WO2011053077A2 - 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

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WO2011053077A2
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the embodiment relates to a solar cell and a method of manufacturing the same.
  • CIGS-based solar cells which are pn heterojunction devices of a substrate structure, including a glass substrate, a metal back electrode layer, a p-type CIGS-based light absorbing layer, a buffer layer, an n-type window layer, and the like are used.
  • the back electrode layer and the n-type window layer may be connected through through holes formed in the light absorbing layer and the buffer layer.
  • the through hole is formed by a mechanical or laser patterning process, particles and the like may remain, which may cause a series resistance and leakage current of the solar cell.
  • the light absorbing layer is formed at a high temperature, a rigid substrate capable of withstanding a high temperature process is used. Thus, there may be restrictions on the use of the substrate.
  • the embodiment provides a solar cell and a method of manufacturing the same that can improve electrical characteristics.
  • a solar cell includes a back electrode formed on a substrate and separated by a first through hole; A light absorbing layer formed on the back electrode including the first through hole; A second through hole penetrating the light absorbing layer to expose the back electrode; A buffer layer formed on the surface of the light absorbing layer; A front electrode layer formed on the buffer layer; And a connection wiring extending from the front electrode layer and formed in the second through hole.
  • a method of manufacturing a solar cell comprising: forming a rear electrode layer on a support substrate, and forming a first through hole to separate the rear electrode layer from each other; Forming a light absorbing layer on the carrier substrate; Forming a second through hole penetrating the light absorbing layer to have a position adjacent to the first through hole; Bonding the support substrate and the carrier substrate to form the light absorbing layer on the back electrode layer; Removing the carrier substrate and exposing the light absorbing layer; Forming a buffer layer on a surface of the light absorbing layer; Forming a front electrode layer on the buffer layer, and forming a connection wiring in the second through hole.
  • the electrical characteristics of the solar cell can be improved.
  • the CIGS light absorbing layer generating photovoltaic power is patterned for each cell, and a buffer layer is formed on the exposed surface of the light absorbing layer, it is possible to prevent leakage current.
  • the photocharge generation rate may be improved.
  • the light absorbing layer may be separately formed on the carrier substrate and then bonded to the support substrate on which the rear electrode layer is formed.
  • the support substrate may use a variety of substrates, that is, a hard or flexible substrate.
  • the substrate can be slimmed and lightweight, it can be applied to various areas.
  • the degree of crystallinity of the light absorbing layer can be increased.
  • the electrical characteristics of the light absorbing layer can be improved.
  • the solar cell according to the embodiment may be applied to various substrates, that is, hard or flexible substrates.
  • 1 to 10 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a solar cell according to the embodiment.
  • each substrate, layer, film, crystal, or electrode is described as being formed “on” or “under” of each substrate, layer, film, crystal, or electrode.
  • “on” and “under” include both being formed “directly” or “indirectly” through other components.
  • the criteria for the top or bottom of each component will be described with reference to the drawings. The size of each component in the drawings may be exaggerated for description, and does not mean a size that is actually applied.
  • 1 to 10 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment.
  • a back electrode layer 200 and a conductive adhesive layer 300 are formed on a support substrate 100.
  • the support substrate 100 may be glass, and a ceramic substrate, a metal substrate, or a polymer substrate may also be used.
  • soda lime glass or high strained point soda glass may be used as the glass substrate.
  • a substrate including stainless steel or titanium may be used.
  • polymer substrate polyimide may be used.
  • the support substrate 100 may be transparent.
  • the support substrate 100 may be rigid or flexible.
  • the support substrate 100 may use a flexible flexible substrate.
  • the support substrate 100 may be a polymer-based and stainless (SUS) -based flexible substrate such as plastic.
  • the back electrode layer 200 may be formed of a conductor such as metal.
  • the back electrode layer 200 may be formed by a sputtering process using molybdenum (Mo) as a target.
  • Mo molybdenum
  • the molybdenum (Mo) thin film which is the back electrode layer 200, must have a low specific resistance as an electrode and have excellent adhesion to the substrate 100 so that peeling does not occur due to a difference in thermal expansion coefficient.
  • the back electrode layer 200 may be formed of at least one layer.
  • the layers constituting the back electrode layer 200 may be formed of different materials.
  • a conductive adhesive layer 300 is formed on the back electrode layer 200.
  • the conductive adhesive layer 300 may be a conductive adhesive.
  • the conductive adhesive layer 300 may be an adhesive material in which a metal such as carbon, aluminum, or tungsten, a resin, and a frit are mixed.
  • the resistivity of the conductive adhesive layer 300 may be electrically connected to the rear electrode layer 200 as 1 ⁇ 10 ⁇ 5 to 10 ⁇ 10 ⁇ 5 .
  • a first through hole P1 penetrating the back electrode layer 200 and the conductive adhesive layer 300 is formed.
  • the first through hole P1 may expose an upper surface of the support substrate 100.
  • the back electrode layer 200 and the conductive adhesive layer 300 may be separated into a plurality by the first through hole P1.
  • the back electrode layer 200 and the conductive adhesive layer 300 may be arranged in a stripe form or a matrix form by the first through hole P1 and may correspond to each cell.
  • the back electrode layer 200 is not limited to the above form may be formed in various forms.
  • the sub electrode layer 210 and the light absorbing layer 400 are formed on the carrier substrate 110.
  • Glass may be used as the carrier substrate 110, and a ceramic substrate, a metal substrate, or a polymer substrate may also be used.
  • the carrier substrate 100 may use a rigid rigid substrate.
  • the carrier substrate 110 may be soda-lime glass, non-alkali glass and low-alkali glass.
  • the carrier substrate 110 may be formed to have a relatively thick thickness compared to the support substrate 100.
  • the support substrate 100 and the carrier substrate 110 may be formed to have a thickness of 1: 3 to 10.
  • the light absorbing layer 400 is formed at a high temperature, so that the carrier substrate 110 should have a sufficiently thick thickness and a hard property to withstand the high temperature process.
  • the sub electrode layer 210 is formed on the carrier substrate 110.
  • the sub electrode layer 210 may be formed of a conductor such as metal.
  • the sub-electrode layer 210 should have excellent adhesion with the carrier substrate 110 so that peeling does not occur due to a difference in thermal expansion coefficient.
  • the sub-electrode layer 210 may be formed by a sputtering process using molybdenum (Mo) as a target.
  • Mo molybdenum
  • the sub electrode layer 210 may not be formed.
  • the light absorbing layer 400 is formed on the sub electrode layer 210.
  • the light absorbing layer 400 includes an Ib-IIIb-VIb-based compound.
  • the light absorbing layer 400 includes a copper-indium-gallium-selenide-based (Cu (In, Ga) Se 2 , CIGS-based) compound.
  • the light absorbing layer 400 may include a copper indium selenide (CuInSe 2 , CIS based) compound or a copper gallium selenide (CuGaSe 2 , CGS based) compound.
  • CuInSe 2 , CIS based copper indium selenide
  • CuGaSe 2 , CGS based copper gallium selenide
  • a CIG-based metal precursor film is formed on the sub-electrode layer 210 using a copper target, an indium target, and a gallium target.
  • the metal precursor film is reacted with selenium (Se) by a selenization process to form a CIGS-based light absorbing layer 400.
  • Se selenium
  • the light absorbing layer 400 may form copper, indium, gallium, selenide (Cu, In, Ga, Se) by co-evaporation.
  • the light absorbing layer 400 receives external light and converts the light into electrical energy.
  • the light absorbing layer 400 generates photo electromotive force by the photoelectric effect.
  • the crystallinity of the CIGS compound may be improved.
  • a second through hole P2 penetrating the light absorbing layer 400 is formed.
  • the second through hole P2 may expose the sub electrode layer 210.
  • the light absorbing layer 400 may be separated from the neighboring light absorbing layer by the second through hole P2, and may be separated for each cell.
  • the bonding process of the support substrate 100 and the carrier substrate 110 is performed.
  • the support substrate 100 and the carrier substrate 110 are integrated.
  • the bonding process may be performed after positioning the conductive adhesive layer 300 formed on the support substrate 100 to face the light absorbing layer 400 of the carrier substrate 110.
  • heat or pressure may be applied during the bonding process to improve the bonding force between the support substrate 100 and the carrier substrate 110.
  • the light absorbing layer 400 may be formed on the back electrode layer 200 by the conductive adhesive layer 300.
  • the carrier substrate 110 and the sub electrode layer 210 may be removed and the light absorbing layer 400 may be exposed.
  • the carrier substrate 110 and the sub-electrode layer 210 may be removed from the light absorbing layer 400 through lift-off.
  • the back electrode layer 200, the conductive adhesive layer 300, and the light absorbing layer 400 are stacked on the support substrate 100.
  • the conductive adhesive layer 300 is a conductive material
  • the back electrode layer 200 and the light absorbing layer 400 may be electrically connected.
  • first through hole P1 of the back electrode layer 200 and the second through hole P2 of the light absorbing layer 400 may be adjacent to each other.
  • a first gap G1 of the first through hole P1 and the second through hole P2 may be about 80 ⁇ 20 ⁇ m.
  • the light absorbing layer 400 may be formed on a separate carrier substrate 110 and then bonded to the support substrate 100 to form the light absorbing layer 400 on the back electrode layer 200.
  • the defect of the support substrate 100 can be prevented.
  • the support substrate 100 may be light and slim.
  • the light absorbing layer 400 is formed on the carrier substrate 110, a high temperature process can be performed, thereby increasing the crystallization of the CIGS compound forming the light absorbing layer 400.
  • the electrical characteristics of the light absorbing layer 400 can be improved.
  • a buffer layer 500 and a high resistance buffer layer 600 are stacked along the surface of the light absorbing layer 400.
  • the buffer layer 500 and the high resistance buffer layer 600 are selectively formed only on the upper surface and the side surface of the light absorbing layer 400, so that a portion of the conductive adhesive layer 300, which is the bottom surface of the second through hole P2, may be formed. May be selectively exposed.
  • the high resistance buffer layer 600 is formed along the surface profile of the buffer layer. .
  • a scribing process may be performed to expose the conductive adhesive layer 300, which is the bottom surface of the second through hole P2.
  • the scribing process can be performed by laser or mechanical patterning.
  • the second through hole P2 may expose the surface of the conductive adhesive layer 300, but may be formed to expose the surface of the back electrode layer 200.
  • the buffer layer 500 may be formed of at least one layer on the light absorbing layer 400.
  • the buffer layer may be formed by stacking cadmium sulfide (CdS) through a CBD process.
  • the buffer layer 500 is an n-type semiconductor layer
  • the light absorbing layer 400 is a p-type semiconductor layer.
  • the light absorbing layer 400 and the buffer layer 500 form a pn junction.
  • the buffer layer 500 is formed to surround the top and side surfaces of the light absorbing layer 400, the contact area between the buffer layer 500 and the light absorbing layer 400 may be extended. As a result, the pn junction region can be expanded to increase the photocharge generation rate.
  • the buffer layer 500 is selectively formed only on the surface of the light absorbing layer 400, leakage current between adjacent cells can be prevented.
  • the high resistance buffer layer 600 may be sputtered to target zinc oxide (ZnO) to further form a zinc oxide layer on the cadmium sulfide (CdS).
  • ZnO target zinc oxide
  • CdS cadmium sulfide
  • the high resistance buffer layer 600 may be formed as a transparent electrode layer on the buffer layer 500.
  • the high resistance buffer layer 600 may be formed of any one of ITO, ZnO, and i-ZnO.
  • the buffer layer 500 and the high resistance buffer layer 600 are disposed between the light absorbing layer 400 and the front electrode formed thereafter.
  • two buffer layers 500 are formed on the light absorbing layer 400.
  • the present invention is not limited thereto, and the buffer layer 500 may be formed of only one layer.
  • a front electrode layer 700 is formed by stacking a transparent conductive material on the high resistance buffer layer 600 including the second through hole P2.
  • connection wiring 800 may contact the conductive adhesive layer 300.
  • the front electrode layer 700 is formed of zinc oxide doped with aluminum (Al) or alumina (Al 2 O 3 ) by a sputtering process.
  • the front electrode layer 700 is a window layer forming a pn junction with the light absorbing layer 400. Since the front electrode layer 700 functions as a transparent electrode on the front of the solar cell, zinc oxide (ZnO) having high light transmittance and good electrical conductivity is provided. Is formed.
  • ZnO zinc oxide
  • the zinc oxide thin film as the front electrode layer 700 may be formed by a method of depositing using a ZnO target by RF sputtering, reactive sputtering using a Zn target, and organometallic chemical vapor deposition.
  • ITO indium thin oxide
  • connection wiring 800 may physically and electrically connect the rear electrode layer 200 and the front electrode layer 700 of adjacent cells.
  • connection wiring 800 may directly contact the back electrode layer 200 through the second through hole P2. Accordingly, the contact characteristics of the connection wiring 800 and the back electrode layer 200 may be improved.
  • the buffer layer 500 and the high resistance buffer layer 600 are formed around the connection wiring 800, the electrical bonding characteristics of the connection wiring 800 and the back electrode layer 200 are improved, so that the movement of current is good. can do.
  • the buffer layer 500 and the high resistance buffer layer 600 are disposed between the light absorbing layer 400 and the connection wiring 800, the generation of leakage current of the connection wiring 800 is completely blocked and the series resistance is prevented. Reducing the components can improve the electrical characteristics of the solar cell.
  • a third through hole P3 penetrating the front electrode layer 700, the high resistance buffer layer 600, the buffer layer 500, and the light absorbing layer 400 is formed.
  • the third through hole P3 may selectively expose the back electrode layer 200.
  • the third through hole P3 may be formed to be adjacent to the second through hole P2.
  • the second gap G2 of the second through hole P2 and the third through hole P3 may be 80 ⁇ 20 ⁇ m.
  • the third through hole P3 may be formed by irradiating a laser or by a mechanical method such as a tip.
  • the light absorbing layer 400, the buffer layer 500, the high resistance buffer layer 600, and the front electrode layer 700 may be separated by unit cells by the third through hole P3.

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)

Abstract

실시예에 따른 태양전지는, 기판 상에 형성되고 제1 관통홀에 의하여 분리된 후면전극; 상기 제1 관통홀을 포함하는 상기 후면전극 상에 형성된 광 흡수층; 상기 광 흡수층을 관통하여 상기 후면전극을 노출시키는 제2 관통홀; 상기 광 흡수층의 표면에 형성된 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 형성된 전면전극층; 및 상기 전면전극층에서 연장되어 상기 제2 관통홀 내부에 형성된 접속배선을 포함한다.

Description

태양전지 및 이의 제조방법
실시예는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지의 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지들에 대한 개발이 진행되고 있다.
특히, 유리 기판, 금속 후면 전극층, p형 CIGS계 광 흡수층, 버퍼층, n형 창층 등을 포함하는 기판 구조의 pn 헤테로 접합 장치인 CIGS계 태양전지가 사용되고 있다.
상기 후면전극층과 n형 창층은 상기 광 흡수층 및 버퍼층에 형성된 관통홀을 통해 연결될 수 있다
상기 관통홀은 기계적 또는 레이저를 이용한 패터닝 공정에 의하여 형성되므로 파티클 등이 남아있을 수 있게 되어, 태양전지 셀의 직렬저항 및 누설전류를 발생의 요인이 될 수 있다.
또한, 상기 광 흡수층은 고온에서 형성되므로, 고온 공정을 견딜 수 있는 강성의 기판을 사용하게 된다. 따라서, 기판 사용에 제약이 따를 수 있다.
실시예에서는 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 태양전지 및 이의 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 태양전지는, 기판 상에 형성되고 제1 관통홀에 의하여 분리된 후면전극; 상기 제1 관통홀을 포함하는 상기 후면전극 상에 형성된 광 흡수층; 상기 광 흡수층을 관통하여 상기 후면전극을 노출시키는 제2 관통홀; 상기 광 흡수층의 표면에 형성된 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 형성된 전면전극층; 및 상기 전면전극층에서 연장되어 상기 제2 관통홀 내부에 형성된 접속배선을 포함한다.
실시예에 따른 태양전지의 제조방법은, 지지기판 상에 후면전극층을 형성하고, 상기 후면전극층이 상호 분리되도록 제1 관통홀을 단계; 캐리어 기판 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 제1 관통홀과 인접하는 위치를 가지도록 상기 광 흡수층을 관통하는 제2 관통홀을 형성하는 단계; 상기 지지기판과 상기 캐리어 기판을 본딩하여, 상기 후면전극층 상에 상기 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 캐리어 기판을 제거하고, 상기 광 흡수층을 노출시키는 단계; 상기 광 흡수층의 표면에 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층 상에 전면전극층을 형성하고, 상기 제2 관통홀의 내부에는 접속배선을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 의하면, 태양전지의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
특히, 광기전력을 발생시키는 CIGS 광 흡수층이 셀별로 패터닝 되고, 상기 광 흡수층의 노출된 표면에 버퍼층이 형성되어 있으므로, 리키지 커런트를 방지할 수 있다.
또한, 상기 광 흡수층과 버퍼층의 접합면적 확장에 따라, 광전하 발생률을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 광 흡수층은 캐리어 기판에 별도로 형성한 후, 후면전극층이 형성된 지지기판과 본딩될 수 있다.
이에 따라, 상기 지지기판은 다양한 기판, 즉, 하드 또는 플렉서블한 기판의 사용이 가능하다. 또한, 상기 기판은 슬림화, 경량화될 수 있으므로 다양한 영역에 적용될 수 있다.
또한, 상기 광 흡수층은 캐리어 기판 상에 형성되고, 고온공정이 가능하므로, 상기 광 흡수층의 결정화도를 높일 수 있다.
이에 따라, 상기 광 흡수층의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 태양전지는 다양한 기판, 즉 하드 또는 플렉서블한 기판의 적용이 가능하다.
도 1 내지 도 10는 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 층, 막, 결정 또는 전극 등이 각 기판, 층, 막, 결정 또는 전극 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1 내지 도 10은 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하여, 지지기판(100) 상에 후면전극층(200) 및 전도성 접착층(300)이 형성된다.
상기 지지기판(100)은 유리(glass)가 사용될 수 있으며, 세라믹 기판, 금속기판 또는 폴리머 기판 등도 사용될 수 있다.
예를 들어, 유리 기판으로는 소다라임 유리(sodalime glass) 또는 고변형점 소다유리(high strained point soda glass)를 사용할 수 있다. 금속 기판으로는 스테인레스 스틸 또는 티타늄을 포함하는 기판을 사용할 수 있다 폴리머 기판으로는 폴리이미드(polyimide)를 사용할 수 있다.
상기 지지기판(100)은 투명할 수 있다. 상기 지지기판(100)은 리지드(rigid)하거나 플렉서블(flexible) 할 수 있다.
특히, 실시예에서는 상기 지지기판(100)은 플렉서블한 연성 기판을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 지지기판(100)은 플라스틱과 같은 폴리머 계열 및 스테인레스(SUS) 계열의 플렉서블 기판이 사용될 수 있다.
상기 후면전극층(200)은 금속 등의 도전체로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 후면전극층(200)은 몰리브덴(Mo)을 타겟으로 사용하여, 스퍼터링(sputtering) 공정에 의해 형성될 수 있다.
이는, 몰리브덴(Mo)이 가진 높은 전기전도도, 광 흡수층과의 오믹(ohmic) 접합, Se 분위기 하에서의 고온 안정성 때문이다.
상기 후면전극층(200)인 몰리브덴(Mo) 박막은 전극으로서 비저항이 낮아야하고, 열팽창 계수의 차이로 인하여 박리현상이 일어나지 않도록 기판(100)에의 점착성이 뛰어나야 한다.
도면에 도시되지는 않았지만, 상기 후면전극층(200)은 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다. 상기 후면전극층(200)이 복수개의 층으로 형성될 때, 상기 후면전극층(200)을 이루는 층들은 서로 다른 물질로 형성될 수 있다.
상기 후면전극층(200) 상에 전도성 접착층(300)이 형성된다.
상기 전도성 접착층(300)은 전도성 접착제일 수 있다.
예를 들어, 상기 전도성 접착층(300)은 카본, 알루미늄 또는 텅스텐과 같은 금속, 수지 및 플릿(frit)이 혼합되어 있는 접착성 물질일 수 있다.
상기 전도성 접착층(300)의 저항률은 1×10-5~10×10-5 로서 상기 후면전극층(200)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2를 참조하여, 상기 후면전극층(200) 및 전도성 접착층(300)을 관통하는 제1 관통홀(P1)이 형성된다. 상기 제1 관통홀(P1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출시킬 수 있다.
상기 제1 관통홀(P1)에 의하여 상기 후면전극층(200) 및 전도성 접착층(300)은 다수개로 분리될 수 있다.
상기 제1 관통홀(P1)에 의하여 상기 후면전극층(200) 및 전도성 접착층(300)은 스트라이프(stripe) 형태 또는 매트릭스(matrix) 형태로 배치될 수 있으며, 각각의 셀에 대응할 수 있다.
한편, 상기 후면전극층(200)은 상기의 형태에 한정되지 않고 다양한 형태로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하여, 캐리어 기판(110) 상에 서브 전극층(210) 및 광 흡수층(400)이 형성된다.
상기 캐리어 기판(110)은 유리(glass)가 사용될 수 있으며, 세라믹 기판, 금속기판 또는 폴리머 기판 등도 사용될 수 있다.
상기 캐리어 기판(100)은 리지드(rigid)한 강성의 기판을 사용할 수 있다.
예를 들어, 상기 캐리어 기판(110)은 소다라임 글래스, 넌(non)-알칼리 글래스 및 로우-알칼리 글래스가 사용될 수 있다.
상기 캐리어 기판(110)은 상기 지지기판(100)에 비하여 상대적으로 두꺼운 두께로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 지지기판(100)과 캐리어 기판(110)은 1:3~10의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
이는 상기 광 흡수층(400)이 고온에서 형성되기 때문에 상기 캐리어 기판(110)은 고온공정을 견딜 수 있도록 충분히 두꺼운 두께 및 단단한 성질을 가져야하기 때문이다.
상기 캐리어 기판(110) 상에 상기 서브 전극층(210)이 형성된다. 상기 서브 전극층(210)은 금속 등의 도전체로 형성될 수 있다.
상기 서브 전극층(210)은 열팽창 계수의 차이로 인하여 박리현상이 일어나지 않도록 상기 캐리어 기판(110)과의 점착성이 뛰어나야 한다.
예를 들어, 상기 서브 전극층(210)은 몰리브덴(Mo)을 타겟으로 사용하여, 스퍼터링(sputtering) 공정에 의해 형성될 수 있다.
한편, 상기 서브 전극층(210)은 형성되지 않을 수도 있다.
상기 서브 전극층(210) 상에 광 흡수층(400)이 형성된다.
상기 광 흡수층(400)은 Ⅰb-Ⅲb-Ⅵb계 화합물을 포함한다.
더 자세하게, 상기 광 흡수층(400)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In, Ga)Se2, CIGS계) 화합물을 포함한다.
이와는 다르게, 상기 광 흡수층(400)은 구리-인듐-셀레나이드계(CuInSe2, CIS계) 화합물 또는 구리-갈륨-셀레나이드계(CuGaSe2, CGS계) 화합물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(400)을 형성하기 위해서, 구리 타겟, 인듐 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하여, 상기 서브 전극층(210) 상에 CIG계 금속 프리커서(precursor)막이 형성된다.
이후, 상기 금속 프리커서막은 셀레니제이션(selenization) 공정에 의해서, 셀레늄(Se)과 반응하여 CIGS계 광 흡수층(400)이 형성된다.
또한, 상기 광 흡수층(400)은 구리,인듐,갈륨,셀레나이드(Cu, In, Ga, Se)를 동시증착법(co-evaporation)에 의해 형성할 수도 있다.
상기 광 흡수층(400)은 외부의 광을 입사받아, 전기 에너지로 변환시킨다. 상기 광 흡수층(400)은 광전효과에 의해서 광 기전력을 생성한다.
상기 광 흡수층(400)은 1000℃ 이상의 고온에서 형성되므로, CIGS 화합물의 결정화도가 향상될 수 있다.
도 4를 참조하여, 상기 광 흡수층(400)을 관통하는 제2 관통홀(P2)이 형성된다. 상기 제2 관통홀(P2)은 상기 서브 전극층(210)을 노출시킬 수 있다.
상기 제2 관통홀(P2)에 의하여 상기 광 흡수층(400)은 이웃하는 광 흡수층과 상호 분리되고, 셀 별로 분리될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하여, 상기 지지기판(100)과 상기 캐리어 기판(110)의 본딩공정을 진행한다.
상기 본딩공정에 의하여 상기 지지기판(100)과 상기 캐리어 기판(110)은 일체가 된다.
상기 본딩공정은 상기 지지기판(100) 상에 형성된 전도성 접착층(300)과 상기 캐리어 기판(110)의 광 흡수층(400)을 마주하도록 위치시킨 후 진행할 수 있다.
특히, 상기 본딩공정 시 열 또는 압력이 인가되어 상기 지지기판(100)과 상기 캐리어 기판(110)의 본딩력을 향상시킬 수도 있다.
상기 전도성 접착층(300)에 의하여 상기 후면전극층(200) 상에 상기 광 흡수층(400)이 형성될 수 있다.
도 7을 참조하여, 상기 캐리어 기판(110) 및 서브 전극층(210)이 제거되고, 상기 광 흡수층(400)이 노출될 수 있다.
상기 캐리어 기판(110) 및 서브 전극층(210)은 리프트 오프(lift-off)를 통해 상기 광 흡수층(400)에서 제거될 수 있다.
따라서, 상기 지지기판(100) 상에는 후면전극층(200), 전도성 접착층(300), 광 흡수층(400)이 적층된 상태가 된다.
상기 전도성 접착층(300)은 전도성 물질이므로 상기 후면전극층(200) 및 광 흡수층(400)은 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 후면전극층(200)의 제1 관통홀(P1)과 상기 광 흡수층(400)의 제2 관통홀(P2)은 인접하여 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 관통홀(P1)과 상기 제2 관통홀(P2)은 제1 갭(G1)은 약 80±20㎛일 수 있다.
상기와 같이 광 흡수층(400)은 별도의 캐리어 기판(110)에 형성한 후, 상기 지지기판(100)과 본딩하여 상기 후면전극층(200) 상에 광 흡수층(400)이 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 지지기판(100)에는 광 흡수층 형성을 위한 고온공정이 진행되지 않으므로, 상기 지지기판(100)의 디펙트를 방지할 수 있다.
또한, 상기 지지기판(100)에 고온공정이 인가되지 않으므로, 상기 지지기판(100)은 경량화, 슬림화될 수 있다.
또한, 상기 광 흡수층(400)이 캐리어 기판(110)에서 형성되므로 고온공정의 진행이 가능하여, 상기 광 흡수층(400)을 이루는 CIGS 화합물의 결정화를 높일 수 있다.
이에 따라, 상기 광 흡수층(400)의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
도 8을 참조하여, 상기 광 흡수층(400)의 표면을 따라 버퍼층(500) 및 고저항 버퍼층(600)이 적층된다.
상기 버퍼층(500) 및 고저항 버퍼층(600)은 상기 광 흡수층(400)의 상면 및 측면에만 선택적으로 형성되어, 상기 제2 관통홀(P2)의 바닥면인 상기 전도성 접착층(300)의 일부를 선택적으로 노출시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 버퍼층(500)을 상기 광 흡수층(400) 및 제2 관통홀(P2)의 표면 프로파일을 따라 형성한 후, 상기 고저항 버퍼층(600)을 상기 버퍼층의 표면 프로파일을 따라 형성한다.
그리고, 상기 제2 관통홀(P2)의 바닥면인 상기 전도성 접착층(300)이 노출되도록 스크라이빙 공정을 진행할 수 있다. 상기 스크라이빙 공정은 레이저 또는 기계적 패터닝으로 진행될 수 있다.
이때, 상기 제2 관통홀(P2)은 상기 전도성 접착층(300)의 표면을 노출시킬 수도 있지만, 상기 후면전극층(200)의 표면을 노출시키도록 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(500)은 상기 광 흡수층(400) 상에 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층은 CBD 공정을 통해 황화 카드뮴(CdS)이 적층되어 형성될 수 있다.
이때, 상기 버퍼층(500)은 n형 반도체 층이고, 상기 광 흡수층(400)은 p형 반도체 층이다. 따라서, 상기 광 흡수층(400) 및 버퍼층(500)은 pn접합을 형성한다.
특히, 상기 버퍼층(500)은 상기 광 흡수층(400)의 상면 및 측면을 감싸도록 형성되므로, 상기 버퍼층(500)과 광 흡수층(400)의 접촉면적은 확장될 수 있다. 이에 따라, pn 접합 영역이 확장되고, 광 전하 발생률을 높일 수 있다.
또한, 상기 버퍼층(500)이 상기 광 흡수층(400)의 표면에만 선택적으로 형성되어 있으므로, 인접하는 셀간의 누설전류를 방지할 수 있다.
상기 고저항 버퍼층(600)은 산화 아연(ZnO)를 타겟으로 한 스퍼터링 공정을 진행하여, 상기 황화 카드뮴(CdS) 상에 산화 아연층이 더 형성될 수 있다.
상기 고저항 버퍼층(600)은 상기 버퍼층(500) 상에 투명전극층으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 고저항 버퍼층(600)은 ITO, ZnO 및 i-ZnO 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(500) 및 고저항 버퍼층(600)은 상기 광 흡수층(400)과 이후 형성된 전면전극의 사이에 배치된다.
즉, 상기 광 흡수층(400)과 전면전극층은 격자상수와 에너지 밴드 갭의 차이가 크기 때문에, 밴드 갭이 두 물질의 중간에 위치하는 상기 버퍼층(500) 및 고저항 버퍼층을 삽입하여 양호한 접합을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 두 개의 버퍼층(500)을 상기 광 흡수층(400) 상에 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 버퍼층(500)은 한개의 층으로만 형성될 수 있다.
도 9를 참조하여, 상기 제2 관통홀(P2)을 포함하는 상기 고저항 버퍼층(600) 상에 투명한 도전물질을 적층하여 전면전극층(700)이 형성된다.
상기 전면전극층(700)이 형성될 때, 상기 투명한 도전물질이 상기 제2 관통홀(P2)에도 삽입되어 접속배선(800)을 형성할 수 있다. 즉, 상기 접속배선(800)은 상기 전도성 접착층(300)과 접촉할 수 있다.
상기 전면전극층(700)은 스퍼터링 공정을 진행하여 알루미늄(Al) 또는 알루미나(Al2O3)로 도핑된 산화 아연으로 형성된다.
상기 전면전극층(700)은 상기 광 흡수층(400)과 pn접합을 형성하는 윈도우(window)층으로서, 태양전지 전면의 투명전극의 기능을 하기 때문에 광투과율이 높고 전기 전도성이 좋은 산화 아연(ZnO)으로 형성된다.
따라서, 상기 산화 아연에 알루미늄 또는 알루미나를 도핑함으로써 낮은 저항값을 갖는 전극을 형성할 수 있다.
상기 전면전극층(700)인 산화 아연 박막은 RF 스퍼터링방법으로 ZnO 타겟을 사용하여 증착하는 방법과 Zn 타겟을 이용한 반응성 스퍼터링, 그리고 유기금속화학증착법 등으로 형성될 수 있다.
또한, 전기광학적 특성이 뛰어난 ITO(Indium Thin Oxide) 박막을 산화 아연 박막 상에 층착한 2중 구조를 형성할 수도 있다.
상기 접속배선(800)에 의해 각각의 셀은 서로 연결될 수 있다. 즉, 상기 접속배선(800)은 상호 인접하는 셀의 후면전극층(200)과 전면전극층(700)을 물리적, 전기적으로 연결할 수 있다.
도시되지는 않았지만, 상기 접속배선(800)은 상기 제2 관통홀(P2)을 통해 상기 후면전극층(200)과 직접 접촉할 수도 있다. 이에 따라, 상기 접속배선(800)과 상기 후면전극층(200)의 콘택특성을 향상시킬 수 있다.
상기 접속배선(800)의 주위에 상기 버퍼층(500) 및 고저항 버퍼층(600)이 형성되어 있으므로, 상기 접속배선(800)과 후면전극층(200)의 전기적 접합특성이 향상되어 전류의 이동이 양호할 수 있다.
즉, 상기 광 흡수층(400)과 상기 접속배선(800) 사이에 버퍼층(500) 및 고저항 버퍼층(600)이 배치되어 있으므로, 상기 접속배선(800)의 리키지 커런트 발생을 완전히 차단시키고 직렬저항 성분을 감소시킴으로써 태양전지의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
도 10을 참조하여, 상기 전면전극층(700), 고저항 버퍼층(600), 버퍼층(500) 및 광 흡수층(400)을 관통하는 제3 관통홀(P3)이 형성된다.
상기 제3 관통홀(P3)은 상기 후면전극층(200)을 선택적으로 노출시킬 수 있다. 상기 제3 관통홀(P3)은 상기 제2 관통홀(P2)과 인접하도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 관통홀(P2)과 제3 관통홀(P3)의 제2 갭(G2)은 80±20㎛일 수 있다.
상기 제3 관통홀(P3)은 레이저(laser)를 조사(irradiate)하거나, 팁(Tip)과 같은 물리적인(mechanical) 방법으로 형성할 수 있다.
따라서, 상기 제3 관통홀(P3)에 의하여 상기 광 흡수층(400), 버퍼층(500), 고저항 버퍼층(600) 및 전면전극층(700)은 단위 셀별로 분리될 수 있다.
이상에서 실시예를 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, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 기판 상에 형성되고 제1 관통홀에 의하여 분리된 후면전극;
    상기 제1 관통홀을 포함하는 상기 후면전극 상에 형성된 광 흡수층;
    상기 광 흡수층을 관통하여 상기 후면전극을 노출시키는 제2 관통홀;
    상기 광 흡수층의 상면 및 측면에 형성된 버퍼층;
    상기 버퍼층 상에 형성된 전면전극층; 및
    상기 전면전극층에서 연장되어 상기 제2 관통홀 내부에 형성된 접속배선을 포함하는 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 후면전극 상에 형성된 전도성 접합층을 더 포함하는 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 플렉서블(flexible) 기판 또는 리지드(rigid) 기판인 것을 포함하는 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 폴리머 기판 또는 스테인레스 기판인 것을 포함하는 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼층의 표면 상에 형성된 고저항 버퍼층을 더 포함하는 태양전지.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 전도성 접합층의 저항률은 1×10-5~10×10-5 Ω㎝인 것을 포함하는 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광통홀과 제2 관통홀은 60 내지 100㎛의 간격으로 형성되는 태양전지.
  8. 지지기판 상에 후면전극층을 형성하고, 상기 후면전극층이 상호 분리되도록 제1 관통홀을 단계;
    캐리어 기판 상에 광 흡수층을 형성하는 단계;
    상기 제1 관통홀과 인접하는 위치를 가지도록 상기 광 흡수층을 관통하는 제2 관통홀을 형성하는 단계;
    상기 지지기판과 상기 캐리어 기판을 본딩하여, 상기 후면전극층 상에 상기 광 흡수층을 형성하는 단계;
    상기 캐리어 기판을 제거하고, 상기 광 흡수층을 노출시키는 단계;
    상기 광 흡수층의 표면에 버퍼층을 형성하는 단계;
    상기 버퍼층 상에 전면전극층을 형성하고, 상기 제2 관통홀의 내부에는 접속배선을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 지지기판의 후면전극층 상에 전도성 접합층을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양전지의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전도성 접합층은 카본, 알루미늄, 텅스텐과 같은 금속 분말, 수지 및 플릿(frit)이 혼합되어 형성되고, 상기 전도성 접합층의 저항률은 1×10-5~10×10-5 Ω㎝인 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 지지기판은 플리머 또는 스테인레스 계열의 연성 기판으로 형성되고
    상기 캐리어 기판은 소다라임 글래스, 넌(non)-알칼리 글래스 및 로우(low)-알칼리 글래스와 같은 강성 기판으로 형성되는 태양전지의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 캐리어 기판 상에 상기 광 흡수층을 형성하기 전에, 몰리브덴으로 이루어진 서브 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 버퍼층은 복수의 층으로 형성되는 태양전지의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 버퍼층이 복수의 층으로 형성되는 경우, 복수의 버퍼층은 각각 저항이 다른 값을 갖도록 형성되는 태양전지의 제조방법.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 전면전극층, 버퍼층 및 광 흡수층을 관통하는 제3 관통홀을 형성하는 태양전지의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 관통홀의 갭과, 상기 제2 관통홀과 제3 관통홀은 각각 60 내지 100㎛의 간격으로 형성되는 태양전지의 제조방법.
  17. 제8항에 있어서,
    상기 캐리어 기판은 상기 지지기판의 3배 내지 10배의 두께로 형성되는 태양전지의 제조방법.
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