WO2015046845A1 - 태양전지 - Google Patents

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rear electrode
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    • Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells

Definitions

  • Embodiments relate to solar cells.
  • the manufacturing method of a solar cell for photovoltaic power generation is as follows. First, a substrate is provided, and a back electrode layer is formed on the substrate and patterned by a laser to form a plurality of back electrodes.
  • a light absorbing layer, a buffer layer, and a high resistance buffer layer are sequentially formed on the rear electrodes.
  • copper, indium, gallium and selenium are simultaneously or separately evaporated while forming a light absorbing layer of copper-indium-gallium-selenide (Cu (In, Ga) Se 2 ; CIGS-based).
  • a method of forming a metal precursor film by a selenization process is widely used.
  • the energy band gap of the light absorbing layer is about 1 to 1.8 eV.
  • a buffer layer containing cadmium sulfide (CdS) is formed on the light absorbing layer by a sputtering process.
  • the energy bandgap of the buffer layer is about 2.2 to 2.4 eV.
  • a high resistance buffer layer including zinc oxide (ZnO) is formed on the buffer layer by a sputtering process.
  • the energy bandgap of the high resistance buffer layer is about 3.1 to 3.3 eV.
  • a groove pattern may be formed in the light absorbing layer, the buffer layer, and the high resistance buffer layer.
  • a transparent conductive material is stacked on the high resistance buffer layer, and the groove pattern is filled with the transparent conductive material. Accordingly, a transparent electrode layer is formed on the high resistance buffer layer, and connection wirings are formed inside the groove pattern, respectively.
  • Examples of the material used for the transparent electrode layer and the connection wiring include aluminum doped zinc oxide and the like.
  • the energy band gap of the transparent electrode layer is about 3.1 to 3.3 eV.
  • a groove pattern is formed in the transparent electrode layer, and a plurality of solar cells may be formed.
  • the transparent electrodes and the high resistance buffers correspond to respective cells.
  • the transparent electrodes and the high resistance buffers may be arranged in a stripe form or a matrix form.
  • the transparent electrodes and the back electrodes are misaligned with each other, and the transparent electrodes and the back electrodes are electrically connected to each other by the connection wirings. Accordingly, a plurality of solar cells can be electrically connected in series with each other.
  • the light absorbing layer is formed on the back electrode layer.
  • the light absorbing layer is formed on the patterned back electrode layer.
  • the light absorbing layer is lifted due to the weakening of the adhesive force at the interface between the light absorbing layer and the rear electrode layer or the support substrate exposed by the light absorbing layer and the patterning. Lifting of the light absorbing layer may increase the electrical resistance of the solar cell as a whole, and thus there is a problem in that the efficiency of the entire solar cell is lowered.
  • Embodiments provide a new structure of a solar cell having improved photoelectric conversion efficiency.
  • the solar cell according to the first embodiment includes a support substrate; A rear electrode layer formed on the support substrate; A first through hole formed on the rear electrode layer; A light absorbing layer formed on the back electrode layer; And a front electrode layer formed on the light absorbing layer, wherein the average surface roughness Ra1 of the support substrate exposed by the first through hole is 28 nm to 100 nm.
  • a solar cell includes a support substrate; A rear electrode layer formed on the support substrate; A first through hole formed on the rear electrode layer; A light absorbing layer formed on the back electrode layer; And a front electrode layer formed on the light absorbing layer, wherein the back electrode layer comprises: a first contact surface on which an upper surface of the back electrode layer contacts the light absorbing layer; And a second contact surface on which the side surface of the rear electrode layer exposed by the first through groove and the light absorbing layer contact each other, wherein the support substrate includes an upper surface of the support substrate exposed by the first through groove and the second contact surface. And a third contact surface to which the light absorbing layer contacts, wherein the average surface roughness of the first to third contact surfaces is 28 nm to 100 nm.
  • the solar cell according to the embodiment may improve the adhesion between the light absorbing layer, the support substrate, and the light absorbing layer and the back electrode layer.
  • the solar cell according to the embodiment may improve the adhesion of the light absorbing layer, the supporting substrate, and the back electrode layer by improving the surface roughness of the base substrate and the back electrode layer in contact with the light absorbing layer to a certain range.
  • the lifting phenomenon that the light absorbing layer is peeled off from the supporting substrate or the back electrode layer can be prevented.
  • the solar cell and the solar cell manufacturing method according to the embodiment can prevent the lifting phenomenon of the light absorbing layer can improve the efficiency of the overall solar cell.
  • FIG. 1 is a plan view illustrating a solar cell panel according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross section of the solar cell according to the embodiment.
  • FIG 3 is a view illustrating a support substrate and a rear electrode layer of a solar cell according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a view illustrating a support substrate, a rear electrode layer, and a light absorbing layer of the solar cell according to the embodiment.
  • FIG 5 and 6 are views illustrating an etching process of a solar cell according to an embodiment.
  • FIG. 7 to 14 are views for explaining a method of manufacturing a solar cell according to the embodiment.
  • each layer, region, pattern, or structure may be “on” or “under” the substrate, each layer, region, pad, or pattern.
  • Substrate formed in includes all formed directly or through another layer. Criteria for the top / bottom or bottom / bottom of each layer will be described with reference to the drawings.
  • each layer (film), region, pattern, or structure may be modified for clarity and convenience of description, and thus do not necessarily reflect the actual size.
  • 1 is a plan view illustrating a solar cell according to an embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a cross section of the solar cell according to the embodiment
  • FIG. 3 illustrates a support substrate and a rear electrode layer of the solar cell according to the embodiment
  • 4 is a view illustrating a support substrate, a rear electrode layer, and a light absorbing layer of a solar cell according to an embodiment.
  • the solar cell according to the first embodiment includes a support substrate 100, a rear electrode layer 200, a light absorbing layer 300, a buffer layer 400, a front electrode layer 500, and a plurality of solar cells. Connections 600.
  • the support substrate 100 has a plate shape and supports the rear electrode layer 200, the light absorbing layer 300, the buffer layer 400, the front electrode layer 500, and the connection part 600.
  • the support substrate 100 may be an insulator.
  • the support substrate 100 may be a glass substrate, a plastic substrate, or a metal substrate.
  • the support substrate 100 may be a soda lime glass substrate.
  • the support substrate 100 may be transparent.
  • the support substrate 100 may be rigid or flexible.
  • the back electrode layer 200 is disposed on the support substrate 100.
  • the back electrode layer 200 is a conductive layer.
  • Examples of the material used as the back electrode layer 200 include a metal such as molybdenum.
  • the back electrode layer 200 may include two or more layers.
  • each of the layers may be formed of the same metal or different metals.
  • First through holes TH1 are formed in the rear electrode layer 200.
  • the first through holes TH1 are open regions that expose the top surface of the support substrate 100.
  • the first through holes TH1 may have a shape extending in a first direction when viewed in a plan view.
  • the width of the first through holes TH1 may be about 80 ⁇ m to about 200 ⁇ m, but embodiments are not limited thereto.
  • the rear electrode layer 200 is divided into a plurality of rear electrodes by the first through holes TH1. That is, a plurality of rear electrodes may be defined by the first through holes TH1.
  • the rear electrodes are spaced apart from each other by the first through holes TH1.
  • the back electrodes are arranged in a stripe shape.
  • the back electrodes may be arranged in a matrix form.
  • the first through holes TH1 may have a lattice shape when viewed in a plan view.
  • the surface of the back electrode layer 200 and the surface of the support substrate 100 exposed by the first through holes TH1 may have an uneven shape.
  • the surface of the back electrode layer 200 and the surface of the support substrate 100 exposed by the first through holes TH1 may include an uneven shape to have high roughness, that is, high surface roughness.
  • Such irregularities may include patterns of various shapes such as triangular, square, and circular.
  • the surface of the back electrode layer 200 and the surface of the support substrate 100 exposed by the first through holes TH1 will be described in detail below.
  • the light absorbing layer 300 is disposed on the back electrode layer 200.
  • the material included in the light absorbing layer 300 is filled in the first through holes TH1.
  • the light absorbing layer 300 includes a group I-III-VI compound.
  • the light absorbing layer 300 may be formed of a copper-indium-gallium-selenide-based (Cu (In, Ga) Se 2 ; CIGS-based) crystal structure, copper-indium-selenide-based, or copper-gallium-selenide It may have a system crystal structure.
  • the energy band gap of the light absorbing layer 300 may be about 1 eV to 1.8 eV, but embodiments are not limited thereto.
  • the buffer layer 400 is disposed on the light absorbing layer 300.
  • the buffer layer 400 is in direct contact with the light absorbing layer 300.
  • a high resistance buffer layer (not shown) may be further disposed on the buffer layer 400.
  • the high resistance buffer layer includes zinc oxide (i-ZnO) that is not doped with impurities.
  • the energy band gap of the high resistance buffer layer may be about 3.1 eV to 3.3 eV, but embodiments are not limited thereto.
  • Second through holes TH2 may be formed on the buffer layer 400.
  • the second through holes TH2 are open regions exposing the top surface of the back electrode layer 200.
  • the second through holes TH2 may have a shape extending in one direction when viewed in a plan view.
  • the width of the second through holes TH2 may be about 80 ⁇ m to about 200 ⁇ m, but embodiments are not limited thereto.
  • the buffer layer 400 is defined as a plurality of buffer layers by the second through holes TH2. That is, the buffer layer 400 is divided into the buffer layers by the second through holes TH2.
  • the front electrode layer 500 is disposed on the buffer layer 400. In more detail, the front electrode layer 500 is disposed on the high resistance buffer layer.
  • the front electrode layer 500 is transparent and a conductive layer. In addition, the resistance of the front electrode layer 500 is higher than the resistance of the back electrode layer 500.
  • the front electrode layer 500 includes an oxide.
  • examples of the material used as the front electrode layer 500 include aluminum doped ZnC (AZO), indium zinc oxide (IZO), or indium tin oxide (ITO). Etc. can be mentioned.
  • the front electrode layer 500 includes connection parts 600 positioned in the second through holes TH2.
  • Third through holes TH3 are formed in the buffer layer 400 and the front electrode layer 500.
  • the third through holes TH3 may pass through part or all of the buffer layer 400, the high resistance buffer layer, and the front electrode layer 500. That is, the third through holes TH3 may expose the top surface of the back electrode layer 200.
  • the third through holes TH3 are formed at positions adjacent to the second through holes TH2.
  • the third through holes TH3 are disposed next to the second through holes TH2. That is, when viewed in a plan view, the third through holes TH3 are arranged side by side next to the second through holes TH2.
  • the third through holes TH3 may have a shape extending in the first direction.
  • the third through holes TH3 pass through the front electrode layer 500.
  • the third through holes TH3 may pass through some or all of the light absorbing layer 300, the buffer layer 400, and / or the high resistance buffer layer.
  • the front electrode layer 500 is divided into a plurality of front electrodes by the third through holes TH3. That is, the front electrodes are defined by the third through holes TH3.
  • the front electrodes have a shape corresponding to the rear electrodes. That is, the front electrodes are arranged in a stripe shape. Alternatively, the front electrodes may be arranged in a matrix form.
  • a plurality of solar cells C1, C2... are defined by the third through holes TH3.
  • the solar cells C1, C2... are defined by the second through holes TH2 and the third through holes TH3. That is, the solar cell according to the embodiment is divided into the solar cells C1, C2... By the second through holes TH2 and the third through holes TH3.
  • the solar cells C1, C2... are connected to each other in a second direction crossing the first direction. That is, current may flow in the second direction through the solar cells C1, C2...
  • the solar cell panel 10 includes the support substrate 100 and the solar cells C1, C2...
  • the solar cells C1, C2... are disposed on the support substrate 100 and spaced apart from each other.
  • the solar cells C1, C2... are connected in series to each other by the connection parts 600.
  • connection parts 600 are disposed inside the second through holes TH2.
  • the connection parts 600 extend downward from the front electrode layer 500 and are connected to the back electrode layer 200.
  • the connection parts 600 extend from the front electrode of the first cell C1 and are connected to the back electrode of the second cell C2.
  • connection parts 600 connect solar cells adjacent to each other.
  • the connection parts 600 connect the front electrode and the rear electrode included in each of the adjacent solar cells.
  • connection part 600 is integrally formed with the front electrode layer 600. That is, the material used as the connection part 600 is the same as the material used as the front electrode layer 500.
  • a rear electrode layer 200 is formed on a support substrate 100, and the rear electrode layer 200 is formed by a plurality of first through holes TH1. It is divided into rear electrodes.
  • the surface of the support substrate 100 and the surface of the back electrode layer 200 may include an uneven shape.
  • the surface 110 of the support substrate 100 exposed by the first through holes TH1 may have an uneven shape.
  • the surface 110 of the support substrate 100 may have a high average surface roughness.
  • the average surface roughness Ra1 of the surface 110 of the substrate 100 may be about 28 nm to about 100 nm.
  • the average surface roughness Ra1 is less than 28 nm, the phenomenon of lifting the light absorbing layer 300 formed on the support substrate 100 may occur, and the average surface roughness Ra1 may exceed 100 nm. In this case, process efficiency due to the etching process may decrease.
  • top surface 210 of the rear electrode layer 200 and the side surface 220 of the rear electrode layer 200 exposed by the first through holes TH1 may have an uneven shape.
  • the top surface 210 and the side surface 220 of the back electrode layer 200 may have a high average surface roughness.
  • the average surface roughness Ra2 of the upper surface 210 and the side surface 220 of the back electrode layer 200 may be about 28 nm to about 100 nm.
  • the average surface roughness Ra2 is less than 28 nm, the phenomenon of lifting the light absorbing layer 300 formed on the rear electrode layer 200 may occur, and the average surface roughness Ra2 may be greater than 100 nm. In this case, process efficiency due to the etching process may decrease.
  • the average surface roughness Ra1 of the surface 110 of the substrate 100 and the average surface roughness Ra2 of the upper surface 210 and the side surface 220 of the rear electrode layer 200 may have different values. .
  • the average surface roughness Ra1 of the surface 110 of the substrate 100 is greater than the average surface roughness Ra2 of the upper surface 210 and the side surface 220 of the rear electrode layer 200. It can have for example, the average surface roughness Ra1 of the surface 110 of the substrate 100 may be about 1 nm compared to the average surface roughness Ra2 of the upper surface 210 and the side surface 220 of the rear electrode layer 200. To surface roughnesses as high as about 10 nm.
  • Lifting of the light absorbing layer 300 may occur due to a difference in adhesion between the support substrate 100, the light absorbing layer 300, and the rear electrode layer 200 and the light absorbing layer 300.
  • a rear electrode layer 200 is formed on a support substrate 100, and the rear electrode layer 200 is formed by a plurality of first through holes TH1. It is divided into rear electrodes. Subsequently, the light absorbing layer 300 is formed on the rear electrode layer 200 while filling the first through holes TH1.
  • a contact surface between the support substrate 100 and the light absorbing layer 300 is formed on the support substrate 100, and the back electrode layer 200 has a contact surface between the back electrode layer 200 and the light absorbing layer 300.
  • the contact surface is formed.
  • the rear electrode layer 200 may include a first contact surface 710 contacting an upper surface of the rear electrode layer 200 and the light absorbing layer 300; And a second contact surface 720 contacting the side surface of the rear electrode layer 200 exposed by the first through holes TH1 and the light absorbing layer 300.
  • a third contact surface 730 is formed in the support substrate 100 to contact the upper surface of the support substrate 100 exposed by the first through holes TH1 and the light absorbing layer 300.
  • first contact surface 710 and the second contact surface 720 of the back electrode layer 200 may have an uneven shape.
  • third contact surface 730 of the support substrate 100 may have an uneven shape.
  • first contact surface 710, the second contact surface 720, and the third contact surface 730 may have a high average surface roughness.
  • the first contact surface 710, the second contact surface 720, and the third contact surface may have an average surface roughness of about 28 nm to about 100 nm.
  • the average surface roughness is less than 28 nm, the phenomenon of lifting the light absorbing layer 300 formed on the support substrate 100 and the back electrode layer 200 may occur, and the average surface roughness exceeds 100 nm. In this case, process efficiency due to the etching process may be lowered.
  • first contact surface 710, the second contact surface 720, and the third contact surface 730 may have different average surface roughnesses.
  • the average surface roughness of the third contact surface 730 may be greater than the average surface roughness of the first contact surface 710 and the average surface roughness of the second contact surface 720.
  • the average surface roughness of the third contact surface 730 may be about 1 nm to about 10 nm greater than the average surface roughness of the first contact surface 710 and the average surface roughness of the second contact surface 720. have.
  • a rear electrode layer 200 is formed on the support substrate 100, and the rear electrode layer 200 is patterned by first through grooves TH1 to be divided into a plurality of rear electrodes. .
  • the surface of the support substrate 100 exposed by the first through holes TH1 and the top and side surfaces of the rear electrode layer 200 may be etched using a dry process.
  • the surface of the support substrate 100 and the top and side surfaces of the rear electrode layer 200 may be etched by a dry process using sulfur hexafluoride (SF6) gas.
  • sulfur hexafluoride (SF 6 ) gas is introduced into the support substrate 100 and the rear electrode layer 200 on which the first through holes TH1 are formed, so that the surface of the support substrate 100 and the The surface of the rear electrode layer 200 may be etched.
  • the hexafluoride gas is introduced into the vacuum chamber, so that the surface of the support substrate 100 and the rear electrode layer 200 are disposed. ) Can be etched.
  • sulfur (S) or fluorine (F) may be included on the surface of the support substrate 100 exposed by the first through holes TH1 and the top and side surfaces of the back electrode layer 200.
  • the sulfur hexafluoride (SF 6 ) gas may simultaneously etch the surfaces of the support substrate 100 and the rear electrode layer 200. That is, the surface roughness of the support substrate 100 and the back electrode layer 200 may be improved by etching the surfaces of the support substrate 100 and the back electrode layer 200 in one process.
  • SF 6 sulfur hexafluoride
  • the solar cell according to the embodiment can be simultaneously etched in one step without etching the support substrate and the back electrode layer using the sulfur hexafluoride gas, thereby improving process efficiency.
  • the surface of the support substrate 100 and the top and side surfaces of the rear electrode layer may be etched using a wet process.
  • the support substrate 100 and the back electrode layer 200 may be etched using different etchant.
  • the support substrate 100 may use a first etchant
  • the back electrode layer may be etched using a second etchant.
  • the support substrate 100 may form an uneven shape on the surface of the support substrate 100 using a hydrofluoric acid-based etching solution.
  • the back electrode layer 200 may form irregularities on the surface of the back electrode layer 200 using a phosphate, acetic acid, or nitric acid etchant.
  • the etching process of the support substrate 100 and the back electrode layer 200 may be performed simultaneously or sequentially.
  • an uneven pattern may be formed on the surface of the base plate 100 and the rear electrode layer 200, and the base plate 100 and the rear electrode layer may be formed by the uneven pattern.
  • the average surface roughness of 200 may increase.
  • the solar cell according to the embodiment forms a pattern of a predetermined concave-convex shape on the support substrate and the rear electrode layer to improve surface roughness within a predetermined range, and then deposits a light absorbing layer.
  • the adhesion area may be increased due to the improvement of the surface roughness, so that the adhesion between the rear electrode layer and the light absorbing layer or the support substrate and the light absorbing layer may be improved, thereby preventing the light absorbing layer from peeling off after deposition of the light absorbing layer. can do.
  • the solar cell according to the embodiment may have an improved photoelectric change efficiency as a whole.
  • the rear electrode layer was patterned to divide the plurality of rear electrodes.
  • sulfur hexafluoride gas is introduced into the back electrode layer and the supporting substrate exposed by patterning (dry process), or an etchant is added to form an uneven pattern on the surface of the back electrode layer and the surface of the supporting substrate to improve surface roughness. Improvement to a certain range.
  • the surface roughness of the support substrate and the rear electrode was constantly changed to determine whether the light absorbing layer was lifted.
  • the surface roughness of the support substrate and the rear electrode layer is about 28 nm or more, it can be seen that the lifting phenomenon of the light absorbing layer does not occur.
  • the lifting phenomenon of the light absorbing layer does not occur when the surface roughness of the support substrate is larger than the surface roughness of the rear electrode layer.
  • the adhesion between the light absorbing layer and the back electrode layer or the light absorbing layer and the support substrate is improved by increasing the surface roughness of the support substrate and the back electrode layer, the lifting phenomenon of the light absorbing layer may be prevented after deposition of the light absorbing layer.
  • the solar cell according to the embodiment can prevent the increase in resistance due to this, and can improve the efficiency of the solar cell as a whole.
  • FIGS. 7 to 14 are views for explaining a method of manufacturing a solar cell according to the embodiment.
  • the back electrode layer 200 is formed on the support substrate 100.
  • the rear electrode layer 200 is patterned to form first through holes TH1. Accordingly, a plurality of rear electrodes are formed on the support substrate 100.
  • the back electrode layer 200 is patterned by a laser.
  • the first through holes TH1 may expose an upper surface of the support substrate 100 and have a width of about 80 ⁇ m to about 200 ⁇ m.
  • an additional layer such as a diffusion barrier may be interposed between the support substrate 100 and the rear electrode layer 200, wherein the first through holes TH1 expose the top surface of the additional layer.
  • the top and side surfaces of the rear electrode layer 200 and the top surface of the support substrate 100 exposed by the first through holes TH1 are etched.
  • the etching process may be etched simultaneously or by separating the support substrate 100 and the back electrode layer 200 by a dry process or a wet process described above.
  • an uneven pattern is formed on the top and side surfaces of the rear electrode layer 200 and the upper surface of the support substrate 100 exposed by the first through holes TH1, and has the above-described range. Average surface roughness.
  • a light absorbing layer 300 is formed on the back electrode layer 200.
  • the light absorbing layer 300 may be formed by a sputtering process or an evaporation method.
  • the light absorbing layer 300 For example, copper, indium, gallium, selenide-based (Cu (In, Ga) Se 2 ; CIGS-based) while evaporating copper, indium, gallium, and selenium simultaneously or separately to form the light absorbing layer 300.
  • the method of forming the light absorbing layer 300 and the method of forming the metal precursor film and forming it by the selenization process are widely used.
  • a metal precursor film is formed on the back electrode 200 by a sputtering process using a copper target, an indium target, and a gallium target.
  • the metal precursor film is formed of a copper-indium-gallium-selenide-based (Cu (In, Ga) Se 2 ; CIGS-based) light absorbing layer 300 by a selenization process.
  • the sputtering process and the selenization process using the copper target, the indium target, and the gallium target may be simultaneously performed.
  • the CIS-based or CIG-based light absorbing layer 300 may be formed by using only a copper target and an indium target, or by a sputtering process and a selenization process using a copper target and a gallium target.
  • cadmium sulfide is deposited by a sputtering process, a chemical bath depositon (CBD), or the like, and the buffer layer 400 is formed.
  • the high resistance buffer layer may be formed by depositing diethylzinc (DEZ).
  • the high resistance buffer layer may be formed by chemical vapor deposition (CVD), metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), or atomic layer deposition (ALD).
  • CVD chemical vapor deposition
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • the high resistance buffer layer may be formed through organometallic chemical vapor deposition.
  • portions of the light absorbing layer 300 and the buffer layer 400 are removed to form second through holes TH2.
  • the second through holes TH2 may be formed by a mechanical device such as a tip or a laser device.
  • the light absorbing layer 300 and the buffer layer 400 may be patterned by a tip having a width of about 40 ⁇ m to about 180 ⁇ m.
  • the second through holes TH2 may be formed by a laser having a wavelength of about 200 nm to about 600 nm.
  • the width of the second through holes TH2 may be about 100 ⁇ m to about 200 ⁇ m.
  • the second through holes TH2 are formed to expose a portion of the top surface of the back electrode layer 200.
  • a transparent conductive material is deposited on the buffer layer 400 to form the front electrode layer 500.
  • the front electrode layer 500 may be formed by depositing the transparent conductive material in an oxygen-free atmosphere.
  • the front electrode layer 500 may be formed by depositing zinc oxide doped with aluminum in an inert gas atmosphere containing no oxygen.
  • the forming of the front electrode layer may be formed by depositing zinc oxide doped with aluminum by a method of depositing using a ZnO target by an RF sputtering method or a reactive sputtering method using a Zn target.
  • the front electrode layer 500 contacts the rear electrode layer 200 exposed by the second through holes TH2.
  • a portion of the light absorbing layer 300, the buffer layer 400, and the front electrode layer 500 is removed to form third through holes TH3. Accordingly, the front electrode layer 500 is patterned to define a plurality of front electrodes, a first cell C1, a second cell C2, and a third cell C3.
  • the width of the third through holes TH3 may be about 80 ⁇ m to about 200 ⁇ m.
  • the solar cell manufacturing method according to the embodiment may produce a solar cell having an improved photoelectric efficiency.
  • the bonding force between the light absorbing layer and the support substrate or the light absorbing layer and the back electrode layer can be improved.
  • the lifting phenomenon of peeling off the light absorbing layer can be prevented.
  • the solar cell and the solar cell manufacturing method according to the embodiment can prevent the lifting phenomenon of the light absorbing layer can improve the efficiency of the overall solar cell.

Landscapes

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Abstract

실시예에 따른 태양전지는, 지지기판; 상기 지지기판 상에 형성되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 형성되는 제 1 관통홈; 상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 형성되는 전면 전극층을 포함하고, 상기 제 1 관통홈에 의해 노출되는 상기 지지기판의 평균 표면 조도(Ra1)는 28㎚ 내지 100㎚이다.

Description

태양전지
실시예는 태양전지에 관한 것이다.
태양광 발전을 위한 태양전지의 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 기판이 제공되고, 상기 기판 상에 후면 전극층이 형성되고, 레이저에 의해서 패터닝되어, 다수 개의 후면 전극들이 형성된다.
이후, 상기 후면 전극들 상에 광 흡수층, 버퍼층 및 고저항 버퍼층이 차례로 형성된다. 상기 광 흡수층을 형성하기 위해서 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시키면서 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층을 형성하는 방법과 금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션(Selenization) 공정에 의해 형성시키는 방법이 폭넓게 사용되고 있다. 상기 광 흡수층의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1 내지 1.8 eV 이다.
이후, 상기 광 흡수층 상에 황화 카드뮴(CdS)을 포함하는 버퍼층이 스퍼터링 공정에 의해서 형성된다. 상기 버퍼층의 에너지 밴드갭은 약 2.2 내지 2.4 eV 이다. 이후, 상기 버퍼층 상에 징크 옥사이드(ZnO)를 포함하는 고저항 버퍼층이 스퍼터링 공정에 의해서 형성된다. 상기 고저항 버퍼층의 에너지 밴드갭은 약 3.1 내지 3.3 eV 이다.
이후, 상기 광 흡수층, 상기 버퍼층 및 상기 고저항 버퍼층에 홈 패턴이 형성될 수 있다.
이후, 상기 고저항 버퍼층 상에 투명한 도전물질이 적층되고, 상기 홈패턴이 상기 투명한 도전물질이 채워진다. 이에 따라서, 상기 고저항 버퍼층 상에 투명전극층이 형성되고, 상기 홈 패턴 내측에 접속배선들이 각각 형성된다. 상기 투명전극층 및 상기 접속배선으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드 등을 들 수 있다. 상기 투명전극층의 에너지 밴드갭은 약 3.1 내지 3.3 eV 이다.
이후, 상기 투명전극층 등에 홈 패턴이 형성되어, 다수 개의 태양전지들이 형성될 수 있다. 상기 투명전극들 및 상기 고저항 버퍼들은 각각의 셀에 대응한다. 상기 투명전극들 및 상기 고저항 버퍼들은 스트라이프 형태 또는 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
상기 투명전극들 및 상기 이면전극들은 서로 미스 얼라인되며, 상기 투명전극들 및 상기 이면전극들은 상기 접속배선들에 의해서 각각 전기적으로 연결된다. 이에 따라서, 다수 개의 태양전지들이 서로 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다.
한편, 상기 광 흡수층은 상기 후면 전극층 상에 형성된다. 자세하게, 상기 광 흡수층은 패터닝된 상기 후면 전극층 상에 형성된다.
그러나, 상기 광 흡수층 증착 후, 상기 광 흡수층과 후면 전극층 또는 상기 광 흡수층과 상기 패터닝에 의해 노출되는 지지기판의 경계면에서 접착력 약화로 인해, 상기 광 흡수층이 들뜨게 되는 문제점이 있다. 이러한 광 흡수층의 들뜸 현상은 전체적으로는 태양전지의 전기적 저항을 상승시킬 수 있으며, 이로 인해 전체적인 태양전지의 효율이 저하되는 문제점이 있다.
이에 따라, 상기 광 흡수층의 들뜸 현상을 방지할 수 있는 새로운 구조의 태양전지가 요구된다.
실시예는 향상된 광-전 변환 효율을 가지는 새로운 구조의 태양전지를 제공하고자 한다.
제 1 실시예에 따른 태양전지는, 지지기판; 상기 지지기판 상에 형성되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 형성되는 제 1 관통홈; 상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 형성되는 전면 전극층을 포함하고, 상기 제 1 관통홈에 의해 노출되는 상기 지지기판의 평균 표면 조도(Ra1)는 28㎚ 내지 100㎚이다.
제 2실시예에 따른 태양전지는, 지지기판; 상기 지지기판 상에 형성되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 형성되는 제 1 관통홈; 상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 형성되는 전면 전극층을 포함하고, 상기 후면 전극층은, 상기 후면 전극층의 상면과 상기 광 흡수층이 접촉하는 제 1 접촉면; 및 상기 제 1 관통홈에 의해 노출되는 상기 후면 전극층의 측면과 상기 광 흡수층이 접촉하는 제 2 접촉면을 포함하고, 상기 지지기판은, 상기 제 1 관통홈에 의해 노출되는 상기 지지기판의 상면과 상기 광 흡수층이 접촉하는 제 3 접촉면을 포함하며, 제 1 접촉면 내지 제 3 접촉면의 평균 표면 조도는 28㎚ 내지 100㎚이다.
실시예에 따른 태양전지는 광 흡수층과 지지기판 및 광 흡수층과 후면 전극층의 접착력을 향상시킬 수 있다.
즉, 실시예에 따른 태양전지는 광 흡수층과 접촉하는 지기기판 및 후면 전극층의 표면 조도를 일정 범위로 향상시킴으로써, 광 흡수층과 지지기판, 후면 전극층의 접착력을 향상시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 광 흡수층이 증착된 후, 상기 광 흡수층이 지지기판 또는 후면 전극층으로부터 벗겨지는 들뜸 현상을 방지할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지 및 태양전지 제조 방법은 광 흡수층의 들뜸 현상을 방지할 수 있어 전체적인 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지 패널을 도시한 평면도이다.
도 2는 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 실시예에 따른 태양전지의 지지기판 및 후면 전극층을 도시한 도면이다.
도 4는 실시예에 따른 태양전지의 지지기판, 후면 전극층 및 광 흡수층을 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 실시예에 따른 태양전지의 식각 공정을 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 14는 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 제 1 실시예 제 2 실시예에 따른 태양전지를 상세하게 설명한다. 도 1은 실시예에 따른 태양전지를 도시한 평면도이고, 도 2는 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이며, 도 3은 실시예에 따른 태양전지의 지지기판 및 후면 전극층을 도시한 도면이고, 도 4는 실시예에 따른 태양전지의 지지기판, 후면 전극층 및 광 흡수층을 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 제 1 실시예에 따른 태양전지는, 지지기판(100), 후면 전극층(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 전면 전극층(500) 및 다수 개의 접속부(600)들을 포함한다.
상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 후면 전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 전면 전극층(500) 및 상기 접속부(600)를 지지한다.
상기 지지기판(100)은 절연체일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 유리 기판, 플라스틱 기판 또는 금속 기판일 수 있다. 더 자세하게, 상기 지지기판(100)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 투명할 수 있다. 상기 지지기판(100)은 리지드(rigid)하거나 플렉서블(flexible)할 수 있다.
상기 후면 전극층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 후면 전극층(200)은 도전층이다. 상기 후면 전극층(200)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴 등의 금속을 들 수 있다.
또한, 상기 후면 전극층(200)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
상기 후면 전극층(200)에는 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 제 1 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛일 수 있으나, 실시예가 이에 제한되지는 않는다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 상기 후면 전극층(200)은 다수 개의 후면 전극들로 구분된다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 다수 개의 후면 전극들이 정의될 수 있다.
상기 후면 전극들은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서 서로 이격된다. 상기 후면 전극들은 스트라이프 형태로 배치된다.
이와는 다르게, 상기 후면 전극들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 격자 형태로 형성될 수 있다.
상기 후면 전극층(200)의 표면 및 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해 노출되는 상기 지지기판(100)의 표면은 요철 형상을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 후면 전극층(200)의 표면 및 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해 노출되는 상기 지지기판(100)의 표면은 높은 거칠기 즉, 높은 표면 조도를 가지도록 요철 형상을 포함할 수 있다. 이러한 요철은 삼각, 사각, 원형 등 다양한 형상의 패턴을 포함할 수 있다.
상기 후면 전극층(200)의 표면 및 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해 노출되는 상기 지지기판(100)의 표면에 대해서는 이하에서 상세하게 설명한다.
상기 광 흡수층(300)은 상기 후면 전극층(200) 상에 배치된다. 또한, 상기 광 흡수층(300)에 포함된 물질은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 채워진다.
상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 계 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계) 결정 구조, 구리-인듐-셀레나이드계 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다.
상기 광 흡수층(300)의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1eV 내지 1.8eV일 수 있으나 실시예는 이에 제한되지 않는다.
이어서, 상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300)에 직접 접촉한다.
상기 버퍼층(400) 상에는 고저항 버퍼층(도면에 미도시)이 더 배치될 수 있다. 상기 고저항 버퍼층은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층의 에너지 밴드갭은 약 3.1eV 내지 3.3eV일 수 있으나 실시예는 이에 제한되지 않는다.
상기 버퍼층(400) 상에는 제 2 관통홈들(TH2)이 형성될 수 있다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 후면 전극층(200)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 평면에서 보았을 때, 일 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있으나, 실시예는 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 버퍼층(400)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 버퍼층들로 정의된다. 즉, 상기 버퍼층(400)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 상기 버퍼층들로 구분된다.
상기 전면 전극층(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 배치된다. 더 자세하게, 상기 전면 전극층(500)은 상기 고저항 버퍼층 상에 배치된다. 상기 전면 전극층(500)은 투명하며 도전층이다. 또한, 상기 전면 전극층(500)의 저항은 상기 후면 전극층(500)의 저항보다 높다.
상기 전면 전극층(500)은 산화물을 포함한다. 일례로, 상기 전면 전극층(500)으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드(Al doped ZnC;AZO), 인듐 징크 옥사이드(indium zinc oxide;IZO) 또는 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide;ITO) 등을 들 수 있다.
상기 전면 전극층(500)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내부에 위치하는 접속부(600)들을 포함한다.
상기 버퍼층(400) 및 상기 전면 전극층(500)에는 제 3 관통홈들(TH3)이 형성된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 버퍼층(400)의 일부 또는 전부, 상기 고저항 버퍼층 및 상기 전면 전극층(500)을 관통할 수 있다. 즉, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 후면 전극층(200)의 상면을 노출시킬 수 있다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 인접하는 위치에 형성된다. 더 자세하게, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 옆에 배치된다. 즉, 평면에서 보았을 때, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 옆에 나란히 배치된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 1 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 전면 전극층(500)을 관통한다. 더 자세하게, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및/또는 상기 고저항 버퍼층을 일부 또는 전부를 관통할 수 있다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 전면 전극층(500)은 다수 개의 전면 전극들로 구분된다. 즉, 상기 전면 전극들은 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서 정의된다.
상기 전면 전극들은 상기 후면 전극들과 대응되는 형상을 가진다. 즉, 상기 전면 전극들은 스트라이프 형태로 배치된다. 이와는 다르게, 상기 전면 전극들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
또한, 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 다수 개의 태양전지들(C1, C2...)이 정의된다. 더 자세하게, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 및 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 태양전지들(C1, C2...)이 정의된다. 즉, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 및 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 실시예에 따른 태양전지는 상기 태양전지들(C1, C2...)로 구분된다. 또한, 상기 태양전지들(C1, C2...)은 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 서로 연결된다. 즉, 상기 태양전지들(C1, C2...)을 통하여 상기 제 2 방향으로 전류가 흐를 수 있다.
즉, 상기 태양전지 패널(10)은 상기 지지기판(100) 및 상기 태양전지들(C1, C2...)을 포함한다. 상기 태양전지들(C1, C2...)은 상기 지지기판(100) 상에 배치되고, 서로 이격된다. 또한, 상기 태양전지들(C1, C2...)은 상기 접속부들(600)에 의해서 서로 직렬로 연결된다.
상기 접속부들(600)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 배치된다. 상기 접속부들(600)은 상기 전면 전극층(500)으로부터 하방으로 연장되며, 상기 후면 전극층(200)에 접속된다. 예를 들어, 상기 접속부들(600)은 상기 제 1 셀(C1)의 전면전극으로부터 연장되어, 상기 제 2 셀(C2)의 후면전극에 접속된다.
따라서, 상기 접속부들(600)은 서로 인접하는 태양전지들을 연결한다. 더 자세하게, 상기 접속부들(600)은 서로 인접하는 태양전지들에 각각 포함된 전면 전극과 후면 전극을 연결한다.
상기 접속부(600)는 상기 전면 전극층(600)과 일체로 형성된다. 즉, 상기 접속부(600)로 사용되는 물질은 상기 전면 전극층(500)으로 사용되는 물질과 동일하다.
이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여, 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 지지기판(100) 및 후면 전극층(200)을 상세하게 설명한다.
도 3을 참조하면, 제 1 실시예에 따른 태양전지는 지지기판(100) 상에 후면 전극층(200)이 형성되고, 상기 후면 전극층(200)은 제 1 관통홈들(TH1)에 의해 다수 개의 후면 전극들로 구분된다.
이때, 상기 지지기판(100)의 표면 및 상기 후면 전극층(200)의 표면은 요철 형상을 포함할 수 있다.
자세하게, 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해 노출되는 상기 지지기판(100)의 표면(110)은 요철 형상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 지지기판(100)의 표면(110)은 높은 평균 표면 조도를 가질 수 있다. 자세하게. 상기 지기기판(100)의 표면(110)의 평균 표면 조도(Ra1)는 약 28㎚ 내지 약 100㎚일 수 있다.
상기 평균 표면 조도(Ra1)가 28㎚ 미만인 경우, 상기 지지기판(100) 상에 형성되는 상기 광 흡수층(300)의 들뜸 현상이 발생할 수 있고, 상기 평균 표면 조도(Ra1)가 100㎚를 초과하는 경우, 식각 공정에 따른 공정 효율이 저하될 수 있다.
또한, 상기 후면 전극층(200)의 상면(210) 및 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해 노출되는 상기 후면 전극층(200)의 측면(220)은 요철 형상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 후면 전극층(200)의 상면(210) 및 측면(220)은 높은 평균 표면 조도를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 후면 전극층(200)의 상면(210) 및 측면(220)의 평균 표면 조도(Ra2)는 약 28㎚ 내지 약 100㎚일 수 있다.
상기 평균 표면 조도(Ra2)가 28㎚ 미만인 경우, 상기 후면 전극층(200) 상에 형성되는 상기 광 흡수층(300)의 들뜸 현상이 발생할 수 있고, 상기 평균 표면 조도(Ra2)가 100㎚를 초과하는 경우, 식각 공정에 따른 공정 효율이 저하될 수 있다.
상기 지기기판(100)의 표면(110)의 평균 표면 조도(Ra1)와 상기 후면 전극층(200)의 상면(210) 및 측면(220)의 평균 표면 조도(Ra2)는 서로 다른 값을 가질 수 있다.
자세하게, 상기 지기기판(100)의 표면(110)의 평균 표면 조도(Ra1)가 상기 후면 전극층(200)의 상면(210) 및 측면(220)의 평균 표면 조도(Ra2)보다 더 큰 평균 표면 조도를 가질 수 있다. 일례로, 상기 지기기판(100)의 표면(110)의 평균 표면 조도(Ra1)는 상기 후면 전극층(200)의 상면(210) 및 측면(220)의 평균 표면 조도(Ra2)에 비해 약 1㎚ 내지 약 10㎚ 만큼 더 큰 표면 조도를 가질 수 있다.
상기 지기기판(100)의 표면(110)의 평균 표면 조도(Ra1)와 상기 후면 전극층(200)의 상면(210) 및 측면(220)의 평균 표면 조도(Ra2) 차이가 상기 범위를 벗어나는 경우, 상기 지지기판(100)과 상기 광 흡수층(300) 및 상기 후면 전극층(200)과 상기 광 흡수층(300)의 접착력 차이로 인해 광 흡수층(300)의 들뜸 현상이 발생할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제 2 실시예에 따른 태양전지는 지지기판(100) 상에 후면 전극층(200)이 형성되고, 상기 후면 전극층(200)은 제 1 관통홈들(TH1)에 의해 다수 개의 후면 전극들로 구분된다. 이어서, 상기 후면 전극층(200) 상에 상기 제 1 관통홈들(TH1)을 채우면서 광 흡수층(300)이 형성된다.
이에 의해, 상기 지지기판(100)에는 상기 지지기판(100)과 상기 광 흡수층(300)의 접촉면이 형성되고, 상기 후면 전극층(200)에는 상기 후면 전극층(200)과 상기 광 흡수층(300)의 접촉면이 형성된다.
자세하게, 상기 후면 전극층(200)에는 상기 후면 전극층(200)의 상면과 상기 광 흡수층(300)이 접촉하는 제 1 접촉면(710); 및 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해 노출되는 상기 후면 전극층(200)의 측면과 상기 광 흡수층(300)이 접촉하는 제 2 접촉면(720)이 형성된다.
또한, 상기 지지기판(100)에는 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해 노출되는 상기 지지기판(100)의 상면과 상기 광 흡수층(300)이 접촉하는 제 3 접촉면(730)이 형성된다.
이때, 상기 후면 전극층(200)의 상기 제 1 접촉면(710) 및 상기 제 2 접촉면(720)은 요철 형상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 지지기판(100)의 상기 제 3 접촉면(730)은 요철 형상을 포함할 있다.
또한, 상기 제 1 접촉면(710), 상기 제 2 접촉면(720) 및 상기 제 3 접촉면(730)은 높은 평균 표면 조도를 가질 수 있다. 자세하게. 상기 제 1 접촉면(710), 상기 제 2 접촉면(720) 및 상기 제 3 접촉면은 약 28㎚ 내지 약 100㎚의 평균 표면 조도를 가질 수 있다.
상기 평균 표면 조도가 28㎚ 미만인 경우, 상기 지지기판(100) 및 상기 후면 전극층(200) 상에 형성되는 상기 광 흡수층(300)의 들뜸 현상이 발생할 수 있고, 상기 평균 표면 조도가 100㎚를 초과하는 경우, 식각 공정에 따른 공정 효율이 저하될 수 있다.
또한, 상기 제 1 접촉면(710) 및 상기 제 2 접촉면(720)과 상기 제 3 접촉면(730)은 서로 다른 평균 표면 조도를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제 3 접촉면(730)의 평균 표면 조도는 상기 제 1 접촉면(710)의 평균 표면 조도 및 상기 제 2 접촉면(720)의 평균 표면 조도보다 더 클 수 있다. 일례로, 상기 제 3 접촉면(730)의 평균 표면 조도는 상기 제 1 접촉면(710)의 평균 표면 조도 및 상기 제 2 접촉면(720)의 평균 표면 조도보다 약 1㎚ 내지 약 10㎚ 만큼 더 클 수 있다.
상기 제 3 접촉면(730)과 상기 제 1 접촉면(710) 및 상기 제 2 접촉면(720)의 평균 표면 조도 차이가 상기 범위를 벗어나는 경우, 상기 지지기판(100)과 상기 광 흡수층(300) 및 상기 후면 전극층(200)과 상기 광 흡수층(300)의 접착력 차이로 인해 광 흡수층(300)의 들뜸 현상이 발생할 수 있다.
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여, 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 지지기판(100) 및 후면 전극층(200)을 식각하는 공정을 설명한다.
도 5를 참조하면, 상기 지지기판(100) 상에 후면 전극층(200)을 형성하고, 상기 후면 전극층(200)을 제 1 관통홈들(TH1)에 의해 패터닝하여 다수 개의 후면 전극들로 구분한다.
이어서, 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해 노출되는 상기 지지기판(100)의 표면 및 상기 후면 전극층(200)의 상면 및 측면을 건식 공정을 이용하여 식각할 수 있다. 자세하게, 상기 지지기판(100)의 표면 및 상기 후면 전극층(200)의 상면 및 측면을 육불화황(SF6) 가스를 이용하여 건식 공정에 의해 식각할 수 있다.
자세하게, 상기 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된 상기 지지기판(100) 및 상기 후면 전극층(200)상에 육불화황(SF6) 가스를 투입하여, 상기 지지기판(100)의 표면 및 상기 후면 전극층(200)의 표면을 식각할 수 있다. 일례로, 진공 챔버 내에 상기 지지기판(100) 및 상기 후면 전극층(200)을 배치한 후, 진공 챔버 내부로 육불화항 가스를 투입하여, 상기 지지기판(100)의 표면 및 상기 후면 전극층(200)의 표면을 식각할 수 있다.
이에 따라, 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해 노출되는 상기 지지기판(100)의 표면과 상기 후면 전극층(200)의 상면 및 측면에는 황(S) 또는 불소(F)가 포함될 수 있다.
상기 육불화황(SF6) 가스는 상기 지지기판(100)과 상기 후면 전극층(200)의 표면을 동시에 식각할 수 있다. 즉, 한번의 공정으로 상기 지지기판(100)과 상기 후면 전극층(200)의 표면을 식각하여 상기 지지기판(100)과 상기 후면 전극층(200)의 표면조도를 향상시킬 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지는, 상기 육뷸화황 가스를 이용하여 지지기판과 후면 전극층을 각각 식각하지 않고, 한번의 공정으로 동시에 식각할 수 있으므로, 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 6을 참조하면, 상기 지지기판(100)의 표면과 상기 후면 전극층의 상면 및 측면은 습식 공정을 이용하여 식각할 수 있다.
일례로, 상기 지지기판(100) 및 상기 후면 전극층(200)은 서로 다른 식각액을 이용하여 각각 식각할 수 있다. 일례로, 상기 지지기판(100)은 제 1 식각액을 이용할 수 있고, 상기 후면 전극층은 제 2 식각액을 이용하여 식각할 수 있다.
자세하게, 상기 지지기판(100)은 불산계 식각액을 이용하여 상기 지지기판(100)의 표면에 요철 형상을 형성할 수 있다. 또한, 상기 후면 전극층(200)은 인산계, 초산계 또는 질산계 식각액을 이용하여 상기 후면 전극층(200)의 표면에 요철을 형성할 수 있다.
상기 지지기판(100) 및 상기 후면 전극층(200)의 식각 공정은 동시에 또는 순차적으로 진행될 수 있다.
이러한 건식 또는 습식 식각 공정에 따라, 상기 지기기판(100) 및 상기 후면 전극층(200)의 표면에는 요철 형상의 패턴이 형성될 수 있고, 이러한 요철 패턴에 의해 상기 지기기판(100) 및 상기 후면 전극층(200)의 평균 표면 조도는 증가할 수 있다.
종래에는, 상기 제 1 관통홈이 형성된 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성할 때, 상기 제 1 관통홈에 의해 상기 광 흡수층의 접착력이 감소하여, 상기 광 흡수층이 완전히 증착되지 않고, 증착 후 들뜸 즉, 벗겨지는 현상이 발생하였다. 이에 따라, 태양전지의 저항이 증가하는 문제점이 발생하였고, 이로 인해 태양전지의 전체적이 효율이 감소하는 문제점이 있었다.
이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는 상기 제 1 관통홈을 형성한 후, 지지기판 및 후면 전극층에 일정한 요철 형상의 패턴을 형성하여 일정 범위 내로 표면 조도를 향상시킨 후에, 광 흡수층을 증착한다.
이에 따라, 상기 표면 조도의 향상으로 인해 접착 면적이 증가할 수 있어 후면 전극층과 광 흡수층 또는 지지기판과 광 흡수층의 접착력이 향상될 수 있어, 광 흡수층의 증착 후 광 흡수층이 벗겨지는 들뜸 현상을 방지할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지는 전체적으로 향상된 광-전 변화 효율을 가질 수 있다.
이하, 실험예를 통하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 본 발명을 좀더 상세하게 설명하기 위하여 예시로 제시한 것에 불과하다. 따라서 본 발명이 이러한 실험예에 한정되는 것은 아니다.
실험예
유리 또는 플라스틱의 지지기판 상에 몰리브덴을 포함하는 후면 전극층을 형성한 후, 후면 전극층을 패터닝하여 다수 개의 후면 전극들로 구분하였다.
이어서, 상기 후면 전극층과 패터닝에 의해 노출된 지지기판 상에 육불화황 가스를 투입하거나(건식 공정) 식각액을 투입하여, 후면 전극층의 표면 및 지지기판의 표면 상에 요철 패턴을 형성하여 표면 조도를 일정 범위로 향상시켰다.
결과
지지기판 및 후면 전극의 표면 조도를 일정하게 변화시켜 광 흡수층의 들뜸 발생 여부를 확인하였다.
표면 조도의 범위와 광 흡수층의 들뜸 발생 여부는 하기 표 1과 같았다.
표 1
실험예 재료 처리전 조도(㎚) 처리후 조도(㎚) 광 흡수층 들뜸 발생 여부
실험예1 지지기판 약 1 동일(미처리) 발생
후면전극층 약 1~10 동일(미처리)
실험예2 지지기판 약 1 3~13 발생
후면전극층 약 1~10 3~15
실험예3 지지기판 약 1 14~28 발생
후면전극층 약 1~10 8~25
실험예4 지지기판 약 1 30~56 미발생
후면전극층 약 1~10 28~51
실험예5 지지기판 약 1 42~68 미발생
후면전극층 약 1~10 35~61
표 1을 참고하면 상기 지지기판 및 상기 후면 전극층의 표면 조도가 증가할 수록 상기 광 흡수층의 들뜸 현상이 발생하지 않는 것을 알 수 있다.
특히, 상기 지지기판 및 후면 전극층의 표면 조도가 약 28㎚ 이상인 경우 상기 광 흡수층의 들뜸 현상이 발생하지 않는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 지지기판의 표면 조도가 상기 후면 전극층의 표면 조도보다 큰 경우에 광 흡수층의 들뜸 현상이 발생하지 않는 것을 알 수 있다.
즉, 상기 지지기판 및 상기 후면 전극층의 표면 조도 증가로 상기 광 흡수층과 상기 후면 전극층 또는 상기 광 흡수층과 상기 지지기판의 접착력이 향상하여 상기 광 흡수층 증착 후 상기 광 흡수층의 들뜸 현상을 방지할 수 있으므로, 실시예에 따른 태양전지는 이로 인한 저항 상승을 방지할 수 있어 전체적으로 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 7 내지 도 14를 참조하여, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명한다. 도 7 내지 도 14는 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
먼저, 도 7을 참조하면, 지지기판(100) 상에 후면 전극층(200)이 형성된다.
이어서, 도 8을 참조하면, 상기 후면 전극층(200)은 패터닝되어 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 지지기판(100) 상에 다수 개의 후면 전극들이 형성된다. 상기 후면 전극층(200)은 레이저에 의해서 패터닝된다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하며, 약 80㎛ 내지 약 200㎛의 폭을 가질 수 있다.
또한, 상기 지지기판(100) 및 상기 후면 전극층(200) 사이에 확산 방지막 등과 같은 추가적인 층이 개재될 수 있고, 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 추가적인 층의 상면을 노출하게 된다.
이어서, 도 9를 참조하면, 상기 후면 전극층(200)의 상면과 측면, 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해 노출되는 상기 지지기판(100)의 상면을 식각한다. 상기 식각 공정은 앞서 설명한 건식 공정 또는 습식 공정에 의해 동시에 또는 지지기판(100)과 후면 전극층(200)을 분리하여 식각할 수 있다.
이러한 식각 공정에 의해, 상기 후면 전극층(200)의 상면과 측면, 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해 노출되는 상기 지지기판(100)의 상면에는 요철 형상의 패턴이 형성되고 앞서 설명한 범위의 평균 표면 조도를 가질 수 있다.
이어서, 도 10을 참조하면, 상기 후면 전극층(200) 상에 광 흡수층(300)이 형성된다. 상기 광 흡수층(300)은 스퍼터링 공정 또는 증발법 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(300)을 형성하기 위해서 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시키면서 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(300)을 형성하는 방법과 금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션(Selenization) 공정에 의해 형성시키는 방법이 폭넓게 사용되고 있다.
금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션 하는 것을 세분화하면, 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정에 의해서, 상기 후면전극(200) 상에 금속 프리커서 막이 형성된다.
이후, 상기 금속 프리커서 막은 셀레이제이션(selenization) 공정에 의해서, 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(300)이 형성된다.
이와는 다르게, 상기 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 상기 셀레니제이션 공정은 동시에 진행될 수 있다.
이와는 다르게, 구리 타겟 및 인듐 타겟 만을 사용하거나, 구리 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 셀레니제이션 공정에 의해서, CIS계 또는 CIG계 광 흡수층(300)이 형성될 수 있다.
이후, 도 11을 참조하면, 황화 카드뮴이 스퍼터링 공정 또는 용액성장법(chemical bath depositon;CBD) 등에 의해서 증착되고, 상기 버퍼층(400)이 형성된다.
이어서, 상기 버퍼층(400) 상에 징크 옥사이드가 증착 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 고저항 버퍼층이 더 형성될 수 있다. 상기 고저항 버퍼층은 디에틸아연(diethylzinc, DEZ)을 증착함으로써 형성될 수 있다.
상기 고저항 버퍼층은 화학 증착(chemical vapor deposition, CVD), 유기금속 화학 증착(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD) 또는 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD)에 의해 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 고저항 버퍼층은 유기금속 화학 증착을 통해 형성될 수 있다.
이어서, 도 12를 참조하면, 상기 광 흡수층(300) 및 상기 버퍼층(400)의 일부가 제거되어 제 2 관통홈들(TH2)이 형성된다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)은 팁 등의 기계적인 장치 또는 레이저 장치 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 180㎛의 폭을 가지는 팁에 의해서, 상기 광 흡수층(300) 및 상기 버퍼층(400)은 패터닝될 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 약 200㎚ 내지 약 600㎚의 파장을 가지는 레이저에 의해서 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 100㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 후면전극층(200)의 상면의 일부를 노출하도록 형성된다.
이어서, 도 13을 참조하면, 상기 버퍼층(400) 상에 투명한 도전물질이 증착되어 전면 전극층(500)이 형성된다.
상기 전면 전극층(500)은 무산소 분위기에서 상기 투명한 도전물질이 증착되어 형성될 수 있다. 더 자세하게, 상기 전면 전극층(500)은 산소를 포함하지 않는 불활성 기체 분위기에서 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드가 증착되어 형성될 수 있다.
상기 전면 전극층을 형성하는 단계는, RF 스퍼터링 방법으로 ZnO 타겟을 사용하여 증착하는 방법 또는 Zn 타겟을 이용한 반응성 스퍼터링 방법으로 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드를 증착하여 형성될 수 있다.
상기 전면 전극층(500)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해 노출되는 상기 후면 전극층(200)과 접촉한다.
이어서, 도 14를 참조하면, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 전면 전극층(500)의 일부가 제거되어 제 3 관통홈들(TH3)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 전면 전극층(500)은 패터닝되어, 다수 개의 전면전극들 및 제 1 셀(C1), 제 2 셀(C2) 및 제 3 셀들(C3)이 정의된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
앞서 설명하였듯이, 실시예에 따른 태양전지 제조 방법은 향상된 광-전 효율을 가지는 태양전지를 제조할 수 있다.
즉, 상기 광 흡수층이 증착되는 상기 지지기판의 표면 및 상기 후면 전극층의 표면의 표면 조도를 일정 범위로 증가시킴으로써, 상기 광 흡수층과 상기 지지기판 또는 상기 광 흡수층과 상기 후면 전극층의 접합력을 향상시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 광 흡수층이 증착된 후, 상기 광 흡수층이 벗겨지는 들뜸 현상을 방지할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지 및 태양전지 제조 방법은 광 흡수층의 들뜸 현상을 방지할 수 있어 전체적인 태양전지의 효율을 향상시킬 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 (15)

  1. 지지기판;
    상기 지지기판 상에 형성되는 후면 전극층;
    상기 후면 전극층 상에 형성되는 제 1 관통홈;
    상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층; 및
    상기 광 흡수층 상에 형성되는 전면 전극층을 포함하고,
    상기 제 1 관통홈에 의해 노출되는 상기 지지기판의 평균 표면 조도(Ra1)는 약 28㎚ 내지 약 100㎚인 태양전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 후면 전극층의 상면 및 상기 제 1 관통홈에 의해 노출되는 상기 후면 전극층의 측면의 평균 표면 조도(Ra2)는 약 28㎚ 내지 약 100㎚인 태양전지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 지지기판의 평균 표면 조도(Ra1)는, 상기 후면 전극층의 상면 및 상기 제 1 관통홈에 의해 노출되는 상기 후면 전극층의 측면의 표면 조도(Ra2)와 다른 태양전지.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 지지기판의 평균 표면 조도(Ra1)는 상기 후면 전극층의 상면 및 상기 제 1 관통홈에 의해 노출되는 상기 후면 전극층의 측면의 표면 조도(Ra2)보다 더 큰 태양전지.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 지지기판의 평균 표면 조도(Ra1)는 상기 후면 전극층의 상면 및 상기 제 1 관통홈에 의해 노출되는 상기 후면 전극층의 측면의 표면 조도(Ra2)에 대해 약 1㎚ 내지 약 10㎚ 만큼 더 큰 태양전지.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 관통홈에 의해 노출되는 상기 지지기판의 표면 및 상기 후면 전극층의 표면은 요철 형상인 태양전지.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 지지기판의 표면, 상기 후면 전극층의 상면 또는 상기 제 1 관통홈에 의해 노출되는 상기 후면 전극층의 측면은 삼각 형상, 사각 형상 및 원 형상 중 적어도 하나의 형상을 포함하는 태양전지.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 관통홈에 의해 노출되는 상기 지지기판의 표면, 상기 후면 전극층의 상면 및 상기 제 1 관통홈에 의해 노출되는 상기 후면 전극층의 측면 중 적어도 하나의 면은 황(S) 또는 불소(F)를 포함하는 태양전지.
  9. 지지기판;
    상기 지지기판 상에 형성되는 후면 전극층;
    상기 후면 전극층 상에 형성되는 제 1 관통홈;
    상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층; 및
    상기 광 흡수층 상에 형성되는 전면 전극층을 포함하고,
    상기 후면 전극층은,
    상기 후면 전극층의 상면과 상기 광 흡수층이 접촉하는 제 1 접촉면; 및
    상기 제 1 관통홈에 의해 노출되는 상기 후면 전극층의 측면과 상기 광 흡수층이 접촉하는 제 2 접촉면을 포함하고,
    상기 지지기판은,
    상기 제 1 관통홈에 의해 노출되는 상기 지지기판의 상면과 상기 광 흡수층이 접촉하는 제 3 접촉면을 포함하며,
    제 1 접촉면 내지 제 3 접촉면의 평균 표면 조도는 28㎚ 내지 100㎚인 태양전지.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1 접촉면 내지 상기 제 3 접촉면은 요철 형상을 포함하는 태양전지.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 접촉면 내지 상기 제 3 접촉면은 삼각 형상, 사각 형상 및 원 형상 중 적어도 하나의 형상을 포함하는 태양전지.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 제 3 접촉면의 평균 표면 조도는, 상기 제 1 접촉면 및 상기 제 2 접촉면의 평균 표면 조도와 다른 태양전지.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 제 3 접촉면의 평균 표면 조도는, 상기 제 1 접촉면 및 상기 제 2 접촉면의 평균 표면 조도보다 더 큰 태양전지.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제 3 접촉면의 평균 표면 조도는, 상기 제 1 접촉면 및 상기 제 2 접촉면의 평균 표면 조도보다 1㎚ 내지 10㎚ 만큼 더 큰 태양전지.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1 접촉면 내지 상기 제 3 접촉면은 황(S) 또는 불소(F)를 포함하는 태양전지.
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