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WO2014204182A1 - 태양전지 - Google Patents

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Publication number
WO2014204182A1
WO2014204182A1 PCT/KR2014/005318 KR2014005318W WO2014204182A1 WO 2014204182 A1 WO2014204182 A1 WO 2014204182A1 KR 2014005318 W KR2014005318 W KR 2014005318W WO 2014204182 A1 WO2014204182 A1 WO 2014204182A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode layer
holes
support substrate
layer
front electrode
Prior art date
Application number
PCT/KR2014/005318
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
정종선
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to US14/892,177 priority Critical patent/US9960291B2/en
Priority to CN201480035545.4A priority patent/CN105340083B/zh
Publication of WO2014204182A1 publication Critical patent/WO2014204182A1/ko

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Classifications

    • H01L31/04—
    • H01L31/022425—
    • H01L31/0463—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • Embodiments relate to solar cells.
  • Solar cells are classified into silicon semiconductor solar cells, compound semiconductor solar cells, stacked solar cells and the like according to the constituents, and the solar cells including the CIGS light absorbing layer of the present invention belong to the class of compound semiconductor solar cells.
  • CIGS a group I-III-VI compound semiconductor
  • the solar cell is manufactured by sequentially depositing a substrate, a back electrode layer, a light absorbing layer, a buffer layer, and a front electrode layer. Further, a first through hole for shorting the rear electrode layer, a second through hole for shorting the light absorbing layer and the buffer layer, a third through hole for shorting the front electrode layer and a fourth through hole for shorting the edge portion are formed.
  • the fourth through hole that short-circuits the edge portion may be formed by etching with a laser or by first etching with a laser and then mechanically etching using a needle or the like as a second.
  • the front electrode layer may melt due to the high energy of the laser, and short may occur due to the contact between the front electrode layer and the rear electrode layer. There is a problem.
  • Embodiments provide a solar cell having a new structure including a fourth through hole having an inclined surface.
  • the solar cell according to the first embodiment includes a support substrate; A rear electrode layer formed on the support substrate; A light absorbing layer formed on the back electrode layer; A buffer layer formed on the light absorbing layer; A front electrode layer formed on the buffer layer; And a fourth through hole penetrating the rear electrode layer, the light absorbing layer, the buffer layer, and the front electrode layer, wherein the fourth through groove is formed to have an inclination with respect to an upper surface of the support substrate.
  • the solar cell according to the second embodiment includes a support substrate; A rear electrode layer formed on the support substrate; A light absorbing layer formed on the back electrode layer; A front electrode layer formed on the light absorbing layer; And a fourth through hole penetrating the rear electrode layer, the light absorbing layer, and the front electrode layer, wherein the fourth through groove comprises: a first surface perpendicular to an upper surface of the support substrate; And a second surface extending from the first surface and inclined with respect to an upper surface of the support substrate.
  • the fourth through holes are formed to be inclined at a predetermined inclination angle with respect to the upper surface of the support substrate.
  • the fourth through holes are formed in a direction perpendicular to the upper surface of the support substrate like the first through third through holes.
  • the laser was irradiated at one time or the laser was irradiated firstly, and the second etching was performed by a mechanical method through a needle or the like.
  • the solar cell according to the first embodiment is formed so that the inner surface of the fourth through hole has a predetermined inclination angle when forming the fourth through hole.
  • the front electrode layer since the separation distance between the front electrode layer and the rear electrode layer increases, even if the front electrode layer is partially melted due to the high energy of the laser during etching by the laser, the front electrode layer may be prevented from contacting the front electrode layer. Short circuit can be prevented by contacting the back electrode layer with the back electrode layer.
  • the solar cell according to the second embodiment is formed with a second surface in which fourth through grooves are inclined with a first surface perpendicular to the upper surface of the support substrate.
  • the solar cell according to the second embodiment is formed so that the inner surface of the fourth through groove has a partially inclined angle when forming the fourth through groove.
  • the front electrode layer since the separation distance between the front electrode layer and the rear electrode layer increases, even if the front electrode layer is partially melted due to the high energy of the laser during etching by the laser, the front electrode layer may be prevented from contacting the front electrode layer. Short circuit can be prevented by contacting the back electrode layer with the back electrode layer.
  • FIG. 1 is a plan view illustrating a solar cell according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross section of the solar cell according to the first embodiment.
  • 3 and 4 illustrate a fourth through hole of the solar cell according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a cross section of the solar cell according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a view illustrating a fourth through hole portion of the solar cell according to the second embodiment.
  • FIG. 7 to 15 are views for explaining a method of manufacturing a solar cell according to the embodiment.
  • each layer, region, pattern, or structure may be “on” or “under” the substrate, each layer, region, pad, or pattern.
  • Substrate formed in includes all formed directly or through another layer. Criteria for the top / bottom or bottom / bottom of each layer will be described with reference to the drawings.
  • each layer (film), region, pattern, or structure may be modified for clarity and convenience of description, and thus do not necessarily reflect the actual size.
  • FIG. 1 is a plan view illustrating a solar cell according to an embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross section of the solar cell according to the first embodiment
  • FIGS. 3 and 4 are views of the solar cell according to the first embodiment
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a cross section of the solar cell according to the second embodiment
  • FIG. 6 illustrates a fourth through groove part of the solar cell according to the second embodiment.
  • the solar cell according to the first embodiment includes a support substrate 10, a back electrode layer 20, a light absorbing layer 30, a buffer layer 40, a front electrode layer 50, and a plurality of connections. (60).
  • the support substrate 10 has a plate shape and supports the rear electrode layer 20, the light absorbing layer 30, the buffer layer 40, the front electrode layer 50, and the connection part 60.
  • the support substrate 10 may be an insulator.
  • the support substrate 10 may be a glass substrate, a plastic substrate, or a metal substrate.
  • the support substrate 10 may be a soda lime glass substrate.
  • the support substrate 10 may be transparent.
  • the support substrate 100 may be rigid or flexible.
  • the back electrode layer 20 is disposed on the support substrate 10.
  • the back electrode layer 20 is a conductive layer.
  • Examples of the material used for the back electrode layer 20 may include a metal such as molybdenum.
  • the back electrode layer 20 may include two or more layers.
  • each of the layers may be formed of the same metal or different metals.
  • First through holes TH1 are formed in the rear electrode layer 20.
  • the first through holes TH1 are open regions exposing the top surface of the support substrate 10.
  • the first through holes TH1 may have a shape extending in a first direction when viewed in a plan view.
  • the width of the first through holes TH1 may be about 80 ⁇ m to about 200 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the rear electrode layer 20 is divided into a plurality of rear electrodes by the first through holes TH1. That is, the back electrodes are defined by the first through holes TH1.
  • the rear electrodes are spaced apart from each other by the first through holes TH1.
  • the back electrodes are arranged in a stripe shape.
  • the back electrodes may be arranged in a matrix form.
  • the first through holes TH1 may have a lattice shape when viewed in a plan view.
  • the light absorbing layer 30 is disposed on the back electrode layer 20.
  • the material included in the light absorbing layer 30 is filled in the first through holes TH1.
  • the light absorbing layer 30 includes a group I-III-VI compound.
  • the light absorbing layer 30 may be formed of a copper-indium-gallium-selenide-based (Cu (In, Ga) Se 2 ; CIGS-based) crystal structure, copper-indium-selenide-based, or copper-gallium-selenide It may have a system crystal structure.
  • the energy band gap of the light absorbing layer 30 may be about 1 eV to 1.8 eV.
  • the buffer layer 40 is disposed on the light absorbing layer 30.
  • the buffer layer 40 is in direct contact with the light absorbing layer 30.
  • Second through holes TH2 may be formed on the buffer layer 40.
  • the second through holes TH2 are open regions exposing the top surface of the back electrode layer 20.
  • the second through holes TH2 may have a shape extending in one direction when viewed in a plan view.
  • the width of the second through holes TH2 may be about 80 ⁇ m to about 200 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the buffer layer 40 is defined as a plurality of buffer layers by the second through holes TH2.
  • the front electrode layer 50 is disposed on the buffer layer 40.
  • the front electrode layer 50 is transparent and a conductive layer.
  • the resistance of the front electrode layer 50 may be higher than the resistance of the rear electrode layer 20.
  • the front electrode layer 50 includes an oxide.
  • examples of the material used as the front electrode layer 50 include aluminum doped ZnC (AZO), indium zinc oxide (IZO), or indium tin oxide (ITO). Etc. can be mentioned.
  • the front electrode layer 50 includes connection parts 60 positioned in the second through holes TH2.
  • Third through holes TH3 are formed in the buffer layer 40 and the front electrode layer 50.
  • the third through holes TH3 may penetrate part or all of the buffer layer 40 and the front electrode layer 50. That is, the third through holes TH3 may expose the top surface of the back electrode layer 20.
  • the third through holes TH3 are formed at positions adjacent to the second through holes TH2.
  • the third through holes TH3 are disposed next to the second through holes TH2. That is, when viewed in a plan view, the third through holes TH3 are arranged side by side next to the second through holes TH2.
  • the third through holes TH3 may have a shape extending in the first direction.
  • the front electrode layer 50 is divided into a plurality of front electrodes by the third through holes TH3.
  • the front electrodes have a shape corresponding to the rear electrodes. That is, the front electrodes are arranged in a stripe shape. Alternatively, the front electrodes may be arranged in a matrix form.
  • a plurality of solar cells C1, C2... are defined by the third through holes TH3.
  • the solar cells C1, C2... are defined by the second through holes TH2 and the third through holes TH3. That is, the solar cell according to the embodiment is divided into the solar cells C1, C2... By the second through holes TH2 and the third through holes TH3.
  • the solar cells C1, C2... are connected to each other in a second direction crossing the first direction. That is, current may flow in the second direction through the solar cells C1, C2...
  • the solar cell panel 1000 includes the support substrate 10 and the solar cells C1, C2...
  • the solar cells C1, C2... are disposed on the support substrate 10 and spaced apart from each other.
  • the solar cells C1, C2... Are connected to each other in series by the connecting parts 60.
  • connection parts 60 are disposed inside the second through holes TH2.
  • the connection parts 60 extend downward from the front electrode layer 50 and are connected to the back electrode layer 20.
  • the connection parts 60 extend from the front electrode of the first cell C1 and are connected to the rear electrode of the second cell C2.
  • connection parts 60 connect solar cells adjacent to each other.
  • the connection parts 60 connect the front electrode and the back electrode included in the solar cells adjacent to each other.
  • connection part 60 is integrally formed with the front electrode layer 60. That is, the material used as the connection part 60 is the same as the material used as the front electrode layer 50.
  • the fourth through holes TH4 are formed on the front electrode layer 50.
  • the fourth through holes TH4 are formed through the rear electrode layer 20, the light absorbing layer 30, and the front electrode layer 50.
  • the fourth through holes TH4 expose the surface of the support substrate 10 and short-circuit the edge portion of the solar cell with the outside.
  • the inner side surfaces of the fourth through holes TH4 are inclined with respect to the upper surface of the support substrate 10.
  • the fourth through holes TH4 may be formed in a direction different from at least one of the first through holes TH1, the second through holes TH2, and the third through holes TH3. Can be. That is, at least one of the first through holes TH1, the second through holes TH2, and the third through holes TH3 may be formed in a direction perpendicular to the top surface of the support substrate 10. The fourth through holes TH4 may be formed in a direction different from the vertical direction.
  • the fourth through holes TH4 are formed to be inclined such that the widths of the fourth through holes TH4 become wider as they extend from the support substrate 10 to the front electrode layer 50. do.
  • the inclination angle ⁇ 1 of the fourth through holes TH4 and the upper surface of the support substrate 10 may be an obtuse angle.
  • the inclination angle ⁇ 1 may be about 130 ° to about 170 °.
  • the dead zone may be widened, thereby decreasing efficiency, and etching by laser may be difficult.
  • the inclination angle ⁇ 1 is 170 ° or more, the front electrode layer 50 may be melted by a laser, and the front electrode layer 50 may contact the rear electrode layer 20 to cause a short.
  • the fourth through holes TH4 are formed to be inclined so that the widths of the fourth through holes TH4 become narrower as they extend from the support substrate 10 to the front electrode layer 50. do.
  • the inclination angle ⁇ 2 of the fourth through holes TH4 and the upper surface of the support substrate 10 may be an acute angle.
  • the inclination angle ⁇ 2 may be about 40 ° to about 80 °.
  • the dead zone may be widened, thereby decreasing efficiency, and etching by laser may be difficult.
  • the inclination angle ⁇ 2 is 80 ° or more, the front electrode layer 50 may be melted by a laser, and the front electrode layer 50 may contact the rear electrode layer 20 to cause a short.
  • the fourth through holes are formed to be inclined at a predetermined inclination angle with respect to the upper surface of the support substrate.
  • the fourth through holes are formed in a direction perpendicular to the upper surface of the support substrate like the first through third through holes.
  • the laser was irradiated at one time or the laser was irradiated firstly, and the second etching was performed by a mechanical method through a needle or the like.
  • the solar cell according to the first embodiment is formed so that the inner surface of the fourth through hole has a predetermined inclination angle when forming the fourth through hole.
  • the front electrode layer since the separation distance between the front electrode layer and the rear electrode layer increases, even if the front electrode layer is partially melted due to the high energy of the laser during etching by the laser, the front electrode layer may be prevented from contacting the front electrode layer. Short circuit can be prevented by contacting the back electrode layer with the back electrode layer.
  • a solar cell according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
  • the description of the same parts as those of the solar cell according to the first embodiment will be omitted. That is, the description of the solar cell according to the second embodiment is essentially combined with the description of the solar cell according to the first embodiment.
  • the solar cell according to the second embodiment includes a support substrate 100, a rear electrode layer 200, a light absorbing layer 300, a buffer layer 400, a front electrode layer 500, and a plurality of solar cells. And a connection part 600.
  • the solar cell according to the second embodiment may include first through holes TH1 penetrating the rear electrode layer, second through holes TH1 penetrating the light absorbing layer, the light absorbing layer, and the front electrode layer. And third through holes TH1 penetrating and fourth through holes TH4 penetrating the rear electrode layer, the light absorbing layer, and the front electrode layer.
  • the support substrate 100, the back electrode layer 200, the light absorbing layer 300, the buffer layer 400, the front electrode layer 500, the contact portion 600, and the first through third through holes are the same as the description of the solar cell according to the first embodiment described above, and thus description thereof will be omitted.
  • the fourth through holes TH4 are formed to expose the surface of the support substrate 100 and to short-circuit the edge portion of the solar cell with the outside.
  • the fourth through holes TH4 may be formed in a direction different from at least one of the first through holes TH1, the second through holes TH2, and the third through holes TH3. . That is, at least one of the first through holes TH1, the second through holes TH2, and the third through holes TH3 may be formed in a direction perpendicular to the top surface of the support substrate 10. The fourth through holes TH4 may be formed in a direction different from the vertical direction.
  • the fourth through holes TH4 may be partially inclined with respect to the top surface of the support substrate 100.
  • the fourth through holes TH4 extend from the first surface TH4a and the first surface TH4a perpendicular to the upper surface of the support substrate 100, and the upper surface of the support substrate 100. It includes a second surface (TH4b) which is inclined at a predetermined angle with respect to. That is, the inner surface of the fourth through holes TH4 includes a second surface TH4b that is partially inclined with respect to the support substrate 100, that is, an inclined surface.
  • the width of the fourth through holes TH4 may become wider as it extends from the support substrate 100 to the front electrode layer 500.
  • the width of the fourth through holes TH4 may become wider as it extends from the supporting substrate 100 to the front electrode layer 500 with the second surface TH4b as a starting point.
  • the second surface TH4a of the fourth through holes TH4 is inclined when the predetermined angle with respect to the top surface of the support substrate 100 is inclined.
  • the second surface TH4b is inclined at an inclination angle ⁇ 3 of about 130 ° to about 170 ° with respect to the support substrate 100.
  • the inclination angle ⁇ 3 may be about 130 ° to about 170 °.
  • the dead zone may be widened, thereby decreasing efficiency, and etching by laser may be difficult.
  • the inclination angle ⁇ 3 is 170 ° or more, the front electrode layer 50 may be melted by a laser, and the front electrode layer 50 may contact the rear electrode layer 20 to cause a short.
  • the solar cell according to the second embodiment is formed with a second surface in which fourth through grooves are inclined with a first surface perpendicular to the upper surface of the support substrate.
  • the solar cell according to the second embodiment is formed so that the inner surface of the fourth through groove has a partially inclined angle when forming the fourth through groove.
  • the front electrode layer since the separation distance between the front electrode layer and the rear electrode layer increases, even if the front electrode layer is partially melted due to the high energy of the laser during etching by the laser, the front electrode layer may be prevented from contacting the front electrode layer. Short circuit can be prevented by contacting the back electrode layer with the back electrode layer.
  • FIGS. 7 to 15 are views for explaining a method of manufacturing a solar cell according to the embodiment.
  • reference numerals of the solar cell according to the second embodiment are described for convenience of description, and the method of manufacturing the solar cell according to the first embodiment also includes The manufacturing method is also produced by the same manufacturing method as in the first embodiment.
  • the back electrode layer 200 is formed on the support substrate 100.
  • the rear electrode layer 200 is patterned to form first through holes TH1. Accordingly, a plurality of back electrodes, first connection electrodes, and second connection electrodes are formed on the support substrate 100.
  • the back electrode layer 200 is patterned by a laser.
  • the first through holes TH1 may expose the top surface of the support substrate 100 and may have a width of about 80 ⁇ m to about 200 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • an additional layer such as a diffusion barrier may be interposed between the support substrate 100 and the rear electrode layer 200, wherein the first through holes TH1 expose the top surface of the additional layer.
  • a light absorbing layer 300 is formed on the back electrode layer 200.
  • the light absorbing layer 300 may be formed by a sputtering process or an evaporation method.
  • the light absorbing layer 300 For example, copper, indium, gallium, selenide-based (Cu (In, Ga) Se 2 ; CIGS-based) while evaporating copper, indium, gallium, and selenium simultaneously or separately to form the light absorbing layer 300.
  • the method of forming the light absorbing layer 300 and the method of forming the metal precursor film by the selenization process are widely used.
  • a metal precursor film is formed on the back electrode 200 by a sputtering process using a copper target, an indium target, and a gallium target.
  • the metal precursor film is formed of a copper-indium-gallium-selenide (Cu (In, Ga) Se 2 ; CIGS-based) light absorbing layer 300 by a selenization process.
  • Cu (In, Ga) Se 2 copper-indium-gallium-selenide
  • CIGS-based copper-indium-gallium-selenide
  • the sputtering process and the selenization process using the copper target, the indium target, and the gallium target may be simultaneously performed.
  • the CIS-based or CIG-based light absorbing layer 300 may be formed by using only a copper target and an indium target, or by a sputtering process and a selenization process using a copper target and a gallium target.
  • cadmium sulfide is deposited by a sputtering process or a chemical bath depositon (CBD), and the buffer layer 400 is formed.
  • the buffer layer may be formed by chemical vapor deposition (CVD), metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), or atomic layer deposition (ALD).
  • CVD chemical vapor deposition
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • the second through holes TH2 may be formed by a mechanical device such as a tip or a laser device.
  • the light absorbing layer 300 and the buffer layer 400 may be patterned by a tip having a width of about 40 ⁇ m to about 180 ⁇ m.
  • the second through holes TH2 may be formed by a laser having a wavelength of about 200 nm to about 600 nm.
  • the width of the second through holes TH2 may be about 100 ⁇ m to about 200 ⁇ m.
  • the second through holes TH2 are formed to expose a portion of the top surface of the back electrode layer 200.
  • a transparent conductive material is deposited on the buffer layer 400 to form the front electrode layer 500.
  • the front electrode layer 500 may be formed by depositing the transparent conductive material in an oxygen-free atmosphere.
  • the front electrode layer 500 may be formed by depositing zinc oxide doped with aluminum in an inert gas atmosphere containing no oxygen.
  • the forming of the front electrode layer may be formed by depositing zinc oxide doped with aluminum by a method of depositing using a ZnO target by an RF sputtering method or a reactive sputtering method using a Zn target.
  • a portion of the light absorbing layer 300, the buffer layer 400 and the front electrode layer 500 is removed to form third through holes TH3.
  • the front electrode layer 500 is patterned to define a plurality of front electrodes, a first cell C1, a second cell C2, and a third cell C3.
  • the width of the third through holes TH3 may be about 80 ⁇ m to about 200 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • some of the rear electrode layer 200, the light absorbing layer 300, the buffer layer 400, and the front electrode layer 500 are removed to form fourth through holes TH4. . Accordingly, the surface of the support substrate 100 is exposed, and the edge portion of the solar cell is shorted to the outside.
  • the fourth through holes TH4 may be formed by irradiating a laser.
  • the laser is inclined at a predetermined angle with respect to the upper surface of the support substrate 100 is irradiated. Accordingly, the inner surface of the fourth through holes TH4 is formed with a predetermined inclination angle with respect to the upper surface of the support substrate.
  • the inner surfaces of the fourth through holes TH4 are formed in a narrower or wider direction as they extend from the support substrate 100 to the front electrode layer. That is, the fourth through holes TH4 are formed when the inclination angle of the acute angle or the obtuse angle with respect to the upper surface of the support substrate 100 is formed.
  • the inclination angle of the fourth through holes TH4 is about 40 °. To about 80 °.
  • the inclination angle of the fourth through holes TH4 is about 130 ° or more. About 170 °.
  • the separation distance between the front electrode layer and the rear electrode layer increases in the solar cell manufactured by the manufacturing method, even when the front electrode layer is partially melted due to the high energy of the laser during etching by the laser, Since it is possible to prevent the contact of the front electrode layer and the rear electrode layer is in contact with the short can be prevented from occurring.
  • fourth through grooves partially inclined by removing portions of the back electrode layer 200, the light absorbing layer 300, the buffer layer 400, and the front electrode layer 500, unlike FIG. 14. TH4 is formed. Accordingly, the surface of the support substrate 100 is exposed, and the edge portion of the solar cell is shorted to the outside.
  • the fourth through holes TH4 may be formed by irradiating a laser and using a mechanical method such as a needle.
  • the laser is irradiated in a vertical direction with respect to the upper surface of the support substrate 100.
  • an inner surface of the fourth through holes TH4 is perpendicular to the upper surface of the support substrate.
  • the inner surface of the fourth through holes TH4 may include the second surface TH4b partially inclined with the first surface TH4a that is partially perpendicular to the upper surface of the support substrate 100. Is formed.
  • the second surface TH4b of the inner surfaces of the fourth through holes TH4 is formed in a direction that is wider as it extends from the support substrate 100 to the front electrode layer. That is, the second surface TH4b is formed when the inclination angle of the acute angle or the obtuse angle with respect to the upper surface of the support substrate 100 is formed. In detail, when the second surface TH4b is formed to be narrower as it extends from the support substrate 100 to the front electrode layer, the inclination angle of the upper surface of the support substrate 100 and the second surface TH4b is about 130. ° to about 170 °.
  • the separation distance between the front electrode layer and the rear electrode layer increases in the solar cell manufactured by the manufacturing method, even when the front electrode layer is partially melted due to the high energy of the laser during etching by the laser, Since contact of the front electrode layer and the rear electrode layer can be prevented from contacting, it is possible to prevent the short from occurring.

Landscapes

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Abstract

실시예에 따른 태양전지는, 지지 기판; 상기 지지 기판 상에 형성되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 형성되는 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 형성되는 전면 전극층; 및 상기 후면 전극층, 상기 광 흡수층, 상기 버퍼층 및 상기 전면 전극층을 관통하는 제 4 관통홈을 포함하고, 상기 제 4 관통홈은, 상기 지지 기판의 상면에 대해 경사를 가지며 형성된다.

Description

태양전지
실시예는 태양전지에 관한 것이다.
최근 환경문제와 천연자원의 고갈에 대한 관심이 높아지면서, 환경오염에 대한 문제가 없으며 에너지 효율이 높은 대체 에너지로서의 태양전지에 대한 관심이 높아지고 있다. 태양전지는 구성성분에 따라 실리콘 반도체 태양전지, 화합물 반도체 태양전지, 적층형 태양전지 등으로 분류되며, 본 발명과 같은 CIGS 광 흡수층을 포함하는 태양전지는 그 중 화합물 반도체 태양전지의 분류에 속한다.
I-III-VI족 화합물반도체인 CIGS는 1 eV 이상의 직접 천이형 에너지 밴드갭을 가지고 있고, 반도체 중에서 가장 높은 광 흡수 계수를 가질 뿐만 아니라, 전기 광학적으로 매우 안정하여 태양전지의 광 흡수층으로 매우 이상적인 소재이다.
태양전지는 기판, 후면 전극층, 광 흡수층, 버퍼층 및 전면 전극층이 순차적으로 증착되어 제조된다. 또한, 후면 전극층을 단락하는 제 1 관통홈, 광 흡수층 및 버퍼층을 단락하는 제 2 관통홈, 전면 전극층을 단락하는 제 3 관통홈 및 에지 부분을 단락하는 제 4 관통홈이 형성된다.
이때, 상기 에지 부분을 단락하는 상기 제 4 관통홈은 레이저로 식각을 하거나 또는 레이저로 1차 식각을 한 후 2차로 니들 등을 이용하여 기계적인 식각을 하여 형성할 수 있다.
그러나, 레이저로 식각을 하는 경우, 레이저의 높은 에너지로 인해 전면 전극층이 녹아 전면 전극층과 후면 전극층의 접촉으로 쇼트(short)가 발생할 수 있고, 투 스텝 공정시에는 공정 단계가 추가되어 공정 효율이 저하된다는 문제점이 있다.
따라서, 상기 제 4 관통홈을 보다 효율적으로 형성할 수 있는 새로운 구조의 태양전지의 필요성이 요구된다.
실시예는 경사면이 형성된 제 4 관통홈을 포함하는 새로운 구조의 태양전지를 제공하고자 한다.
제 1 실시예에 따른 태양전지는, 지지 기판; 상기 지지 기판 상에 형성되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 형성되는 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 형성되는 전면 전극층; 및 상기 후면 전극층, 상기 광 흡수층, 상기 버퍼층 및 상기 전면 전극층을 관통하는 제 4 관통홈을 포함하고, 상기 제 4 관통홈은, 상기 지지 기판의 상면에 대해 경사를 가지며 형성된다.
제 2 실시예에 따른 태양전지는, 지지 기판; 상기 지지 기판 상에 형성되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 형성되는 전면 전극층; 및 상기 후면 전극층, 상기 광 흡수층 및 상기 전면 전극층을 관통하는 제 4 관통홈을 포함하고, 상기 제 4 관통홈은, 상기 지지 기판의 상면에 대해 수직인 제 1면; 및 상기 제 1 면으로부터 연장되고, 상기 지지 기판의 상면에 대해 경사지는 제 2면을 포함한다.
제 1 실시예에 따른 태양전지는 제 4 관통홈들이 상기 지지 기판의 상면에 대해 일정한 경사 각도로 경사를 지며 형성된다.
종래에는, 상기 제 4 관통홈들은 상기 제 1 내지 3 관통홈들과 같이 상기 지지 기판의 상면에 대해 수직 방향으로 형성되었다. 이때, 레이저를 조사하여 한번에 식각하거나 또는 레이저를 조사하여 1차로 식각하고, 니들 등을 통한 기계적인 방법으로 2차로 식각하였다.
그러나, 종래 레이저만을 사용하여 식각하거나, 레이저와 기계적인 방법을 이용하여 식각하는 경우에는, 레이저의 높은 에너지에 의해 전면 전극층이 녹아내려 하부에 위치하는 후면 전극층과 접촉하여 쇼트가 발생할 수 있었다. 또한, 1차 및 2차 식각에 의해 제 4 관통홈들을 형성하는 경우에는 공정 수가 증가하여 공정 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
이에 따라, 제 1 실시예에 따른 태양전지는 제 4 관통홈을 형성할 때, 상기 제 4 관통홈의 내측면이 일정한 경사 각도를 가지도록 형성한다.
이에 따라, 상기 전면 전극층과 상기 후면 전극층의 이격 거리가 증가하므로, 상기 레이저에 의한 식각시 상기 레이저의 높은 에너지로 인해 전면 전극층이 일부 녹아내려도 상기 후면 전극층과의 접촉을 방지할 수 있으므로, 전면 전극층과 후면 전극층이 접촉하여 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
제 2 실시예에 따른 태양전지는 제 4 관통홈들이 상기 지지 기판의 상면에 대해 수직인 제 1면과 경사지는 제 2면을 포함하며 형성된다.
이에 따라, 제 2 실시예에 따른 태양전지는 제 4 관통홈을 형성할 때, 상기 제 4 관통홈의 내측면이 부분적으로 일정한 경사 각도를 가지도록 형성한다.
이에 따라, 상기 전면 전극층과 상기 후면 전극층의 이격 거리가 증가하므로, 상기 레이저에 의한 식각시 상기 레이저의 높은 에너지로 인해 전면 전극층이 일부 녹아내려도 상기 후면 전극층과의 접촉을 방지할 수 있으므로, 전면 전극층과 후면 전극층이 접촉하여 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 데드존 영역의 증가를 최소화할 수 있어 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지를 도시한 평면도이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4는 제 1 실시예에 따른 태양전지의 제 4 관통홈 부분을 도시한 도면이다.
도 5는 제 2 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 6은 제 2 실시예에 따른 태양전지의 제 4 관통홈 부분을 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 15는 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지를 도시한 평면도이고, 도 2는 제 1 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이며, 도 3 및 도 4는 제 1 실시예에 따른 태양전지의 제 4 관통홈 부분을 도시한 도면이고, 도 5는 제 2 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이며, 도 6은 제 2 실시예에 따른 태양전지의 제 4 관통홈 부분을 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 제 1 실시예에 따른 태양전지는 지지 기판(10), 후면 전극층(20), 광 흡수층(30), 버퍼층(40), 전면 전극층(50) 및 다수 개의 접속부(60)를 포함한다.
상기 지지 기판(10)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 후면 전극층(20), 상기 광 흡수층(30), 상기 버퍼층(40), 상기 전면 전극층(50) 및 상기 접속부(60)를 지지한다.
상기 지지 기판(10)은 절연체일 수 있다. 상기 지지 기판(10)은 유리 기판, 플라스틱 기판 또는 금속 기판일 수 있다. 더 자세하게, 상기 지지 기판(10)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있다. 상기 지지 기판(10)은 투명할 수 있다. 상기 지지 기판(100)은 리지드(rigid)하거나 플렉서블(flexible)할 수 있다.
상기 후면 전극층(20)은 상기 지지 기판(10) 상에 배치된다. 상기 후면 전극층(20)은 도전층이다. 상기 후면 전극층(20)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴 등의 금속을 들 수 있다.
또한, 상기 후면 전극층(20)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
상기 후면 전극층(20)에는 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(10)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 제 1 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 상기 후면 전극층(20)은 다수 개의 후면 전극들로 구분된다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 상기 후면 전극들이 정의된다.
상기 후면 전극들은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서 서로 이격된다. 상기 후면 전극들은 스트라이프 형태로 배치된다.
이와는 다르게, 상기 후면 전극들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 격자 형태로 형성될 수 있다.
상기 광 흡수층(30)은 상기 후면전극층(20) 상에 배치된다. 또한, 상기 광 흡수층(30)에 포함된 물질은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 채워진다.
상기 광 흡수층(30)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 계 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(30)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계) 결정 구조, 구리-인듐-셀레나이드계 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다.
상기 광 흡수층(30)의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1eV 내지 1.8eV일 수 있다.
상기 버퍼층(40)은 상기 광 흡수층(30) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(40)은 상기 광 흡수층(30)에 직접 접촉한다.
상기 버퍼층(40) 상에는 제 2 관통홈들(TH2)이 형성될 수 있다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 후면 전극층(20)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 평면에서 보았을 때, 일 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 버퍼층(40)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 버퍼층들로 정의된다.
상기 전면 전극층(50)은 상기 버퍼층(40) 상에 배치된다. 상기 전면 전극층(50)은 투명하며 도전층이다. 또한, 상기 전면 전극층(50)의 저항은 상기 후면 전극층(20)의 저항보다 높을 수 있다.
상기 전면 전극층(50)은 산화물을 포함한다. 일례로, 상기 전면 전극층(50)으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드(Al doped ZnC;AZO), 인듐 징크 옥사이드(indium zinc oxide;IZO) 또는 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide;ITO) 등을 들 수 있다.
상기 전면 전극층(50)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내부에 위치하는 접속부(60)들을 포함한다.
상기 버퍼층(40) 및 상기 전면 전극층(50)에는 제 3 관통홈들(TH3)이 형성된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 버퍼층(40)의 일부 또는 전부 및 상기 전면 전극층(50)을 관통할 수 있다. 즉, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 후면 전극층(20)의 상면을 노출시킬 수 있다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 인접하는 위치에 형성된다. 더 자세하게, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 옆에 배치된다. 즉, 평면에서 보았을 때, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 옆에 나란히 배치된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 1 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 전면 전극층(50)은 다수 개의 전면전극들로 구분된다.
상기 전면 전극들은 상기 후면전극들과 대응되는 형상을 가진다. 즉, 상기 전면 전극들은 스트라이프 형태로 배치된다. 이와는 다르게, 상기 전면 전극들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
또한, 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 다수 개의 태양전지들(C1, C2...)이 정의된다. 더 자세하게, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 및 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 태양전지들(C1, C2...)이 정의된다. 즉, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 및 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 실시예에 따른 태양전지는 상기 태양전지들(C1, C2...)로 구분된다. 또한, 상기 태양전지들(C1, C2...)은 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 서로 연결된다. 즉, 상기 태양전지들(C1, C2...)을 통하여 상기 제 2 방향으로 전류가 흐를 수 있다.
즉, 상기 태양전지 패널(1000)은 상기 지지기판(10) 및 상기 태양전지들(C1, C2...)을 포함한다. 상기 태양전지들(C1, C2...)은 상기 지지기판(10) 상에 배치되고, 서로 이격된다. 또한, 상기 태양전지들(C1, C2...)은 상기 접속부들(60)에 의해서 서로 직렬로 연결된다.
상기 접속부들(60)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 배치된다. 상기 접속부들(60)은 상기 전면 전극층(50)으로부터 하방으로 연장되며, 상기 후면 전극층(20)에 접속된다. 예를 들어, 상기 접속부들(60)은 상기 제 1 셀(C1)의 전면전극으로부터 연장되어, 상기 제 2 셀(C2)의 후면전극에 접속된다.
따라서, 상기 접속부들(60)은 서로 인접하는 태양전지들을 연결한다. 더 자세하게, 상기 접속부들(60)은 서로 인접하는 태양전지들에 각각 포함된 전면전극과 후면전극을 연결한다.
상기 접속부(60)는 상기 전면전극층(60)과 일체로 형성된다. 즉, 상기 접속부(60)로 사용되는 물질은 상기 전면전극층(50)으로 사용되는 물질과 동일하다.
상기 전면 전극층(50) 상에는 제 4 관통홈들(TH4)이 형성된다. 상기 제 4 관통홈들(TH4)은 상기 후면 전극층(20), 상기 광 흡수층(30) 및 상기 전면 전극층(50)을 관통하여 형성된다.
상기 제 4 관통홈들(TH4)은 상기 지지 기판(10)의 표면을 노출시키며, 상기 태양전지의 에지 부분을 외부와 단락하는 역할을 한다.
도 3 및 도 4에 도시되어 있듯이, 상기 제 4 관통홈들(TH4)의 내측면은 상기 지지 기판(10)의 상면에 대해 경사를 가지면서 형성된다.
자세하게, 상기 제 4 관통홈들(TH4)은 상기 제 1 관통홈(TH1), 상기 제 2 관통홈(TH2) 및 상기 제 3 관통홈(TH3) 중 적어도 하나의 관통홈과 다른 방향으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 관통홈(TH1), 상기 제 2 관통홈(TH2) 및 상기 제 3 관통홈(TH3) 중 적어도 하나의 관통홈은 상기 지지 기판(10)의 상면에 대해 수직 방향으로 형성될 수 있으며, 상기 제 4 관통홈들(TH4)은 상기 수직 방향과 다른 방향으로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제 4 관통홈들(TH4)은 상기 지지 기판(10)에서 상기 전면 전극층(50)으로 연장할수록 상기 제 4 관통홈들(TH4)의 폭이 넓어지도록 경사를 지면서 형성된다.
이때, 상기 제 4 관통홈들(TH4)과 상기 지지 기판(10)의 상면의 경사 각도(θ1)는 둔각일 수 있다. 자세하게, 상기 경사 각도(θ1)는 약 130° 내지 약 170°일 수 있다. 상기 경사 각도(θ1)가 130° 미만인 경우 데드존 영역이 넓어져 효율이 저하될 수 있고, 레이저에 의한 식각이 어려울 수 있다. 또한, 상기 경사 각도(θ1)가 170° 이상인 경우 레이저에 의해 전면 전극층(50)이 녹아서 상기 전면 전극층(50)이 상기 후면 전극층(20)에 접촉되어 쇼트가 발생할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 제 4 관통홈들(TH4)은 상기 지지 기판(10)에서 상기 전면 전극층(50)으로 연장할수록 상기 제 4 관통홈들(TH4)의 폭이 좁아지도록 경사를 지면서 형성된다.
이때, 상기 제 4 관통홈들(TH4)과 상기 지지 기판(10)의 상면의 경사 각도(θ2)는 예각일 수 있다. 자세하게, 상기 경사 각도(θ2)는 약 40° 내지 약 80°일 수 있다. 상기 경사 각도(θ2)가 40° 미만인 경우 데드존 영역이 넓어져 효율이 저하될 수 있고, 레이저에 의한 식각이 어려울 수 있다. 또한, 상기 경사 각도(θ2)가 80° 이상인 경우 레이저에 의해 전면 전극층(50)이 녹아서 상기 전면 전극층(50)이 상기 후면 전극층(20)에 접촉되어 쇼트가 발생할 수 있다.
제 1 실시예에 따른 태양전지는 제 4 관통홈들이 상기 지지 기판의 상면에 대해 일정한 경사 각도로 경사를 지며 형성된다.
종래에는, 상기 제 4 관통홈들은 상기 제 1 내지 3 관통홈들과 같이 상기 지지 기판의 상면에 대해 수직 방향으로 형성되었다. 이때, 레이저를 조사하여 한번에 식각하거나 또는 레이저를 조사하여 1차로 식각하고, 니들 등을 통한 기계적인 방법으로 2차로 식각하였다.
그러나, 종래 레이저만을 사용하여 식각하거나, 레이저와 기계적인 방법을 이용하여 식각하는 경우에는, 레이저의 높은 에너지에 의해 전면 전극층이 녹아내려 하부에 위치하는 후면 전극층과 접촉하여 쇼트가 발생할 수 있었다. 또한, 1차 및 2차 식각에 의해 제 4 관통홈들을 형성하는 경우에는 공정 수가 증가하여 공정 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
이에 따라, 제 1 실시예에 따른 태양전지는 제 4 관통홈을 형성할 때, 상기 제 4 관통홈의 내측면이 일정한 경사 각도를 가지도록 형성한다.
이에 따라, 상기 전면 전극층과 상기 후면 전극층의 이격 거리가 증가하므로, 상기 레이저에 의한 식각시 상기 레이저의 높은 에너지로 인해 전면 전극층이 일부 녹아내려도 상기 후면 전극층과의 접촉을 방지할 수 있으므로, 전면 전극층과 후면 전극층이 접촉하여 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 제 2 실시예에 따른 태양전지를 설명한다. 제 2 실시예에 따른 태양전지에 대한 설명에서는 앞서 설명한 제 1 실시예에 따른 태양전지에 대한 설명과 동일 유사한 부분에 대해서는 설명을 생략한다. 즉, 제 2 실시예에 따른 태양전지에 대한 설명은 제 1 실시예에 따른 태양전지에 대한 설명과 본질적으로 결합된다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 제 2 실시예에 따른 태양전지는, 지지 기판(100), 후면 전극층(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 전면 전극층(500) 및 다수 개의 접속부(600)를 포함한다.
또한, 제 2 실시예에 따른 태양전지는, 상기 후면 전극층을 관통하는 제 1 관통홈들(TH1), 상기 광 흡수층을 관통하는 제 2 관통홈들(TH1) 및 상기 광 흡수층, 상기 전면 전극층을 관통하는 제 3 관통홈들(TH1) 및 상기 후면 전극층, 상기 광 흡수층 및 상기 전면 전극층을 관통하는 제 4 관통홈들(TH4)을 포함한다.
상기 지지 기판(100), 상기 후면 전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 전면 전극층(500), 상기 접촉부(600), 상기 제 1 내지 상기 제 3 관통홈들에 대한 설명은 앞서 설명한 제 1 실시예에 따른 태양전지에 대한 설명과 동일하므로 이에 대해서는 설명을 생략한다.
제 2 실시에에 따른 태양전지는 상기 지지 기판(100)의 표면을 노출시키며, 상기 태양전지의 에지 부분을 외부와 단락하는 역할을 하는 상기 제 4 관통홈들(TH4)이 형성된다.
상기 제 4 관통홈들(TH4)은 상기 제 1 관통홈(TH1), 상기 제 2 관통홈(TH2) 및 상기 제 3 관통홈(TH3) 중 적어도 하나의 관통홈과 다른 방향으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 관통홈(TH1), 상기 제 2 관통홈(TH2) 및 상기 제 3 관통홈(TH3) 중 적어도 하나의 관통홈은 상기 지지 기판(10)의 상면에 대해 수직 방향으로 형성될 수 있으며, 상기 제 4 관통홈들(TH4)은 상기 수직 방향과 다른 방향으로 형성될 수 있다.
상기 제 4 관통홈들(TH4)은 상기 지지 기판(100)의 상면에 대해 부분적으로 경사질 수 있다. 자세하게, 상기 제 4 관통홈들(TH4)은 상기 지지 기판(100)의 상면에 대해 수직인 제 1면(TH4a)과 상기 제 1면(TH4a)으로부터 연장되고, 상기 지지 기판(100)의 상면에 대해 일정한 각도로 경사지는 제 2면(TH4b)을 포함한다. 즉, 상기 제 4 관통홈들(TH4)의 내측면은 상기 지지 기판(100)에 대해 부분적으로 경사지는 제 2 면(TH4b) 즉, 경사면을 포함한다.
이때, 상기 제 4 관통홈들(TH4)의 폭은 상기 지지 기판(100)에서 상기 전면 전극층(500)으로 연장할수록 넓어질 수 있다. 자세하게, 상기 제 4 관통홈들(TH4)의 폭은 상기 제 2면(TH4b)을 시작점으로 하여 상기 지지 기판(100)에서 상기 전면 전극층(500)으로 연장할수록 넓어질 수 있다.
상기 제 4 관통홈들(TH4)의 제 2면(TH4a) 즉, 경사면은 상기 지지 기판(100)의 상면에 대해 일정한 각도를 가지면 경사진다. 자세하게, 상기 제 2면(TH4b)은 상기 지지 기판(100)에 대해 약 130° 내지 약 170°의 경사 각도(θ3)로 경사진다.
상기 경사 각도(θ3)는 약 130° 내지 약 170°일 수 있다. 상기 경사 각도(θ1)가 130° 미만인 경우 데드존 영역이 넓어져 효율이 저하될 수 있고, 레이저에 의한 식각이 어려울 수 있다. 또한, 상기 경사 각도(θ3)가 170° 이상인 경우 레이저에 의해 전면 전극층(50)이 녹아서 상기 전면 전극층(50)이 상기 후면 전극층(20)에 접촉되어 쇼트가 발생할 수 있다.
제 2 실시예에 따른 태양전지는 제 4 관통홈들이 상기 지지 기판의 상면에 대해 수직인 제 1면과 경사지는 제 2면을 포함하며 형성된다.
이에 따라, 제 2 실시예에 따른 태양전지는 제 4 관통홈을 형성할 때, 상기 제 4 관통홈의 내측면이 부분적으로 일정한 경사 각도를 가지도록 형성한다.
이에 따라, 상기 전면 전극층과 상기 후면 전극층의 이격 거리가 증가하므로, 상기 레이저에 의한 식각시 상기 레이저의 높은 에너지로 인해 전면 전극층이 일부 녹아내려도 상기 후면 전극층과의 접촉을 방지할 수 있으므로, 전면 전극층과 후면 전극층이 접촉하여 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 데드존 영역의 증가를 최소화할 수 있어 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 7 내지 도 15를 참조하여 실시예에 따른 태양전지 제조방법을 설명한다. 도 7 내지 도 15는 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다. 상기 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면에서는 설명의 편의상 제 2 실시예에 따른 태양전지의 도면 부호를 기재하였으며, 제 1 실시예에 따른 태양전지 제조방법도 제 2 실시예에 따른 태양전지의 제조방법도 제 1 실시예와 동일한 제조방법에 의해 제조된다.
먼저, 도 7을 참조하면, 지지기판(100) 상에 후면 전극층(200)이 형성된다.
이어서, 도 8을 참조하면, 상기 후면 전극층(200)은 패터닝되어 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 지지기판(100) 상에 다수 개의 후면 전극들, 제 1 연결 전극 및 제 2 연결 전극이 형성된다. 상기 후면 전극층(200)은 레이저에 의해서 패터닝된다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하며, 약 80㎛ 내지 약 200㎛의 폭을 가질 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 지지기판(100) 및 상기 후면 전극층(200) 사이에 확산 방지막 등과 같은 추가적인 층이 개재될 수 있고, 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 추가적인 층의 상면을 노출하게 된다.
이어서, 도 9를 참조하면, 상기 후면 전극층(200) 상에 광 흡수층(300)이 형성된다. 상기 광 흡수층(300)은 스퍼터링 공정 또는 증발법 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(300)을 형성하기 위해서 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시키면서 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(300)을 형성하는 방법과 금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션(Selenization) 공정에 의해 형성시키는 방법이 폭넓게 사용되고 있다.
금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션 하는 것을 세분화하면, 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정에 의해서, 상기 후면전극(200) 상에 금속 프리커서 막이 형성된다.
이후, 상기 금속 프리커서 막은 셀레이제이션(selenization) 공정에 의해서, 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(300)이 형성된다.
이와는 다르게, 상기 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 상기 셀레니제이션 공정은 동시에 진행될 수 있다.
이와는 다르게, 구리 타겟 및 인듐 타겟 만을 사용하거나, 구리 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 셀레니제이션 공정에 의해서, CIS계 또는 CIG계 광 흡수층(300)이 형성될 수 있다.
이후, 도 10을 참조하면, 황화 카드뮴이 스퍼터링 공정 또는 용액성장법(chemical bath depositon;CBD) 등에 의해서 증착되고, 상기 버퍼층(400)이 형성된다.
상기 버퍼층은 화학 증착(chemical vapor deposition, CVD), 유기금속 화학 증착(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD) 또는 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD)에 의해 형성될 수 있다.
이어서, 도 11을 참조하면, 상기 광 흡수층(300) 및 상기 버퍼층(400)의 일부가 제거되어 제 2 관통홈들(TH2)이 형성된다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)은 팁 등의 기계적인 장치 또는 레이저 장치 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 180㎛의 폭을 가지는 팁에 의해서, 상기 광 흡수층(300) 및 상기 버퍼층(400)은 패터닝될 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 약 200㎚ 내지 약 600㎚의 파장을 가지는 레이저에 의해서 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 100㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 후면전극층(200)의 상면의 일부를 노출하도록 형성된다.
이어서, 도 12를 참조하면, 상기 버퍼층(400) 상에 투명한 도전물질이 증착되어 전면 전극층(500)이 형성된다.
상기 전면 전극층(500)은 무산소 분위기에서 상기 투명한 도전물질이 증착되어 형성될 수 있다. 더 자세하게, 상기 전면 전극층(500)은 산소를 포함하지 않는 불활성 기체 분위기에서 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드가 증착되어 형성될 수 있다.
상기 전면 전극층을 형성하는 단계는, RF 스퍼터링 방법으로 ZnO 타겟을 사용하여 증착하는 방법 또는 Zn 타겟을 이용한 반응성 스퍼터링 방법으로 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드를 증착하여 형성될 수 있다.
이어서, 도 13을 참조하면, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 전면 전극층(500)의 일부가 제거되어 제 3 관통홈들(TH3)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 전면 전극층(500)은 패터닝되어, 다수 개의 전면전극들 및 제 1 셀(C1), 제 2 셀(C2) 및 제 3 셀들(C3)이 정의된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 도 14를 참조하면, 상기 후면 전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 전면 전극층(500)의 일부가 제거되어 제 4 관통홈들(TH4)이 형성된다. 이에 따라, 상기 지지 기판(100)의 표면이 노출되며, 상기 태양전지의 에지 부분이 외부와 단락된다.
상기 제 4 관통홈들(TH4)은 레이저를 조사하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 레이저는 지지 기판(100)의 상면에 대하여 일정한 각도로 기울어져 조사된다. 이에 따라, 상기 제 4 관통홈들(TH4)의 내측면은 상기 지지 기판의 상면에 대하여 일정한 경사 각도를 가지면서 형성된다.
이때, 상기 제 4 관통홈들(TH4)의 내측면은 상기 지지 기판(100)에서 상기 전면 전극층으로 연장할수록 좁아지거나 넓어지는 방향으로 형성된다. 즉, 상기 제 4 관통홈들(TH4)은 상기 지지 기판(100)의 상면에 대하여 예각 또는 둔각의 경사각도를 가지면 형성된다. 일례로, 상기 제 4 관통홈들(TH4)의 내측면이 상기 지지 기판(100)에서 상기 전면 전극층으로 연장할수록 좁아지면서 형성되는 경우 상기 제 4 관통홈들(TH4)의 경사 각도는 약 40° 내지 약 80°일 수 있다. 또한, 상기 제 4 관통홈들(TH4)의 내측면이 상기 지지 기판(100)에서 상기 전면 전극층으로 연장할수록 좁아지면서 형성되는 경우 상기 제 4 관통홈들(TH4)의 경사 각도는 약 130° 내지 약 170°일 수 있다.
이에 따라, 상기 제조 방법에 의해 제조되는 태양전지는 상기 전면 전극층과 상기 후면 전극층의 이격 거리가 증가하므로, 상기 레이저에 의한 식각시 상기 레이저의 높은 에너지로 인해 전면 전극층이 일부 녹아내려도 상기 후면 전극층과의 접촉을 방지할 수 있으므로, 전면 전극층과 후면 전극층이 접촉하여 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 15를 참조하면, 도 14와 다르게 상기 후면 전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 전면 전극층(500)의 일부가 제거되어 부분적으로 경사지는 제 4 관통홈들(TH4)이 형성된다. 이에 따라, 상기 지지 기판(100)의 표면이 노출되며, 상기 태양전지의 에지 부분이 외부와 단락된다.
상기 제 4 관통홈들(TH4)은 레이저를 조사하고 니들 등의 기계적인 방법을 통해 형성될 수 있다. 이때, 상기 레이저는 지지 기판(100)의 상면에 대하여 수직 방향으로 조사된다. 이에 따라, 상기 제 4 관통홈들(TH4)의 내측면이 상기 지지 기판의 상면에 대하여 수직인 내측면이 형성된다.
이어서, 상기 니들 등의 기계적인 식각 장비를 이용하여 상기 내측면이 부분적으로 경사지도록 식각한다. 이에 따라서, 상기 제 4 관통홈들(TH4)의 내측면은 상기 지지 기판(100)의 상면에 대해 부분적으로 수직인 제 1면(TH4a)과 부분적으로 경사지는 제 2면(TH4b)을 포함하도록 형성된다.
이때, 상기 제 4 관통홈들(TH4)의 내측면 중 제 2면(TH4b)은 상기 지지 기판(100)에서 상기 전면 전극층으로 연장할수록 넓어지는 방향으로 형성된다. 즉, 상기 제 2면(TH4b)은 상기 지지 기판(100)의 상면에 대하여 예각 또는 둔각의 경사각도를 가지면 형성된다. 자세하게, 상기 제 2면(TH4b)이 상기 지지 기판(100)에서 상기 전면 전극층으로 연장할수록 좁아지면서 형성되는 경우 상기 지지 기판(100)의 상면과 상기 제 2면(TH4b)의 경사 각도는 약 130° 내지 약 170°일 수 있다.
이에 따라, 상기 제조 방법에 의해 제조되는 태양전지는 상기 전면 전극층과 상기 후면 전극층의 이격 거리가 증가하므로, 상기 레이저에 의한 식각시 상기 레이저의 높은 에너지로 인해 전면 전극층이 일부 녹아내려도 상기 후면 전극층과의 접촉을 방지할 수 있으므로, 전면 전극층과 후면 전극층이 접촉하여 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 데드존 영역의 증가를 최소화할 수 있어 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 지지 기판;
    상기 지지 기판 상에 형성되는 후면 전극층;
    상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층;
    상기 광 흡수층 상에 형성되는 버퍼층;
    상기 버퍼층 상에 형성되는 전면 전극층; 및
    상기 후면 전극층, 상기 광 흡수층, 상기 버퍼층 및 상기 전면 전극층을 관통하는 제 4 관통홈을 포함하고,
    상기 제 4 관통홈은, 상기 지지 기판의 상면에 대해 경사를 가지며 형성되는 태양전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 후면 전극층을 관통하는 제 1 관통홈;
    상기 광 흡수층 및 상기 버퍼층을 관통하는 제 2 관통홈; 및
    상기 광 흡수층, 상기 버퍼층 및 상기 전면 전극층을 관통하는 제 3 관통홈을 더 포함하는 태양전지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 4 관통홈과, 상기 제 1 관통홈 내지 상기 제 3 관통홈 중 적어도 하나의 관통홈은 서로 다른 방향으로 형성되는 태양전지.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1 관통홈 내지 상기 제 3 관통홈 중 적어도 하나의 관통홈은 상기 지지기판의 상면에 대해 수직 방향으로 형성되는 태양전지.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제 4 관통홈의 폭은 상기 지지 기판에서 상기 전면 전극층으로 연장할수록 넓어지는 태양전지.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 4 관통홈의 경사 각도는 약 130° 내지 약 170°인 태양전지.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 제 4 관통홈의 폭은 상기 지지 기판에서 상기 전면 전극층으로 연장할수록 좁아지는 태양전지.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 4 관통홈의 경사 각도는 약 40° 내지 약 80°인 태양전지.
  9. 지지 기판;
    상기 지지 기판 상에 형성되는 후면 전극층;
    상기 후면 전극층 상에 형성되는 광 흡수층;
    상기 광 흡수층 상에 형성되는 전면 전극층; 및
    상기 후면 전극층, 상기 광 흡수층 및 상기 전면 전극층을 관통하는 제 4 관통홈을 포함하고,
    상기 제 4 관통홈은,
    상기 지지 기판의 상면에 대해 수직인 제 1면; 및
    상기 제 1 면으로부터 연장되고, 상기 지지 기판의 상면에 대해 경사지는 제 2면을 포함하는 태양전지.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 후면 전극층을 관통하는 제 1 관통홈;
    상기 광 흡수층 및 상기 버퍼층을 관통하는 제 2 관통홈; 및
    상기 광 흡수층, 상기 버퍼층 및 상기 전면 전극층을 관통하는 제 3 관통홈을 더 포함하는 태양전지.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 4 관통홈과, 상기 제 1 관통홈 내지 상기 제 3 관통홈 중 적어도 하나의 관통홈은 서로 다른 방향으로 형성되는 태양전지.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1 관통홈 내지 상기 제 3 관통홈 중 적어도 하나의 관통홈은 상기 지지기판의 상면에 대해 수직 방향으로 형성되는 태양전지.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 제 4 관통홈은 상기 지지 기판에서 상기 전면 전극층으로 연장할수록 넓어지는 태양전지.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 제 2면은 상기 지지 기판의 상면에 대해 약 130° 내지 약 170°의 경사각도로 경사지는 태양전지.
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