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KR101490519B1 - 후면 버퍼를 갖는 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

후면 버퍼를 갖는 태양전지 및 그 제조방법 Download PDF

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KR101490519B1
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Abstract

본 발명은 박막 태양전지에 관한 것으로, 종래 광흡수층 상부에 버퍼층, 투명전극, 그리드 전극을 형성하여 제조하던 것을 광흡수층 상부에는 버퍼층, 투명전극을 형성하지 않고, 버퍼층, 투명전극, 그리드 전극을 CIGS 하부면에 형성함으로써 태양광이 장애물 없이 직접 광흡수층으로 입사하도록 하고, 또한 제 1 전극과 버퍼층을 서로 맞물리는 나선형상으로 패터닝하여 빛에너지를 흡수하여 발생하게 되는 전자-정공이 전극 또는 버퍼층으로 이동하게 되는 거리를 단축할 수 있게 하는 태양전지에 관한 것이다.

Description

후면 버퍼를 갖는 태양전지 및 그 제조방법{Solar Cell with Back-Side Buffer Layer and its Fabrication Method.}
본 발명은 버퍼, 투명전극, 그리드 전극이 CIGS 광흡수층 아래에 형성하여 태양광이 장애물 없이 광흡수층으로 입사하는 것이 가능한 CIGS 태양전지에 관한 것이다.
태양전지 및 발전시스템은 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술로 반도체, 염료, 고분자 등의 물질로 이루어진 태양전지를 이용하여 태양 빛을 받아 바로 전기를 생성한다. 이와 비교되는 기술로는 태양의 복사에너지를 흡수하여 열에너지로 변환하여 이용하는 태양열발전이 있다.
태양광발전(PV, Photovoltaic)은 무한정, 무공해의 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 발전방식으로 태양전지(모듈), PCS, 축전장치 등의 요소로 구성된다. 가장 일반적인 실리콘 태양전지의 기본 구조로서, 태양전지는 p형 반도체와 n형 반도체를 접합시키고 (p-n 접합) 양단에 투명전도막 및 금속전극을 코팅하여 제작한다. 태양 빛이 입사되어 반도체 내부에서 흡수되면 전자와 정공이 발생하여 p-n 접합에 의한 전기장에 끌려 전자는 n측으로 정공은 p측으로 이동하여 외부회로에 전류가 흐르게 된다. 태양광 시스템은 빛을 받아서 전기로 전환시켜 주는 부분(모듈)과 생산된 전기를 수요에 맞도록 교류로 변환시키고 계통에 연결시켜 주는 부분(PCS)으로 구성된다.
태양광발전 시스템의 구성 요소 기기 중 핵심부품은 태양전지이다. 태양전지는 기본적으로 반도체 소자 기술로서 태양 빛을 전기에너지로 변환하는 기능을 수행하는데, 이는 전기를 빛으로 변환시키는 레이저나 발광다이오드(Light Emitting Diode) 등 정보 표시 소자와 작동 방향이 반대일 뿐 기본 구조나 재료특성이 동일하다.
태양전지의 최소단위를 셀이라고 하며 보통 셀 1개로부터 나오는 전압이 약 0.5V로 매우 작으므로 다수의 태양전지를 직병렬로 연결하여 사용범위에 따라 실용적인 범위의 전압과 출력을 얻을 수 있도록 1매로 패키징하여 제작된 발전장치를 태양전지 모듈(PV Module)이라고 한다.
태양전지 모듈은 외부 환경으로부터 태양전지를 보호하기 위해서 유리, 완충재 및 표면제 등을 사용하여 패널 형태로 제작하며 내구성 및 내후성을 가진 출력을 인출하기 위한 외부단자를 포함한다. 복수 개의 태양전지 모듈에 태양빛이 많이 입사할 수 있도록 경사각, 방위각 등의 설치조건을 고려, 가대 및 지지대를 이용하여 전기적인 직병렬로 연결하여 사용범위에 맞게 구성한 발전장치를 태양전지 어레이(PV Array)라고 한다.
태양광발전용 PCS(Power Conditioning System)는 태양전지 어레이에서 발전된 직류전력을 교류전력으로 변환하기 위한 인버터 장치를 말한다. PCS는 태양전지 어레이에서 발전한 직류전원을 상용계통과 같은 전압과 주파수의 교류전력으로 변환하는 장치가 인버터이기 때문에 PCS를 인버터라고도 한다. PCS는 인버터, 전력제어장치 및 보호 장치로 구성되어 있다. 태양전지 본체를 제외한 주변장치 중에서 가장 큰 비중을 차지하는 요소이다.
박막 태양전지는 결정질 실리콘 태양전지에 비하여 원료사용량이 매우 적고 대면적화 및 대량생산이 가능하여 태양전지 제조단가를 낮출 수 있으며, 광흡수층 소재의 두께가 수 ㎛로 원소재 소비가 매우 적으며 5세대급의 대면적 모듈 제조가 가능하고 태양전지 및 모듈제조가 함께 이루어져 가치사슬(Value chain)이 단순하다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 실리콘 박막과 CI(G)S 및 CdTe 등의 화합물 박막을 이용한 박막 태양전지(모듈)이 상용화되고 있다.
이러한 박막 태양전지는 기판 위에 박막을 적층하여 제조하며, 태양광이 입사하는 방향에 따라서 상판(superstrate)형과 하판(substrate)형으로 구분된다. 상판형은 태양광이 기판을 통해서 입사하는 구조이며, 투명한 유리 기판에 전면전극을 형성하고, 광흡수층을 차례로 형성한 뒤에 마지막에 후면반사막을 형성한다. 하판형은 태양광이 기판의 반대쪽을 통해서 입사하는 구조이며, 후면 반사막의 역할을 하는 금속 기판 위에 광흡수층을 차례로 형성하고 마지막에 전면전극을 형성한다.
상판형 박막 태양전지에서 유리 기판 위에 형성되는 투명전도막은 전면전극으로 사용되며, 전면전극을 통하여 투과되는 태양광을 전면전극 표면 텍스처 구조를 통하여 산란시켜줌으로써 광흡수층 내에서의 입사광 이동경로를 증가시켜 흡수율을 증가시킨다. 그리고 하판형 박막 태양전지에서 금속 기판 위에 형성되는 투명전도막은 금속 기판과 함께 입사광 중 광흡수층에서 흡수되지 않는 빛을 다시 광흡수층으로 반사시켜 입사광이 최대한 흡수될 수 있도록 하는 역할을 하는 후면반사막으로 사용되며, 후면반사막의 표면 텍스처 구조를 통하여 후면반사막의 반사광을 산란(light scattering)시켜 이동경로를 증가시키게 된다.
대한민국 등록특허공보 등록번호 제 10-1108988는 CIGS 태양전지 모듈에 표면 결정성 요철 구조의 전면 투명전극을 형성하여 입사광의 저반사와 고흡수율을 실현할 수 있는 효과가 있다. 이를 위해 특히, 소정 기판 상에 형성된 배면전극; 배면전극 상에 형성된 CIGS 광 흡수층; CIGS 광 흡수층 상에 형성된 버퍼층; 버퍼층 주위에 형성되고 소정 입사광을 굴절시켜 CIGS 광흡수층에 입사광을 전달하는 전면 투명전극; 및 전면 투명전극 상에 입사광의 반사를 막기 위해 형성된 반사 방지막;을 포함하되, 전면 투명전극은 불소 함유 산화주석으로 성막된 것이며 반사 방지막과 접하는 표면에 굴절을 위한 표면 결정성 요철 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 표면 결정성 요철 구조의 전면 투명전극을 갖는 CIGS 태양전지 모듈에 관한 것이다. CIGS 태양전지 모듈에 표면 결정성 요철 구조의 전면 투명전극을 형성하여 입사광의 저반사와 고흡수율을 실현할 수 있고, CIGS 태양전지 모듈에 있어서 전면 투명전극 표면 결정성 요철 구조를 형성함에 있어 반사도를 조정할 수 있는 요철각을 조절할 수 있는 장점이 있다. 하지만 투명전극 자체에서 태양광을 일부 흡수하는 단점이 존재한다.
태양전지의 광전변환 효율을 높이기 위해서는 광흡수층에 흡수되는 태양광의 비율을 높여야 한다. 박막형 태양전지의 경우, 기판형 태양전지에 대비하여 박막의 광흡수층을 사용함에 따라 제조단가를 낮출 수 있으나 광흡수율이 떨어지는 문제점이 있다. 이와 같은 광흡수율 저하를 극복하기 위한 방안으로, 태양광이 광흡수층에 도달하는 양을 늘려줄 필요가 있다.
박막형 태양전지의 경우 일반적으로 기판/후면전극/CIGS광흡수층/버퍼층/전면전극의 구조로 되어있는데, 태양광이 상기 광흡수층에 도달하기 위해서는 전면전극과 버퍼층을 통과하여야 하고, 따라서 전면전극과 버퍼층은 빛의 투과성이 있는 재료를 사용하여야 하고, 빛의 투과성이 좋을수록 광흡수층에 도달하게 되는 태양광이 증가할 것이므로 광전변환 효율이 더 높아질 수 있다.
본 발명은 CIGS 태양전지에서 버퍼층, 전면전극, 그리드 전극에서 태양광의 일부가 반사 또는 흡수되어 광흡수층에 도달하지 못하는 문제를 해결하고, 광흡수층에 도달하는 태양광을 증가하여 효율을 높일 수 있는 CIGS 태양전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해, 종래 일반적으로 광흡수층 상부에 위치하던 버퍼층, 전면전극 및 그리드 전극을 광흡수층 상부에 형성하지 않음으로써, 태양광이 상기 단위기능막을 거치지 않고 광흡수층에 도달하게 할 수 있다. 태양광 중 일부가 그리드 전극에서 반사되거나 또는 전면전극 및 버퍼층에서 흡수되던 것이 곧바로 손실없이 광흡수층에 도달할 수 있게 된다.
태양전지는 PN접합구조를 가지고 있고, 태양광 에너지로부터 전자-정공쌍이 발생하게 되고 P형 반도체에 정공이 N형 반도체에 전자가 이동하게 되면서 전기에너지가 발생하게 된다. CIGS 광흡수층 상부에 N형 반도체층에 해당하는 버퍼층을 형성하지 않는 경우, 이러한 PN접합구조를 유지하기 위해서는 하부에 버퍼층을 형성하는 것이 필요한데, 본 발명은 CIGS 광흡수층의 하부면에 제 1 전극과 버퍼층이 서로 전기적으로 연결되지 않도록 형성하였다. 그리고 상기 버퍼층 하부에 그리드 전극을 형성하여, CIGS 광흡수층 상부에서는 태양광이 장애물 없이 광흡수층에 도달할 수 있다.
광흡수층에서 전자-정공쌍이 제 1 전극 또는 버퍼층으로 이동하는 거리를 고려하였을 때, 상기 버퍼층과 상기 제 1 전극을 맞물리는 나선형으로 제작함으로써 전자 또는 정공의 이동거리를 줄일 수 있게 된다.
버퍼층, 전면전극 및 그리드 전극을 광흡수층 상부에 형성하지 않음으로써, 태양광이 상기 단위기능막을 거치지 않고 광흡수층에 도달하게 할 수 있다. 태양광 중 일부가 그리드 전극에서 반사되거나 또는 전면전극 및 버퍼층에서 흡수되던 것이 곧바로 손실 없이 광흡수층에 도달할 수 있게 된다. 태양광이 광흡수층에 도달하는 양이 증가하게 되므로 태양전지의 효율을 높일 수 있다. 버퍼층과 제 1 전극을 맞물리는 나선형 구조로 서로 맞물리도록 배치함으로써 전자 또는 정공의 이동거리를 줄일 수 있게 된다.
도 1은 종래의 박막형 태양전지의 요부 단면도.
도 2는 본 발명의 후면버퍼의 요부 평면도.
도 3은 본 발명의 후면버퍼의 요부 발췌 단면도.
도 4는 본 발명의 후면버퍼를 적용한 태양전지의 요부 발췌 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예의 요부 평면도.
도 6은 본 발명의 박막태양전지용 후면버퍼의 제조방법의 순서도.
도 7, 도 8은 본 발명의 박막태양전지용 후면버퍼의 제조방법의 설명도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예의 박막태양전지용 후면버퍼의 제조방법의 순서도.
도 10, 도 11은 본 발명의 다른 실시예의 박막태양전지용 후면버퍼의 제조방법의 설명도.
도 12는 본 발명의 다른 실시예의 박막태양전지용 후면버퍼를 적용한 태양전지의 요부 발췌 단면도.
본 발명은 버퍼, 투명전극, 그리드 전극이 CIGS 광흡수층 아래에 형성하여 태양광이 장애물 없이 광흡수층으로 입사하는 것이 가능한 CIGS 태양전지에 관한 것으로서, 하기 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 도 2는 본 발명의 후면버퍼의 요부 발췌 평면도이고, 도 3은 본 발명의 후면버퍼의 요부 발췌 단면도이다.
본 발명은 태양전지에 있어서, 기판(100)과, 상기 기판(100) 위에 나선형상으로 패터닝되어 형성된 제 1 전극층(200)과, 상기 기판 위에서 상기 제 1 전극층(200)과 소정의 간격을 두고 분리되어 나선형상으로 배치되는 제 2 전극층(300)과, 상기 제 1 전극층과 이격되며 제 2 전극층(300)을 덮어 형성된 버퍼층(400)으로 형성된 것을 특징으로 하는 박막태양전지용 후면버퍼를 제공한다.
광흡수층에 광이 입사하게 되면 전자-정공 쌍이 발생하게 되고, 전자는 버퍼층으로 정공은 제 1 전극층(200)으로 이동하 된다. 이와 같이 빛에너지를 흡수하여 전자와 정공이 분리되는 원리를 이용하여 전기에너지를 발생하게 되며, 이를 위하여 상기 제 1 전극층(200)과 상기 버퍼층(400)은 이격되어 서로 전기적으로 분리되어 형성된다. 상기와 같은 구성은 광흡수층 하부에 버퍼층(400)을 위치시켜, 광흡수층(100)의 광의 입사량을 증가시키게 된다.
도 4는 본 발명의 후면버퍼를 적용한 태양전지의 요부발췌 단면도이며, 도시된 바와 같이, 상기 제 1 전극층(200)과 상기 버퍼층(400)이 이격된 공간은 광흡수층(500)으로 채워지게 된다. 상기 태양전지는 광흡수층(500) 위에 광포획성능을 향상시키기 위한 반사방지층(600)이 형성될 수 있다.
본 발명의 상기 기판(100) 위에 나선형상으로 패터닝되어 형성된 제 1 전극층(200)과, 상기 기판 위에서 상기 제 1 전극층(200)과 소정의 간격을 두고 분리되어 나선형상으로 배치되는 제 2 전극층(300)은 도 1에 도시된 바와 같이 형성되는 것이 바람직하나, 일반적인 기판(100)이 형상이 사각형인점을 고려하여 도 5와 같이 맞물리는 각진 나선형으로 구성될 수 있다. 이러한 구성들은 전자와 정공이 어느 위치에 형성되더라도 전극 또는 버퍼층으로 이동하는 거리를 단축하도록 하기 위함이다. 상기와 같은 도면은 본 발명의 한 실시예일 뿐 이에 한정되지 아니한다.
상기 제 1 전극층(200)은 니켈, 구리, 몰리브덴 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 것이 바람직하며, 상기 제 2 전극층(300)은 산화아연, 산화갈륨, 산화알루미늄, 산화인듐, 산화납, 산화구리, 산화티탄, 산화주석, 산화철, 이산화주석, 인듐주석산화물 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 버퍼층(400)은 CdS, CdZnS, ZnS, Zn(S,O), Zn(OH,S), ZnS(O,OH), ZnSe, ZnInS, ZnInSe, ZnMgO, Zn(Se,OH), ZnSnO, ZnO, InSe, InOH, In(OH,S), In(OOH,S), In(S,O) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하여 구성시킨다.
본 발명에 있어서, 상기 태양전지 버퍼층의 제조방법은, 도 6 내지 8에 도시된 바와 같이, 기판(100)을 준비하는 단계(s100);
상기 기판(100)에 제 1 전극층(200)을 형성시키는 단계(s200);
상기 제 1 전극층(200)을 나선형패터닝하는 단계(s300);
상기 기판(100)에 제 2 전극층(300)을 형성시키는 단계(s400);
상기 제 2 전극층(300)을 상기 제 1 전극층(200)과 소정의 간격을 두고 이격시켜 나선형 패터닝하는 단계(s410);
상기 제 2 전극층(300) 위에 버퍼층(400)을 형성시키는 단계(s500);
상기 버퍼층(400)을 상기 제 1 전극층(200)과 소정의 간격을 두고 이격시키며, 상기 제 2전극층을 덮어 씌우도록 나선형으로 패터닝하는 단계(s510);
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기판(100)에 제 1 전극층(200)을 형성시키는 단계(s200)에서의 제 1 전극층(200)은 니켈, 구리, 몰리브덴 중에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하며, 스퍼터링법(Sputtering), 열증착법(Thermal evaporation), 전자선증착법(E-beam evaporation), 전착법(Electrodeposition) 중 어느 하나의 방법으로 형성시키는 것이 바람직하다.
상기 제 1 전극층(200)을 나선형패터닝하는 단계(s300)는 레이저 스크라이빙(laser scribing) 공정으로 수행되며, 상기 레이저 스크라이빙 공정에서 적용되는 레이저는 파장이 900-1100nm이고 2-4W의 출력인 것이 바람직하다.
상기 기판(100)에 제 2 전극층(300)을 형성시키는 단계(s400)에서 상기 제 2 전극층(300)은 산화아연, 산화갈륨, 산화알루미늄, 산화인듐, 산화납, 산화구리, 산화티탄, 산화주석, 산화철, 이산화주석, 인듐주석산화물 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하여 구성시키며, RF 스퍼터링법, 반응성 스퍼터링법, 증발증착법 (Evaporation), 전자선증착법 (E-beam evaporation), 유기금속화학증착법(MOCVD), 원자층성장법(Atomic Layer Epitaxy), 원자층증착법(Atomic Layer Deposition), 분자선성장법(MBE), 전착법(Electrodeposition) 중에서 어느 하나의 방법을 사용하여 형성시키는 것이 바람직하다.
상기 제 2 전극층(300) 위에 버퍼층(400)을 형성시키는 단계(s500)에서 상기 버퍼층(400)은 CdS, CdZnS, ZnS, Zn(S,O), Zn(OH,S), ZnS(O,OH), ZnSe, ZnInS, ZnInSe, ZnMgO, Zn(Se,OH), ZnSnO, ZnO, InSe, InOH, In(OH,S), In(OOH,S), In(S,O) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하여 구성시키며, 용액성장법(CBD), 전착법(Electrodeposition), 동시증착법(Coevaporation), 스퍼터링법(Sputtering), 원자층성장법(Atomic Layer Epitaxy), 원자층증착법(Atomic Layer Deposition), 화학기상증착법(CVD), 유기금속화학기상증착법(MOCVD), 분자선성장법(MBE), 분무열분해법(Spray pyrolysis), ILGAR(Ion Layer Gas Reaction), 레이저증착법(Pulsed Laser Deposition)중에서 적어도 어느 하나의 방법으로 형성시키는 것이 바람직하다.
상기 제 2 전극층(300)을 상기 제 1 전극층(200)과 소정의 간격을 두고 이격시켜 나선형 패터닝하는 단계(s410)는 레이저 스크라이빙(laser scribing) 공정으로 수행되는 것이 바람직하며, 상기 레이저 스크라이빙 공정에서 적용되는 레이저는 제 1전극을 손상시키지 않는 범위에서 파장이 900-1100nm이고 2-4W의 출력인 것이 바람직하다. 상기의 파장과 출력의 레이저를 적용함으로써 레이저스크라이빙 공정시 제 1전극을 손상시키지 아니하고 상기 제 2 전극층만 패터닝 할 수 있는 것이다.
상기 버퍼층(400)을 상기 제 1 전극층(200)과 소정의 간격을 두고 이격시키며, 상기 제 2전극층을 덮어 씌우도록 나선형으로 패터닝하는 단계(s510) 역시 레이저 스크라이빙(laser scribing) 공정으로 수행되는 것이 바람직하며, 상기 레이저 스크라이빙 공정에서 적용되는 레이저는 제 1전극을 손상시키지 아니하기 위하여 파장이 500-600nm이고 0.2-0.4W의 출력인 것이 바람직하다.
본 발명은 태양전지에서의 후면버퍼층 제조방법의 다른 실시예로서, 도 9 내지 도 11에서 도시되는 바와 같이,
기판(100)을 준비하는 단계(s100);
상기 기판(100)에 제 1 전극층(200)을 형성시키는 단계(s200);
상기 제 1 전극층(200)을 나선형패터닝하는 단계(s300);
상기 기판(100)에 제 2 전극층(300)을 형성시키는 단계(s400);
상기 제 2 전극층(300) 위에 버퍼층(400)을 형성시키는 단계(s500);
상기 제 2 전극층(300)과 상기 버퍼층(400)을 상기 제 1 전극층(200)과 소정의 간격을 두고 이격시켜 나선형 패터닝하는 단계(s600);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막태양전지용 후면버퍼의 제조방법을 제공한다.
상기와 같은 방법에 따르면, 도 10에 도시되는 바와 같이, 제 2전극층(300)의 단면이 직접 광흡수층(500)에 접하게 되는 문제점이 있으나, 통상의 박막 태양전지에 있어서 상기 접면에 해당하는 제 2 전극층(300)의 두께가 수십μm 이하로 매우 얇기 때문에 발생되는 전자의 손실은 무시할 수준이다.
상기 제 2 전극층(300)과 상기 버퍼층(400)을 상기 제 1 전극층(200)과 소정의 간격을 두고 이격시켜 나선형 패터닝하는 단계(s600)는 상술한 바와 같이, 레이저 스크라이빙(laser scribing) 공정으로 수행되며, 상기 레이저 스크라이빙 공정에서 적용되는 레이저는 제 1전극층을 손상시키지 않는 범위에서 파장이 900-1100nm이고 2-4W의 출력인 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 상기의 후면버퍼의 제조방법에 더하여,
상기 후면버퍼층에 Cu-In-Se, Cu-In-S, Cu-Ga-S, Cu-Ga-Se, Cu-In-Ga-Se, Cu-In-Ga-Se-(S,Se), Cu-In-Al-Ga-(S,Se) 및 Cu-In-Al-Ga-Se-S을 포함하는 CIS/CIGS계 화합물군에서 선택된 광흡수층(500)을 동시증착법(Coevaporation), 스퍼터링법(Sputtering), 전착법(Electrodeposition), 유기금속화학기상증착법(MOCVD), 분자선성장법(MBE), 전착법(Electrodeposition), 스크린프린팅법(Screen printing), 입자증착법(Particle deposition) 중에서 어느 하나의 방법으로 형성시키는 단계(s1000);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 후면버퍼를 이용한 태양전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시예에 불과하며, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다.
100. 투명기판
200. 제 1 전극층
300. 제 2 전극층
400. 버퍼층
500. 광흡수층
600. 반사방지막

Claims (21)

  1. 태양전지에 있어서,
    기판(100)과, 상기 기판 위에 나선형상으로 패터닝되어 형성된 제 1 전극층(200)과, 상기 기판 위에서 상기 제 1 전극층(200)과 소정의 간격을 두고 분리되어 나선형상으로 배치되는 제 2 전극층(300)과, 상기 제 1 전극층과 이격되며 제 2 전극층(300)을 덮어 형성된 버퍼층(400)으로 형성된 것을 특징으로 하는 박막태양전지용 후면버퍼.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 전극층(200)은 니켈, 구리, 몰리브덴 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막태양전지용 후면버퍼.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 전극층(300)은 산화아연, 산화갈륨, 산화알루미늄, 산화인듐, 산화납, 산화구리, 산화티탄, 산화주석, 산화철, 이산화주석, 인듐주석산화물 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박막태양전지용 후면버퍼.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 버퍼층(400)은 CdS, CdZnS, ZnS, Zn(S,O), Zn(OH,S), ZnS(O,OH), ZnSe, ZnInS, ZnInSe, ZnMgO, Zn(Se,OH), ZnSnO, ZnO, InSe, InOH, In(OH,S), In(OOH,S), In(S,O) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박막태양전지용 후면버퍼.
  5. 박막태양전지용 후면버퍼의 제조방법에 있어서,
    기판(100)을 준비하는 단계(s100);
    상기 기판(100)에 제 1 전극층(200)을 형성시키는 단계(s200);
    상기 제 1 전극층(200)을 나선형패터닝하는 단계(s300);
    상기 기판(100)에 제 2 전극층(300)을 형성시키는 단계(s400);
    상기 제 2 전극층(300)을 상기 제 1 전극층(200)과 소정의 간격을 두고 이격시켜 나선형 패터닝하는 단계(s410);
    상기 제 2 전극층(300) 위에 버퍼층(400)을 형성시키는 단계(s500);
    상기 버퍼층(400)을 상기 제 1 전극층(200)과 소정의 간격을 두고 이격시키며, 상기 제 2전극층을 덮어 씌우도록 나선형으로 패터닝하는 단계(s510);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막태양전지용 후면버퍼의 제조방법.
  6. 박막태양전지용 후면버퍼의 제조방법에 있어서,
    기판(100)을 준비하는 단계(s100);
    상기 기판(100)에 제 1 전극층(200)을 형성시키는 단계(s200);
    상기 제 1 전극층(200)을 나선형패터닝하는 단계(s300);
    상기 기판(100)에 제 2 전극층(300)을 형성시키는 단계(s400);
    상기 제 2 전극층(300) 위에 버퍼층(400)을 형성시키는 단계(s500);
    상기 제 2 전극층(300)과 상기 버퍼층(400)을 상기 제 1 전극층(200)과 소정의 간격을 두고 이격시켜 나선형 패터닝하는 단계(s600);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막태양전지용 후면버퍼의 제조방법.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 기판(100)에 제 1 전극층(200)을 형성시키는 단계(s200)에서의 제 1 전극층(200)은 니켈, 구리, 몰리브덴 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막태양전지용 후면버퍼의 제조방법.
  8. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 기판(100)에 제 1 전극층(200)을 형성시키는 단계(s200)의 제 1 전극층(200)은 스퍼터링법(Sputtering), 열증착법(Thermal evaporation), 전자선증착법(E-beam evaporation), 전착법(Electrodeposition) 중 어느 하나의 방법으로 형성시키는 것을 특징으로 하는 박막태양전지용 후면버퍼의 제조방법.
  9. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 제 1 전극층(200)을 나선형패터닝하는 단계(s300)는 레이저 스크라이빙(laser scribing) 공정으로 수행되며, 상기 레이저 스크라이빙 공정에서 적용되는 레이저는 파장이 900-1100nm이고 2-4W의 출력인 것을 특징으로 하는 박막태양전지용 후면버퍼의 제조방법.
  10. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 기판(100)에 제 2 전극층(300)을 형성시키는 단계(s400)에서 상기 제 2 전극층(300)은 산화아연, 산화갈륨, 산화알루미늄, 산화인듐, 산화납, 산화구리, 산화티탄, 산화주석, 산화철, 이산화주석, 인듐주석산화물 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박막태양전지용 후면버퍼의 제조방법.
  11. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 기판(100)에 제 2 전극층(300)을 형성시키는 단계(s400)에서 상기 제 2 전극층(300)은 RF 스퍼터링법, 반응성 스퍼터링법, 증발증착법 (Evaporation), 전자선증착법 (E-beam evaporation), 유기금속화학증착법(MOCVD), 원자층성장법(Atomic Layer Epitaxy), 원자층증착법(Atomic Layer Deposition), 분자선성장법(MBE), 전착법(Electrodeposition) 중에서 어느 하나의 방법을 사용하여 형성시키는 것을 특징으로 하는 박막태양전지용 후면버퍼의 제조방법.
  12. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 제 2 전극층(300) 위에 버퍼층(400)을 형성시키는 단계(s500)에서 상기 버퍼층(400)은 CdS, CdZnS, ZnS, Zn(S,O), Zn(OH,S), ZnS(O,OH), ZnSe, ZnInS, ZnInSe, ZnMgO, Zn(Se,OH), ZnSnO, ZnO, InSe, InOH, In(OH,S), In(OOH,S), In(S,O) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하여 구성시키는 것을 특징으로 하는 박막태양전지용 후면버퍼의 제조방법.
  13. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 제 2 전극층(300) 위에 버퍼층(400)을 형성시키는 단계(s500)에서 상기 버퍼층(400)은 용액성장법(CBD), 전착법(Electrodeposition), 동시증착법(Coevaporation), 스퍼터링법(Sputtering), 원자층성장법(Atomic Layer Epitaxy), 원자층증착법(Atomic Layer Deposition), 화학기상증착법(CVD), 유기금속화학기상증착법(MOCVD), 분자선성장법(MBE), 분무열분해법(Spray pyrolysis), ILGAR(Ion Layer Gas Reaction), 레이저증착법(Pulsed Laser Deposition)중에서 적어도 어느 하나의 방법으로 형성시키는 것을 특징으로 하는 박막태양전지용 후면버퍼의 제조방법.
  14. 제 5항에 있어서,
    상기 제 2 전극층(300)을 상기 제 1 전극층(200)과 소정의 간격을 두고 이격시켜 나선형 패터닝하는 단계(s410)는 레이저 스크라이빙(laser scribing) 공정으로 수행되는 것을 특징으로 하는 박막태양전지용 후면버퍼의 제조방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 레이저 스크라이빙 공정에서 적용되는 레이저는 파장이 900-1100nm이고 2-4W의 출력의 출력인 것을 특징으로 하는 박막태양전지용 후면버퍼의 제조방법.
  16. 제 5항에 있어서,
    상기 버퍼층(400)을 상기 제 1 전극층(200)과 소정의 간격을 두고 이격시키며, 상기 제 2전극층을 덮어 씌우도록 나선형으로 패터닝하는 단계(s510)는 레이저 스크라이빙(laser scribing) 공정으로 수행되는 것을 특징으로 하는 박막태양전지용 후면버퍼의 제조방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 레이저 스크라이빙 공정에서 적용되는 레이저는 파장이 500-600nm이고 0.2-0.4W의 출력인 것을 특징으로 하는 박막태양전지용 후면버퍼의 제조방법.
  18. 제 6항에 있어서,
    상기 제 2 전극층(300)과 상기 버퍼층(400)을 상기 제 1 전극층(200)과 소정의 간격을 두고 이격시켜 나선형 패터닝하는 단계(s600)는 레이저 스크라이빙(laser scribing) 공정으로 수행되는 것을 특징으로 하는 박막태양전지용 후면버퍼의 제조방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 레이저 스크라이빙 공정에서 적용되는 레이저는 파장이 900-1100nm이고 2-4W의 출력인 것을 특징으로 하는 박막태양전지용 후면버퍼의 제조방법.
  20. 박막 태양전지에 있어서,
    제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 후면버퍼를 포함하며,
    상기 후면버퍼위에 Cu-In-Se, Cu-In-S, Cu-Ga-S, Cu-Ga-Se, Cu-In-Ga-Se, Cu-In-Ga-Se-(S,Se), Cu-In-Al-Ga-(S,Se) 및 Cu-In-Al-Ga-Se-S을 포함하는 CIS/CIGS계 화합물군에서 선택된 광흡수층(500)이 형성된 것을 특징으로 하는 후면버퍼를 포함하는 박막 태양전지.
  21. 태양전지의 제조방법에 있어서,
    제 5항 또는 제 6항의 후면버퍼의 제조방법에 더하여,
    상기 후면버퍼에 Cu-In-Se, Cu-In-S, Cu-Ga-S, Cu-Ga-Se, Cu-In-Ga-Se, Cu-In-Ga-Se-(S,Se), Cu-In-Al-Ga-(S,Se) 및 Cu-In-Al-Ga-Se-S을 포함하는 CIS/CIGS계 화합물군에서 선택된 광흡수층(500)을 동시증착법(Coevaporation), 스퍼터링법(Sputtering), 전착법(Electrodeposition), 유기금속화학기상증착법(MOCVD), 분자선성장법(MBE), 전착법(Electrodeposition), 스크린프린팅법(Screen printing), 입자증착법(Particle deposition) 중에서 어느 하나의 방법으로 형성시키는 단계(s1000)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 후면버퍼를 이용한 태양전지의 제조방법.









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