KR20130070696A - Solar cell having layer for diffusion barrier - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 확산방지막을 포함하는 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell comprising a diffusion barrier.
지구의 온난화, 연료 자원의 고갈, 환경오염 등의 영향으로 화석연료를 사용하여 에너지를 채취하는 전통적인 에너지 채취 방법은 서서히 한계에 달하고 있다. 특히, 석유 연료의 경우에는 예측자마다 약간씩 상이하기는 하지만, 그리 멀지 않은 시간내에 바닥을 드러낼 것이라는 전망이 우세하다.
Traditional methods of collecting energy using fossil fuels are slowly reaching their limits due to global warming, depletion of fuel resources, and environmental pollution. Particularly in the case of petroleum fuels, the prognosis is that the forecast will reveal the floor within a very short period of time, albeit slightly different.
뿐만 아니라, 교토 의정서로 대표되는 에너지 기후 협약에 따르면, 화석 연료의 연소에 따라 생성되는 이산화탄소의 배출을 감소시킬 것을 강제적으로 요구하고 있다. 따라서, 현재의 체약국은 물론이며 향후에는 전세계 각국에 그 효력이 미쳐서 화석연료의 연간 사용량에 제약을 받을 것은 불을 보듯이 명확하다.
In addition, the energy-climate treaty, represented by the Kyoto Protocol, forcibly requires the reduction of carbon dioxide emissions resulting from the burning of fossil fuels. Therefore, it is clear that it will be restricted by the current use of fossil fuels, as well as the current contracting countries, and in the future to all countries around the world.
화석연료에 대체하기 위하여 사용되는 가장 대표적인 에너지 원으로서는, 원자력 발전을 들 수 있다. 원자력 발전은 원료가 되는 우라늄이나 플루토늄 단위 중량당 채취 가능한 에너지의 양이 크고, 이산화탄소 등의 온실가스를 발생시키지 않으므로, 상기 석유 등의 화석연료를 대체할 수 있는 유력한 무한에 가까운 대체 에너지원으로 각광 받아왔다.
The most representative energy source used to replace fossil fuels is nuclear power. Nuclear power generation is an energetic alternative energy source that can substitute for fossil fuels such as petroleum, because it generates a large amount of energy that can be collected per unit weight of uranium or plutonium as a raw material and does not generate greenhouse gases such as carbon dioxide. I have received.
그러나, 구소련 체르노빌 원자력 발전소나, 동일본 대지진에 의한 일본 후쿠시마 원자력 발전소 등의 폭발 사고는 무한의 청정 에너지원으로 간주되어 왔던 원자력의 안전성을 다시 검토하게 하는 계기가 되었으며, 그 결과 원자력이 아닌 또다른 대체 에너지의 도입이 어느 때보다도 절실히 요망되고 있다.
However, the explosion of the Chernobyl nuclear power plant in Sri Lanka and the Fukushima Nuclear Power Plant in Japan caused by the Great East Japan Earthquake has led to a reexamination of the safety of nuclear power, which has been regarded as an infinite clean energy source. As a result, The introduction of energy is desperately needed more than ever.
그 밖의 대체 에너지로서 많이 사용되고 있는 에너지 원으로서는 수력 발전을 들 수 있으나, 상기 수력 발전은 지형적인 인자와 기후적인 인자에 의해 많이 영향받기 때문에 그 사용이 제한적일 수 밖에 없다. 또한, 기타의 대체 에너지원들 역시 발전양이 적거나 또는 사용 지역이 크게 제한되는 등의 이유로 화석연료의 대체수단으로까지는 사용되기 어렵다.
Hydrogen power may be used as an energy source that is widely used as other alternative energy, but the use of hydroelectric power may be limited because it is influenced by topographic and climatic factors. In addition, other alternative energy sources are also difficult to use as alternative means of fossil fuels because of the limited amount of power generation or the limited use area.
그러나, 태양 전지는 적당한 일조량만 보장된다면 어디서나 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 발전용량과 설비규모가 거의 직선적으로 비례하기 때문에, 가정용과 같은 소용량 수요로 사용할 경우에는 건물 옥상 등에 작은 면적으로 전지판을 설치함으로써 발전이 가능하다는 이점이 있어, 세계적으로 그 이용이 증가되고 있을 뿐만 아니라, 그와 관련된 연구 역시 증가하고 있다.
However, solar cells can be used anywhere as long as only a reasonable amount of sunlight is ensured, and the power generation capacity and equipment scale are almost linearly proportional to each other. Therefore, when the solar cells are used for small capacity such as home use, the solar cells are installed by installing a small area on the roof of a building. The advantage of this is that not only is its use globally, but its research is also increasing.
태양전지는 반도체의 원리를 이용한 것으로서, p-n 접합된 반도체에 일정 수준 이상의 에너지를 갖춘 빛을 조사하면 상기 반도체의 가전자가 자유롭게 이동될 수 있는 가전자로 여기되어 전자와 정공의 쌍(EHP : electron hole pair)이 생성된다. 생성된 전자와 정공은 서로 반대쪽에 위치하는 전극으로 이동하여 기전력을 발생시키게 된다.
Solar cells are based on the principle of semiconductors. When a light having a certain energy level or more is irradiated to a pn-junction semiconductor, the electrons of the semiconductor are excited as freely movable electrons to form a pair of electrons and holes (EHP ) Is generated. The generated electrons and holes move to the electrode located on the opposite side to generate an electromotive force.
상기 태양전지의 가장 최초 형태는 실리콘 기판에 불순물(B)을 도핑하여 p형 반도체를 형성시킨 다음 그 위에 또다른 불순물(P)을 도핑시켜 층의 일부를 n형 반도체화 함으로써 p-n 접합이 이루어지도록 한 실리콘계 태양전지로서 1세대 태양전지로 많이 불린다.
In the first type of the solar cell, a p-type semiconductor is formed by doping an impurity (B) into a silicon substrate, and then another impurity (P) is doped thereon to convert a part of the layer into an n-type semiconductor. It is a silicon-based solar cell, often referred to as a first-generation solar cell.
상기 실리콘계 태양전지는 비교적 높은 에너지 전환효율과 셀 전환효율(실험실 최고의 에너지 전환효율에 대한 양산시 전환효율의 비율)이 높기 때문에, 가장 상용화 정도가 높다. 그러나, 상기 실리콘계 태양전지 모듈을 제조하기 위해서는 우선 소재로부터 잉곳을 제조하고 상기 잉곳을 웨이퍼화한 후 셀을 제조하고 모듈화한다고 하는 다소 복잡한 공정단계를 거쳐야 할 뿐만 아니라, 벌크 재질의 재료를 사용하기 때문에, 재료소비가 증가하여 제조비용이 높다는 문제가 있다.
The silicon-based solar cell has the highest degree of commercialization because it has a relatively high energy conversion efficiency and a high cell conversion efficiency (ratio of conversion efficiency at the time of mass production to the highest energy conversion efficiency of the laboratory). However, in order to manufacture the silicon-based solar cell module, a complicated process step such as manufacturing an ingot from a raw material and making the ingot into a wafer and then manufacturing and modifying the cell must be performed, and a bulk material is used , There is a problem that the material consumption is increased and the manufacturing cost is high.
이러한 실리콘계 태양전지의 단점을 해결하기 위하여, 2세대 태양전지로 불리우는 소위 박막형 태양전지가 제안되게 되었다. 박막형 태양전지는 상술한 과정으로 태양전지를 제조하는 것이 아니라, 기판 위에 순차적으로 필요한 박막층을 적층하는 형태로 제조하기 때문에, 그 과정이 단순하며, 두께가 얇아 재료비용이 저렴하다는 장점을 가진다.
In order to solve the disadvantages of such a silicon solar cell, a so-called thin film solar cell called a second generation solar cell has been proposed. Since the thin film solar cell is manufactured by stacking the thin film layers sequentially required on the substrate, instead of manufacturing the solar cell by the above-described process, the process is simple, and the thin film solar cell has an advantage that the material cost is low.
그러나, 많은 경우 아직까지는 상기 실리콘계 태양전지와 비교할 때 에너지 전환효율이 높지 않아 상용화에 많은 걸림돌이 되고 있으나, 일부 높은 에너지 전환효율을 가진 태양전지가 개발되어 상용화 추진 중에 있다.
However, in many cases, the energy conversion efficiency is not high compared to the silicon-based solar cell, and thus many obstacles to commercialization have been developed. However, solar cells having some high energy conversion efficiency have been developed and commercialized.
그 중 하나로서 CI(G)S계 태양전지를 들 수 있는데, 상기 태양전지는 구리(Cu), 인듐(In), 게르마늄(Ge)(게르마늄은 포함되지 않을 수 있음. 게르마늄이 포함되지 않을 경우에는 CIS로 불림), 셀레늄(Se)을 포함하는 CI(G)S 화합물 반도체를 기본으로 한 것이다.
One of them is CI (G) S-based solar cell, which is copper (Cu), indium (In), germanium (Ge) (germanium may not be included. Is called CIS) and CI (G) S compound semiconductors containing selenium (Se).
상기 반도체는 3 또는 4가지 원소를 포함하고 있기 때문에 원소의 함량을 조절함으로써 밴드갭의 폭을 제어할 수 있어 에너지 변환효율을 상승시킬 수 있다는 장점을 가진다. 간혹 셀레늄(Se)을 황(S)으로 대체하거나 셀레늄(Se)을 황(S)과 함께 사용하는 경우도 있다. 본 발명에서는 이러한 경우 모두 CI(G)S 태양전지로 간주한다.
Since the semiconductor contains three or four elements, the width of the bandgap can be controlled by controlling the content of the element, thereby increasing the energy conversion efficiency. Occasionally, selenium (Se) is replaced with sulfur (S) or selenium (Se) with sulfur (S). In the present invention, all of these cases are regarded as CI (G) S solar cells.
CIGS(게르마늄이 포함된 경우) 태양전지는 최하층에 하부기판이 존재하며, 상기 하부기판 위에 전극으로 사용되는 하부전극이 형성된다. 상기 하부전극 위에는 p형 반도체로서 광흡수층(CIGS)과 n형 반도체로서 버퍼층(예를 들면 CdS), 투명창, 상부 전극이 순차적으로 형성된다.
The CIGS (when germanium is included) solar cell has a lower substrate on the lowermost layer, and a lower electrode used as an electrode is formed on the lower substrate. On the lower electrode, a light absorption layer (CIGS) as a p-type semiconductor, a buffer layer (for example, CdS) as a n-type semiconductor, a transparent window, and an upper electrode are sequentially formed.
한편, 상기 하부기판으로는 유리가 많이 사용되었다. 상기 유리내에는 Na이 포함되어 있고, 이러한 Na은 CIGS 층으로 확산되어 태양전지의 개방전압과 충실도를 높이는 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 상기 적절한 양의 Na은 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있으나, 과도한 확산의 경우에는 오히려 태양전지의 효율을 저하시키는 문제가 있다.
Meanwhile, glass was used as the lower substrate. Na is contained in the glass, and Na is known to diffuse into the CIGS layer to increase the open voltage and fidelity of the solar cell. However, the appropriate amount of Na may improve the efficiency of the solar cell, but in the case of excessive diffusion, there is a problem of lowering the efficiency of the solar cell.
최근에, 고가이고 대량 생산이 적지 않으며, 정형화된 형태로만 사용될 수 있는 유리 기판 대신에 유연성 기판을 사용하고자 하는 시도가 다수 이루어졌다. 유연성 기판은 유리에 비해서는 저렴하며, 롤 투 롤(Roll to Roll) 방식으로 태양전지를 제조할 수 있으며, 여러가지 형태로 가공할 수 있기 때문에 건물 일체형 모듈(BIPV) 뿐만 아니라 항공 우주용 등의 다양한 용도로 사용될 수 있다. 상기 유연성 기판으로는 스테인레스강, 알루미늄 호일, 폴리이미드 필름와 같은 금속판이나 플라스틱 계열의 기판이 많이 사용된다. 이러한, 유연성 기판의 경우에는 Fe를 비롯한 많은 불순물이 포함되어, 이러한 불순물이 하부전극이나 CIGS 층으로 확산되어 태양전지의 효율을 떨어뜨리는 문제를 일으키고 있다.
Recently, many attempts have been made to use flexible substrates instead of glass substrates that are expensive, low in mass production, and can only be used in standardized form. Flexible substrates are cheaper than glass, and can be manufactured in a roll-to-roll manner, and can be processed in various forms, so that not only a building integrated module (BIPV) but also aerospace can be used. It can be used for purposes. As the flexible substrate, a metal plate such as stainless steel, an aluminum foil, a polyimide film, or a plastic-based substrate is used. In the case of such a flexible substrate, many impurities, including Fe, are included, and these impurities are diffused to the lower electrode or the CIGS layer, causing a problem of lowering the efficiency of the solar cell.
유리 기판을 사용하는 경우에 Na의 과도한 확산을 억제하고, 유연성 기판의 불순물 확산을 억제하기 위해서, 종래에는 층(layer)으로 이루어진 확산방지막을 형성하는 기술을 적용해 왔다.
In the case of using a glass substrate, in order to suppress excessive diffusion of Na and suppressing diffusion of impurities in the flexible substrate, a technique of forming a diffusion barrier film made of a layer has been conventionally applied.
그러나, 태양전지의 박막화, 경량화 등의 요구에 따라, 상기 확산방지막이 두께가 매우 얇아지게 되면서, 상기 단일층으로 이루어진 확산방지막의 경우에는 효과적인 확산 방지 효과를 확보할 수 없는 문제가 새롭게 발생하게 되었다.However, as the thickness of the solar cell, the weight reduction, etc., the thickness of the diffusion barrier film becomes very thin, a new problem arises that the effective diffusion prevention effect can not be secured in the case of the single layer diffusion barrier film. .
본 발명은 하부기판과 하부전극 사이에 우수한 확산 방지 효과를 갖는 확산방지막을 포함하는 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell including a diffusion barrier having an excellent diffusion barrier effect between the lower substrate and the lower electrode.
본 발명의 일태양은 하부기판; 상기 하부기판 상에 형성된 확산방지막; 상기 확산방지막 상에 형성된 하부전극; 상기 하부전극 상에 형성된 p형 광흡수층; 상기 광흡수층 상에 형성된 n형 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 형성된 투명창; 및 상기 투명창 상에 형성된 상부전극을 포함하며, 상기 확산방지막은 상기 하부기판 대비 면적율이 40~90%인 태양전지를 제공한다.One aspect of the invention the lower substrate; A diffusion barrier formed on the lower substrate; A lower electrode formed on the diffusion barrier layer; A p-type light absorption layer formed on the lower electrode; An n-type buffer layer formed on the light absorption layer; A transparent window formed on the buffer layer; And an upper electrode formed on the transparent window, wherein the diffusion barrier provides a solar cell having an area ratio of 40 to 90% of the lower substrate.
본 발명의 태양전지는 하부기판에 포함된 불순물이 하부전극으로 확산되는 것을 효과적으로 방지할 수 있어 효율 향상을 기대할 수 있다.The solar cell of the present invention can effectively prevent the diffusion of impurities contained in the lower substrate to the lower electrode can be expected to improve the efficiency.
도 1은 본 발명 확산방지막과 하부전극이 형성된 하부기판의 일 실시형태를 나타낸 모식도이다.
도 2는 도 1에 나타난 일 실시형태의 하부기판을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명 확산방지막과 하부전극이 형성된 하부기판의 다른 실시형태를 나타낸 모식도이다.
도 4는 도 3에 나타난 다른 실시형태의 하부기판을 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명 태양전지의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명 태양전지의 다른 일례를 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram showing an embodiment of a lower substrate on which a diffusion barrier and a lower electrode of the present invention are formed.
FIG. 2 is a perspective view illustrating the lower substrate of the embodiment shown in FIG. 1.
3 is a schematic diagram showing another embodiment of the lower substrate on which the diffusion barrier and the lower electrode of the present invention are formed.
4 is a perspective view illustrating a lower substrate of another embodiment shown in FIG. 3.
5 is a schematic view showing an example of the solar cell of the present invention.
6 is a schematic view showing another example of the solar cell of the present invention.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 일태양은 하부기판; 상기 하부기판 상에 형성된 확산방지막; 상기 확산방지막 상에 형성된 하부전극; 상기 하부전극 상에 형성된 p형 광흡수층; 상기 광흡수층 상에 형성된 n형 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 형성된 투명창; 및 상기 투명창 상에 형성된 상부전극을 포함하며, 상기 확산방지막은 상기 하부기판 대비 면적율이 40~90%인 태양전지를 제공한다.
One aspect of the invention the lower substrate; A diffusion barrier formed on the lower substrate; A lower electrode formed on the diffusion barrier layer; A p-type light absorption layer formed on the lower electrode; An n-type buffer layer formed on the light absorption layer; A transparent window formed on the buffer layer; And an upper electrode formed on the transparent window, wherein the diffusion barrier provides a solar cell having an area ratio of 40 to 90% of the lower substrate.
통상적으로, 태양전지는 하부기판과 상기 하부기판 상에 하부전극이 구비되고, 이 사이에는 하부기판 내에 존재하는 Na, Fe와 같은 불순물이 하부전극으로 확산되는 것을 억제하는 역할을 하는 확산방지막을 포함한다.
In general, a solar cell includes a lower electrode on a lower substrate and a lower electrode, and includes a diffusion barrier layer that suppresses diffusion of impurities such as Na and Fe existing in the lower substrate to the lower electrode. do.
그러나, 상기 확산방지막은 하부기판으로부터 확산되는 불순물을 완벽하게 억제하지는 못한다. 즉, 몇몇의 불순 원자들은 상기 확산방지막을 투과하여 상기 하부전극으로 전이되게 된다. 예를 들면, 기존의 확산방지막은 하부기판 또는 하부전극과 100%의 면적율로 접촉하게 되는데, 이 때 하부기판으로부터 100개의 불순원자가 하부전극으로 확산한다고 가정하였을 때, 100개의 불순원자 모두가 하부전극으로 확산된다. 그러나, 본 발명에서는 상기 확산방지막의 면적을 감소시킴으로써 확산방지 효과를 향상하고자 한다. 즉, 확산방지막 면적의 감소를 통해 확산방지막이 상기 하부기판 및 하부전극과 접촉하는 면을 감소시켜 불순원자가 확산될 수 있는 통로를 제거하는 것이다. 예를 들면, 상기 확산방지막의 면적이 70%라고 가정한다면 불순원자가 이동할 수 있는 통로가 70개만 발생하게 되기 때문에 불순원자의 확산을 효과적으로 감소시킬 수 있는 것이다.
However, the diffusion barrier does not completely suppress impurities diffused from the lower substrate. That is, some of the impurity atoms pass through the diffusion barrier layer and are transferred to the lower electrode. For example, the existing diffusion barrier film is in contact with the lower substrate or the lower electrode at an area ratio of 100%. At this time, assuming that 100 impurity atoms diffuse from the lower substrate to the lower electrode, all 100 impurity atoms are lower electrodes. To spread. However, in the present invention, it is intended to improve the diffusion prevention effect by reducing the area of the diffusion barrier. In other words, by reducing the area of the diffusion barrier, the surface of the diffusion barrier is in contact with the lower substrate and the lower electrode, thereby eliminating passages through which impurities can diffuse. For example, if the area of the diffusion barrier is 70%, since only 70 passages for impurity atoms can be generated, the diffusion of impurity atoms can be effectively reduced.
이러한 확산 방지 효과를 위해서 상기 확산방지막의 면적율은 상기 하부기판 대비 90%이하인 것이 바람직하다. 이와 같이 확산방지막의 면적을 감소시킴으로써 앞서 설명한 바와 같이, 불순원자의 이동 통로를 제거할 수 있어 확산방지 효과를 향상시킬 수 있다. 이러한 효과를 위해서 확산방지막은 가능한 적은 면적을 갖는 것이 바람직하나, 과도하게 면적을 감소시킬 경우에는 상기 확산방지막 위에 형성되는 하부전극의 지지가 어려울 수 있고, 또한 하부전극 코팅시 상기 확산방지막이 형성되지 않는 영역에 하부전극이 코팅되어 확산방지효과가 저하될 수 있으므로, 상기 확산방지막의 면적율은 40%이상인 것이 바람직하다. 따라서, 상기 확산방지막은 상기 하부기판 또는 하부전극 대비 면적율이 40~90%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 확산방지막의 면적율은 60~85%의 범위를 갖는 것이 보다 바람직하며, 70~80%의 범위를 갖는 것이 보다 더 바람직하다.
For this diffusion prevention effect, the area ratio of the diffusion barrier is preferably 90% or less than that of the lower substrate. As described above, by reducing the area of the diffusion barrier, the movement path of the impurity atoms can be removed, and the diffusion prevention effect can be improved. For this effect, it is preferable that the diffusion barrier has as small an area as possible, but if the area is excessively reduced, it may be difficult to support the lower electrode formed on the diffusion barrier, and the diffusion barrier may not be formed when the lower electrode is coated. Since the lower electrode may be coated on a region that does not have a diffusion barrier effect, the area ratio of the diffusion barrier layer is preferably 40% or more. Therefore, the diffusion barrier layer preferably has an area ratio of 40 to 90% of the lower substrate or the lower electrode. The area ratio of the diffusion barrier is more preferably in the range of 60 to 85%, even more preferably in the range of 70 to 80%.
도 1은 본 발명 확산방지막과 하부전극이 형성된 하부기판의 일 실시형태를 나타낸 모식도이며, 도 2는 상기 일 실시형태에 따른 하부기판을 나타내는 사시도이다. 이하, 도 1 및 2를 참조하여, 본 발명 태양전지의 일 실시형태에 대하여 설명한다. 다만, 도 1 및 2는 본 발명의 일례를 나타낸 것으로서, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.
1 is a schematic diagram showing an embodiment of a lower substrate on which a diffusion barrier film and a lower electrode of the present invention are formed, and FIG. 2 is a perspective view showing a lower substrate according to the embodiment. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, one Embodiment of this invention solar cell is described with reference to FIGS. 1 and 2 illustrate an example of the present invention, but are not necessarily limited thereto.
도 1 및 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양전지용 기판(100)은 하부기판(10)과 하부전극(30) 사이에 막(layer)의 형태를 갖는 확산방지막(20)이 형성되고, 상기 막에는 홀(22)이 형성된다. 이와 같이, 홀(22)을 형성함으로써, 상기 확산방지막(20)의 면적을 감소시켜 하부기판(10)의 Na, Fe와 같은 불순물이 하부전극(30)으로 확산되는 것을 효과적으로 억제한다. 이 때, 상기 홀(22)은 그 형태나 형성되는 위치가 다양할 수 있으므로, 이에 대해서 특별히 한정하지 않는다. 도 2에는 일례로서 원형의 기둥 형상을 갖는 홀(22)을 포함하는 확산방지막(20)을 구비하는 태양전지용 기판(100)을 도시하였다. 그러나, 이와 같은 원형의 형태 뿐만 아니라 다각형의 형상을 가질 수도 있다. 다만, 상기 확산방지막(20)의 용이한 형성을 위해서는 상기 확산방지막(20)은 원형 또는 사각형의 형상을 갖는 것이 바람직하다. 상기 언급한 태양전지용 기판은 확산방지막과 하부전극이 형성된 하부기판을 의미한다.
As can be seen in Figures 1 and 2, the
한편, 확산방지 효과의 향상을 위해, 상기 확산방지막의 평균 두께는 10nm~10㎛인 것이 바람직하다. 10nm미만인 경우에는 불순물이 쉽게 확산방지막을 투과할 수 있으므로, 불순물의 확산방지 효과가 저하될 수 있으며, 10㎛를 초과할 경우에는 공정시간 및 공정 비용의 상승으로 인해 생산효율성이 떨어질 수 있다. 따라서, 상기 확산방지막의 평균 두께는 10nm~10㎛의 범위를 갖는 것이 바람직하며, 50nm~5㎛의 범위를 갖는 것이 보다 바람직하며, 100nm~2㎛의 범위를 갖는 것이 보다 더 바람직하다.
On the other hand, in order to improve the diffusion prevention effect, the average thickness of the diffusion barrier is preferably 10nm ~ 10㎛. If less than 10nm, since impurities can easily penetrate the diffusion barrier, the effect of preventing diffusion of impurities may be lowered. If it exceeds 10㎛, production efficiency may be reduced due to an increase in process time and process cost. Therefore, the average thickness of the diffusion barrier film preferably has a range of 10 nm to 10 μm, more preferably 50 nm to 5 μm, and even more preferably 100 nm to 2 μm.
도 3은 본 발명 확산방지막과 하부전극이 형성된 하부기판의 다른 실시형태를 나타낸 모식도이며, 도 4는 상기 다른 실시형태에 따른 하부기판을 나타내는 사시도이다. 도 3 및 4에 나타나는 바와 같이, 본 발명의 태양전지는 전술한 일 실시형태와는 다른 형태의 확산방지막을 구비할 수도 있다. 이하, 도 3 및 4를 참조하여 본 발명 태양전지의 다른 실시형태에 대하여 설명한다. 도 3 및 4 또한 본 발명의 일례를 나타낸 것일 뿐, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.
3 is a schematic diagram showing another embodiment of the lower substrate on which the diffusion barrier film and the lower electrode of the present invention are formed, and FIG. 4 is a perspective view showing the lower substrate according to the other embodiment. As shown in Figures 3 and 4, the solar cell of the present invention may be provided with a diffusion barrier of a different form from the above-described embodiment. Hereinafter, another embodiment of the solar cell of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4. 3 and 4 also show an example of the present invention, but are not necessarily limited thereto.
도 3 및 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 확산방지막(20)은 그 자체가 원기둥 또는 다각기둥의 형상일 수 있으며, 상기 기둥(20a)은 하나 이상인 것이 바람직하다. 즉, 이와 같은 형태로도 확산방지막(20)이 형성될 수 있으며, 결국 면적율 감소를 통한 확산 방지 효과의 향상을 도모할 수 있다. 이와 같은 형태의 확산방지막 또한 그 두께는 전술한 바와 같은 이유로 10nm~10㎛의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
As can be seen in Figures 3 and 4, the
한편, 상기에서 언급한 홀(hole)과 기둥은 평균 폭은 20~500nm인 것이 바람직하다. 상기 홀(hole)의 평균 폭이 20nm미만인 경우에는 면적 감소율이 적어져 확산 방지 효과가 저감될 수 있으며, 500nm를 초과하는 경우에는 내구성에 문제가 발생하여 외부 충격에 의해 파손될 수 있다. 한편, 상기 기둥의 평균 폭이 20nm미만인 경우에는 내구성에 문제가 발생하여 외부 충격에 의해 파손될 수 있다. 또한, 기둥의 폭을 극도로 미세하게 제어하는 것은 공정상 용이하지 않기 때문에, 제조비용이 상승할 수 있다. 상기 기둥의 평균 폭이 500nm를 초과하는 경우에는 면적이 늘어나게 됨으로써 확산방지 효과가 저감될 수 있다. 따라서, 상기 홀(hole)과 기둥의 평균 폭은 20~500nm의 범위를 갖는 것이 바람직하며, 20~300nm의 범위를 갖는 것이 보다 바람직하며, 50~200nm의 범위를 갖는 것이 보다 더 바람직하다.
On the other hand, it is preferable that the above-mentioned holes (holes) and pillars have an average width of 20 to 500 nm. If the average width of the hole is less than 20 nm, the area reduction rate may be reduced, and the diffusion prevention effect may be reduced. If the average width is more than 500 nm, durability may occur and damage may occur due to external impact. On the other hand, if the average width of the pillar is less than 20nm may cause a problem in durability and may be damaged by an external impact. In addition, since the process of controlling the width of the column extremely fine is not easy in the process, the manufacturing cost may increase. In the case where the average width of the pillar exceeds 500 nm, the area is increased, so that the diffusion preventing effect can be reduced. Therefore, the average width of the holes and the pillars is preferably in the range of 20 to 500 nm, more preferably in the range of 20 to 300 nm, even more preferably in the range of 50 to 200 nm.
만일, 상기 홀(hole) 또는 기둥이 복수개로 구비될 경우에는 서로간의 간격 즉, 상기 홀(hole) 또는 기둥 간 평균간격이 1~100nm인 것이 바람직하다. 상기 홀(hole) 간의 평균간격이 1nm미만인 경우에는 후공정에서 전극 코팅시 홀(hole) 내부로 제2확산방지층 또는 전극이 침투할 수 있어, 확산 방지가 이루어지지 않을 수 있다. 100nm를 초과하는 경우에는 불순물의 트래핑(tapping) 효과가 저하될 수 있다. 이와는 반대로, 상기 기둥 간 평균간격이 1nm미만인 경우에는 불순물의 트래핑(tapping) 효과가 저하될 수 있어, 확산 방지 효과가 저감될 수 있다. 100nm를 초과할 경우에는 후공정에서 전극 코팅시 기둥 사이로 전극이 침투할 수 있어, 확산 방지가 이루어지지 않을 수 있다. 따라서, 상기 홀(hole) 또는 기둥간 평균간격은 1~100nm인 것이 바람직하며, 1~50nm의 범위를 갖는 것이 보다 바람직하며, 1~10nm의 범위를 갖는 것이 보다 더 바람직하다.
If a plurality of holes or pillars is provided, it is preferable that the interval between each other, that is, the average interval between the holes or pillars, is 1 to 100 nm. When the average spacing between the holes is less than 1 nm, the second diffusion barrier layer or the electrode may penetrate into the holes during coating of the electrode in a later process, thereby preventing diffusion. If it exceeds 100 nm, the trapping effect of impurities may be reduced. On the contrary, when the average distance between the pillars is less than 1 nm, the trapping effect of impurities may be lowered, and the diffusion preventing effect may be reduced. If the thickness exceeds 100 nm, the electrode may penetrate between the pillars during electrode coating in a later process, and diffusion prevention may not be achieved. Therefore, it is preferable that the average interval between holes or pillars is 1-100 nm, It is more preferable to have a range of 1-50 nm, It is still more preferable to have a range of 1-10 nm.
한편, 상기 확산방지막은 ZnO, ITO, FTO 및 AZO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종인 것이 바람직하며, 용이한 형성을 위해서는 상기 확산방지막이 ZnO인 것이 보다 바람직하다.
On the other hand, the diffusion barrier is preferably one selected from the group consisting of ZnO, ITO, FTO and AZO, more preferably, the diffusion barrier is ZnO for easy formation.
전술한 바와 같은 확산방지막을 형성하기 위한 방법에 대해서는 특별히 한정하지 않으나, 그 일례로서는 다음과 같은 기상화학증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 방법이 이용될 수 있다. 350~500℃의 온도와 0.3~0.4torr의 진공압 분위기에서, 전구체로서 디에틸징크(Diethylzinc, Zn(C2H5)2)와 산소 기체를 1:300의 비율로 챔버 내에 공급하면 수직으로 성장하는 ZnO 확산방지막을 얻을 수 있다. 이 때, 온도 범위와 전구체의 비율을 일정하게 유지하면서 압력이 2~5Torr까지 상승하도록 전구체 가스를 공급하게 되면 분당 약 10nm의 속도로 ZnO 확산방지막이 성장하게 된다. 또한, 온도조절을 통해 상기 확산방지막의 폭을 40nm~140nm의 범위로 제어할 수 있으며, 온도를 높일수록 상기 폭은 좁아지게 된다. 한편, 상기와 같이 온도제어뿐만 아니라, 압력 또는 전구체의 비율 등 다른 조건들을 단독 혹은 복합적으로 제어함으로써 상기 폭을 얻고자하는 수준으로 제어할 수 있다.
The method for forming the diffusion barrier as described above is not particularly limited, but as an example, the following Chemical Vapor Deposition (CVD) method may be used. Diethylzinc (Zn (C 2 H 5 ) 2 ) and oxygen gas at a ratio of 1: 300 in the chamber at 350-500 ° C. and 0.3-0.4 torr vacuum pressure were applied vertically. A growing ZnO diffusion barrier film can be obtained. At this time, when the precursor gas is supplied such that the pressure rises to 2 to 5 Torr while maintaining a constant temperature range and the ratio of the precursor, the ZnO diffusion barrier film grows at a rate of about 10 nm per minute. In addition, it is possible to control the width of the diffusion barrier film in the range of 40nm ~ 140nm through temperature control, the width becomes narrower as the temperature is increased. On the other hand, in addition to the temperature control as described above, it can be controlled to the level to obtain the width by controlling other conditions such as pressure or the ratio of the precursor alone or in combination.
한편, 상기 하부기판의 재질은 유리 뿐만 아니라, 유연성 기판도 사용될 수 있다. 상기 유연성 기판이라 함은 금속재질(스테인레스, 알루미늄 호일, Fe-Ni계 금속판, Fe-Cu계 금속판 등)이나, 폴리이미드와 같은 플라스틱 계열 등을 모두 포함한다.
Meanwhile, the lower substrate may be made of not only glass but also a flexible substrate. The flexible substrate includes all metal materials (stainless steel, aluminum foil, Fe-Ni-based metal plates, Fe-Cu-based metal plates, etc.), plastic-based materials such as polyimide, and the like.
도 5는 본 발명 태양전지의 일례를 나타낸 모식도이며, 도 6은 본 발명 태양전지의 다른 일례를 나타낸 모식도이다. 이하, 도 5 및 6을 참조하여 본 발명 태양전지에 대하여 설명한다. 다만, 도 5 및 6은 본 발명의 일례를 나타낸 것으로서, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.
5 is a schematic diagram showing an example of the solar cell of the present invention, Figure 6 is a schematic diagram showing another example of the solar cell of the present invention. Hereinafter, the solar cell of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6. 5 and 6 illustrate an example of the present invention, but are not necessarily limited thereto.
도 5 및 6에 나타난 바와 같이, 본 발명은 하부기판(10); 상기 하부기판(10) 상에 형성된 확산방지막(20); 상기 확산방지막(20) 상에 형성된 하부전극(30); 상기 하부전극(30) 상에 형성된 p형 광흡수층(200); 상기 광흡수층(200) 상에 형성된 n형 버퍼층(300); 상기 버퍼층(300) 상에 형성된 투명창(400); 및 상기 투명창(400) 상에 형성된 상부전극(500)을 포함하는 태양전지(1000)를 제공한다.
As shown in Figures 5 and 6, the present invention is a lower substrate (10); A
도 5와 6은 각각 도 1 및 3에서와 같이 확산방지막(20)에 홀(22)이 형성되거나, 확산방지막(20) 자체가 기둥(20a) 형상을 갖는 태양전지용 기판(100)을 구비하는 태양전지(1000)를 나타낸 것으로서, 전술한 바와 같은 불순물 확산 억제 효과를 통해 효율 향상을 기대할 수 있다.
5 and 6 show that the
한편, 구현하고자 하는 태양전지의 종류에 따라, 상기 광흡수층, 버퍼층 등의 재질이 달라질 수 있다. 다만, 일례로서, CIGS 태양전지는 광흡수층으로서 CIGS를, n형 반도체로서 버퍼층은 CdS, 투명창은 ZnO로 이루어질 수 있다. 한편, 하부기판은 앞서 언급한 바와 같이, 유리, 스테인레스, 알루미늄 호일, Fe-Ni계 금속, Fe-Cu계 금속, 폴리이미드로 이루어진 그룹에서 선택된 1종일 수 있다. 또한, 투명창 또는 상부전극은 당해 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 본 발명에 바람직하게 적용될 수 있으며, 그 종류에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.On the other hand, depending on the type of solar cell to be implemented, the material of the light absorption layer, the buffer layer, etc. may vary. However, as an example, the CIGS solar cell may include CIGS as the light absorption layer, CdS as the n-type semiconductor, and ZnO as the transparent window. Meanwhile, as mentioned above, the lower substrate may be one selected from the group consisting of glass, stainless steel, aluminum foil, Fe—Ni-based metal, Fe—Cu-based metal, and polyimide. In addition, the transparent window or the upper electrode can be preferably applied to the present invention as long as it is commonly used in the art, the type is not particularly limited.
10 : 하부기판 20 : 확산방지막
20a : 기둥 22 : 홀
30 : 하부 전극 100 : 태양전지용 기판
200 : 광흡수층 300 : 버퍼층
400 : 투명창 500 : 상부전극
1000 : 태양전지10: lower substrate 20: diffusion barrier
20a: pillar 22: hole
30: lower electrode 100: solar cell substrate
200: light absorbing layer 300: buffer layer
400: transparent window 500: upper electrode
1000: solar cell
Claims (11)
상기 하부기판 상에 형성된 확산방지막;
상기 확산방지막 상에 형성된 하부전극;
상기 하부전극 상에 형성된 p형 광흡수층;
상기 광흡수층 상에 형성된 n형 버퍼층;
상기 버퍼층 상에 형성된 투명창; 및
상기 투명창 상에 형성된 상부전극을 포함하며,
상기 확산방지막은 상기 하부기판 대비 면적율이 40~90%인 태양전지.
A lower substrate;
A diffusion barrier formed on the lower substrate;
A lower electrode formed on the diffusion barrier layer;
A p-type light absorption layer formed on the lower electrode;
An n-type buffer layer formed on the light absorption layer;
A transparent window formed on the buffer layer; And
An upper electrode formed on the transparent window,
The diffusion barrier is a solar cell having an area ratio of 40 to 90% of the lower substrate.
상기 확산방지막은 막(layer)의 형태이며, 상기 막에는 홀이 형성되고, 상기 홀은 원형 또는 다각형의 형태를 갖는 것을 포함하는 태양전지.
The method according to claim 1,
The diffusion barrier is in the form of a layer (layer), a hole is formed in the film, the hole comprises a circular or polygonal form of a solar cell.
상기 확산방지막은 원기둥 또는 다각기둥의 형상을 갖고, 상기 원기둥 또는 다각기둥은 하나 이상인 것을 포함하는 태양전지.
The method according to claim 1,
The diffusion barrier has a shape of a cylinder or a polygonal column, wherein the cylinder or polygonal column comprises at least one.
상기 확산방지막의 평균 두께는 10nm~10㎛인 것을 포함하는 태양전지.
The method according to claim 1,
The average thickness of the diffusion barrier film is a solar cell comprising 10nm ~ 10㎛.
상기 홀(hole)의 평균 폭은 20~500nm인 것을 포함하는 태양전지.
The method according to claim 2,
The solar cell comprising an average width of the hole is 20 ~ 500nm.
상기 기둥의 평균 폭은 20~500nm인 것을 포함하는 태양전지.
The method according to claim 3,
The solar cell comprising an average width of the pillar is 20 ~ 500nm.
상기 홀(hole) 간 평균간격은 1~100nm인 것을 포함하는 태양전지.
The method according to claim 2,
The average interval between the holes (hole) is a solar cell comprising a 1 ~ 100nm.
상기 기둥 간 평균간격은 1~100nm인 것을 포함하는 태양전지.
The method according to claim 3,
The average interval between the pillar is a solar cell comprising 1 ~ 100nm.
상기 확산방지막은 ZnO, ITO, FTO 및 AZO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지.
The method according to claim 1,
The diffusion barrier is a solar cell, characterized in that at least one selected from the group consisting of ZnO, ITO, FTO and AZO.
상기 하부기판은 유리, 스테인레스, 알루미늄 호일, Fe-Ni계 금속, Fe-Cu계 금속, 폴리이미드로 이루어진 그룹에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 태양전지.
The method according to claim 1,
The lower substrate is a solar cell, characterized in that one selected from the group consisting of glass, stainless steel, aluminum foil, Fe-Ni-based metals, Fe-Cu-based metals, polyimide.
상기 광흡수층은 CIGS이고, 상기 버퍼층은 CdS이고, 상기 투명창은 ZnO인 것을 특징으로 하는 태양전지.The method according to claim 1,
The light absorption layer is CIGS, the buffer layer is CdS, the transparent window is a solar cell, characterized in that the ZnO.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110137835A KR101867616B1 (en) | 2011-12-20 | 2011-12-20 | Solar cell having layer for diffusion barrier |
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