WO2023059120A1 - 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

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WO2023059120A1
WO2023059120A1 PCT/KR2022/015092 KR2022015092W WO2023059120A1 WO 2023059120 A1 WO2023059120 A1 WO 2023059120A1 KR 2022015092 W KR2022015092 W KR 2022015092W WO 2023059120 A1 WO2023059120 A1 WO 2023059120A1
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solar cell
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cigs
substrate
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김병인
금동기
이명원
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동우 화인켐 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof.
  • Photovoltaic cells or solar cells that convert sunlight into electricity can be classified into inorganic solar cells and organic solar cells depending on the material of the light absorption layer used.
  • Inorganic solar cells can be classified into silicon-based solar cells and compound semiconductor solar cells.
  • the compound semiconductor solar cell has a low cost ratio compared to a silicon-based solar cell, and has the advantage of being price competitive and being able to manufacture a thinner thin-film solar cell.
  • Compound semiconductor solar cells include CdTe (Cadmium Telluride) solar cells and CIGS solar cells, and the need to develop CIGS solar cells with higher photoelectric conversion efficiency than CdTe solar cells is emerging.
  • Korean Patent Publication No. 10-2015-0094944 discloses a CIGS solar cell using a glass substrate and a graphene back electrode in order to improve the efficiency of the CIGS solar cell.
  • glass since glass is used as a substrate, it is difficult to implement flexible characteristics, and there is a limit in process temperature, so there is a problem in that it is difficult to heat treatment at a high temperature of 600 ° C. or higher to form a CIGS light absorption layer.
  • An object of the present invention is to provide a CIGS solar cell with improved transparency and flexible characteristics since a transparent film is attached to the front electrode and/or the rear electrode.
  • an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a CIGS solar cell capable of performing a high-temperature process using a graphene layer or a montmorillonite layer for manufacturing a CIGS solar cell.
  • an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a CIGS solar cell with improved process efficiency by using a graphene layer or a montmorillonite layer for manufacturing a CIGS solar cell.
  • an object of the present invention is to provide a laminate for manufacturing a CIGS solar cell including a graphene layer or a montmorillonite layer that can be suitably used for the manufacture of a CIGS solar cell.
  • the present invention includes the steps of forming a graphene layer or a montmorillonite layer on a substrate for processing; forming a back electrode on the graphene layer or the montmorillonite layer; forming a CIGS light absorption layer on the rear electrode; forming a buffer layer on the CIGS light absorption layer; forming a front electrode on the buffer layer; and separating the laminate composed of the rear electrode, the CIGS light absorption layer, the buffer layer, and the front electrode with the graphene layer or the montmorillonite layer as a boundary.
  • the present invention relates to a CIGS solar cell manufactured by the above manufacturing method.
  • the back electrode a CIGS light absorption layer formed on the rear electrode; a buffer layer formed on the CIGS light absorption layer; a front electrode formed on the buffer layer; and a first substrate formed on one of the front electrode and the rear electrode, wherein the first substrate is a transparent film directly attached to one of the front electrode and the rear electrode, and the first substrate It relates to a CIGS solar cell, characterized in that it does not contain silver glass.
  • a substrate for a process A graphene layer or montmorillonite layer formed on the process substrate; a rear electrode formed on the graphene layer or the montmorillonite layer; a CIGS light absorption layer formed on the rear electrode; a buffer layer formed on the CIGS light absorption layer; and a front electrode formed on the buffer layer. It relates to a laminate for manufacturing a CIGS solar cell.
  • CIGS solar cell According to the CIGS solar cell according to the present invention, transparency can be increased, and thus improved light efficiency can be provided compared to conventional CIGS solar cells.
  • the CIGS solar cell according to the present invention as the transparency is increased, it can be applied to general windows, etc., so that the usability can be increased compared to the conventional CIGS solar cell.
  • the usability can be increased compared to the conventional CIGS solar cell.
  • FIG. 1 is a diagram showing a laminated structure of a laminate for manufacturing a CIGS solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2a to 2c are diagrams illustrating a CIGS solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • 3A to 3B are diagrams illustrating a CIGS solar cell according to another embodiment of the present invention.
  • 4 to 5 are flowcharts illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 7A to 7B are diagrams illustrating a laminate for manufacturing a CIGS solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention relates to a CIGS solar cell with improved transparency and flexible characteristics and a method for manufacturing a CIGS solar cell with improved process efficiency by using a high-temperature processing method.
  • the present invention the rear electrode; a CIGS light absorption layer formed on the rear electrode; a buffer layer formed on the CIGS light absorption layer; a front electrode formed on the buffer layer; and a first substrate formed on one of the front electrode and the rear electrode, wherein the first substrate is a transparent film directly attached to one of the front electrode and the rear electrode, and the substrate is glass. It relates to a CIGS solar cell, characterized in that it does not contain.
  • the present invention comprises the steps of forming a graphene layer or montmorillonite layer on a process substrate; forming a back electrode on the graphene layer or the montmorillonite layer; forming a CIGS light absorption layer on the rear electrode; forming a buffer layer on the CIGS light absorption layer; forming a front electrode on the buffer layer; and separating the laminate composed of the rear electrode, the CIGS light absorption layer, the buffer layer, and the front electrode with the graphene layer or the montmorillonite layer as a boundary.
  • a substrate for a process A graphene layer or montmorillonite layer formed on the process substrate; a rear electrode formed on the graphene layer or the montmorillonite layer; a CIGS light absorption layer formed on the rear electrode; a buffer layer formed on the CIGS light absorption layer; and a front electrode formed on the buffer layer. It relates to a laminate for manufacturing a CIGS solar cell.
  • spatially relative terms “below”, “bottom”, “lower”, “above”, “upper”, “upper”, etc. refer to one element or component and another element or component as shown in the drawings. It can be used to easily describe the correlation with Spatially relative terms should be understood as encompassing different orientations of elements in use or operation in addition to the orientations shown in the figures. For example, when elements shown in the drawings are turned over, elements described as “below” or “below” other elements may be placed “above” the other elements. Accordingly, the exemplary term “below” may include directions of both down and up. Elements may also be oriented in other orientations, and thus spatially relative terms may be interpreted according to orientation.
  • FIG. 1 is a diagram showing a laminated structure of a laminate 100 for manufacturing a CIGS solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • a laminate 100 includes a rear electrode 110, a CIGS light absorption layer 120 formed on the rear electrode, and a buffer layer 130 formed on the CIGS light absorption layer 120. ) and the front electrode 140 formed on the buffer layer 130 .
  • the rear electrode 110 may include Mo (molybdenum).
  • Se silicon
  • Mo molybdenum
  • Se silicon
  • MoSe 2 layer is formed. This MoSe 2 layer improves the efficiency of the solar cell by allowing the junction between the metal Mo and the semiconductor CIGS to be an ohmic contact.
  • the thickness of the back electrode 110 may be greater than or equal to 300 nm and less than or equal to 2,000 nm.
  • efficiency may drop rapidly, and when it exceeds 2,000 nm, optical transparency may be remarkably lowered, thereby adversely affecting efficiency.
  • the thickness of the rear electrode 110 is not limited thereto, and may be appropriately adjusted to ensure light transmittance of the rear electrode 110 by reflecting characteristics of components included in the rear electrode 110 .
  • CIGS light absorption layer 120 is group IB (Cu, Ag, Au), group IIIA (B, Al, Ga, In, Ti) and group VIA (O, S, Se, Te, Po of the periodic table) ) element may be an IB-IIIA-VIA group chalcopyrite compound semiconductor.
  • the IB-IIIA-VIA group compound semiconductor is an excellent light absorbing p-type semiconductor.
  • the CIGS light absorption layer 120 may be classified into CIS, CIGS, CIGSS, etc., depending on whether In and Ga are simultaneously used or not, and Se and S are simultaneously used.
  • CuIn 1-x Ga x (S y Se 1-y ) 2 (here, 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1).
  • the CIGS solar cell uses Cu(IN,Ga)Se 2 , that is, a compound semiconductor composed of four elements: copper (Cu) - indium (In) - gallium (Ga) - selenium (Se). It may be a manufactured solar cell.
  • Embodiments of the present invention have been described as an example of a CIGS solar cell, but are not limited thereto, and may also be applied to a CIS solar cell such as CuInSe 2 or a CIGSS solar cell containing selenium (Se) and sulfur (S) at the same time.
  • a CIS solar cell such as CuInSe 2 or a CIGSS solar cell containing selenium (Se) and sulfur (S) at the same time.
  • the buffer layer 130 may include cadmium sulfide (CdS).
  • CdS cadmium sulfide
  • the front electrode 140 serves as a transparent window through which sunlight passes through the surface of the solar cell, a material having high light transmittance and electrical conductivity is used.
  • the front electrode 140 may include zinc oxide (ZnO) or indium tin oxide (ITO).
  • the front electrode 140 may be a ZnO-ITO bilayer.
  • the front electrode 140 may be a ZnO single layer or an ITO single layer. Since ITO has better conductivity than ZnO, when a ZnO-ITO double layer is used as the front electrode 140, it may have better conductivity than a single layer.
  • the CIGS light absorption layer 120 which is a p-type semiconductor
  • the front electrode 140 which is an n-type semiconductor
  • the buffer layer 130 may be used to form an electrically good junction.
  • FIGS. 2A to 2C are diagrams illustrating a solar cell 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the solar cell 200 shown in FIGS. 2A to 2C has a first substrate 102 and/or a second substrate 142 further attached to the laminate 100 shown in FIG.
  • the description of the laminate 100 can be equally applied to the solar cell 200 shown in FIGS. 2A to 2C.
  • the description of the substrate hereinafter may be applied to both the first substrate 102 and the second substrate 142 .
  • the solar cell 200 may include a laminate 100 and a substrate formed on the laminate 100 .
  • the substrate may be formed on the rear electrode 110 , the front electrode 140 , or both the rear electrode 110 and the front electrode 140 .
  • the first substrate 102 and the second substrate 142 may be transparent films directly attached to the rear electrode 110 and/or the front electrode 140 .
  • the transparent film may have transparent and flexible characteristics.
  • the transparent film may include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene isophthalate (PEI), polyethylene naphthalate (PEN), polybutylene terephthalate ( polyester resins such as polybutylene terephthalate (PBT); cellulosic resins such as diacetyl cellulose and triacetyl cellulose (TAC); polycarbonate (PC) resin; polyethylene (PE) resin; polypropylene (PP) resin; acrylic resins such as polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyethyl acrylate (PEA), and polyethyl methacrylate (PEMA); And it may include one or more selected from the group consisting of a cyclic olefin polymer (COP), and the like.
  • COP cyclic ole
  • the first substrate 102 and the second substrate 142 according to the present embodiment do not include glass. Accordingly, since the substrate of the solar cell 200 is composed of a transparent film rather than glass, as the transparency and flexibility of the solar cell 200 are improved, the solar cell 200 can be used in general windows and doors, etc. It can be applied to various uses that require more flexible characteristics such as being able to unfold and fold depending on the climate or for reasons such as portability.
  • a solar cell 200 may include a first substrate 102 stacked on a laminate 100 and a back electrode 110, and referring to FIG. 2B, the solar cell 200 may further include a second substrate 142 stacked on the laminate 100 and the front electrode 140, and referring to FIG. 2C, the solar cell 200 includes the laminate 100 and the rear electrode ( 110) and a first substrate 102 and a second substrate 142 stacked on the front electrode 140, respectively.
  • FIGS. 3A to 3B are diagrams illustrating a solar cell 200 according to another embodiment of the present invention.
  • the solar cell 200 shown in FIGS. 3A to 3B has a first reflective layer 104 and/or a second reflective layer 144 further attached to the solar cell 200 shown in FIGS. 2A to 2B .
  • the description of the solar cell 200 in relation to FIGS. 2A to 2B may be equally applied to the solar cell 200 shown in FIGS. 3A to 3B.
  • the first reflective layer 104 and the second reflective layer 144 have the same characteristics, and descriptions of the reflective layer hereinafter may be applied to both the first reflective layer 104 and the second reflective layer 144.
  • the reflective layer allows light passing through the substrate and the laminate 100 to be reflected and reach the CIGS light absorbing layer 120 .
  • the reflective layer is generally a thin metal film having high light reflectance, or other materials such as titanium dioxide (TiO 2 ), calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), and zirconium oxide (ZrO 2 ). Not limited to this.
  • the metal thin film is silver (Ag), aluminum (Al), indium (In), tin (Sn), gold (Au), platinum (Pt), zinc (Zn), titanium (Ti), lead (Pb), palladium (Pd), germanium (Ge), copper (Cu), nickel (Ni), and Ag alloys (Ag, Pd, Cu alloy) may include at least one.
  • a solar cell 200 may include a first substrate 102 , a laminate 100 and a second reflective layer 144 . Accordingly, light passing through the first substrate 102 and the laminate 100 is reflected by the second reflection layer 144 and re-absorbed by the CIGS light absorption layer 120 .
  • the solar cell 200 may include a second substrate 142 , a laminate 100 and a first reflective layer 104 . Accordingly, light passing through the second substrate 142 and the laminate 100 is reflected by the first reflection layer 104 and re-absorbed by the CIGS light absorption layer 120 .
  • the solar cell 200 further includes the first reflective layer 104 or the second reflective layer 144 , light efficiency of the solar cell 200 can be further improved.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a manufacturing method of a CIGS solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • the method described in FIG. 4 may be implemented using components shown in FIGS. 1 to 3B.
  • the order described in FIG. 4 is based on one embodiment, and steps 401 to 406 may be implemented simultaneously or in any order.
  • the substrate used in the manufacturing method of the CIGS solar cell according to the present invention may be composed of a material different from the first substrate 102 and the second substrate 142 described in relation to FIGS. 2A to 3B, in the following, To differentiate from the first substrate 102 and the second substrate 142, the substrate used in the manufacturing method of the CIGS solar cell is referred to as a process substrate.
  • the process substrate may include a wafer, copper (Cu), nickel (Ni), copper-nickel alloy, or glass, but is not limited thereto.
  • a graphene layer or a montmorillonite layer is formed on a process substrate (step 401).
  • the graphene layer or the montmorillonite layer may act as a separation layer for separation from a laminate composed of a rear electrode, a CIGS light absorption layer, a buffer layer, and a front electrode formed by a process described later.
  • CVD chemical vapor deposition
  • a solution process may be used in which fine montmorillonite particles are dispersed in a solvent, coated, and then the solvent is removed.
  • the montmorillonite layer is formed through the solution process as described above, since a uniform surface can be formed compared to a graphene layer formed by chemical vapor deposition or the like, interface characteristics can be further improved. In addition, it is preferable because productivity can be improved by simplifying the process more.
  • the montmorillonite layer may have a single-layer structure or a multi-layer structure by adjusting the concentration of the solution used in the solution process, and a multi-layer structure may be more preferable in terms of ease of separation at the interface and reduction of pinhole occurrence.
  • a back electrode is formed on the graphene layer or the montmorillonite layer (step 402).
  • the back electrode may be formed on the graphene layer or the montmorillonite layer using a sputtering method, but is not limited thereto.
  • a CIGS light absorption layer is formed on the back electrode (step 403).
  • the CIGS light absorption layer may be formed on the rear electrode by heat treatment at a temperature of 200° C. or more and 1,000° C. or less, including a sputtering method and a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method. there is.
  • PECVD plasma enhanced chemical vapor deposition
  • a Cu (In, Ga) precursor layer is formed on the back electrode (metal sputtering step), and a heat treatment process (selenization step) is performed in a Se atmosphere.
  • a CIGS thin film is formed through selenization, or a CIGS precursor layer is formed on the back electrode (metal sputtering step), and a CIGS thin film is formed through a heat treatment process (annealing step).
  • the heat treatment process requires a temperature condition of at least 200° C., and energy efficiency may be improved as the temperature increases.
  • a process substrate such as a wafer and a graphene layer formed on the process substrate
  • a solar cell is manufactured using a montmorillonite layer. That is, by forming a graphene layer or a montmorillonite layer that does not melt even under a condition exceeding 600 ° C. on the substrate for processing, an ultra-high temperature process can be used when heat-treating the CIGS light absorption layer.
  • the CIGS light absorption layer may be formed on the rear electrode at a temperature of 200° C. or more and 1,000° C. or less using a plasma chemical vapor deposition (PECVD) method.
  • PECVD plasma chemical vapor deposition
  • the manufacturing method of the CIGS solar cell according to the present embodiment uses a substrate for processing and a graphene layer or montmorillonite layer formed on the substrate for processing, so an ultra-high temperature process exceeding 600° C. can be used.
  • a buffer layer is formed on the CIGS light absorption layer (step 404).
  • the buffer layer may be formed on the CIGS light absorption layer using a chemical deposition method, for example, a chemical bath deposition (CBD) method, but is not limited thereto.
  • CBD chemical bath deposition
  • a front electrode is formed on the buffer layer (step 405).
  • the front electrode may be formed on the buffer layer using a sputtering method, but is not limited thereto.
  • the graphene layer or the montmorillonite layer is separated from the laminate composed of the rear electrode-CIGS light absorption layer-buffer layer-front electrode (step 406).
  • the adhesive force at the interface between the graphene layer and the montmorillonite layer is relatively low compared to the interface between the other layers. Therefore, when a physical force is applied to the laminated structure composed of the process substrate-graphene layer or montmorillonite layer-rear electrode-CIGS light absorption layer-buffer layer-front electrode, the interface between the graphene layer and the rear electrode or the montmorillonite layer with the weakest adhesive strength Separation occurs at the interface between the rear electrodes. Accordingly, a laminate composed of a back electrode, a CIGS light absorption layer, a buffer layer, and a front electrode for manufacturing a CIGS solar cell according to the present embodiment can be manufactured.
  • the manufacturing method of the CIGS solar cell according to the present invention can be separated by simply applying physical force between the laminate composed of the rear electrode-CIGS light absorption layer-buffer layer-front electrode and the interface of the graphene layer or montmorillonite layer. does not involve any chemical treatment process. Accordingly, there is an advantage in preventing degradation of solar cell efficiency due to damage to the solar cell stack accompanying the chemical treatment process.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell according to another embodiment of the present invention.
  • the method described in FIG. 5 may be implemented using components shown in FIGS. 1 to 3 .
  • the order described in FIG. 5 is based on one embodiment, and steps 511 to 513 and steps 521 to 522 may be implemented simultaneously or in any order.
  • step 406 of FIG. 4 as the process substrate-graphene layer or montmorillonite layer is separated, a laminate composed of a back electrode-CIGS light absorption layer-buffer layer-front electrode is generated, and then among steps 511 to 513 of FIG.
  • a solar cell may be manufactured according to any one step.
  • a solar cell may be manufactured by attaching a transparent film to the rear electrode of the laminate formed in step 406 (step 511) and forming a reflective layer on the front electrode of the laminate (step 521).
  • the solar cell according to this embodiment may be manufactured in a form in which only a transparent film is attached to the rear electrode without performing step 521.
  • a solar cell may be manufactured by attaching a transparent film to the front electrode of the laminate formed in step 406 (step 512) and forming a reflective layer on the rear electrode of the laminate (step 522).
  • the solar cell according to the present embodiment may be manufactured in a form in which only a transparent film is attached to the front electrode without performing step 522 .
  • a solar cell may be manufactured by attaching a transparent film to each of the back electrode and the front electrode of the laminate formed in step 406 (step 513).
  • a solar cell having a transparent film attached to both sides or one end thereof, a solar cell having a transparent film attached to one side of both sides and a reflective layer formed on the other side thereof can be manufactured.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a method for manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention. Since the drawing shown in FIG. 6 can be implemented using the components and steps shown in FIGS. 1 to 5, redundant descriptions will be omitted.
  • step 401 of FIG. 4 the process substrate 610-graphene layer 620 or montmorillonite layer 630 is created, and in step 402, process substrate 610-graphene layer 620 or montmorillonite layer 630 )-rear electrode 110 is created, and in step 403, process substrate 610-graphene layer 620 or montmorillonite layer 630-rear electrode 110-CIGS light absorption layer 120 is created, In step 404, the process substrate 610-graphene layer 620 or montmorillonite layer 630-rear electrode 110-CIGS light absorption layer 120-buffer layer 130 is created, and in step 405, Substrate 610 - graphene layer 620 or montmorillonite layer 630 - back electrode 110 - CIGS light absorption layer 120 - buffer layer 130 - front electrode 140 are created, and in step 406, the back electrode (110)-CIGS light absorption layer 120-buffer layer 130-front electrode 140, and process substrate 610-graphene layer 620 or montmorillon
  • the solar cell 200 having a transparent film attached to both sides or one side according to the present embodiment, or both sides A solar cell 200 having a transparent film attached to one side and a reflective layer formed on the other side may be manufactured.
  • FIGS. 7A to 7B are diagrams illustrating a laminate 300 for manufacturing a CIGS solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • the laminate 300 for manufacturing a CIGS solar cell includes a substrate 610 for processing, a graphene layer 620 formed on the substrate 610 for processing, and a graphene layer 620. ), a rear electrode 110 formed on the rear electrode 110, a CIGS light absorption layer 120 formed on the rear electrode 110, a buffer layer 130 formed on the CIGS light absorption layer 120, and a front electrode 140 formed on the buffer layer 130. ) may be included.
  • the laminate 300 for manufacturing a CIGS solar cell includes a substrate 610 for processing and a montmorillonite layer (MMT layer, 630) formed on the substrate 610 for processing.
  • MMT layer, 630 montmorillonite layer
  • the back electrode 110 formed on the montmorillonite layer 630, the CIGS light absorption layer 120 formed on the back electrode 110, the buffer layer 130 formed on the CIGS light absorption layer 120, and the buffer layer 130 formed on the A formed front electrode 140 may be included.
  • the laminate 300 for manufacturing a CIGS solar cell shown in FIGS. 7A and 7B includes a process substrate 610 and a graphene layer 620 in the laminate 100 shown in FIG. 1, or a process substrate 610 and A montmorillonite layer 630 is further attached, and the description of the laminate 100 in relation to FIG. 1 can be equally applied to the laminate 300 for manufacturing a CIGS solar cell shown in FIGS. 7A and 7B. .
  • the process substrate 610 is distinguished from the first substrate 102 and the second substrate 142 described with reference to FIGS. 2A to 3B , and the graphene layer 620 or the montmorillonite layer 630 ) can be used.
  • it may include a wafer, copper (Cu), nickel (Ni), a copper-nickel alloy, or glass, but is not limited thereto.
  • the graphene layer 620 is formed between the process substrate 610 and the back electrode 110, and may be single-layer graphene or multi-layer graphene. .
  • the montmorillonite layer 630 is also formed between the process substrate 610 and the back electrode 110, and may be single-layer graphene or multi-layer graphene. .
  • the graphene layer 620 or the montmorillonite layer 630 is a separation layer for separation from the laminate 100 composed of the back electrode 110 - CIGS light absorption layer 120 - buffer layer 130 - front electrode 140
  • the laminate 300 for manufacturing a CIGS solar cell according to the present invention may be an intermediate structure used for manufacturing the solar cell 200. That is, the laminate 300 for manufacturing a CIGS solar cell means a laminate in a state progressed from steps 401 to 405 described in FIG. 130) -
  • the laminate 100 composed of the front electrode 140 and the graphene layer 620 or the montmorillonite layer 630 may be separated (step 406).
  • the graphene layer 620 and the montmorillonite layer 630 have relatively low adhesive strength at the interfaces compared to interfaces between other layers. Therefore, the laminate structure 300 composed of the process substrate 610 - graphene layer 620 or montmorillonite layer 630 - rear electrode 110 - CIGS light absorption layer 120 - buffer layer 130 - front electrode 140 When a physical force is applied to ), separation occurs at the interface between the graphene layer 620 and the back electrode 110, which has the weakest adhesive force, or the interface between the montmorillonite layer 630 and the back electrode 110.
  • the montmorillonite layer 630 between the process substrate 610 and the rear electrode 110.
  • CIGS solar cell According to the CIGS solar cell according to the present invention, transparency can be increased, and thus improved light efficiency can be provided compared to conventional CIGS solar cells.

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Abstract

본 발명은, 기판 상에 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층을 형성하는 단계; 상기 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층 상에 후면 전극을 형성하는 단계; 상기 후면 전극 상에 CIGS 광흡수층을 형성하는 단계; 상기 CIGS 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층 상에 전면 전극을 형성하는 단계; 및 상기 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층을 경계로 상기 후면 전극, CIGS 광흡수층, 버퍼층 및 전면 전극으로 구성되는 적층체를 분리하는 단계;를 포함하는, CIGS 태양전지의 제조 방법, 이러한 방법에 의하여 제조된 CIGS 태양전지 및 CIGS 태양전지 제조용 적층체에 관한 것이다.

Description

태양전지 및 이의 제조방법
본 발명은 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
태양광을 전기의 형태로 변환시키는 태양전지(Photovoltaic Cell 또는 Solar Cell)는 사용되는 광흡수층의 소재에 따라 무기(inorganic) 태양전지와 유기(organic) 태양전지로 분류할 수 있고. 무기 태양전지는 실리콘계 태양전지 및 화합물 반도체 태양전지로 분류할 수 있다. 화합물 반도체 태양전지는 실리콘계 태양전지에 비해 원가비중이 낮아 가격 경쟁력이 있고, 더 얇은 박막 태양전지를 제조할 수 있다는 장점이 있다. 화합물 반도체 태양전지는 CdTe(Cadmium Telluride) 태양전지 및 CIGS 태양전지 등을 포함하고, CdTe 태양전지 대비 광전 변환 효율이 높은 CIGS 태양전지 개발 필요성이 대두되고 있다.
이에, 높은 투명도를 가지는 CIGS 태양전지를 제조하기 위하여 다양한 방법이 시도되고 있다. 예를 들어, 한국 공개특허 제10-2015-0094944호는 CIGS 태양전지의 효율을 향상시키기 위하여, 유리 기판 및 그래핀(graphene) 후면 전극을 사용하는 CIGS 태양전지를 개시하고 있다. 그러나, 기판으로 유리를 사용하고 있기에 플렉서블한 특성을 구현하기 어렵고, 공정 온도의 한계가 있어 CIGS 광흡수층을 형성하기 위한 600℃ 이상의 초고온의 열처리 작업이 어렵다는 문제가 있다.
따라서, 초고온 열처리 공정이 가능하면서도, 높은 투명도 및 플렉서블한 특성을 가지는 CIGS 태양전지를 제조하는 방법의 개발이 필요하다.
본 발명은, 전면 전극 및/또는 후면 전극에 투명필름이 부착되기에, 투명성 및 플렉서블(flexible)한 특성이 향상된 CIGS 태양전지를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, CIGS 태양전지 제조를 위하여 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층을 사용하여, 고온 공정이 가능한 CIGS 태양전지 제조 방법을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, CIGS 태양전지 제조를 위하여 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층을 사용하여, 공정 효율이 향상된 CIGS 태양전지 제조 방법을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, CIGS 태양전지의 제조에 적합하게 사용 가능한 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층을 포함하는 CIGS 태양전지 제조용 적층체를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
본 발명은, 공정용 기판(substrate) 상에 그래핀층(graphene layer) 또는 몬모릴로나이트층(montmorillonite layer)을 형성하는 단계; 상기 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층 상에 후면 전극을 형성하는 단계; 상기 후면 전극 상에 CIGS 광흡수층을 형성하는 단계; 상기 CIGS 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층 상에 전면 전극을 형성하는 단계; 및 상기 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층을 경계로 상기 후면 전극, CIGS 광흡수층, 버퍼층 및 전면 전극으로 구성되는 적층체를 분리하는 단계;를 포함하는, CIGS 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 상기 제조 방법에 의하여 제조된 CIGS 태양전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 후면 전극; 상기 후면 전극 상에 형성된 CIGS 광흡수층; 상기 CIGS 광흡수층 상에 형성된 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 형성된 전면 전극; 및 상기 전면 전극 및 상기 후면 전극 중 하나의 전극에 형성된 제1 기판;을 포함하고, 상기 제1 기판은 상기 전면 전극 및 상기 후면 전극 중 하나의 전극에 직접 부착된 투명필름이고, 상기 제1 기판은 유리를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는, CIGS 태양전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 공정용 기판; 상기 공정용 기판 상에 형성된 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층; 상기 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층 상에 형성된 후면 전극; 상기 후면 전극 상에 형성된 CIGS 광흡수층; 상기 CIGS 광흡수층 상에 형성된 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 형성된 전면 전극;을 포함하는. CIGS 태양전지 제조용 적층체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 CIGS 태양전지에 의하면, 투명도를 증가시킬 수 있어, 종래 CIGS 태양전지 대비 향상된 광효율을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 CIGS 태양전지에 의하면, 투명도가 증가됨에 따라 일반 창호 등에 적용이 가능하여, 종래 CIGS 태양전지 대비 활용성이 증가될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 CIGS 태양전지에 의하면, 플렉서블(flexible)한 특성이 증가됨에 따라, 종래 CIGS 태양전지 대비 활용성이 증가될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 CIGS 태양전지 제조 방법에 의하면, 고온 공정이 가능하기에, 종래 CIGS 태양전지 제조 방법 대비 공정 효율 및 광효율이 향상될 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 CIGS 태양전지 제조를 위한 적층체의 적층 구조를 나타낸 도이다.
도 2a 내지 도 2c는, 본 발명의 일 실시예에 따른 CIGS 태양전지를 나타낸 도이다.
도 3a 내지 도 3b는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 CIGS 태양전지를 나타낸 도이다.
도 4 내지 도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 나타낸 흐름도들이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 도시화한 도이다.
도 7a 내지 도 7b는, 본 발명의 일 실시예에 따른 CIGS 태양전지 제조용 적층체를 나타낸 도이다.
본 발명은, 투명도 및 플렉서블(flexible)한 특성이 향상된 CIGS 태양전지 및 고온 공정법을 사용함에 따라 공정 효율이 향상된 CIGS 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 본 발명은, 후면 전극; 상기 후면 전극 상에 형성된 CIGS 광흡수층; 상기 CIGS 광흡수층 상에 형성된 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 형성된 전면 전극; 및 상기 전면 전극 및 상기 후면 전극 중 하나의 전극에 형성된 제1 기판;을 포함하고, 상기 제1 기판은 상기 전면 전극 및 상기 후면 전극 중 하나의 전극에 직접 부착된 투명필름이고, 상기 기판은 유리를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는, CIGS 태양전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 공정용 기판 상에 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층을 형성하는 단계; 상기 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층 상에 후면 전극을 형성하는 단계; 상기 후면 전극 상에 CIGS 광흡수층을 형성하는 단계; 상기 CIGS 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층 상에 전면 전극을 형성하는 단계; 및 상기 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층을 경계로 상기 후면 전극, CIGS 광흡수층, 버퍼층 및 전면 전극으로 구성되는 적층체를 분리하는 단계;를 포함하는, CIGS 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 공정용 기판; 상기 공정용 기판 상에 형성된 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층; 상기 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층 상에 형성된 후면 전극; 상기 후면 전극 상에 형성된 CIGS 광흡수층; 상기 CIGS 광흡수층 상에 형성된 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 형성된 전면 전극;을 포함하는. CIGS 태양전지 제조용 적층체에 관한 것이다.
이하, 도면을 참고하여, 본 발명의 실시 예들을 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니되며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않은 한 복수형도 포함한다.
명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 「아래」, 「저면」, 「하부」, 「위」, 「상면」, 「상부」 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 「아래」 또는 「하부」로 기술된 소자는 다른 소자의 「위」에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 「아래」는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
< CIGS 태양전지 >
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 CIGS 태양전지의 제조를 위한 적층체(100)의 적층 구조를 나타낸 도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 적층체(100)는 후면 전극(110), 후면 전극 상에 형성된 CIGS 광흡수층(120), CIGS 광흡수층(120) 상에 형성된 버퍼층(130) 및 버퍼층(130) 상에 형성된 전면 전극(140)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 후면 전극(110)은 Mo(몰리브덴)을 포함할 수 있다. CIGS 광흡수층(120)을 후면 전극(110) 상에 형성하기 위한 공정에 Se(셀레늄)이 사용될 수 있고, 이 경우 Mo는 Se와 반응하여 후면 전극(110)과 CIGS 광흡수층(120) 사이에 MoSe2 층을 형성한다. 이러한 MoSe2 층은 금속 Mo와 반도체 CIGS 사이의 접합이 오믹 접촉(Ohmic contact)이 되도록 하여, 태양전지의 효율을 향상시킨다.
후면 전극(110)의 광 투과성 보장을 위하여, 후면 전극(110)의 두께는 300 nm 이상 2,000 nm 이하가 될 수 있다. 후면 전극(110)의 두께가 300 nm 미만인 경우 효율이 급격히 떨어질 수 있으며, 2,000 nm 초과가 될 경우 광학적으로 투명도가 현저히 떨어져 효율에 악영향을 끼칠 수 있다.
다만, 후면 전극(110)의 두께는 이에 한정되지 않고, 후면 전극(110)에 포함된 성분의 특성을 반영하여, 후면 전극(110)의 광 투과성이 보장되도록 적절히 조정될 수 있다.
본 실시예에 따른 CIGS 광흡수층(120)은 주기율표의 IB족(Cu, Ag, Au), IIIA족(B, Al, Ga, In, Ti) 및 VIA족(O, S, Se, Te, Po) 원소를 일부 포함하는 IB-IIIA-VIA족 찰코파이라이트(chalcopyrite)계 화합물 반도체일 수 있다. 상기 IB-IIIA-VIA족 화합물 반도체는 우수한 광흡수 p형 반도체이다. 상기 CIGS 광흡수층(120)은 In과 Ga의 동시 사용 여부, Se과 S의 동시 사용 여부에 따라 CIS, CIGS 및 CIGSS 등으로 구분될 수 있고, 본 발명에서는 CuIn1-xGax(SySe1-y)2 (여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1)로 표기한다. 예를 들어 설명하면, CIGS 태양전지는 Cu(IN,Ga)Se2, 즉, 구리(Cu)-인듐(In)-갈륨(Ga)-셀레늄(Se)의 4원소로 이루어진 화합물 반도체를 이용하여 제조된 태양전지일 수 있다.
본 발명의 실시예들은 CIGS 태양전지를 예로 들어 기재하고 있으나, 이에 한정되지 않고, CuInSe2 등과 같은 CIS 태양전지 또는 셀레늄(Se)과 황(S)을 동시에 포함하는 CIGSS 태양전지에도 적용될 수 있다.
본 실시예에 따른 버퍼층(130)은 CdS(황화카드뮴; Cadmium Sulfide)을 포함할 수 있다. 버퍼층(130)은 CIGS 흡수층(120)과 전면 전극(140) 사이에 형성되고, CIGS 태양전지의 효율을 극대화할 수 있도록 한다.
본 실시예에 따른 전면 전극(140)은 태양전지 표면에서 태양광이 투과되어 들어오는 투명창 역할을 하므로, 광투과율 및 전기전도성이 높은 물질이 사용된다. 예를 들어 설명하면, 전면 전극(140)은 ZnO(산화아연; Zinc Oxide) 또는 ITO(인듐주석산화물; Indium Tin Oxide)을 포함할 수 있다.
좀 더 상세히 설명하면, 전면 전극(140)은 ZnO-ITO 이중층일 수 있다. 또는, 전면 전극(140)은 ZnO 단일층 또는 ITO 단일층일 수 있다. ITO가 ZnO보다 전도성이 우수하기에, 전면 전극(140)으로 ZnO-ITO 이중층을 사용할 경우, 단일층일 경우보다 더 우수한 전도성을 가질 수 있다.
본 실시예에 따른 CIGS 태양전지는 p형 반도체인 CIGS 광흡수층(120)과 n형 반도체인 전면 전극(140)이 PN 접합을 형성한다. PN 접합을 형성할 때, CIGS 광흡수층(120)과 전면 전극(140)은 격자상수와 에너지 밴드갭의 차이가 크기 때문에, 전기적으로 양호한 접합을 형성하기 위한 버퍼층(130)이 사용될 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지(200)를 나타낸 도이다. 도 2a 내지 도 2c에 도시된 태양전지(200)는 도 1에 도시된 적층체(100)에 제1 기판(102) 및/또는 제2 기판(142)이 더 부착된 것으로, 도 1과 관련하여 적층체(100)에 대하여 기재한 설명은 도 2a 내지 도 2c에 도시된 태양전지(200)에도 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 제1 기판(102) 및 제2 기판(142)은 동일한 특성을 가지는 것으로, 이하에서 기판에 관하여 기재하는 설명은 제1 기판(102) 및 제2 기판(142) 모두에 적용될 수 있다.
본 실시예에 따른 태양전지(200)는 적층체(100) 및 상기 적층체(100)에 형성된 기판을 포함할 수 있다. 예를 들어 설명하면, 기판은 후면 전극(110) 상에 형성되거나, 전면 전극(140) 상에 형성되거나, 또는 후면 전극(110) 및 전면 전극(140) 상에 모두에 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 제1 기판(102) 및 제2 기판(142)은 후면 전극(110) 및/또는 전면 전극(140)에 직접 부착되는 투명필름일 수 있다. 예를 들어 설명하면, 투명필름은 투명하고 플렉서블한 특성을 가지는 것일 수 있다. 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 상기 투명필름은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌 이소프탈레이트(polyethylene isophthalate; PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate; PBT) 등의 폴리에스테르계 수지; 디아세틸 셀룰로오스(diacetyl cellulose), 트리아세틸 셀룰로오스(triacetyl cellulose; TAC) 등의 셀룰로오스계 수지; 폴리카보네이트(polycarbonate; PC) 수지; 폴리에틸렌(polyethylene; PE) 수지; 폴리프로필렌(polypropylene; PP) 수지; 폴리메틸 아크릴레이트(polymethyl acrylate; PMA), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate; PMMA), 폴리에틸 아크릴레이트(polyethyl acrylate; PEA), 폴리에틸 메타크릴레이트(polyethyl methacrylate; PEMA) 등의 아크릴계 수지; 및 환형 올레핀계 폴리머(cyclic olefin polymer; COP) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 제1 기판(102) 및 제2 기판(142)은 유리를 포함하지 않는다. 이에 따라, 태양전지(200)의 기판이 유리가 아닌 투명필름으로 구성되기에, 태양전지(200)의 투명성 및 유연성이 향상됨에 따라, 태양전지(200)를 일반 창호 등을 비롯해, 설치장소의 기후에 따라 혹은 휴대 등의 목적을 이유로 펼치고 접을 수 있는 보다 유연한 특성이 요구되는 다양한 용도에 적용할 수 있다.
도 2a를 참조하면, 태양전지(200)는 적층체(100) 및 후면 전극(110) 상에 적층된 제1 기판(102)을 포함할 수 있고, 도 2b를 참조하면, 태양전지(200)는 적층체(100) 및 전면 전극(140) 상에 적층된 제2 기판(142)을 더 포함할 수 있고, 도 2c를 참조하면, 태양전지(200)는 적층체(100) 및 후면 전극(110)과 전면 전극(140) 상에 각각 적층된 제1 기판(102) 및 제2 기판(142)을 더 포함할 수 있다.
도 3a 내지 도 3b는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 태양전지(200)를 나타낸 도이다. 도 3a 내지 도 3b에 도시된 태양전지(200)는 도 2a 내지 도 2b에 도시된 태양전지(200)에 제1 반사층(104) 및/또는 제2 반사층(144)이 더 부착된 것으로, 도 2a 내지 도 2b와 관련하여 태양전지(200)에 대하여 기재한 설명은 도 3a 내지 도 3b에 도시된 태양전지(200)에도 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 제1 반사층(104) 및 제2 반사층(144)은 동일한 특성을 가지는 것으로, 이하에서 반사층에 관하여 기재하는 설명은 제1 반사층(104) 및 제2 반사층(144) 모두에 적용될 수 있다.
본 실시예에 따른 반사층은 기판 및 적층체(100)를 통과한 빛이 반사되어 CIGS 광흡수층(120)에 도달할 수 있도록 한다. 예를 들어 설명하면, 반사층은 일반적으로 광 반사율이 높은 금속박막이나 그 밖에 이산화티타늄(TiO2), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO) 및 산화지르코늄(ZrO2) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 금속박막은 은(Ag), 알루미늄(Al), 인듐(In), 주석(Sn), 금(Au), 백금(Pt), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 게르마늄(Ge), 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 Ag 합금(Ag, Pd, Cu alloy) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 3a를 참조하면, 태양전지(200)는 제1 기판(102), 적층체(100) 및 제2 반사층(144)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 기판(102) 및 적층체(100)를 통과한 빛이 제2 반사층(144)에서 반사되어, CIGS 광흡수층(120)에서 재흡수될 수 있도록 한다.
도 3b를 참조하면, 태양전지(200)는 제2 기판(142), 적층체(100) 및 제1 반사층(104)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제2 기판(142) 및 적층체(100)를 통과한 빛이 제1 반사층(104)에서 반사되어, CIGS 광흡수층(120)에서 재흡수될 수 있도록 한다.
이처럼, 태양전지(200)가 제1 반사층(104) 또는 제2 반사층(144)을 더 포함함으로써, 태양전지(200)의 광효율을 보다 향상시킬 수 있다.
< CIGS 태양전지의 제조 방법 >
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 CIGS 태양전지의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 4에 기재된 방법은 도 1 내지 도 3b에 도시된 구성요소들을 이용하여 구현될 수 있다. 도 4에 기재된 순서는 하나의 실시예에 기반한 것으로, 401 내지 406 단계는 동시에 또는 순서에 관계없이 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 CIGS 태양전지의 제조 방법에서 사용되는 기판은 도 2a 내지 도 3b와 관련하여 기재된 상기 제1 기판(102) 및 제2 기판(142)과 다른 물질로 구성될 수 있기에, 이하에서, 제1 기판(102) 및 제2 기판(142)과 구별하기 위하여, CIGS 태양전지의 제조 방법에서 사용되는 기판은 공정용 기판으로 기재한다.
예를 들어 설명하면, 상기 공정용 기판은 웨이퍼, 구리(Cu), 니켈(Ni), 구리-니켈 합금 또는 유리를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은 공정용 기판 상에 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층(montmorillonite layer, MMT층)을 형성(401 단계)한다. 상기 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층은 후술하는 공정에 의해 형성되는 후면 전극-CIGS 광흡수층-버퍼층-전면 전극으로 구성되는 적층체와의 분리를 위한 분리층으로 작용할 수 있다.
이때, 공정용 기판 상에 그래핀층을 형성하기 위하여, 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)을 이용할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 이에 따라 형성된 그래핀층은 단층 그래핀(single-layer graphene) 또는 다층 그래핀(multi-layer graphene)일 수 있다.
또한, 공정용 기판 상에 몬모릴로나이트층을 형성하기 위하여, 미세 몬모릴로나이트 입자를 용매에 분산시켜 코팅한 뒤 용매를 제거하는 용액 공정을 이용할 수 있다. 이와 같이 용액 공정을 통해 몬모릴로나이트층을 형성하는 경우, 화학 기상 증착법 등에 의해 형성되는 그래핀층에 비하여 균일한 표면을 형성할 수 있으므로 계면 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 공정을 보다 단순화하여 생산성을 향상시킬 수 있으므로 바람직하다.
상기 몬모릴로나이트층은 용액 공정에 사용되는 용액의 농도 등을 조절함에 따라 단층 구조 또는 다층 구조로 형성할 수 있으며, 경계면에서의 분리 용이성 및 핀홀 발생 저감의 측면에서 다층 구조가 보다 바람직할 수 있다.
공정용 기판 상에 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층을 형성한 후, 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층 상에 후면 전극을 형성(402 단계)한다. 이때, 후면 전극은 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용하여 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층 상에 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
그래핀층 또는 몬모릴로나이트층 상에 후면 전극을 형성한 후, 후면 전극 상에 CIGS 광흡수층을 형성(403 단계)한다.
예를 들어 설명하면, CIGS 광흡수층은 스퍼터링 방법 및 플라즈마 화학적 기상 증착 방법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD) 방법 등을 포함하여 200℃ 이상 1,000℃ 이하의 온도에서 열처리하여 후면 전극 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 CIGS 광흡수층을 형성 단계를 상세히 설명하면, 후면 전극 상에 Cu(In,Ga) 전구체층을 형성(금속 스퍼티링 단계)하고, Se 분위기에서 열처리 공정(셀렌화 단계; selenization)을 통하여 CIGS 박막을 형성하거나, 후면 전극 상에 CIGS 전구체층을 형성(금속 스퍼티링 단계)하고, 열처리 공정(어닐링 단계)을 통하여 CIGS 박막을 형성한다. 상기 열처리 공정은 적어도 200℃ 이상의 온도 조건이 요구되고, 온도가 높아질수록 에너지 효율이 향상될 수 있다.
다만, 200 내지 350℃에서 열처리 공정을 수행하는 경우 투명필름이 녹거나 변형되는 문제가 있어, 종래 태양전지들의 기판은 투명필름이 아닌 유리 기판을 사용하였다. 하지만, 유리 기판을 사용하더라도, 600℃를 초과하는 조건에서는 유리 기판도 녹기에 600℃를 초과하는 초고온 공정법 적용에 한계가 있었다.
본 발명에 따른 CIGS 태양전지 제조 방법은, CIGS 광흡수층 형성시의 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 600℃ 초과의 초고온 공정법을 사용하기 위하여, 웨이퍼 등의 공정용 기판 및 공정용 기판에 형성된 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층을 사용하여 태양전지를 제조한다. 즉, 공정용 기판에 600℃를 초과하는 조건에서도 녹지 않는 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층을 형성함에 따라, CIGS 광흡수층 열처리시 초고온 공정을 사용할 수 있다. 이와 같이 600℃ 초과의 초고온 공정법을 적용하는 경우, 이상적인 CIG 비율인 Ga/(In+Ga) = 0.3 및 Cu/(In+Ga) = 0.8~1.0 범위에 해당하거나, 이에 매우 근접한 CIG 비율을 갖는 고품질의 CIGS 광흡수층을 넓은 면적으로 형성할 수 있고, 더불어 셀렌화 공정도 대면적으로 적용이 용이한 이점이 있다.
다른 예를 들어 설명하면, CIGS 광흡수층은 플라즈마 화학적 기상 증착 방법(PECVD) 방법을 이용하여 200℃ 이상 1,000℃ 이하의 온도에서 후면 전극 상에 형성될 수 있다. 상기에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 CIGS 태양전지의 제조 방법은 공정용 기판 및 공정용 기판에 형성된 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층을 사용하기에, 600℃를 초과하는 초고온 공정을 사용할 수 있다.
후면 전극 상에 CIGS 광흡수층을 형성한 후, CIGS 광흡수층 상에 버퍼층을 형성(404 단계)한다. 이때, 버퍼층은 화학적 증착 방법(Chemical Deposition), 예를 들면, CBD(Chemical Bath Deposition) 방법을 이용하여 CIGS 광흡수층 상에 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
CIGS 광흡수층 상에 버퍼층을 형성한 후, 버퍼층 상에 전면 전극을 형성(405 단계)한다. 이때, 전면 전극은 스퍼터링 방법을 이용하여 버퍼층 상에 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
버퍼층 상에 전면 전극을 형성한 후, 후면 전극-CIGS 광흡수층-버퍼층-전면 전극으로 구성되는 적층체와, 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층을 분리(406 단계)한다. 분리 단계에 대하여 좀 더 상세히 설명하면, 그래핀층 및 몬모릴로나이트층은 계면에서의 접착력이 다른 층 사이의 계면에 비하여 상대적으로 낮다. 따라서, 공정용 기판-그래핀층 또는 몬모릴로나이트층-후면 전극-CIGS 광흡수층-버퍼층-전면 전극으로 구성된 적층구조에 물리적 힘을 가하는 경우, 가장 접착력이 약한 그래핀층과 후면 전극 사이의 계면 또는 몬모릴로나이트층과 후면 전극 사이의 계면을 경계로 분리가 일어나게 된다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 CIGS 태양전지의 제조를 위한 후면 전극-CIGS 광흡수층-버퍼층-전면 전극으로 구성되는 적층체를 제조할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 CIGS 태양전지의 제조 방법은 후면 전극-CIGS 광흡수층-버퍼층-전면 전극으로 구성되는 적층체와 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층 계면 사이에 단순히 물리력을 인가하여 분리할 수 있으며, 별도의 화학적 처리 공정을 수반하지 않는다. 따라서, 화학적 처리 공정을 수반함에 따른, 태양전지 적층체의 손상으로 인한 태양전지 효율 저하를 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 5에 기재된 방법은 도 1 내지 도 3에 도시된 구성요소들을 이용하여 구현될 수 있다. 도 5에 기재된 순서는 하나의 실시예에 기반한 것으로, 511 내지 513 단계 및 521 내지 522 단계는 동시에 또는 순서에 관계없이 구현될 수 있다.
도 4의 406 단계에 의하여, 공정용 기판-그래핀층 또는 몬모릴로나이트층이 분리됨에 따라, 후면 전극-CIGS 광흡수층-버퍼층-전면 전극으로 구성되는 적층체가 생성된 후, 도 5의 511 내지 513 단계 중 어느 하나의 단계에 따른 태양전지가 제조될 수 있다.
첫번째 경우, 상기 406 단계에서 생성된 적층체의 후면 전극에 투명필름을 부착(511 단계)하고, 상기 적층체의 전면 전극에 반사층을 형성(521 단계)하여 태양전지를 제조할 수 있다. 다만, 본 실시예에 따른 태양전지는 521 단계를 수행하지 않고, 후면 전극에 투명필름만이 부착된 형태로 제조될 수도 있다.
두번째 경우, 상기 406 단계에서 생성된 적층체의 전면 전극에 투명필름을 부착(512 단계)하고, 상기 적층체의 후면 전극에 반사층을 형성(522 단계)하여 태양전지를 제조할 수 있다. 다만, 본 실시예에 따른 태양전지는 522 단계를 수행하지 않고, 전면 전극에 투명필름만이 부착된 형태로 제조될 수도 있다.
세번째 경우, 상기 406 단계에서 생성된 적층체의 후면 전극 및 전면 전극 각각에 투명필름을 부착(513 단계)하여 태양전지를 제조할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 태양전지 제조 방법에 의하여, 양면 또는 단면에 투명필름이 부착된 태양전지, 양면 중 일면은 투명필름이 부착되고, 다른 일면은 반사층이 형성된 태양전지를 제조할 수 있다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 도식화한 도이다. 도 6에 도시된 도면은 도 1 내지 도 5에 도시된 구성요소들 및 단계를 이용하여 구현될 수 있기에, 중복되는 설명은 생략한다.
도 4의 401 단계에 의하여 공정용 기판(610)-그래핀층(620) 또는 몬모릴로나이트층(630)이 생성되고, 402 단계에 의하여 공정용 기판(610)-그래핀층(620) 또는 몬모릴로나이트층(630)-후면 전극(110)이 생성되고, 403 단계에 의하여 공정용 기판(610)-그래핀층(620) 또는 몬모릴로나이트층(630)-후면 전극(110)-CIGS 광흡수층(120)이 생성되고, 404 단계에 의하여 공정용 기판(610)-그래핀층(620) 또는 몬모릴로나이트층(630)-후면 전극(110)-CIGS 광흡수층(120)-버퍼층(130)이 생성되고, 405 단계에 의하여 공정용 기판(610)-그래핀층(620) 또는 몬모릴로나이트층(630)-후면 전극(110)-CIGS 광흡수층(120)-버퍼층(130)-전면 전극(140)이 생성되고, 406 단계에 의하여 후면 전극(110)-CIGS 광흡수층(120)-버퍼층(130)-전면 전극(140)으로 구성되는 적층체(100)와 공정용 기판(610)-그래핀층(620) 또는 몬모릴로나이트층(630)을 분리한다.
적층체(100)에 대하여, 도 5의 511 내지 513 단계 및/또는 521 내지 522 단계를 수행함에 따라, 본 실시예에 따른 양면 또는 단면에 투명필름이 부착된 태양전지(200), 또는, 양면 중 일면은 투명필름이 부착되고, 다른 일면은 반사층이 형성된 태양전지(200)를 제조할 수 있다.
< CIGS 태양전지 제조용 적층체 >
도 7a 내지 도 7b는, 본 발명의 일 실시예에 따른 CIGS 태양전지 제조용 적층체(300)를 나타낸 도이다.
도 7a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 CIGS 태양전지 제조용 적층체(300)는 공정용 기판(610), 공정용 기판(610) 상에 형성된 그래핀층(620), 그래핀층(620) 상에 형성된 후면 전극(110), 후면 전극(110) 상에 형성된 CIGS 광흡수층(120), CIGS 광흡수층(120) 상에 형성된 버퍼층(130) 및 버퍼층(130) 상에 형성된 전면 전극(140)을 포함할 수 있다.
또한, 도 7b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 CIGS 태양전지 제조용 적층체(300)는 공정용 기판(610), 공정용 기판(610) 상에 형성된 몬모릴로나이트층(MMT층, 630), 몬모릴로나이트층(630) 상에 형성된 후면 전극(110), 후면 전극(110) 상에 형성된 CIGS 광흡수층(120), CIGS 광흡수층(120) 상에 형성된 버퍼층(130) 및 버퍼층(130) 상에 형성된 전면 전극(140)을 포함할 수 있다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 CIGS 태양전지 제조용 적층체(300)는 도 1에 도시된 적층체(100)에 공정용 기판(610) 및 그래핀층(620), 또는 공정용 기판(610) 및 몬모릴로나이트층(630)이 더 부착된 것으로, 도 1과 관련하여 적층체(100)에 대하여 기재한 설명은 도 7a 및 도 7b에 도시된 CIGS 태양전지 제조용 적층체(300)에도 동일하게 적용될 수 있다.
본 실시예에 따른 공정용 기판(610)은 도 2a 내지 도 3b와 관련하여 기재된 상기 제1 기판(102) 및 제2 기판(142)과 구별되며, 상기 그래핀층(620) 또는 몬모릴로나이트층(630)을 형성하기에 적합한 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼, 구리(Cu), 니켈(Ni), 구리-니켈 합금 또는 유리를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 실시예에 따른 그래핀층(620)은 공정용 기판(610) 및 후면 전극(110) 사이에 형성되며, 단층 그래핀(single-layer graphene) 또는 다층 그래핀(multi-layer graphene)일 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 몬모릴로나이트층(630) 역시 공정용 기판(610) 및 후면 전극(110) 사이에 형성되며, 단층 몬모릴로나이트(single-layer graphene) 또는 다층 몬모릴로나이트(multi-layer graphene)일 수 있다.
상기 그래핀층(620) 또는 몬모릴로나이트층(630)은 후면 전극(110)-CIGS 광흡수층(120)-버퍼층(130)-전면 전극(140)으로 구성되는 적층체(100)와의 분리를 위한 분리층으로 작용할 수 있으며, 본 발명의 CIGS 태양전지 제조용 적층체(300)는 태양전지(200)의 제조에 사용되는 중간 구조체일 수 있다. 즉, CIGS 태양전지 제조용 적층체(300)는 도 4에 기재되는 401 내지 405 단계까지 진행된 상태의 적층체를 의미하는 것으로, 이후 공정에서 후면 전극(110)-CIGS 광흡수층(120)-버퍼층(130)-전면 전극(140)으로 구성되는 적층체(100)와, 그래핀층(620) 또는 몬모릴로나이트층(630)을 분리(406 단계)할 수 있다.
상기 그래핀층(620)은 및 몬모릴로나이트층(630)은 계면에서의 접착력이 다른 층 사이의 계면에 비하여 상대적으로 낮다. 따라서, 공정용 기판(610)-그래핀층(620) 또는 몬모릴로나이트층(630)-후면 전극(110)-CIGS 광흡수층(120)-버퍼층(130)-전면 전극(140)으로 구성된 적층구조(300)에 물리적 힘을 가하는 경우, 가장 접착력이 약한 그래핀층(620)과 후면 전극(110) 사이의 계면 또는 몬모릴로나이트층(630)과 후면 전극(110) 사이의 계면을 경계로 분리가 일어나게 된다.
후면 전극(110)과의 계면 특성을 더욱 향상시킬 수 있는 측면에서, 공정용 기판(610) 및 후면 전극(110) 사이에 몬모릴로나이트층(630)이 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
이에 따라 형성된 후면 전극(110)-CIGS 광흡수층(120)-버퍼층(130)-전면 전극(140)으로 구성되는 적층체(100)에 대하여, 도 5의 511 내지 513 단계 및/또는 521 내지 522 단계를 수행함에 따라 태양전지(200)를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 CIGS 태양전지에 의하면, 투명도를 증가시킬 수 있어, 종래 CIGS 태양전지 대비 향상된 광효율을 제공할 수 있다.

Claims (14)

  1. 공정용 기판 상에 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층을 형성하는 단계;
    상기 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층 상에 후면 전극을 형성하는 단계;
    상기 후면 전극 상에 CIGS 광흡수층을 형성하는 단계;
    상기 CIGS 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계;
    상기 버퍼층 상에 전면 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층을 경계로 상기 후면 전극, CIGS 광흡수층, 버퍼층 및 전면 전극으로 구성되는 적층체를 분리하는 단계;를 포함하는, CIGS 태양전지의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 적층체의 후면 전극 및 전면 전극 중 적어도 어느 하나의 전극에 투명필름을 부착하는 단계;를 더 포함하는, CIGS 태양전지의 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 적층체의 후면 전극 및 전면 전극 중 어느 하나의 전극에 투명필름을 부착하는 단계; 및
    상기 적층체의 후면 전극 및 전면 전극 중 상기 투명필름이 부착되지 않은 전극에 반사층을 형성하는 단계;를 더 포함하는, CIGS 태양전지의 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 후면 전극 상에 CIGS 광흡수층을 형성하는 단계는 200℃ 이상 1,000℃ 이하의 온도에서 수행되는, CIGS 태양전지의 제조 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 후면 전극 상에 CIGS 광흡수층을 형성하는 단계는 600℃ 초과 1,000℃ 이하의 온도에서 수행되는, CIGS 태양전지의 제조 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 후면 전극 상에 CIGS 광흡수층을 형성하는 단계는,
    전구체층을 형성하는 단계; 및
    600℃ 초과 1,000℃ 이하의 온도에서 열처리하는 단계를 포함하는, CIGS 태양전지의 제조 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 전면 전극은 산화아연(ZnO) 및 인듐주석산화물 (ITO) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 버퍼층은 황화카드뮴(CdS)을 포함하고, 상기 후면 전극은 몰리브덴(Mo)을 포함하는, CIGS 태양전지의 제조 방법.
  8. 청구항 2 또는 3에 있어서, 상기 투명필름은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌 이소프탈레이트(polyethylene isophthalate; PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate; PBT), 디아세틸 셀룰로오스(diacetyl cellulose), 트리아세틸 셀룰로오스(triacetyl cellulose; TAC), 폴리카보네이트(polycarbonate; PC), 폴리에틸렌(polyethylene; PE), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리메틸 아크릴레이트(polymethyl acrylate; PMA), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate; PMMA), 폴리에틸 아크릴레이트(polyethyl acrylate; PEA), 폴리에틸 메타크릴레이트(polyethyl methacrylate; PEMA) 및 환형 올레핀계 폴리머(cyclic olefin polymer; COP)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는, CIGS 태양전지의 제조 방법.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항의 제조 방법에 의하여 제조된 CIGS 태양전지.
  10. 후면 전극;
    상기 후면 전극 상에 형성된 CIGS 광흡수층;
    상기 CIGS 광흡수층 상에 형성된 버퍼층;
    상기 버퍼층 상에 형성된 전면 전극; 및
    상기 전면 전극 및 상기 후면 전극 중 하나의 전극 상에 형성된 제1 기판;을 포함하고,
    상기 제1 기판은 상기 전면 전극 및 상기 후면 전극 중 하나의 전극에 직접 부착된 투명필름이고,
    상기 제1 기판은 유리를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는, CIGS 태양전지.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 기판이 형성되지 않은 전극에 형성된 제2 기판;을 더 포함하고,
    상기 제2 기판은 상기 제1 기판이 형성되지 않은 전극에 직접 부착된 투명필름이고,
    상기 제2 기판은 유리를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는, CIGS 태양전지.
  12. 청구항 10에 있어서, 상기 제1 기판이 형성되지 않은 전극에 형성된 반사층;을 더 포함하는, CIGS 태양전지.
  13. 청구항 10 또는 11에 있어서, 상기 투명필름은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌 이소프탈레이트(polyethylene isophthalate; PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate; PBT), 디아세틸 셀룰로오스(diacetyl cellulose), 트리아세틸 셀룰로오스(triacetyl cellulose; TAC), 폴리카보네이트(polycarbonate; PC), 폴리에틸렌(polyethylene; PE), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리메틸 아크릴레이트(polymethyl acrylate; PMA), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate; PMMA), 폴리에틸 아크릴레이트(polyethyl acrylate; PEA), 폴리에틸 메타크릴레이트(polyethyl methacrylate; PEMA) 및 환형 올레핀계 폴리머(cyclic olefin polymer; COP)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는, CIGS 태양전지.
  14. 공정용 기판;
    상기 공정용 기판 상에 형성된 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층;
    상기 그래핀층 또는 몬모릴로나이트층 상에 형성된 후면 전극;
    상기 후면 전극 상에 형성된 CIGS 광흡수층;
    상기 CIGS 광흡수층 상에 형성된 버퍼층; 및
    상기 버퍼층 상에 형성된 전면 전극;을 포함하는. CIGS 태양전지 제조용 적층체.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090100692A (ko) * 2008-03-20 2009-09-24 엘지마이크론 주식회사 3단계 열처리에 의한 ｃｉｇｓ 박막 제조 방법 및 ｃｉｇｓ태양전지
KR20110023007A (ko) * 2009-08-28 2011-03-08 삼성전자주식회사 박막 태양 전지 및 이의 제조방법
KR20120059361A (ko) * 2010-11-30 2012-06-08 한국전자통신연구원 태양 전지 제조 방법 및 이에 의해 제조된 태양 전지
KR20120093892A (ko) * 2009-09-21 2012-08-23 나노그램 코포레이션 박막 태양전지 제조용 실리콘 잉크, 이의 제조방법, 및 태양 전지 구조
KR20190037766A (ko) * 2017-09-29 2019-04-08 한국에너지기술연구원 투광형 cigs계 박막 태양전지 및 그 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090100692A (ko) * 2008-03-20 2009-09-24 엘지마이크론 주식회사 3단계 열처리에 의한 ｃｉｇｓ 박막 제조 방법 및 ｃｉｇｓ태양전지
KR20110023007A (ko) * 2009-08-28 2011-03-08 삼성전자주식회사 박막 태양 전지 및 이의 제조방법
KR20120093892A (ko) * 2009-09-21 2012-08-23 나노그램 코포레이션 박막 태양전지 제조용 실리콘 잉크, 이의 제조방법, 및 태양 전지 구조
KR20120059361A (ko) * 2010-11-30 2012-06-08 한국전자통신연구원 태양 전지 제조 방법 및 이에 의해 제조된 태양 전지
KR20190037766A (ko) * 2017-09-29 2019-04-08 한국에너지기술연구원 투광형 cigs계 박막 태양전지 및 그 제조방법

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