WO2023101120A1 - 유연 태양전지 및 그의 제조방법 - Google Patents

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layer
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flexible solar
transparent electrode
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정증현
김원목
함승식
정성훈
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한국과학기술연구원
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • a metal substrate or a polymer substrate is used.
  • problems such as surface defects or current leakage are caused during a process or thin film patterning to reduce efficiency.
  • a general polymer substrate it is difficult to withstand the CIGS process temperature of about 500 degrees or more due to its low heat resistance, so the process must be performed only in a low-temperature process, but in many cases, the properties of the thin film are not superior to the high-temperature process.
  • the efficiency of the polyimide-based solar cell reported so far is 16.9%, and the maximum efficiency of the solar module is 11.7%.
  • the front electrode layer includes at least one of F-doped SnOx, (H, Mo, W)-doped InOx, Al-doped ZnOx, In-doped ZnOx, Ga-doped ZnOx, B-doped ZnOx, and Ag-structured electrode materials.
  • F-doped SnOx H, Mo, W
  • H, Mo, W H, Mo, W
  • InOx Al-doped ZnOx
  • In-doped ZnOx Al-doped ZnOx
  • In-doped ZnOx Ga-doped ZnOx
  • B-doped ZnOx Ga-doped ZnOx
  • Ag-structured electrode materials can include
  • a back electrode layer including a transparent electrode layer made of a transparent conductive oxide (TCO) and a metal intermediate layer provided on the transparent electrode layer on top of a flexible substrate; performing a first laser scribing on the back electrode layer; forming a chalcogenide light absorption layer on the back electrode layer; forming a buffer layer on the chalcogenide light absorption layer; performing a second laser scribing on the chalcogenide light absorption layer and the buffer layer; Forming a front electrode layer on the buffer layer; and performing third laser scribing on the front electrode layer, but the transparent electrode layer may be formed to have a thickness in a range of greater than 100 nm and less than 1000 nm.
  • TCO transparent conductive oxide
  • the metal intermediate layer may be provided to have a thickness of 1 ⁇ m or less.
  • FIG. 4 is a view showing whether cracks occur according to the thickness of a transparent electrode layer constituting a flexible solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • the flexible substrate 10 may be based on a polyimide (PI) material.
  • PI polyimide
  • Example 1 a flexible solar cell was manufactured including a transparent electrode layer having a thickness of 300 nm, and having excellent electrical characteristics compared to the flexible solar cell of Comparative Example including a transparent electrode layer having a thickness of 100 nm or less. Confirmed. In particular, the efficiency (Eff) and short-circuit current density (J sc ) values in the examples were measured at more than twice as high as those of the comparative examples, confirming excellent electrical efficiency during operation of the cell.
  • Eff efficiency
  • J sc short-circuit current density
  • the back electrode layer includes a transparent electrode layer and a metal intermediate layer.
  • a transparent electrode layer made of transparent conductive oxide (TCO) is formed and then a metal intermediate layer is formed on the transparent electrode layer.
  • a front electrode layer may be formed on the buffer layer.
  • the front electrode layer may include at least one of F-doped SnOx, (H, Mo, W)-doped InOx, Al-doped ZnOx, In-doped ZnOx, Ga-doped ZnOx, and B-doped ZnOx.
  • a third laser scribing pattern may be formed by performing third laser scribing on the next front electrode layer.

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Abstract

본 발명의 일 관점에 의하면, 유연 태양전지 및 태양광 모듈이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 유연 기판; 상기 유연 기판의 상부에 배치되어, 투명전도성산화물(TCO)로 이루어진 투명전극층 및 상기 투명전극층 상에 마련된 금속중간층을 포함하는 후면전극층; 상기 칼코지나이드 광흡수층의 상부에 마련된 버퍼층; 및 상기 버퍼층의 상부에 마련된 전면전극층; 을 포함하되, 상기 투명전극층은 100nm 초과 및 1000nm 미만 범위의 두께를 갖도록 마련된다.

Description

유연 태양전지 및 그의 제조방법
본 발명은 유연 태양전지 및 그의 제조방법, 보다 상세하게는 유연기판에 적용 가능한 CIGS 태양전지 및 그 제조방법으로서, 구체적으로 태양전지 제조공정 시 크랙 및 박리발생을 최소화하여 고효율을 구현할 수 있는 유연 태양전지 및 그 제조방법에 대한 것이다.
태양전지는 Cu(In,Ga)(Se,S)2와 같은 칼코지나이드 광흡수층에서 광전변환효율 23.4%를 달성하는 등, 결정질 실리콘 태양전지에 근접한 우수한 광발전 성능을 갖는다. 또한, 경량성 및 유연성을 바탕으로 다양한 환경에 적용 가능한 차세대 에너지 기술로서 관심을 받고 있다. 특히, 고효율 발전 성능을 확보한 칼코지나이드 박막 태양전지에 유연성을 부여한다면, 건물의 창호형 발전 및 자동차의 선루프, 군사용, 휴대폰, 이동기기 등 다양한 곳에 적용될 수 있으며 고부가가치 태양광 시장의 성장을 촉진할 수 있다.
이러한 태양전지를 구현하기 위해서 금속 기판 또는 폴리머 기판이 사용되는데, 금속 기판의 경우에는 공정 과정 또는 박막패터닝을 할 때 표면 결함 또는 전류 누설과 같은 문제를 일으켜 효율 저하를 시킨다. 또한, 일반 폴리머기판의 경우는 내열성이 낮아 CIGS 공정온도인 약 500도 이상을 버티기 힘들기 때문에 저온 공정으로만 공정을 진행해야 하는데 고온공정보다 박막의 특성이 우수하지 않은 경우가 많다. 현재까지 보고된 폴리이미드 기반의 태양전지의 효율은 16.9%, 태양광 모듈은 11.7%가 최대로 보고되고 있다.
하지만 내열성이 높은 폴리이미드 물질의 유연 소재의 경우 내열 온도가 500도 이상이기 때문에 안정적인 CIGS 박막 공정이 가능하다.
한편, 종래의 박막 태양전지 제조 기술에 있어서, 폴리이미드(PI) 기판과 같은 유연기판 상에 몰리브데늄(Mo)으로 이루어진 후면 전극층을 배치하고, 후면 전극층 상에 칼코지나이드 광흡수층을 배치함으로써, 박막 태양전지는 PI/Mo/CIGS 구조를 갖는다.
그러나, 이와 같이 Mo를 후면 전극 물질로 사용할 경우, 태양전지를 제작할 때 필수적으로 수행되는 고온 열처리 공정 또는 레이저 가공 시 전극층에 크랙과 기포 등이 발생하여 셀을 구현하는데 있어 박리되거나 전류가 세는 문제점이 존재한다. 이는 열팽창계수의 차이 때문인데 폴리이미드 소재의 경우 열팽창계수가 약 30 ppm/K로서 후면 전극을 이루는 Mo의 열팽창계수 4ppm/K와 수평성분 7-8ppm/K 및 수직성분 11 ppm/K로 이루어진 흡수층을 이루는 CIGS의 열팽창계수보다 훨씬 커서 박막 증착 시에 크랙이 쉽게 형성되고 기판이 휘거나 계면이 박리되는 현상이 자주 나타나는 것이다. 이러한 크랙 등은 곧 박막의 박리를 발생시키거나 패터닝 공정시에 가장자리에 잔여물을 야기하는 바, 태양전지 및 모듈을 제작할 시에 막대한 전류 및 전압손실을 가져온다는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 발명의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 전극층 및 흡수층의 손상을 최소화하기 위한 구조를 갖는 유연 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 유연 태양전지가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 유연 기판; 상기 유연 기판의 상부에 배치되어, 투명전도성산화물(TCO)로 이루어진 투명전극층 및 상기 투명전극층 상에 마련된 금속중간층을 포함하는 후면전극층; 상기 후면전극층의 상부에 마련된 칼코지나이드 광흡수층; 상기 칼코지나이드 광흡수층의 상부에 마련된 버퍼층; 및 상기 버퍼층의 상부에 마련된 전면전극층; 을 포함하되, 상기 투명전극층은 100nm 초과 및 1000nm 미만 범위의 두께를 갖도록 마련된다.
상기 금속중간층은 몰리브데늄(Mo) 및 Ag 중 적어도 어느 하나를 포함하되, 1 μm 이하의 두께를 갖도록 마련될 수 있다.
상기 투명전도성산화물(TCO)은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함할 수 있다.
상기 버퍼층은 CdS, Zn(O, S), ZnMgO, ZnSnO, ZnTiO, In2S3 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 전면전극층은 F-doped SnOx, (H, Mo, W)-doped InOx, Al-doped ZnOx, In-doped ZnOx, Ga-doped ZnOx, B-doped ZnOx 및 Ag 구조의 전극재료 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 유연기판은 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 유연 태양전지의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 유연 기판의 상부에, 투명전도성산화물(TCO)로 이루어진 투명전극층 및 상기 투명전극층 상에 마련된 금속중간층을 포함하는 후면전극층을 형성하는 단계; 상기 후면전극층에 대해 제 1 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계; 상기 후면전극층 상에 칼코지나이드 광흡수층을 형성하는 단계; 상기 칼코지나이드 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 칼코지나이드 광흡수층 및 버퍼층에 대해 제 2 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계; 상기 버퍼층 상에 전면전극층을 형성하는 단계; 및 상기 전면전극층에 대해 제 3 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계;을 포함하되, 상기 투명전극층은 100nm 초과 및 1000 nm 미만 범위의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
상기 금속중간층은 1 μm 이하의 두께를 가지도록 마련될 수 있다.
상기 투명전극층 및 금속중간층은 물리적 증착(PVD)의 방법으로 형성될 수 있다.
상기 버퍼층은 화학습식공정(CBD) 또는 원자층 증착법(ALD)으로 형성될 수 있다.
상기 칼코지나이드 광흡수층은 500℃ 미만의 온도조건에서 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이 후면전극 및 광흡수층에서 균열이나 계면 박리 현상을 최소화할 수 있는 유연 태양전지를 구현할 수 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 태양전지의 제조 시 종래의 크랙 발생 현상이 개선된 모습을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 태양전지의 구조를 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 태양전지에 인가된 전압에 따라 발생되는 전류를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 태양전지를 구성하는 투명전극층의 두께에 따른 크랙 발생 여부를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 태양전지에 있어서 종래 대비 가공성이 향상된 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 태양전지에 있어서 종래 대비 전기적효율이 향상된 모습을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 태양전지의 제조 시 종래의 크랙 발생 현상이 개선된 모습을 나타낸 도면이다. 보다 구체적으로, 도 1의 좌측은 후면전극이 Mo만으로 구성된 종래의 유연 태양전지를 제조하는 과정에 있어서, 후술할 제1 레이저 스크라이빙 공정(P1 scribing)을 수행할 때 및 이후 열처리 공정을 수행할 때, 크랙과 박리에 따른 가장자리의 잔여물(edge debris)이 발생하는 현상을 나타낸 도면이다. 도 1의 우측은 본 발명의 일 실시예에 따라 투명전극층(ITO) 및 ITO상에 마련된 금속중간층(Mo)으로 구성된 후면전극을 포함하는 유연 태양전지의 경우, 종래의 유연 태양전지에서 발생된 균열 및 박리가 관찰되지 않은 결과를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 관점에 따른 유연 태양전지의 구조를 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 태양전지(100)는 유연 기판(10)의 상부에 후면전극층(20), 칼코지나이드 광흡수층(30), 버퍼층(40) 및 전면전극층(50)이 순차적으로 적층된 구조를 포함할 수 있다.
유연 기판(10)은 폴리이미드(PI) 소재를 기반으로 할 수 있다.
후면전극층(20)은 투명전도성산화물(TCO)로 이루어진 투명전극층(20a) 및 투명전극층(20a) 상에 마련된 금속중간층(20b)을 포함한다. 또한 후술할 바와 같이, 투명전극층(20a)은 소정의 두께(h), 예를 들어, 100 nm 초과 및 1000 nm 미만의 두께(h)를 가질 수 있으며, 바람직하게는, 300 nm 내지 600nm 범위의 두께(h)를 갖도록 마련될 수 있다.
투명전극층(20a)을 구성하는 투명전도성산화물(TCO)은 인듐 아연 산화물 (IZO), 인듐 주석 산화물 (ITO), 불소 도핑된 주석산화물 (FTO), 알루미늄 도핑된 아연산화물 (AZO), F-doped SnOx, (H, Mo, W)-doped InOx, Al-doped ZnOx, In-doped ZnOx, Ga-doped ZnOx, B-doped ZnOx 및 OMO(metal oxide/thin metal/metal oxide)구조의 전극재료 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. OMO 구조에 있어서, thin metal은 Ag nanowire, graphene, carbon nanotube, Ag, Mg:Ag 합금, Au 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 다만, 인듐 주석 산화물(ITO)의 고전도율 및 80%정도의 높은 투과성으로 비추어 볼 때, 본 발명의 투명전극층(20a)을 구성하는 투명전도성산화물(TCO)은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함함이 바람직하다.
금속중간층(20b)은 몰리브데늄(Mo) 및 Ag 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 금속중간층(20b)은 투명전극층(20a) 및 칼코지나이드 광흡수층(30) 사이에 배치될 수 있다. 이 때, 금속중간층(20b)은 투명전극층(20a) 및 칼코지나이드 광흡수층(30) 간의 계면접착력을 개선시킴으로써, 이후 레이저 스크라이빙 공정 시의 가공성을 향상시키고 이후 제조된 태양전지의 작동효율을 나타내는 내부지수(fill factor, FF)를 향상시킬 수 있다.
칼코지나이드 광흡수층(30)은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se) 및 황(S) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이에 더하여, 칼코지나이드 광흡수층(30)은 알칼리성 물질을 더 포함할 수 있다.
버퍼층(40)은 CdS, Zn(O,S), ZnMgO, ZnSnO, ZnTiO 및 In2S3 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
전면전극층(50)은 F-doped SnOx, (H, Mo, W)-doped InOx, Al-doped ZnOx, In-doped ZnOx, Ga-doped ZnOx 및 B-doped ZnOx 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 이해를 돕기 위한 실험예들을 설명한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명의 실험예들이 아래의 내용만으로 한정되는 것은 아니다.
실험예
실시예는 투명전극층의 두께를 300nm 및 금속중간층의 두께를 0.5nm로 증착하여 유연 태양전지를 제조하였다. 아울러, 비교예는 투명전극층 및 금속중간층의 두께를 실시예보다 얇게 증착하되, 특히 투명전극층의 두께는 100nm이하로 형성하여 유연 태양전지를 제조하였다.
이후, 실시예 및 비교예에 따라 제조된 유연 태양전지에서 측정된 전기적 특성인 효율(Eff), 개방전압(Voc), 단락전류밀도(Jsc), 내부지수(FF) 및 병렬저항(Rsh)를 표 1과 같이 도출하였다.
Eff[%] Voc[V] Jsc[mA/cm2] FF[%] Rsh[Ωcm2]
실시예 14.5 0.718 31.3 64.2 1777
비교예 6.7 0.704 14.9 64.3 1209
표 1을 참조하면, 실시예는 300nm의 두께를 갖는 투명전극층을 포함하여 유연 태양전지를 제조한 것으로서, 100nm이하의 두께를 갖는 투명전극층을 포함하는 비교예의 유연 태양전지 대비 우수한 전기적 특성을 갖는 것이 확인되었다. 특히, 실시예에 있어서 효율(Eff) 및 단락전류밀도(Jsc)값이 비교예 대비 두배 이상의 수치가 측정됨으로써, 셀의 작동 시 우수한 전기적 효율성이 확인되었다.
이러한 실시예의 우수한 전기적 특성은 도 3의 그래프에서도 도시되어 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 태양전지에 인가된 전압에 따라 발생되는 전류를 도시한 그래프이다. 보다 구체적으로, 상술한 실시예 및 비교예의 태양전지에 인가된 전압(V)에 따라 발생되는 단락전류밀도(Jsc)를 도시한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 실시예는 300nm의 두께를 갖는 투명전극층을 포함하여 유연 태양전지를 제조한 것으로서, 100nm이하의 두께를 갖는 투명전극층을 포함하는 비교예의 유연 태양전지와 동일한 전압을 인가하였을 때, 실시예는 비교예 대비 현저하게 높은 단락전류밀도 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이처럼 유연 태양전지의 전기적 특성이 우수하게 도출되기 위해서는 내부 전극층에 크랙 등과 같은 손상을 최소화하여 태양전지를 제조할 것이 요구된다. 이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 태양전지를 구성하는 투명전극층은 100 nm 초과 및 1000 nm 미만의 두께(h)를 가질 수 있으며, 바람직하게는, 300 nm 내지 600 nm 범위의 두께(h)를 갖도록 마련될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 태양전지를 구성하는 투명전극층의 두께에 따른 크랙 발생 여부를 나타낸 도면이다.
보다 구체적으로, 도 4(a)는 두께가 100nm인 투명전극층을 포함하는 유연 태양전지 내 후면전극층에 크랙이 발생하는 현상을 나타낸 것으로서, 투명전극층의 두께가 100nm이하일 경우에는 몰리브데늄 층의 두께가 얇거나(thin) 두껍거나(thick) 상관없이 크랙과 같은 손상부위가 발생함이 확인되었다. 도 4(b)는 두께가 100 nm 초과 및 1000 nm 미만인 투명전극층을 포함하는 유연 태양전지의 경우, 예를 들어, 상기 두께가 300nm 또는 600nm일 경우, 몰리브데늄 층의 두께가 얇거나(thin) 중간이거나(mid) 두껍거나(thick) 상관없이 상술한 후면전극층 내 크랙 등의 발생이 관찰되지 않았다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명전극층이 100 nm 초과 및 1000 nm 미만 범위의 두께(h)를 가질 경우, 금속중간층은 1 μm 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 이 때, 금속중간층의 두께가 1 μm을 초과할 경우, 금속중간층의 증착을 위한 증착 시간 및 비용이 과도하게 소요되는 바, 태양전지의 제작을 위한 공정의 생산성이 저하될 우려가 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 태양전지에 있어서 종래 대비 가공성이 향상된 모습을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유연 태양전지의 제조과정에 있어서, 제1 레이저 스크라이빙 공정이 수행된 이후(After P1) 후면 전극의 물질에 따라 가공성이 달라지는 효과를 관찰할 수 있다. 보다 구체적으로, 후면전극이 Mo만으로 구성된 종래의 유연 태양전지의 경우(After P1 (Mo)), 크랙 및 박리 발생에 따라 높낮이가 불규칙하게 형성됨으로써, 전극층들 간 쇼트가 발생된 결과를 나타낸다(도 5(b)). 반면에, 본 발명의 일 실시예에 따라 투명전극층(ITO) 및 ITO상에 마련된 금속중간층(Mo)으로 구성된 후면전극을 포함하는 유연 태양전지의 경우(After P1 (ITO)), 종래의 유연 태양전지에서 발생하던 크랙 및 박리현상 없이 원만한 높낮이를 가지며 가공됨으로써, 전기적 효율 손실이 없는 결과를 확인할 수 있다(도 5(c)).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 태양전지에 인가된 전압에 따라 발생되는 전류를 도시한 그래프이다. 보다 구체적으로, 크랙 등이 발생된 종래의 유연 태양전지(crack)에서 관찰되던 크랙 등을 최소화하기 위한 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 태양전지 (crack-blocking)에 있어서, 인가된 전압(V)에 따라 발생되는 전류밀도(J)를 도시한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 종래의 유연 태양전지에서 도 5에서와 같은 쇼트가 발생되지 않는 경우라도, 동일한 전압을 인가하였을 때 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 태양전지 종래의 태양전지 대비 현저하게 높은 단락전류밀도 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 다른 관점에 따른 유연 태양전지(100)를 제조하는 방법을 구체적으로 후술한다.
먼저, 유연 기판 상에 후면전극층을 형성할 수 있다. 유연 기판(10)은 예를 들어, 유리 및 폴리머 재질 등과 같이 다양한 재료가 사용될 수 있으나, 레이저 가공을 이용하기 위해서, 상기 레이저가 투과될 수 있는 재질을 사용할 수 있다.
후면전극층은 투명전극층 및 금속중간층을 포함하는 것으로서, 후면전극층을 형성함에 있어서, 투명전도성산화물(TCO)로 이루어진 투명전극층을 형성한 후 투명전극층 상에 금속중간층을 형성한다.
투명전극층은 투명전도성산화물(TCO)로 이루어진 물질로서, 투명전도성산화물(TCO)은 인듐 아연 산화물 (IZO), 인듐 주석 산화물 (ITO), 불소 도핑된 주석산화물 (FTO), 알루미늄 도핑된 아연산화물 (AZO), F-doped SnOx, (H, Mo, W)-doped InOx, Al-doped ZnOx, In-doped ZnOx, Ga-doped ZnOx, B-doped ZnOx 및 OMO(metal oxide/thin metal/metal oxide)구조의 전극재료 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 투명전극층은 100 nm 초과 및 1000 nm 미만의 두께로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 300 nm 내지 600 nm의 두께 범위로 형성될 수 있다. 또한, 투명전극층은 산소 및 아르곤을 포함하는 분위기에서 증착하는 방법으로 형성될 수 있다.
금속중간층은 1 μm 이하의 두께 범위로 형성될 수 있다. 이 때, 금속중간층은 물리적 증착 방법(PVD)을 이용하여 형성될 수 있다. 이후 후면전극층에 대해 제 1 레이저 스크라이빙을 수행하여 제 1 레이저 스크라이빙 패턴을 형성한다.
다음 후면전극층 상에 칼코지나이드 광흡수층을 형성할 수 있다. 칼코지나이드 광흡수층은, 예를 들어, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se) 및 황(S) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이에 더하여, 칼코지나이드 광흡수층(30)은 알칼리성 물질을 더 포함할 수 있다. 이 때, 칼코지나이드 광흡수층이 유연기판 상에 안정적으로 형성하기 위해 500℃ 미만의 저온조건에서 공정을 수행할 수 있다.
버퍼층은, 예를 들어, CdS, Zn(O,S), ZnMgO, ZnSnO, ZnTiO 및 In2S3 중 적어도 어느 하나를 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 밴드갭 조절을 위해서, 버퍼층을 적어도 2 이상으로 형성할 수도 있다. 이 때, 버퍼층은 화학습식공정(CBD) 또는 원자층 증착법(ALD)을 기반으로 형성될 수 있다.
다음, 칼코지나이드 광흡수층 및 버퍼층에 대해 제 2 레이저 스크라이빙을 수행하여 제 2 레이저 스크라이빙 패턴을 형성한다.
이후, 버퍼층 상에 전면전극층을 형성할 수 있다. 전면전극층은 F-doped SnOx, (H, Mo, W)-doped InOx, Al-doped ZnOx, In-doped ZnOx, Ga-doped ZnOx 및 B-doped ZnOx 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 다음 전면전극층에 대해 제 3 레이저 스크라이빙을 수행하여 제 3 레이저 스크라이빙 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유연 태양전지 및 그의 제조방법은, 후면전극 및 광흡수층에서 균열이나 계면 박리 현상을 최소화할 수 있다.

Claims (11)

  1. 유연 기판;
    상기 유연 기판의 상부에 배치되어, 투명전도성산화물(TCO)로 이루어진 투명전극층 및 상기 투명전극층 상에 마련된 금속중간층을 포함하는 후면전극층;
    상기 후면전극층의 상부에 마련된 칼코지나이드 광흡수층;
    상기 칼코지나이드 광흡수층의 상부에 마련된 버퍼층; 및
    상기 버퍼층의 상부에 마련된 전면전극층; 을 포함하되,
    상기 투명전극층은 100nm 초과 및 1000nm 미만 범위의 두께를 갖도록 마련된,
    유연 태양전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속중간층은
    몰리브데늄(Mo) 및 Ag 중 적어도 어느 하나를 포함하되, 1 μm 이하의 두께를 갖도록 마련된,
    유연 태양전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명전도성산화물(TCO)은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함하는,
    유연 태양전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 버퍼층은
    CdS,, Zn(O,S), ZnMgO, ZnSnO, ZnTiO, In2S3 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
    유연 태양전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전면전극층은
    F-doped SnOx, (H, Mo, W)-doped InOx, Al-doped ZnOx, In-doped ZnOx, Ga-doped ZnOx 및 B-doped ZnOx 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
    유연 태양전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유연기판은 폴리이미드(PI)를 포함하는,
    유연 태양전지.
  7. 유연 기판의 상부에, 투명전도성산화물(TCO)로 이루어진 투명전극층 및 상기 투명전극층 상에 마련된 금속중간층을 포함하는 후면전극층을 형성하는 단계;
    상기 후면전극층에 대해 제 1 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계;
    상기 후면전극층 상에 칼코지나이드 광흡수층을 형성하는 단계;
    상기 칼코지나이드 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계;
    상기 칼코지나이드 광흡수층 및 버퍼층에 대해 제 2 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계;
    상기 버퍼층 상에 전면전극층을 형성하는 단계; 및
    상기 전면전극층에 대해 제 3 레이저 스크라이빙을 수행하는 단계; 를 포함하되,
    상기 투명전극층은 100nm 초과 및 1000nm 미만 범위의 두께를 가지도록 형성되는,
    유연 태양전지의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 금속중간층은 1 μm 이하의 두께를 가지도록 마련된, 유연 태양전지의 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 투명전극층 및 금속중간층은 물리적 증착(PVD)의 방법으로 형성되는,
    유연 태양전지의 제조방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 버퍼층은
    화학습식공정(CBD) 또는 원자층 증착법(ALD)으로 형성되는, 유연 태양전지의 제조방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 칼코지나이드 광흡수층은
    500℃미만의 온도조건에서 형성되는, 태양전지의 제조방법.
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