as the oxygen source
  • ethanol may be used as the surface roughness control source.
  • ZnO is obtained.
  • the obtained ZnO is controlled by the ethanol, and thus the crystal structure is mainly grown in the direction perpendicular to the substrate 100 to have the second uneven structure as described above. This will be described in more detail as follows.
  • the first front electrode layer 210 and the second front electrode layer 220 may be formed in a continuous process without vacuum break in one process equipment.
  • the first front electrode layer 210 is formed by performing a MOCVD process while supplying a predetermined raw material including the metal supply source and the oxygen supply source, and further adding a surface roughness control source to the predetermined raw material to provide a second front surface.
  • the electrode layer 220 may be formed.
  • FIG. 11 is a process flowchart of forming the first front electrode layer 210 and the second front electrode layer 220 in a continuous process according to an embodiment of the present invention.
  • the substrate 100 is loaded into the chamber (10s).
  • the first front electrode layer 210 is formed by supplying B 2 H 2 as a dopant source, DEZ (Diethylzinc) as a metal source, and H 2 0 as an oxygen source (20s).
  • the second front electrode layer 220 is formed by supplying B 2 H 2 as a dopant source, DEZ (Diethylzinc) as a metal source, H 2 O as an oxygen source, and alcohol as a surface roughness control source (30s).
  • the process equipment comprises a chamber 1 and raw material tanks 2, 3, 4, 5 connected to the chamber 1 to feed raw materials into the chamber 1 and ,
  • the raw material tank (2, 3, 4, 5) comprises a B 2 H 2 tank (2), DEZ (Diethylzinc) tank (3), H 2 0 tank (4), and alcohol tank (5) Can be.
  • Each of the raw material tanks corresponds to an example of a dopant source, a metal source, an oxygen source, and a surface roughness control source, but is not necessarily limited thereto.
  • the alcohol tank 5 can be connected with the H 2 0 tank 4, so that a mixture of alcohol and H 2 0 is obtained in the chamber 1. Can be fed into.
  • the B 2 H 2 tank 2 can be connected with a DEZ (Diethylzinc) tank 3, and consequently, a mixture of B 2 H 2 and DEZ (Diethylzinc) can be fed into the chamber 1. .
  • DEZ Diethylzinc
  • the front electrode layer 200 is formed using the process equipment as shown in FIG. 12, first, a mixture of B 2 H 2 and DEZ (Diethylzinc) and H 2 0 are supplied while blocking the supply of alcohol.
  • the first front electrode layer 210 is formed, and then the second front electrode layer 220 is supplied by supplying a mixture of B 2 H 2 and DEZ (Diethylzinc) and a mixture of alcohol and H 2 0 in a state in which the supply of alcohol is removed. Will form.
  • the present invention is not limited thereto, and the alcohol may be independently supplied into the chamber 1 through a separate pipe.
  • the semiconductor layer 300 is formed on the front electrode layer 200.
  • the semiconductor layer 300 may be formed in a PIN structure in which a silicon-based amorphous semiconductor material is sequentially stacked with a P-type semiconductor layer, an I-type semiconductor layer, and an N-type semiconductor layer by using a plasma CVD method or the like.
  • the transparent conductive layer 400 is a metal conductive chemical vapor deposition (MOCVD) method or sputtering a transparent conductive material such as ZnO, ZnO: B, ZnO: Al, SnO 2 , SnO 2 : F or ITO (Indium Tin Oxide) It can be formed by laminating using a) method or the like.
  • MOCVD metal conductive chemical vapor deposition
  • the back electrode layer 500 may be formed by stacking a metal such as Ag, Al, Ag + Mo, Ag + Ni, Ag + Cu using a sputtering method or a printing method.
  • FIG. 7A to 7D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a thin film solar cell according to another embodiment of the present invention, which relates to the method of manufacturing the thin film solar cell according to FIG. 3.
  • a third front electrode layer 230 is formed on the substrate 100, a first front electrode layer 210 is formed on the third front electrode layer 230, The second front electrode layer 220 is formed on the first front electrode layer 210.
  • the surface of the first front electrode layer 210 has a first uneven structure
  • the surface of the second front electrode layer 220 has a second unevenness having a smaller surface roughness than the first uneven structure.
  • the surface of the third front electrode layer 230 is formed of a third uneven structure having a smaller surface roughness than the first uneven structure.
  • first front electrode layer 210 Since the detailed configurations of the first front electrode layer 210, the second front electrode layer 220, and the third front electrode layer 230 are the same as described above, repeated descriptions thereof will be omitted.
  • the process of forming the third front electrode layer 230 may be performed by laminating a transparent conductive material by MOCVD using a metal source, an oxygen source, and a surface roughness control source, and the first front electrode layer 210.
  • the process of forming the metal film may include forming a transparent conductive material by MOCVD using a metal source and an oxygen source, and forming the second front electrode layer 220 may include a metal source, an oxygen source, and a surface roughness.
  • the control source may be formed by laminating a transparent conductive material by MOCVD.
  • the third front electrode layer 230, the first front electrode layer 210, and the second front electrode layer 220 may be formed in a continuous process without vacuum break in one process equipment.
  • the third front electrode layer 230 is formed while supplying a surface roughness control source to a predetermined raw material including a metal source and an oxygen source, and the first front electrode layer while supplying a predetermined raw material including the metal source and an oxygen source.
  • the second front electrode layer 220 may be formed while supplying a surface roughness control source to a predetermined raw material including the metal source and the oxygen source.
  • a dopant source may be added when the first front electrode layer 210, the second front electrode layer 220, and the third front electrode layer 230 are formed.
  • the semiconductor layer 300 is formed on the front electrode layer 200. Since the process of forming the semiconductor layer 300 is the same as described above, repeated description will be omitted.
  • FIG. 8A to 8D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a thin film solar cell according to still another embodiment of the present invention, which relates to the method of manufacturing the thin film solar cell according to FIG. 4.
  • the front electrode layer 200 is formed on the substrate 100.
  • the front electrode layer 200 may be formed of a transparent conductive material such as ZnO, ZnO: B, ZnO: Al, SnO 2 , SnO 2 : F, or Indium Tin Oxide (ITO). Alternatively, it may be formed by laminating using a sputtering method or the like.
  • the semiconductor layer 300 is formed on the front electrode layer 200. Since the process of forming the semiconductor layer 300 is the same as described above, repeated description will be omitted.
  • the first transparent conductive layer 410 is formed on the semiconductor layer 300, and the second transparent conductive layer 420 is formed on the first transparent conductive layer 410. The process takes place.
  • the surface of the first transparent conductive layer 410 has a first uneven structure
  • the surface of the second transparent conductive layer 420 has a second unevenness having a smaller surface roughness than the first uneven structure. Made of structure.
  • the first uneven structure provided in the first transparent conductive layer 410 includes a structure having various angles of a valley and a peak, and a second provided in the second transparent conductive layer 420.
  • the uneven structure includes a curved structure in which the valley and the peak do not have an angle.
  • the volume of the second transparent conductive layer 420 occupy 1 to 50% of the volume of the entire transparent conductive layer 400.
  • first transparent conductive layer 410 and the second transparent conductive layer 420 may have a different crystal structure.
  • first transparent conductive layer 410 includes a first crystal structure as described above by mainly including a crystal structure grown in the vertical direction and the horizontal direction with the substrate 100
  • the 420 mainly includes a crystal structure grown in a direction perpendicular to the substrate 100 to provide the second uneven structure as described above.
  • the process of forming the first transparent conductive layer 410 and the second transparent conductive layer 420 is performed by MOCVD method ZnO, ZnO: B, ZnO: Al, SnO 2 , SnO 2 : F or ITO (Indium Tin Oxide) It may be made of a process for laminating a transparent conductive material such as).
  • the process of forming the first transparent conductive layer 410 may be performed by stacking a transparent conductive material by MOCVD using a metal source and an oxygen source.
  • the first transparent conductive layer 410 and the second transparent conductive layer 420 may be formed in a continuous process without vacuum break in one process equipment.
  • the first transparent conductive layer 410 is formed by performing a MOCVD process while supplying a predetermined raw material including the metal supply source and the oxygen supply source, and further adding a surface roughness control source to the predetermined raw material to provide a second transparency.
  • the entire layer 420 may be formed.
  • a dopant source may be added when the first transparent conductive layer 410 and the second transparent conductive layer 420 are formed.
  • Such a continuous process may use the process equipment according to FIG. 12 described above, and a detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 9A to 9D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a thin film solar cell according to still another embodiment of the present invention, which relates to the method of manufacturing the thin film solar cell according to FIG. 5.
  • the front electrode layer 200 is formed on the substrate 100.
  • the semiconductor layer 300 is formed on the front electrode layer 200. Since the process of forming the semiconductor layer 300 is the same as described above, repeated description will be omitted.
  • a third transparent conductive layer 430 is formed on the semiconductor layer 300, and a first transparent conductive layer 410 is formed on the third transparent conductive layer 430. And forming a second transparent conductive layer 420 on the first transparent conductive layer 410.
  • the surface of the first transparent conductive layer 410 has a first uneven structure
  • the surface of the second transparent conductive layer 420 has a second unevenness having a smaller surface roughness than the first uneven structure.
  • the surface of the third transparent conductive layer 430 is formed of a third uneven structure having a smaller surface roughness than the first uneven structure.
  • first transparent conductive layer 410 the second transparent conductive layer 420, and the third transparent conductive layer 430 are the same as described above, repeated descriptions thereof will be omitted.
  • the process of forming the third transparent conductive layer 430 may be performed by stacking a transparent conductive material by MOCVD using a metal source, an oxygen source, and a surface roughness control source, and the first transparent conductive layer 410.
  • the process of forming a metal conductive material may be performed by laminating a transparent conductive material by MOCVD using a metal source and an oxygen source, and the process of forming the second transparent conductive layer 420 may include a metal source, an oxygen source, and a surface roughness.
  • the control source may be formed by laminating a transparent conductive material by MOCVD.
  • the third transparent conductive layer 430, the first transparent conductive layer 410, and the second transparent conductive layer 420 may be formed in a continuous process without vacuum break in one process equipment.
  • the third transparent conductive layer 430 is formed while supplying a surface roughness control source to a predetermined raw material including a metal source and an oxygen source, and the first transparent conductive layer while supplying a predetermined raw material including the metal source and an oxygen source.
  • 410 may be formed
  • the second transparent conductive layer 420 may be formed while supplying a surface roughness control source to a predetermined raw material including the metal source and the oxygen source.
  • a dopant source may be added when the first transparent conductive layer 410, the second transparent conductive layer 420, and the third transparent conductive layer 430 are formed.
  • Such a continuous process may use the process equipment according to FIG. 12 described above, and a detailed description thereof will be omitted.

Abstract

본 발명은, 기판; 상기 기판 상에 형성된 전면전극층; 상기 전면전극층 상에 형성된 반도체층; 상기 반도체층 상에 형성된 투명도전층; 및 상기 투명도전층 상에 형성된 후면전극층을 포함하여 이루어지며, 상기 전면전극층은, 상기 기판 상에 형성되며 그 표면이 제1 요철구조로 형성된 제1 전면전극층, 및 상기 제1 전면전극층 상에 형성되며 그 표면이 제2 요철구조로 형성된 제2 전면전극층을 포함하여 이루어지고, 상기 제1 요철구조와 상기 제2 요철구조는 서로 상이하게 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지, 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면, 전면전극층이 상대적으로 표면 거칠기가 큰 제1 전면전극층 상에 상대적으로 표면 거칠기가 작은 제2 전면전극층이 형성되어 이루어지기 때문에, 상기 전면전극층을 통과하는 태양광이 다양하게 산란되어 상기 반도체층에서 태양광의 흡수율이 증진됨과 더불어 전면전극층의 표면 거칠기가 줄어들어 태양전지의 개방전압(Voc)과 완충인자(fill factor)가 증가될 수 있고, 결국 태양전지의 효율이 개선될 수 있게 된다.

Description

박막형 태양전지 및 그 제조방법
본 발명은 태양전지(Solar Cell)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 박막형 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지의 구조 및 원리에 대해서 간단히 설명하면, 태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole)과 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 되는 원리이다.
이와 같은 태양전지는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다.
기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이고, 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
기판형 태양전지는 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수하기는 하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승되는 단점이 있다.
박막형 태양전지는 기판형 태양전지에 비하여 효율이 다소 떨어지기는 하지만, 얇은 두께로 제조가 가능하고 저가의 재료를 이용할 수 있어 제조비용이 감소되는 장점이 있어 대량생산에 적합하다.
이하 도면을 참조로 종래의 박막형 태양전지에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 종래의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지는, 기판(10), 상기 기판(10) 상에 형성된 전면전극층(20), 상기 전면전극층(20) 상에 형성된 반도체층(30), 상기 반도체층(30) 상에 형성된 투명도전층(40), 및 상기 투명도전층(40) 상에 형성된 후면전극층(50)을 포함하여 이루어진다.
한편, 태양전지의 효율향상을 위해서는 상기 반도체층(30) 내에서 정공(hole)과 전자(electron)의 발생율을 증가시킬 필요가 있다. 이와 같이, 상기 반도체층(30) 내에서 정공(hole)과 전자(electron)의 발생율을 증가시키기 위해서는, 상기 반도체층(30)을 경유하는 태양광의 경로가 길게 되도록 할 필요가 있고, 그를 위한 구체적인 방안으로서 상기 전면전극층(20)의 표면을 요철구조로 형성하는 방안이 제시된 바 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 박막형 태양전지는 다음과 같은 문제점이 있다.
일반적으로 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)공정을 이용하여 상기 전면전극층(20)의 표면을 요철구조로 형성하게 되는데, 이와 같이 MOCVD공정을 이용하게 되면, 상기 전면전극층(20) 표면의 요철구조 제어가 용이하지 않게 되고, 그에 따라 상기 전면전극층(20)의 표면 거칠기가 증가될 수 있다.
이와 같이, 전면전극층(20)의 표면 거칠기가 증가될 경우 태양전지의 개방전압(Voc)과 완충인자(fill factor)가 감소되어, 태양전지의 효율이 떨어지게 되는 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 전면전극층의 표면 거칠기를 줄임으로써 전지효율이 개선될 수 있는 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 기판; 상기 기판 상에 형성된 전면전극층; 상기 전면전극층 상에 형성된 반도체층; 상기 반도체층 상에 형성된 투명도전층; 및 상기 투명도전층 상에 형성된 후면전극층을 포함하여 이루어지며, 상기 전면전극층은, 상기 기판 상에 형성되며 그 표면이 제1 요철구조로 형성된 제1 전면전극층, 및 상기 제1 전면전극층 상에 형성되며 그 표면이 제2 요철구조로 형성된 제2 전면전극층을 포함하여 이루어지고, 상기 제1 요철구조와 상기 제2 요철구조는 서로 상이하게 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지를 제공한다.
본 발명은 또한, 기판; 상기 기판 상에 형성된 전면전극층; 상기 전면전극층 상에 형성된 반도체층; 상기 반도체층 상에 형성된 투명도전층; 및 상기 투명도전층 상에 형성된 후면전극층을 포함하여 이루어지며, 상기 투명도전층은, 상기 반도체층 상에 형성되며 그 표면이 제1 요철구조로 형성된 제1 투명도전층, 및 상기 제1 투명도전층 상에 형성되며 그 표면이 제2 요철구조로 형성된 제2 투명도전층을 포함하여 이루어지고, 상기 제1 요철구조와 상기 제2 요철구조는 서로 상이하게 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지를 제공한다.
상기 제2 요철구조의 표면 거칠기는 상기 제1 요철구조의 표면 거칠기 보다 작을 수 있다.
상기 제1 요철구조는 골과 피크가 각을 가진 구조를 포함하고, 상기 제2 요철구조는 골과 피크가 각을 갖지 않은 곡선 구조를 포함할 수 있다.
상기 제1 전면전극층과 상기 제2 전면전극층은 서로 상이한 결정 구조로 이루어질 수 있다.
상기 제1 투명도전층과 상기 제2 투명도전층은 서로 상이한 결정 구조로 이루어질 수 있다.
상기 제2 전면전극층의 부피는 전체 전면전극층의 부피의 1 ~ 50%를 차지할 수 있다.
상기 제2 투명도전층의 부피는 전체 투명도전층의 부피의 1 ~ 50%를 차지할 수 있다.
상기 기판과 제1 전면전극층 사이에, 그 표면이 제3 요철구조로 형성된 제3 전면전극층이 추가로 형성되고, 상기 제3 요철구조의 표면 거칠기는 상기 제1 요철구조의 표면 거칠기 보다 작을 수 있다.
상기 반도체층과 제1 투명도전층 사이에, 그 표면이 제3 요철구조로 형성된 제3 투명도전층이 추가로 형성되고, 상기 제3 요철구조의 표면 거칠기는 상기 제1 요철구조의 표면 거칠기 보다 작을 수 있다.
상기 반도체층은 버퍼층을 사이에 두고 이격된 제1 반도체층 및 제2 반도체층을 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한, 기판 상에 전면전극층을 형성하는 공정; 상기 전면전극층 상에 반도체층을 형성하는 공정; 상기 반도체층 상에 투명도전층을 형성하는 공정; 및 상기 투명도전층 상에 후면전극층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지며, 상기 전면전극층을 형성하는 공정은 상기 기판 상에 그 표면이 제1 요철구조로 형성된 제1 전면전극층을 형성하는 공정, 및 상기 제1 전면전극층 상에 그 표면이 제2 요철구조로 형성된 제2 전면전극층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지고, 상기 제1 요철구조와 상기 제2 요철구조는 서로 상이하게 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 기판 상에 전면전극층을 형성하는 공정; 상기 전면전극층 상에 반도체층을 형성하는 공정; 상기 반도체층 상에 투명도전층을 형성하는 공정; 및 상기 투명도전층 상에 후면전극층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지며, 상기 투명도전층을 형성하는 공정은 상기 반도체층 상에 그 표면이 제1 요철구조로 형성된 제1 투명도전층을 형성하는 공정, 및 상기 제1 투명도전층 상에 그 표면이 제2 요철구조로 형성된 제2 투명도전층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지고, 상기 제1 요철구조와 상기 제2 요철구조는 서로 상이하게 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 제2 요철구조의 표면 거칠기는 상기 제1 요철구조의 표면 거칠기 보다 작을 수 있다.
상기 제1 요철구조는 골과 피크가 각을 가진 구조를 포함하고, 상기 제2 요철구조는 골과 피크가 각을 갖지 않은 곡선 구조를 포함할 수 있다.
상기 제1 전면전극층을 형성하는 공정은 금속 공급원 및 산소 공급원을 이용하여 투명한 도전물질을 적층하는 공정으로 이루어지고, 상기 제2 전면전극층을 형성하는 공정은 금속 공급원, 산소 공급원 및 표면 거칠기 조절원을 이용하여 투명한 도전물질을 적층하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 투명도전층을 형성하는 공정은 금속 공급원 및 산소 공급원을 이용하여 투명한 도전물질을 적층하는 공정으로 이루어지고, 상기 제2 투명도전층을 형성하는 공정은 금속 공급원, 산소 공급원 및 표면 거칠기 조절원을 이용하여 투명한 도전물질을 적층하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 금속 공급원은 (CH3)2Zn(Dimethylzinc: DMZ), (C2H5)2Zn(Diethylzinc: DEZ), Zn(C5H7O2)2(Zinc acetyl-acetonate), 또는 그들의 혼합물을 포함하고, 상기 산소 공급원은 O2, H2O, N2O, CO2, 또는 그들의 혼합물을 포함하고, 상기 표면 거칠기 조절원은 알콜, C4H8O(Tetrahydrofuran), 또는 그들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 금속 공급원, 산소 공급원 및 표면 거칠기 조절원을 이용하여 투명한 도전물질을 적층하는 공정은, 표면 거칠기 조절원의 함량비(몰비)가 표면 거칠기 조절원/금속 공급원 = 0.01 ~ 50 범위가 되도록 할 수 있다.
상기 금속 공급원 및 산소 공급원을 이용하여 투명한 도전물질을 적층하는 공정, 및 상기 금속 공급원, 산소 공급원 및 표면 거칠기 조절원을 이용하여 투명한 도전물질을 적층하는 공정은, 도펀트 공급원을 추가로 이용할 수 있다.
상기 금속 공급원 및 산소 공급원을 이용하여 투명한 도전물질을 적층하는 공정, 및 상기 금속 공급원, 산소 공급원 및 표면 거칠기 조절원을 이용하여 투명한 도전물질을 적층하는 공정은, 하나의 공정 장비 내에서 연속 공정으로 수행할 수 있으며, 이때, 상기 표면 거칠기 조절원은 상기 산소 공급원과 혼합하여 이용할 수 있다.
상기 전면전극층을 형성하는 공정은, 상기 제1 전면전극층을 형성하는 공정 이전에 그 표면이 제3 요철구조로 형성된 제3 전면전극층을 형성하는 공정을 추가로 포함하고, 상기 제3 요철구조의 표면 거칠기는 상기 제1 요철구조의 표면 거칠기 보다 작을 수 있다.
상기 투명도전층을 형성하는 공정은, 상기 제1 투명도전층을 형성하는 공정 이전에 그 표면이 제3 요철구조로 형성된 제3 투명도전층을 형성하는 공정을 추가로 포함하고, 상기 제3 요철구조의 표면 거칠기는 상기 제1 요철구조의 표면 거칠기 보다 작을 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전면전극층이 상대적으로 표면 거칠기가 큰 제1 전면전극층 상에 상대적으로 표면 거칠기가 작은 제2 전면전극층이 형성되어 이루어지기 때문에, 상기 전면전극층을 통과하는 태양광이 다양하게 산란되어 상기 반도체층에서 태양광의 흡수율이 증진됨과 더불어 전면전극층의 표면 거칠기가 줄어들어 태양전지의 개방전압(Voc)과 완충인자(fill factor)가 증가될 수 있다. 따라서, 태양전지의 효율이 개선될 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 투명도전층이 상대적으로 표면 거칠기가 큰 제1 투명도전층 상에 상대적으로 표면 거칠기가 작은 제2 투명도전층이 형성되어 이루어지기 때문에, 태양광이 다양하게 산란되어 상기 반도체층으로 재입사되는 태양광의 비율이 증진됨과 더불어 투명도전층의 표면 거칠기가 줄어들어 태양전지의 효율이 개선될 수 있다.
도 1은 종래의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
도 10은 ZnO를 MOCVD법으로 증착한 증착물의 표면 거칠기 차이를 보여주는 SEM사진이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전면전극층과 제2 전면전극층을 연속공정으로 형성하는 공정 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 공정을 구현하기 위한 공정 장비의 개념도이다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지는, 기판(100), 전면전극층(200), 반도체층(300), 투명도전층(400) 및 후면전극층(500)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판(100)은 유리 또는 투명한 플라스틱을 이용할 수 있다.
상기 전면전극층(200)은 상기 기판(100) 상에 형성되며, 제1 전면전극층(210) 및 제2 전면전극층(220)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 전면전극층(210)은 상기 기판(100) 상에 형성되며, 그 표면, 구체적으로는 상기 기판(100)과 접하지 않는 상면이 제1 요철구조로 이루어진다.
상기 제2 전면전극층(220)은 상기 제1 전면전극층(210) 상에 형성되며, 그 표면, 구체적으로는 상기 제1 전면전극층(210)과 접하지 않는 상면이 제2 요철구조로 이루어진다.
상기 제1 전면전극층(210)의 표면에 형성된 제1 요철구조와 상기 제2 전면전극층(220)의 표면에 형성된 제2 요철구조는 서로 상이하다. 구체적으로는, 상기 제2 요철구조의 표면 거칠기가 상기 제1 요철구조의 표면 거칠기보다 작다. 여기서, 표면 거칠기는 표면 조도라고도 칭하는 것으로서, 당업계에 공지된 다양한 방법, 예로서, 중심선 표면 거칠기로 표시될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전면전극층(200)은 상대적으로 표면 거칠기가 큰 제1 전면전극층(210) 상에 상대적으로 표면 거칠기가 작은 제2 전면전극층(220)이 형성되어 이루어지기 때문에, 상기 전면전극층(200)을 통과하는 태양광이 다양하게 산란되어 상기 반도체층(300)에서 태양광의 흡수율이 증진됨과 더불어 전면전극층(200)의 표면 거칠기가 줄어들어 태양전지의 개방전압(Voc)과 완충인자(fill factor)가 증가될 수 있다. 따라서, 태양전지의 효율이 개선될 수 있게 된다.
또한, 상기 제1 전면전극(210)에 구비된 제1 요철구조는 골(valley)과 피크(peak)가 다양한 각을 가진 구조를 포함함으로써 태양광의 산란을 증진시킬 수 있고, 상기 제2 전면전극(220)에 구비된 제2 요철구조는 골(valley)과 피크(peak)가 각을 갖지 않은 곡선 구조를 포함함으로써 전면전극층(200)의 표면 거칠기를 줄일 수 있다.
상기 제2 전면전극층(220)의 부피는 전체 전면전극층(200)의 부피의 1 ~ 50%를 차지하는 것이 바람직할 수 있다. 그 이유는, 만약, 상기 제2 전면전극층(220)의 부피가 전체 전면전극층(200)의 부피의 1% 미만인 경우에는 제2 전면전극층(220)의 적층효과, 즉, 전면전극층(200) 전체의 표면 거칠기가 줄어드는 효과가 떨어질 수 있고, 만약, 상기 제2 전면전극층(220)의 부피가 전체 전면전극층(200)의 부피의 50%를 초과할 경우에는 오히려 태양전지의 효율이 떨어질 수 있기 때문이다.
이와 같은 제1 전면전극층(210) 및 제2 전면전극층(220)은 서로 상이한 결정 구조로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 전면전극층(210)은 상기 기판(100)과 수직 방향 및 수평 방향으로 성장된 결정 구조를 주로 포함함으로써 전술한 바와 같은 제1 요철구조를 구비하게 되며, 상기 제2 전면전극층(220)은 상기 기판(100)과 수직 방향으로 성장된 결정 구조를 주로 포함함으로써 전술한 바와 같은 제2 요철구조를 구비하게 된다.
상기 제1 전면전극층(210) 및 제2 전면전극층(220)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있는데, 상기 제1 전면전극층(210)은 금속 공급원 및 산소 공급원을 이용하여 증착공정으로 형성할 수 있고, 상기 제2 전면전극층(220)은 금속 공급원, 산소 공급원, 및 표면 거칠기 조절원을 이용하여 증착공정으로 형성할 수 있다.
상기 제1 전면전극층(210)은 금속 공급원와 산소 공급원에 도펀트 공급원을 추가로 이용하여 증착공정으로 형성할 수 있고, 상기 제2 전면전극층(220)은 금속 공급원, 산소 공급원 및 표면 거칠기 조절원에 도펀트 공급원을 추가로 이용하여 증착공정으로 형성할 수 있다.
상기 금속 공급원으로는 (CH3)2Zn(Dimethylzinc: DMZ), (C2H5)2Zn(Diethylzinc: DEZ), Zn(C5H7O2)2(Zinc acetyl-acetonate), 또는 그들의 혼합물을 이용할 수 있다.
상기 산소 공급원으로는 O2, H2O, N2O, CO2, 또는 그들의 혼합물을 이용할 수 있다.
상기 표면 거칠기 조절원으로는 메탄올, 에탄올, 프로판올과 같은 알콜, C4H8O(Tetrahydrofuran), 또는 그들의 혼합물을 이용할 수 있다.
상기 도펀트 공급원으로는 B2H2을 이용할 수 있다.
특히, 상기 제2 전면전극층(220)은 상기 제1 전면전극층(210)을 형성하기 위한 금속 공급원, 산소 공급원 및 도펀트 공급원과 동일한 공급원에 표면 거칠기 조절원을 추가하여 형성하는 것이 연속공정을 통한 공정 단순화를 위해 바람직할 수 있다.
이와 같은 제1 전면전극층(210) 및 제2 전면전극층(220)의 형성 공정에 대해서는 후술하는 제조방법에서 상세히 설명하기로 한다.
도 10은 ZnO를 MOCVD법으로 증착한 증착물의 표면 거칠기 차이를 보여주는 SEM사진으로서, 도 10에서 알 수 있듯이, 알콜을 투입하지 않고 증착한 증착물의 표면 거칠기에 비하여 알콜을 투입하여 증착한 증착물의 표면 거칠기가 작음을 알 수 있고, 또한, 알콜의 투입량이 증가할수록 증착물의 표면 거칠기가 작게 됨을 알 수 있다. 따라서, 알콜의 투입량을 적절히 조절함으로써, 상기 제2 전면전극층(220)에 구비된 제2 요철구조를 적절히 제어할 수 있다.
상기 반도체층(300)은 상기 전면전극층(200) 상에 형성되며, 상기 전면전극층(200)의 표면이 요철구조로 형성됨에 따라 상기 반도체층(300)의 표면도 요철구조로 형성된다. 구체적으로, 상기 반도체층(300)의 표면에 형성되는 요철구조는 상기 제2 전면전극층(220) 표면에 형성된 제2 요철구조에 대응하는 구조로 형성될 수있다.
상기 반도체층(300)은 P(positive)형 반도체층, I(intrinsic)형 반도체층, 및 N(negative)형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성된다. 이와 같이 상기 반도체층(300)이 PIN구조로 형성되면, I형 반도체층이 P형 반도체층과 N형 반도체층에 의해 공핍(depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(drift)되어, 결국 정공은 P형 반도체층을 통해 전면전극층(200)으로 수집되고 전자는 N형 반도체층을 통해 후면전극층(500)으로 수집된다. 한편, 상기 반도체층(300)이 PIN구조로 형성될 경우에는 상기 전면전극층(200) 상부에 P형 반도체층을 형성하고 이어서 I형 반도체층 및 N형 반도체층을 형성하는 것이 바람직한데, 그 이유는 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 의해 낮기 때문에 입사광에 의한 수집효율을 극대화하기 위해서 P형 반도체층을 수광면에 가깝게 형성하기 위함이다.
한편, 상기 반도체층(300)은 도 2의 확대도에서 알 수 있듯이, 버퍼층(320)을 사이에 두고 이격된 제1 반도체층(310) 및 제2 반도체층(330)을 포함하여 이루어져, 소위 탠덤(tandem)구조를 형성할 수 있다.
상기 제1반도체층(310) 및 제2반도체층(330)은 모두 P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성된다. 특히, 상기 제1반도체층(310)은 PIN구조의 비정질 반도체물질로 이루어지고, 상기 제2반도체층(330)은 PIN구조의 미세결정질 반도체물질로 이루어질 수 있다.
상기 비정질 반도체물질은 단파장의 광을 잘 흡수하고 상기 미세결정질 반도체물질은 장파장의 광을 잘 흡수하는 특성이 있기 때문에, 비정질 반도체물질과 미세결정질 반도체물질을 조합할 경우 광흡수효율이 증진될 수 있다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 제1반도체층(310)으로서 비정질반도체/게르마늄, 또는 미세결정질 반도체 물질 등 다양하게 변경 이용할 수 있고, 상기 제2반도체층(330)으로서 비정질 반도체물질, 또는 비정질반도체/게르마늄 등 다양하게 변경 이용할 수 있다.
상기 버퍼층(320)은 상기 제1반도체층(310) 및 제2반도체층(330)의 사이에서 터널접합을 통해 정공 및 전자의 이동을 원활히 하는 역할을 하는 것으로서, ZnO와 같은 투명한 물질로 이루어진다.
한편, 본 발명에 따른 태양전지가 상기와 같은 탠덤(tandem)구조 이외에, 제1반도체층, 제2반도체층, 제3반도체층 및 각각의 반도체층 사이에 형성된 버퍼층을 포함하는 트리플(triple) 구조로 형성될 수도 있고, 그 외에 쿼드러플(quadruple) 구조로 형성될 수도 있다.
상기 투명도전층(400)은 상기 반도체층(300) 위에 형성되며, ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다. 상기 투명도전층(400)의 표면도 요철구조로 형성될 수 있다.
상기 투명도전층(400)은 상기 반도체층(300)을 투과한 태양광을 산란시켜 상기 후면전극(500)에서 반사되어 상기 반도체층(300)으로 재입사되는 광의 비율을 증가시킨다.
상기 후면전극층(500)은 상기 투명도전층(400) 위에 형성되며, Ag, Al, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu 과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도로서, 이는 제1 전면전극층(210) 아래에 제3 전면전극층(230)이 추가로 형성된 것을 제외하고, 전술한 도 2에 도시한 박막형 태양전지와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
도 3에 따르면, 전면전극층(200)이 제1 전면전극층(210), 제2 전면전극층(220), 및 제3 전면전극층(230)으로 이루어진다. 보다 구체적으로는, 기판(100) 상에 제3 전면전극층(230)이 형성되고, 상기 제3 전면전극층(230) 상에 제1 전면전극층(210)이 형성되고, 상기 제1 전면전극층(210) 상에 제2 전면전극층(220)이 형성된다.
상기 제1 전면전극층(210) 및 제2 전면전극층(220)의 구체적인 구성은 전술한 도 2에서와 동일하다.
상기 제3 전면전극층(230)은 상기 기판(100)과 제1 전면전극층(210) 사이에 형성되며, 그 표면, 구체적으로는 상기 기판(100)과 접하지 않는 상면이 제3 요철구조로 이루어진다.
상기 제3 전면전극층(230)의 표면에 형성된 제3 요철구조는 상기 제1 전면전극층(210)의 표면에 형성된 제1 요철구조와 상이하다. 구체적으로는, 상기 제3 요철구조의 표면 거칠기가 상기 제1 요철구조의 표면 거칠기보다 작다.
상기 제3 전면전극층(230)의 표면에 형성된 제3 요철구조는 골(valley)과 피크(peak)가 각을 갖지 않은 곡선 구조를 포함할 수 있고, 이와 같은 제3 요철구조는 상기 제2 전면전극층(220)의 표면에 형성된 제2 요철구조와 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다.
상기 제3 전면전극층(230)은 상기 제1 전면전극층(210)과 상이한 결정 구조로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 제3 전면전극층(230)은 상기 기판(100)과 수직 방향으로 성장된 결정 구조를 주로 포함함으로써 전술한 바와 같은 곡선 구조를 포함하는 제3 요철구조를 구비하게 된다.
상기 제3 전면전극층(230)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있고, 특히, 상기 제3 전면전극층(230)은 전술한 제2 전면전극층(220)과 유사하게 금속 공급원, 산소 공급원 및 표면 거칠기 조절원을 이용하거나 또는 금속 공급원, 산소 공급원, 표면 거칠기 조절원, 및 도펀트 공급원을 이용하여 증착공정으로 형성할 수 있다.
이와 같이, 제1 전면전극층(210) 아래에 제3 전면전극층(230)을 추가로 형성할 경우, 상기 제3 전면전극층(230)이 결정성장의 핵으로 기능하여 상기 제1 전면전극층(210)의 성장을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도로서, 이는 전면전극층(200)이 복수 개의 층으로 이루어진 것이 아니라 투명도전층(400)이 복수 개의 층으로 이루어진 태양전지에 관한 것이다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지는, 기판(100), 전면전극층(200), 반도체층(300), 투명도전층(400) 및 후면전극층(500)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판(100)은 유리 또는 투명한 플라스틱을 이용할 수 있다.
상기 전면전극층(200)은 상기 기판(100) 상에 형성되며, 그 표면, 구체적으로는 상기 기판(100)과 접하지 않는 상면이 요철구조로 이루어진다. 이와 같은 전면전극층(200)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다.
상기 반도체층(300)은 상기 전면전극층(200) 상에 형성된다. 이와 같은 반도체층(300)은 전술한 실시예와 동일하므로 반복 설명은 생략하기로 한다.
상기 투명도전층(400)은 상기 반도체층(300) 위에 형성되며, 제1 투명도전층(410) 및 제2 투명도전층(420)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 투명도전층(410)은 상기 반도체층(300) 상에 형성되며, 그 표면, 구체적으로는 상기 반도체층(300)과 접하지 않는 상면이 제1 요철구조로 이루어진다.
상기 제2 투명도전층(420)은 상기 제1 투명도전층(410) 상에 형성되며, 그 표면, 구체적으로는 상기 제1 투명도전층(410)과 접하지 않는 상면이 제2 요철구조로 이루어진다.
상기 제1 투명도전층(410)의 표면에 형성된 제1 요철구조와 상기 제2 투명도전층(420)의 표면에 형성된 제2 요철구조는 서로 상이하다. 구체적으로는, 상기 제2 요철구조의 표면 거칠기가 상기 제1 요철구조의 표면 거칠기보다 작다.
이와 같이, 투명도전층(400)이 상대적으로 표면 거칠기가 큰 제1 투명도전층(410) 상에 상대적으로 표면 거칠기가 작은 제2 투명도전층(420)이 형성되어 이루어지기 때문에, 태양광이 다양하게 산란되어 상기 반도체층(300)으로 재입사되는 태양광의 비율이 증진됨과 더불어 투명도전층(400)의 표면 거칠기가 줄어들어 태양전지의 효율이 개선될 수 있다.
또한, 상기 제1 투명도전층(410)에 구비된 제1 요철구조는 골(valley)과 피크(peak)가 다양한 각을 가진 구조를 포함함으로써 태양광의 산란을 증진시킬 수 있고, 상기 제2 투명도전층(420)에 구비된 제2 요철구조는 골(valley)과 피크(peak)가 각을 갖지 않은 곡선 구조를 포함함으로써 투명도전층(400)의 표면 거칠기를 줄일 수 있다.
상기 제2 투명도전층(420)의 부피는 전체 투명도전층(400)의 부피의 1 ~ 50%를 차지하는 것이 바람직할 수 있다. 그 이유는, 만약, 상기 제2 투명도전층(420)의 부피가 전체 투명도전층(400)의 부피의 1% 미만인 경우에는 제2 투명도전층(420)의 적층효과, 즉, 투명도전층(400) 전체의 표면 거칠기가 줄어드는 효과가 떨어질 수 있고, 만약, 상기 제2 투명도전층(420)의 부피가 전체 투명도전층(400)의 부피의 50%를 초과할 경우에는 오히려 태양전지의 효율이 떨어질 수 있기 때문이다.
이와 같은 제1 투명도전층(410) 및 제2 투명도전층(420)은 서로 상이한 결정 구조로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 투명도전층(410)은 상기 기판(100)과 수직 방향 및 수평 방향으로 성장된 결정 구조를 주로 포함함으로써 전술한 바와 같은 제1 요철구조를 구비하게 되며, 상기 제2 투명도전층(420)은 상기 기판(100)과 수직 방향으로 성장된 결정 구조를 주로 포함함으로써 전술한 바와 같은 제2 요철구조를 구비하게 된다.
상기 제1 투명도전층(410) 및 제2 투명도전층(420)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있는데, 상기 제1 투명도전층(410)은 금속 공급원 및 산소 공급원을 이용하여 증착공정으로 형성할 수 있고, 상기 제2 투명도전층(420)은 금속 공급원, 산소 공급원, 및 표면 거칠기 조절원을 이용하여 증착공정으로 형성할 수 있다.
상기 제1 투명도전층(410)은 금속 공급원와 산소 공급원에 도펀트 공급원을 추가로 이용하여 증착공정으로 형성할 수 있고, 상기 제2 투명도전층(420)은 금속 공급원, 산소 공급원 및 표면 거칠기 조절원에 도펀트 공급원을 추가로 이용하여 증착공정으로 형성할 수 있다.
특히, 상기 제2 투명도전층(420)은 상기 제1 투명도전층(410)을 형성하기 위한 금속 공급원 및 산소 공급원과 동일한 공급원에 표면 거칠기 조절원을 추가하여 형성하는 것이 연속공정을 통한 공정 단순화를 위해 바람직할 수 있다.
상기 금속 공급원, 산소 공급원, 표면 거칠기 조절원, 및 도펀트 공급원은 전술한 실시예와 동일하다.
상기 후면전극층(500)은 상기 투명도전층(400) 위에 형성되며, Ag, Al, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu 과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도로서, 이는 제1 투명도전층(410) 아래에 제3 투명도전층(430)이 추가로 형성된 것을 제외하고, 전술한 도 4에 도시한 박막형 태양전지와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
도 5에 따르면, 투명도전층(400)이 제1 투명도전층(410), 제2 투명도전층(420), 및 제3 투명도전층(430)으로 이루어진다. 보다 구체적으로는, 반도체층(300) 상에 제3 투명도전층(430)이 형성되고, 상기 제3 투명도전층(430) 상에 제1 투명도전층(410)이 형성되고, 상기 제1 투명도전층(410) 상에 제2 투명도전층(420)이 형성된다.
상기 제1 투명도전층(410) 및 제2 투명도전층(420)의 구체적인 구성은 전술한 도 4에서와 동일하다.
상기 제3 투명도전층(430)은 상기 반도체층(300)과 제1 투명도전층(410) 사이에 형성되며, 그 표면, 구체적으로는 상기 반도체층(300)과 접하지 않는 상면이 제3 요철구조로 이루어진다.
상기 제3 투명도전층(430)의 표면에 형성된 제3 요철구조는 상기 제1 투명도전층(410)의 표면에 형성된 제1 요철구조와 상이하다. 구체적으로는, 상기 제3 요철구조의 표면 거칠기가 상기 제1 요철구조의 표면 거칠기보다 작다.
상기 제3 투명도전층(430)의 표면에 형성된 제3 요철구조는 골(valley)과 피크(peak)가 각을 갖지 않은 곡선 구조를 포함할 수 있고, 이와 같은 제3 요철구조는 상기 제2 투명도전층(420)의 표면에 형성된 제2 요철구조와 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다.
상기 제3 투명도전층(430)은 상기 제1 투명도전층(410)과 상이한 결정 구조로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 제3 투명도전층(430)은 상기 기판(100)과 수직 방향으로 성장된 결정 구조를 주로 포함함으로써 전술한 바와 같은 곡선 구조를 포함하는 제3 요철구조를 구비하게 된다.
상기 제3 투명도전층(430)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있고, 특히, 상기 제3 투명도전층(430)은 전술한 제2 투명도전층(420)과 유사하게 금속 공급원, 산소 공급원, 및 표면 거칠기 조절원을 이용하거나 또는 금속 공급원, 산소 공급원, 표면 거칠기 조절원, 및 도펀트 공급원을 이용하여 증착공정으로 형성할 수 있다.
이와 같이, 제1 투명도전층(410) 아래에 제3 투명도전층(430)을 추가로 형성할 경우, 상기 제3 투명도전층(430)이 결정성장의 핵으로 기능하여 상기 제1 투명도전층(410)의 성장을 향상시킬 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 본 발명은 전면전극층(200)이 복수 개의 층으로 이루어짐과 더불어 투명도전층(400)도 복수 개의 층으로 이루어질 수도 있다. 예로서, 도 2와 도 4에 도시된 특징이 조합되어, 전면전극층(200)이 제1 전면전극층(210) 및 제2 전면전극층(220)의 조합으로 이루어지고, 투명도전층(400)이 제1 투명도전층(410) 및 제2 투명도전층(420)의 조합으로 이루어질 수 있다. 그 외에도, 도 2와 도 5에 도시된 특징이 조합될 수도 있고, 도 3과 도 4에 도시된 특징이 조합될 수도 있고, 도 3과 도 5에 도시된 특징이 조합될 수도 있다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도로서, 이는 전술한 도 2에 따른 박막형 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
우선, 도 6a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 상에 전면전극층(200)을 형성한다.
상기 전면전극층(200)을 형성하는 공정은 상기 기판(100) 상에 제1 전면전극층(210)을 형성하고, 상기 제1 전면전극층(210) 상에 제2 전면전극층(220)을 형성하는 공정으로 이루어진다.
이때, 전술한 바와 같이, 상기 제1 전면전극층(210)의 표면은 제1 요철구조로 이루어지고, 상기 제2 전면전극층(220)의 표면은 상기 제1 요철구조보다 표면 거칠기가 작은 제2 요철구조로 이루어진다.
또한, 상기 제1 전면전극층(210)에 구비된 제1 요철구조는 골(valley)과 피크(peak)가 다양한 각을 가진 구조를 포함하고, 상기 제2 전면전극층(220)에 구비된 제2 요철구조는 골(valley)과 피크(peak)가 각을 갖지 않은 곡선 구조를 포함한다.
또한, 상기 제2 전면전극층(220)의 부피는 전체 전면전극층(200)의 부피의 1 ~ 50%를 차지하도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 제1 전면전극층(210) 및 제2 전면전극층(220)은 서로 상이한 결정 구조로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 전면전극층(210)은 상기 기판(100)과 수직 방향 및 수평 방향으로 성장된 결정 구조를 주로 포함함으로써 전술한 바와 같은 제1 요철구조를 구비하게 되며, 상기 제2 전면전극층(220)은 상기 기판(100)과 수직 방향으로 성장된 결정 구조를 주로 포함함으로써 전술한 바와 같은 제2 요철구조를 구비하게 된다.
이와 같은 제1 전면전극층(210) 및 제2 전면전극층(220)을 형성하는 공정은 MOCVD법을 이용하여 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 적층하는 공정으로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 전면전극층(210)을 형성하는 공정은, 금속 공급원 및 산소 공급원을 이용하여 MOCVD법으로 투명한 도전물질을 적층하는 공정으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 금속 공급원으로는 (CH3)2Zn(Dimethylzinc: DMZ), (C2H5)2Zn(Diethylzinc: DEZ), Zn(C5H7O2)2(Zinc acetyl-acetonate), 또는 그들의 혼합물을 이용할 수 있고, 상기 산소 공급원으로는 O2, H2O, N2O, CO2, 또는 그들의 혼합물을 이용할 수 있다.
예를 들어, 상기 금속 공급원으로 (C2H5)2Zn(Diethylzinc: DEZ)을 이용하고 상기 산소 공급원으로 H2O를 이용할 수 있는데, 이 경우에는 하기 반응식과 같이 ZnO로 이루어진 투명한 도전물질을 얻을 수 있다.
(C2H5)2Zn + H2O → ZnO + 2C2H6(↑)
이와 같이 얻어진 ZnO는 상기 DEZ와 H2O 사이의 높은 반응성에 의해서 결정 구조가 상기 기판(100)과 수직 방향 및 수평 방향으로 성장되어 전술한 바와 같은 제1 요철구조를 갖게 된다.
상기 제2 전면전극층(220)을 형성하는 공정은, 금속 공급원, 산소 공급원, 및 표면 거칠기 조절원을 이용하여 MOCVD법으로 투명한 도전물질을 적층하는 공정으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 금속 공급원으로는 (CH3)2Zn(Dimethylzinc: DMZ), (C2H5)2Zn(Diethylzinc: DEZ), Zn(C5H7O2)2(Zinc acetyl-acetonate), 또는 그들의 혼합물을 이용할 수 있고, 상기 산소 공급원으로는 O2, H2O, N2O, CO2, 또는 그들의 혼합물을 이용할 수 있고, 상기 표면 거칠기 조절원으로는 알콜, C4H8O(Tetrahydrofuran), 또는 그들의 혼합물을 이용할 수 있다. 상기 알콜은 메탄올, 에탄올, 또는 프로판올 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 금속 공급원으로 (C2H5)2Zn(Diethylzinc: DEZ)을 이용하고 상기 산소 공급원으로 H2O를 이용하고 상기 표면 거칠기 조절원으로 에탄올을 이용할 수 있으며, 이 경우 전술한 반응식과 유사하게 ZnO가 얻어지는데, 이때 얻어진 ZnO는 상기 에탄올에 의해서 반응성이 조절되고 그에 따라 결정구조가 상기 기판(100)과 수직 방향으로 주로 성장되어 전술한 바와 같은 제2 요철구조를 갖게 된다. 이에 대해서 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
에탄올은 분자크기가 작은 구조로 이루어져 있기 때문에, H2O에 에탄올을 첨가할 경우 에탄올이 H2O에 침투하여 용해되기 쉽다. 특히, DEZ 및 H2O 사이의 반응속도에 비하여 에탄올이 H2O에 침투하여 용해되는 속도가 더 빠르기 때문에, DEZ 및 H2O의 혼합물에 에탄올을 첨가하면 H2O에 에탄올이 침투함으로 인해서 H2O의 이동도가 낮아지고, 그에 따라 DEZ 및 H2O 사이의 반응속도가 낮아져 ZnO의 생성 속도가 느려지게 된다. 결국, 기판과 평행하게 진행되는 반응은 억제되고 기판과 수직으로 진행되는 반응이 주로 이루어지는 현상이 발생한다.
또한, DEZ와 H2O를 반응시키면 DEZ의 Zn와 H2O의 O가 결합하여 ZnO가 생성되고 그와 더불어 에탄(C2H6) 가스가 생성된다. 그러나, DEZ와 H2O 사이의 반응에 에탄올(C2H5OH)이 첨가되면, H2O의 O가 DEZ의 Zn와 결합하는 것보다 에탄올의 탄소(C)와 결합하여 CO2가 생성되는 반응이 강하게 발생하고, 그에 따라 ZnO의 생성 반응이 줄어든다. 결국, 미성숙(premature)한 ZnO의 성장이 이루어져, V-형태(shape)가 아니라 U-형태(shape)로 구성된다.
이와 같이, 상기 제2 전면전극층(220)을 형성하는 공정시 사용되는 표면 거칠기 조절원의 함량비(몰비)는, 표면 거칠기 조절원/금속 공급원 = 0.01 ~ 50 범위가 바람직할 수 있다. 만약, 표면 거칠기 조절원의 함량비(몰비)가 상기 범위를 벗어나게 되면 제2 전면전극층(220)의 요철구조가 원하는 형태로 형성되지 않을 수 있기 때문이다. 보다 구체적으로는, 표면 거칠기 조절원의 함량이 너무 작게 되면 제2 전면전극층(220) 표면이 제1 요철구조와 유사하게 형성될 수 있고, 표면 거칠기 조절원의 함량이 너무 크게 되면 제2 전면전극층(220) 표면에 요철구조 자체가 형성되지 않게 될 수 있다.
한편, 상기 제1 전면전극층(210)과 제2 전면전극층(220)은 하나의 공정 장비 내에서 진공 브레이크(break) 없이 연속공정으로 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 공급원과 산소 공급원을 포함한 소정의 원료를 공급하면서 MOCVD공정을 수행하여 제1 전면전극층(210)을 형성하고, 상기 소정의 원료에 표면 거칠기 조절원을 추가로 투입하여 제2 전면전극층(220)을 형성할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전면전극층(210)과 제2 전면전극층(220)을 연속공정으로 형성하는 공정 흐름도이다.
도 11에서 알 수 있듯이, 우선, 챔버 내에 기판(100)을 로딩한다(10s). 이어서, 예로서, 도펀트 공급원으로 B2H2, 금속 공급원으로 DEZ(Diethylzinc), 및 산소 공급원으로 H20를 공급하여 제1 전면전극층(210)을 형성한다(20s). 이어서, 도펀트 공급원으로 B2H2, 금속 공급원으로 DEZ(Diethylzinc), 산소 공급원으로 H20, 및 표면 거칠기 조절원으로 알콜을 공급하여 제2 전면전극층(220)을 형성한다(30s).
이때, 상기 제1 전면전극층(210) 형성 공정(20s)과 제2 전면전극층(220) 형성 공정(30s)은 브레이크(break) 없이 연속공정으로 이루어진다.
도 12는 도 11에서와 같은 연속 공정을 구현하기 위한 공정 장비의 개념도이다.
도 12에서 알 수 있듯이, 공정 장비는 챔버(1) 및 상기 챔버(1)와 연결되어 상기 챔버(1) 내로 원료를 공급하기 위한 원료 탱크(2, 3, 4, 5)를 포함하여 이루어지고, 상기 원료 탱크(2, 3, 4, 5)는 B2H2 탱크(2), DEZ(Diethylzinc) 탱크(3), H20 탱크(4), 및 알콜 탱크(5)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 각각의 원료 탱크는 도펀트 공급원, 금속 공급원, 산소 공급원, 및 표면 거칠기 조절원의 일예에 해당하는 것이며, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 상기 알콜은 H20에 용해될 수 있기 때문에, 상기 알콜 탱크(5)는 상기 H20 탱크(4)와 연결될 수 있고, 결국, 알콜과 H20의 혼합물이 상기 챔버(1) 내로 공급될 수 있다.
유사하게, 상기 B2H2 탱크(2)는 DEZ(Diethylzinc) 탱크(3)와 연결될 수 있고, 결국, B2H2 와 DEZ(Diethylzinc)의 혼합물이 상기 챔버(1) 내로 공급될 수 있다.
따라서, 도 12와 같은 공정 장비를 이용하여 전면전극층(200)을 형성할 경우, 우선, 알콜의 공급을 차단한 상태에서 B2H2 와 DEZ(Diethylzinc)의 혼합물 및 H20를 공급하여 제1 전면전극층(210)을 형성하고, 이어서, 알콜의 공급 차단을 해체한 상태에서 B2H2 와 DEZ(Diethylzinc)의 혼합물 및 알콜과 H20의 혼합물을 공급하여 제2 전면전극층(220)을 형성하게 된다.
다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 알콜을 별도의 배관을 통해서 챔버(1) 내로 독립적으로 공급할 수도 있다.
다음, 도 6b에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극층(200) 상에 반도체층(300)을 형성한다.
상기 반도체층(300)은 실리콘계의 비정질 반도체물질을 플라즈마 CVD법 등을 이용하여 P형 반도체층, I형 반도체층, 및 N형 반도체층을 순서대로 적층한 PIN구조로 형성할 수 있다.
한편, 확대도에서 알 수 있듯이, 제1 반도체층(310), 버퍼층(320), 및 제2 반도체층(330)을 순서대로 적층할 수도 있다. 또한, 전술한 바와 같이 상기 반도체층(300)을 트리플(triple) 구조 또는 쿼드러플(quadruple) 구조로 형성할 수도 있다.
다음, 도 6c에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(300) 상에 투명도전층(400)을 형성한다.
상기 투명도전층(400)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 또는 스퍼터링(Sputtering)법 등을 이용하여 적층하여 형성할 수 있다.
다음, 도 6d에서 알 수 있듯이, 상기 투명도전층(400) 상에 후면전극층(500)을 형성한다.
상기 후면전극층(500)은 Ag, Al, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu 과 같은 금속을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 인쇄법 등을 이용하여 적층하여 형성할 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도로서, 이는 전술한 도 3에 따른 박막형 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
우선, 도 7a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 상에 전면전극층(200)을 형성한다.
상기 전면전극층(200)을 형성하는 공정은 상기 기판(100) 상에 제3 전면전극층(230)을 형성하고, 상기 제3 전면전극층(230) 상에 제1 전면전극층(210)을 형성하고, 상기 제1 전면전극층(210) 상에 제2 전면전극층(220)을 형성하는 공정으로 이루어진다.
이때, 전술한 바와 같이, 상기 제1 전면전극층(210)의 표면은 제1 요철구조로 이루어지고, 상기 제2 전면전극층(220)의 표면은 상기 제1 요철구조보다 표면 거칠기가 작은 제2 요철구조로 이루어지고, 상기 제3 전면전극층(230)의 표면은 상기 제1 요철구조보다 표면 거칠기가 작은 제3 요철구조로 이루어진다.
상기 제1 전면전극층(210), 제2 전면전극층(220), 및 제3 전면전극층(230)의 구체적인 구성은 전술한 바와 동일하므로, 반복설명은 생략하기로 한다.
상기 제3 전면전극층(230)을 형성하는 공정은 금속 공급원, 산소 공급원, 및 표면 거칠기 조절원을 이용하여 MOCVD법으로 투명한 도전물질을 적층하는 공정으로 이루어질 수 있고, 상기 제1 전면전극층(210)을 형성하는 공정은 금속 공급원 및 산소 공급원을 이용하여 MOCVD법으로 투명한 도전물질을 적층하는 공정으로 이루어질 수 있고, 상기 제2 전면전극층(220)을 형성하는 공정은 금속 공급원, 산소 공급원, 및 표면 거칠기 조절원을 이용하여 MOCVD법으로 투명한 도전물질을 적층하는 공정으로 이루어질 수 있다.
이와 같은, 상기 제3 전면전극층(230), 제1 전면전극층(210) 및 제2 전면전극층(220)은 하나의 공정 장비 내에서 진공 브레이크(break) 없이 연속공정으로 형성할 수 있다. 구체적으로, 금속 공급원과 산소 공급원을 포함한 소정의 원료에 표면 거칠기 조절원을 공급하면서 제3 전면전극층(230)을 형성하고, 상기 금속 공급원과 산소 공급원을 포함한 소정의 원료를 공급하면서 제1 전면전극층(210)을 형성하고, 상기 금속 공급원과 산소 공급원을 포함한 소정의 원료에 표면 거칠기 조절원을 공급하면서 제2 전면전극층(220)을 형성할 수 있다.
상기 제1 전면전극층(210), 제2 전면전극층(220), 및 제3 전면전극층(230) 형성시 도펀트 공급원이 추가될 수 있다.
이와 같은 연속공정은 전술한 도 12에 따른 공정 장비를 이용할 수 있으며, 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 7b에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극층(200) 상에 반도체층(300)을 형성한다. 상기 반도체층(300) 형성 공정은 전술한 바와 동일하므로 반복설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 7c에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(300) 상에 투명도전층(400)을 형성한다. 상기 투명도전층(400) 형성 공정은 전술한 바와 동일하므로 반복설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 7d에서 알 수 있듯이, 상기 투명도전층(400) 상에 후면전극층(500)을 형성한다. 상기 후면전극층(500) 형성 공정은 전술한 바와 동일하므로 반복설명은 생략하기로 한다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도로서, 이는 전술한 도 4에 따른 박막형 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
우선, 도 8a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 상에 전면전극층(200)을 형성한다.
상기 전면전극층(200)을 형성하는 공정은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 또는 스퍼터링(Sputtering)법 등을 이용하여 적층하여 형성할 수 있다.
다음, 도 8b에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극층(200) 상에 반도체층(300)을 형성한다. 상기 반도체층(300) 형성 공정은 전술한 바와 동일하므로 반복설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 8c에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(300) 상에 투명도전층(400)을 형성한다.
상기 투명도전층(400)을 형성하는 공정은 상기 반도체층(300) 상에 제1 투명도전층(410)을 형성하고, 상기 제1 투명도전층(410) 상에 제2 투명도전층(420)을 형성하는 공정으로 이루어진다.
이때, 전술한 바와 같이, 상기 제1 투명도전층(410)의 표면은 제1 요철구조로 이루어지고, 상기 제2 투명도전층(420)의 표면은 상기 제1 요철구조보다 표면 거칠기가 작은 제2 요철구조로 이루어진다.
또한, 상기 제1 투명도전층(410)에 구비된 제1 요철구조는 골(valley)과 피크(peak)가 다양한 각을 가진 구조를 포함하고, 상기 제2 투명도전층(420)에 구비된 제2 요철구조는 골(valley)과 피크(peak)가 각을 갖지 않은 곡선 구조를 포함한다.
또한, 상기 제2 투명도전층(420)의 부피는 전체 투명도전층(400)의 부피의 1 ~ 50%를 차지하도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 제1 투명도전층(410) 및 제2 투명도전층(420)은 서로 상이한 결정 구조로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 투명도전층(410)은 상기 기판(100)과 수직 방향 및 수평 방향으로 성장된 결정 구조를 주로 포함함으로써 전술한 바와 같은 제1 요철구조를 구비하게 되며, 상기 제2 투명도전층(420)은 상기 기판(100)과 수직 방향으로 성장된 결정 구조를 주로 포함함으로써 전술한 바와 같은 제2 요철구조를 구비하게 된다.
이와 같은 제1 투명도전층(410) 및 제2 투명도전층(420)을 형성하는 공정은 MOCVD법을 이용하여 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 적층하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 투명도전층(410)을 형성하는 공정은, 금속 공급원 및 산소 공급원을 이용하여 MOCVD법으로 투명한 도전물질을 적층하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 투명도전층(420)을 형성하는 공정은, 금속 공급원, 산소 공급원, 및 표면 거칠기 조절원을 이용하여 MOCVD법으로 투명한 도전물질을 적층하는 공정으로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 상기 제2 투명도전층(420)을 형성하는 공정시 사용되는 표면 거칠기 조절원의 함량비(몰비)는, 표면 거칠기 조절원/금속 공급원 = 0.01 ~ 50 범위가 바람직할 수 있다.
한편, 상기 제1 투명도전층(410)과 제2 투명도전층(420)은 하나의 공정 장비 내에서 진공 브레이크(break) 없이 연속공정으로 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 공급원과 산소 공급원을 포함한 소정의 원료를 공급하면서 MOCVD공정을 수행하여 제1 투명도전층(410)을 형성하고, 상기 소정의 원료에 표면 거칠기 조절원을 추가로 투입하여 제2 투명도전층(420)을 형성할 수 있다.
상기 제1 투명도전층(410) 및 제2 투명도전층(420) 형성시 도펀트 공급원이 추가될 수 있다.
이와 같은 연속공정은 전술한 도 12에 따른 공정 장비를 이용할 수 있으며, 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 8d에서 알 수 있듯이, 상기 투명도전층(400) 상에 후면전극층(500)을 형성한다. 상기 후면전극층(500) 형성 공정은 전술한 바와 동일하므로 반복설명은 생략하기로 한다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도로서, 이는 전술한 도 5에 따른 박막형 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
우선, 도 9a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 상에 전면전극층(200)을 형성한다.
상기 전면전극층(200) 형성 공정은 전술한 바와 동일하므로 반복설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 9b에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극층(200) 상에 반도체층(300)을 형성한다. 상기 반도체층(300) 형성 공정은 전술한 바와 동일하므로 반복설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 9c에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(300) 상에 투명도전층(400)을 형성한다.
상기 투명도전층(200)을 형성하는 공정은 상기 반도체층(300) 상에 제3 투명도전층(430)을 형성하고, 상기 제3 투명도전층(430) 상에 제1 투명도전층(410)을 형성하고, 상기 제1 투명도전층(410) 상에 제2 투명도전층(420)을 형성하는 공정으로 이루어진다.
이때, 전술한 바와 같이, 상기 제1 투명도전층(410)의 표면은 제1 요철구조로 이루어지고, 상기 제2 투명도전층(420)의 표면은 상기 제1 요철구조보다 표면 거칠기가 작은 제2 요철구조로 이루어지고, 상기 제3 투명도전층(430)의 표면은 상기 제1 요철구조보다 표면 거칠기가 작은 제3 요철구조로 이루어진다.
상기 제1 투명도전층(410), 제2 투명도전층(420), 및 제3 투명도전층(430)의 구체적인 구성은 전술한 바와 동일하므로, 반복설명은 생략하기로 한다.
상기 제3 투명도전층(430)을 형성하는 공정은 금속 공급원, 산소 공급원, 및 표면 거칠기 조절원을 이용하여 MOCVD법으로 투명한 도전물질을 적층하는 공정으로 이루어질 수 있고, 상기 제1 투명도전층(410)을 형성하는 공정은 금속 공급원 및 산소 공급원을 이용하여 MOCVD법으로 투명한 도전물질을 적층하는 공정으로 이루어질 수 있고, 상기 제2 투명도전층(420)을 형성하는 공정은 금속 공급원, 산소 공급원, 및 표면 거칠기 조절원을 이용하여 MOCVD법으로 투명한 도전물질을 적층하는 공정으로 이루어질 수 있다.
이와 같은, 상기 제3 투명도전층(430), 제1 투명도전층(410) 및 제2 투명도전층(420)은 하나의 공정 장비 내에서 진공 브레이크(break) 없이 연속공정으로 형성할 수 있다. 구체적으로, 금속 공급원과 산소 공급원을 포함한 소정의 원료에 표면 거칠기 조절원을 공급하면서 제3 투명도전층(430)을 형성하고, 상기 금속 공급원과 산소 공급원을 포함한 소정의 원료를 공급하면서 제1 투명도전층(410)을 형성하고, 상기 금속 공급원과 산소 공급원을 포함한 소정의 원료에 표면 거칠기 조절원을 공급하면서 제2 투명도전층(420)을 형성할 수 있다.
상기 제1 투명도전층(410), 제2 투명도전층(420), 및 제3 투명도전층(430) 형성시 도펀트 공급원이 추가될 수 있다.
이와 같은 연속공정은 전술한 도 12에 따른 공정 장비를 이용할 수 있으며, 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 9d에서 알 수 있듯이, 상기 투명도전층(400) 상에 후면전극층(500)을 형성한다. 상기 후면전극층(500) 형성 공정은 전술한 바와 동일하므로 반복설명은 생략하기로 한다.

Claims (24)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 전면전극층;
    상기 전면전극층 상에 형성된 반도체층;
    상기 반도체층 상에 형성된 투명도전층; 및
    상기 투명도전층 상에 형성된 후면전극층을 포함하여 이루어지며,
    상기 전면전극층은, 상기 기판 상에 형성되며 그 표면이 제1 요철구조로 형성된 제1 전면전극층, 및 상기 제1 전면전극층 상에 형성되며 그 표면이 제2 요철구조로 형성된 제2 전면전극층을 포함하여 이루어지고,
    상기 제1 요철구조와 상기 제2 요철구조는 서로 상이하게 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  2. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 전면전극층;
    상기 전면전극층 상에 형성된 반도체층;
    상기 반도체층 상에 형성된 투명도전층; 및
    상기 투명도전층 상에 형성된 후면전극층을 포함하여 이루어지며,
    상기 투명도전층은, 상기 반도체층 상에 형성되며 그 표면이 제1 요철구조로 형성된 제1 투명도전층, 및 상기 제1 투명도전층 상에 형성되며 그 표면이 제2 요철구조로 형성된 제2 투명도전층을 포함하여 이루어지고,
    상기 제1 요철구조와 상기 제2 요철구조는 서로 상이하게 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 요철구조의 표면 거칠기는 상기 제1 요철구조의 표면 거칠기 보다 작은 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 요철구조는 골과 피크가 각을 가진 구조를 포함하고, 상기 제2 요철구조는 골과 피크가 각을 갖지 않은 곡선 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전면전극층과 상기 제2 전면전극층은 서로 상이한 결정 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 투명도전층과 상기 제2 투명도전층은 서로 상이한 결정 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전면전극층의 부피는 전체 전면전극층의 부피의 1 ~ 50%를 차지하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제2 투명도전층의 부피는 전체 투명도전층의 부피의 1 ~ 50%를 차지하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 제1 전면전극층 사이에, 그 표면이 제3 요철구조로 형성된 제3 전면전극층이 추가로 형성되고, 상기 제3 요철구조의 표면 거칠기는 상기 제1 요철구조의 표면 거칠기 보다 작은 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 반도체층과 제1 투명도전층 사이에, 그 표면이 제3 요철구조로 형성된 제3 투명도전층이 추가로 형성되고, 상기 제3 요철구조의 표면 거칠기는 상기 제1 요철구조의 표면 거칠기 보다 작은 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반도체층은 버퍼층을 사이에 두고 이격된 제1 반도체층 및 제2 반도체층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  12. 기판 상에 전면전극층을 형성하는 공정;
    상기 전면전극층 상에 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 반도체층 상에 투명도전층을 형성하는 공정; 및
    상기 투명도전층 상에 후면전극층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지며,
    상기 전면전극층을 형성하는 공정은 상기 기판 상에 그 표면이 제1 요철구조로 형성된 제1 전면전극층을 형성하는 공정, 및 상기 제1 전면전극층 상에 그 표면이 제2 요철구조로 형성된 제2 전면전극층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지고,
    상기 제1 요철구조와 상기 제2 요철구조는 서로 상이하게 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  13. 기판 상에 전면전극층을 형성하는 공정;
    상기 전면전극층 상에 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 반도체층 상에 투명도전층을 형성하는 공정; 및
    상기 투명도전층 상에 후면전극층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지며,
    상기 투명도전층을 형성하는 공정은 상기 반도체층 상에 그 표면이 제1 요철구조로 형성된 제1 투명도전층을 형성하는 공정, 및 상기 제1 투명도전층 상에 그 표면이 제2 요철구조로 형성된 제2 투명도전층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지고,
    상기 제1 요철구조와 상기 제2 요철구조는 서로 상이하게 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 제2 요철구조의 표면 거칠기는 상기 제1 요철구조의 표면 거칠기 보다 작은 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  15. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 제1 요철구조는 골과 피크가 각을 가진 구조를 포함하고, 상기 제2 요철구조는 골과 피크가 각을 갖지 않은 곡선 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제1 전면전극층을 형성하는 공정은 금속 공급원 및 산소 공급원을 이용하여 투명한 도전물질을 적층하는 공정으로 이루어지고,
    상기 제2 전면전극층을 형성하는 공정은 금속 공급원, 산소 공급원 및 표면 거칠기 조절원을 이용하여 투명한 도전물질을 적층하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제1 투명도전층을 형성하는 공정은 금속 공급원 및 산소 공급원을 이용하여 투명한 도전물질을 적층하는 공정으로 이루어지고,
    상기 제2 투명도전층을 형성하는 공정은 금속 공급원, 산소 공급원 및 표면 거칠기 조절원을 이용하여 투명한 도전물질을 적층하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 금속 공급원은 (CH3)2Zn(Dimethylzinc: DMZ), (C2H5)2Zn(Diethylzinc: DEZ), Zn(C5H7O2)2(Zinc acetyl-acetonate), 또는 그들의 혼합물을 포함하고,
    상기 산소 공급원은 O2, H2O, N2O, CO2, 또는 그들의 혼합물을 포함하고,
    상기 표면 거칠기 조절원은 알콜, C4H8O(Tetrahydrofuran), 또는 그들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  19. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 금속 공급원, 산소 공급원 및 표면 거칠기 조절원을 이용하여 투명한 도전물질을 적층하는 공정은, 표면 거칠기 조절원의 함량비(몰비)가 표면 거칠기 조절원/금속 공급원 = 0.01 ~ 50 범위가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  20. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 금속 공급원 및 산소 공급원을 이용하여 투명한 도전물질을 적층하는 공정, 및 상기 금속 공급원, 산소 공급원 및 표면 거칠기 조절원을 이용하여 투명한 도전물질을 적층하는 공정은,
    도펀트 공급원을 추가로 이용하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  21. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 금속 공급원 및 산소 공급원을 이용하여 투명한 도전물질을 적층하는 공정, 및 상기 금속 공급원, 산소 공급원 및 표면 거칠기 조절원을 이용하여 투명한 도전물질을 적층하는 공정은,
    하나의 공정 장비 내에서 연속 공정으로 수행하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 표면 거칠기 조절원은 상기 산소 공급원과 혼합하여 이용하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  23. 제12항에 있어서,
    상기 전면전극층을 형성하는 공정은, 상기 제1 전면전극층을 형성하는 공정 이전에 그 표면이 제3 요철구조로 형성된 제3 전면전극층을 형성하는 공정을 추가로 포함하고, 상기 제3 요철구조의 표면 거칠기는 상기 제1 요철구조의 표면 거칠기 보다 작은 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  24. 제13항에 있어서,
    상기 투명도전층을 형성하는 공정은, 상기 제1 투명도전층을 형성하는 공정 이전에 그 표면이 제3 요철구조로 형성된 제3 투명도전층을 형성하는 공정을 추가로 포함하고, 상기 제3 요철구조의 표면 거칠기는 상기 제1 요철구조의 표면 거칠기 보다 작은 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
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