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KR101063694B1 - 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

태양전지 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR101063694B1
KR101063694B1 KR1020090052155A KR20090052155A KR101063694B1 KR 101063694 B1 KR101063694 B1 KR 101063694B1 KR 1020090052155 A KR1020090052155 A KR 1020090052155A KR 20090052155 A KR20090052155 A KR 20090052155A KR 101063694 B1 KR101063694 B1 KR 101063694B1
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South Korea
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light
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light transmitting
solar cell
cell
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Inventor
지석재
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

태양전지 및 이의 제조방법이 개시된다. 실시예에 따른 태양전지는, 기판 상에 서로 이격되어 형성된 복수개의 후면전극; 상기 후면전극 상에 각각 형성된 광흡수 패턴; 상기 광흡수 패턴 사이에 형성된 투광부; 상기 투광부의 일측에 위치하며 상기 후면전극의 일부를 선택적으로 노출시키는 콘택 패턴; 상기 광흡수 패턴, 투광부 및 콘택 패턴 상에 형성된 전면전극층; 및 상기 후면전극의 일부가 노출되도록 상기 콘택 패턴 내부에 형성되고 상기 전면전극층을 관통하는 분리패턴을 포함한다. 상기 태양전지는 태양전지 셀 사이에 투명 절연 물질이 배치되므로, 광효율 및 투광도를 향상시킬 수 있다.
태양전지, BIPV

Description

태양전지 및 이의 제조방법{SOLAR CELL AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
실시예는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
광전 변환 효과를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전 장치는 지구 환경의 보전에 기여하는 무공해 에너지를 얻는 수단으로 널리 사용되고 있다.
태양 전지의 광전 변화 효율이 개선됨에 따라, 태양광 발전 장치를 구비한 많은 태양광 발전 시스템이 주거 용도 뿐만 아니라 상업 건물의 외부에 설치되기에 이르렀다.
즉, 태양전지(PV:Photovoltaic)를 건축물의 외피 마감재로 사용하는 건물 일체화(BIPV:Building Integrated Photovoltaic) 기술이 주목받고 있다.
이러한 건물 일체화 기술은 외피 마감재로서의 요구성능을 만족시킴과 동시에 자체전력 발생을 통해 건축물 전력공급 성능이 요구된다.
이에 따라서, 태양전지의 투광성 및 광효율이 중요하게 대두된다.
실시예에서는 향상된 외관에 의하여 선택적으로 빛을 투과시키면서 광효율을 향상시킬 수 있는 태양전지 및 이의 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 태양전지는, 기판 상에 서로 이격되어 형성된 복수개의 후면전극; 상기 후면전극 상에 각각 형성된 광흡수 패턴; 상기 광흡수 패턴 사이에 형성된 투광부; 상기 투광부의 일측에 위치하며 상기 후면전극의 일부를 선택적으로 노출시키는 콘택 패턴; 상기 광흡수 패턴, 투광부 및 콘택 패턴 상에 형성된 전면전극층; 및 상기 후면전극의 일부가 노출되도록 상기 콘택 패턴 내부에 형성되고 상기 전면전극층을 관통하는 분리패턴을 포함한다.
실시예에 따른 태양전지의 제조방법은, 기판 상에 후면전극층 및 광흡수층을 적층하는 단계; 상기 기판의 상면을 선택적으로 노출시키는 관통홀을 형성하고, 상기 관통홀에 의하여 상호 분리된 후면전극 및 광흡수 패턴을 형성하는 단계; 상기 관통홀에 투명 절연 물질을 매립하여 투광부를 형성하는 단계; 상기 투광부의 일측에 위치하며 상기 후면전극의 일부를 선택적으로 노출시키는 콘택 패턴을 형성하는 단계; 상기 광흡수 패턴, 투광부 및 콘택 패턴 상에 전면전극층을 형성하는 단계; 및 상기 후면전극의 일부가 노출되도록 상기 콘택 패턴 내부의 상기 전면전극층을 관통하는 분리패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 태양전지 및 이의 제조방법은, 태양전지 셀 사이에 투명절연물질로 형성된 투광부가 배치되어 발전 효율 및 투광성을 동시에 만족시킬 수 있다.
즉, BIPV에서 서로 이웃하는 태양전지 셀 사이마다 투광부가 배치되므로 상기 투광부를 통해 빛이 투과될 수 있다.
상기 태양전지 셀의 후면전극이 금속의 도전체로 형성되므로, 직렬저항을 감소시켜 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 투광부에 의하여 상기 태양전지 셀 사이의 누설전류를 방지하여 광 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 투광부는 투명 절연 물질로 형성되어 있으므로 서로 이웃하는 태양전지 셀을 완전히 분리시킬 수 있다.
광이 상기 투광부를 통과하여 태양전지 셀의 광흡수층으로 전도되어 광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 투광부가 다양한 색상으로 형성되어, 컬러 투광형 태양전지를 형성할 수 있다.
상기 투광부가 배치되는 위치, 크기 및 형태를 조절함으로써 빛의 투과를 조절함으로써, 투광성 및 심미적 기능을 향상시킬 수 있다. 특히, 태양전지를 건물의 외피 마감재로 사용할 경우, 상기 투광부에 의하여 심미적 기능을 더욱 향상시킬 수 있다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 층, 막 또는 전극 등이 각 기판, 층, 막, 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 8은 제1 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하여, 기판(100) 상에 후면전극층(111)이 형성된다.
상기 기판(100)은 유리(glass)가 사용될 수 있으며, 세라믹 기판, 금속 기판 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 기판(100)은 투명할 수 있다. 상기 기판(100)은 리지드(rigid)하거나 플렉서블(flexible) 할 수 있다.
상기 후면전극층(111)은 금속 등의 도전체로 형성될 수 있다.
상기 후면전극층(111)이 금속으로 형성되므로 직렬저항 특성이 향상되어 전도도를 높일 수 있다. 예를 들어, 상기 후면전극층은 약 500~1500nm의 두께를 가지 며 면저항은 1Ω 이하일 수 있다.
예를 들어, 상기 후면전극층(111)은 몰리브덴(Mo) 타겟을 사용하여, 스퍼터링(sputtering) 공정에 의해 형성될 수 있다.
이는 몰리브덴(Mo)이 가진 높은 전도도, 광 흡수층과의 오믹(ohmic) 접합, Se 분위기 하에서의 고온 안정성 때문이다.
상기 후면전극층(111)인 몰리브덴(Mo) 박막은 전극으로서 비저항이 낮아야 하고, 열팽창 계수의 차이로 인하여 박리현상이 일어나지 않도록 기판에의 점착성이 뛰어나야 한다.
한편, 상기 후면전극층(111)을 형성하는 물질은 이에 한정되지 않고, 나트륨(Na) 이온이 도핑된 몰리브덴(Mo)으로 형성될 수도 있다.
도면에 도시되지는 않았지만, 상기 후면전극층(111)은 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수도 있다. 상기 후면전극층(111)이 복수개의 층으로 형성될 때, 상기 후면전극층(111)을 이루는 층들은 서로 다른 물질로 형성될 수 있다.
도 2를 참조하여, 상기 후면전극층(111) 상에 광 흡수층(121)이 형성된다.
상기 광 흡수층(121)은 Ⅰb-Ⅲb-Ⅵb계 화합물을 포함한다.
더 자세하게, 상기 광 흡수층(121)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In, Ga)Se2, CIGS계) 화합물 또는 구리-인듐-셀레나이드계(CuInSe2, CIS계) 화합물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(121)을 형성하기 위해서, 구리타겟, 인듐 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하여, 상기 후면전극층(111) 상에 CIG계 금속 프리커서막(precusor)막이 형성된다.
이후, 상기 금속 프리커서막은 셀레니제이션(selenization) 공정에 의해서 셀레늄(Se)과 반응하여 CIGS계 광 흡수층(121)이 형성된다.
또한, 상기 광 흡수층(121)은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레나이드(Se)를 동시증착법(co-evaporation)에 의해 형성할 수도 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(121)은 1000~2000nm의 두께로 형성될 수 있다.
상기 광 흡수층(121)은 외부의 광을 입사받아, 전기 에너지로 변환시킨다. 상기 광 흡수층(121)은 광전효과에 의해서 광 기전력을 생성한다.
도 3을 참조하여, 상기 광 흡수층(121) 및 후면전극층(111)을 관통하는 관통홀(125)이 형성된다.
상기 관통홀(125)에 의하여 광흡수 패턴(120) 및 후면전극(110)을 포함하는 단위 셀(C1, C2)이 복수개로 분리될 수 있다. 즉, 상기 관통홀(125)에 의하여 상기 광 흡수층(121) 및 상기 후면전극층(111)이 단위 셀(C1,C2) 별로 패터닝되어 상기 광흡수 패턴(120) 및 후면전극(110)이 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 셀(C1)을 제1셀이라고 칭하고 상기 셀(C2)를 제2셀이라고 지칭한다. 또한, 상기 제1셀(C1)과 제2셀(C2) 사이 영역을 투광영역(T1)이라고 지칭한다.
상기 관통홀(125)은 기계적인 공정(Mechanical Scribing)을 통해 형성할 수 있으며, 상기 기판(100)의 상면이 노출되도록 형성할 수 있다.
상기 제1 및 제2셀(C1,C2)은 후면전극(110) 및 광흡수 패턴(120)이 적층된 구조로 이루어지고, 상기 관통홀(125)에 의하여 상호 이격되도록 형성될 수 있다.
상기 관통홀(125)은 상기 단위 셀보다 작거나 또는 동일한 너비로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1셀(C1)의 너비(D1)와 상기 관통홀(125)의 너비(D2)는 1:0.5~1:1을 가지도록 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 관통홀(125)의 너비는 2~6mm의 폭을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 관통홀(125)은 스트라이프(stripe) 형태로 형성될 수 있다. 하지만 이에 한정되지 않고 매트릭스(matrix) 형태 등 다양한 형태로 형성될 수도 있다.
도 4a를 참조하여, 상기 투광영역(T1)에 투광부(130)가 형성된다.
상기 투광부(130)는 투명 절연부재로 형성될 수 있다.
상기 투명 절연 부재는 100~200℃의 내열성을 가지고, 투광성이 90~100%의 내강알카리성, 내일광성 및 내절연성 물질일 수 있다.
예를 들어, 상기 투명 절연부재는 투명 무결정 수지인 PMMA(poly methyl methacrylate), Acrylonitrile과 Styrene의 공중합체인 SAN, PC(poly cabornate), 투명 ABS(acrylonitrile butadiene styrene), PET(polyethylene terephtalate), U-HMW(ultra high molecular weight) ployethylene, MC(methyl cellulose), POM(poly oxy methylene), PTEE(polytetrafluoroethylene), PPO(polypropylene oxide) 및 PUR(polyurethane) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 또는 상기 투명 절연부재는 포지티브 또는 네가티브 포토레지스트로 형성될 수도 있다.
상기 투광부(130)는 열흡착, 주입 또는 충진 방법 등을 통하여 관통홀(125) 내부에 선택적으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 투광부(130)는 디스펜싱, 잉크젯, 핫 프레스 및 포토리소그라피 공정 중 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 투광부(130)를 형성할 때 투명 절연 부재에 색상을 첨가하여, 컬러 투광부를 형성할 수도 있다.
상기 투광부(130)에 의하여 상기 기판(100) 상에 활성영역과 비활성 영역이 정의된다. 즉, 상기 투광부(130)에 의하여 상호 분리된 제1 및 제2셀(C1,C2)들이 활성영역으로 사용될 수 있다.
활성영역인 상기 제1 및 제2셀(C1,C2)로 입사되는 광은 전기에너지로 변환되고, 비활성 영역인 상기 투광부(130)로 입사되는 광은 전기 에너지로 변환되지 않는다. 또한, 상기 투광부(130)는 투명하므로, 광은 투과될 수 있다.
다시 도 4a를 참조하여, 상기 투광부(130)는 상기 광흡수 패턴(120)과 동일한 높이로 형성될 수 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 투광부(130)는 상기 광흡수 패턴(120)의 상면보다 높은 높이를 가지도록 형성될 수도 있다. 상기 투광부(40)의 상부 표면은 곡면을 가지도록 형성될 수 있다.
도시되지는 않았지만, 상기 투광부(40)는 상기 광흡수 패턴(120) 보다 낮은 높이를 가지도록 형성될 수도 있다.
상기 투광부(130)는 상기 단위 셀과 동일한 너비를 가지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1셀(C1)과 투광부(130)의 너비는 1:0.5~1:1을 가지도록 형 성될 수 있다.
상기 셀과 투광부(130)는 교대로 배치된 구조를 가지도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1셀(C1)과 제2셀(C2) 사이에 상기 투광부(T1)가 배치된 구조로 형성되어 태양전지의 발전효율 및 광 투과율을 동시에 만족시킬 수 있다.
상기 투광부(130)가 상기 제1 및 제2셀(C1,C2) 사이에 형성되어 있으므로, 상기 제1 및 제2셀(C1,C2) 사이에서 발생되는 누설전류의 발생을 방지할 수 있다.
즉, 실시예에서는 상기 제1 및 제2셀(C1,C2) 사이에 절연물질로 이루어진 투광부(130)가 형성되어 있다. 따라서, 상기 셀 사이의 누설전류를 제거하여 Rsh(Shunt Resistance)를 확보하여 개방전압(Voc)를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 투광부(130)에 대하여 경사지게 통과하는 광이 상기 광흡수층(30)으로 전도되어 상기 광흡수층(30)의 광효율을 향상시킬 수 있다.
도 5를 참조하여, 상기 셀(C1, C2)과 투광부(130) 상에 버퍼층(141) 및 고저항 버퍼층(151)이 형성된다.
상기 버퍼층(141)은 상기 광흡수 패턴(120) 및 투광부(130) 상에 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있으며, 황화 카드뮴(CdS)이 적층되어 형성될 수 있다.
이때, 상기 버퍼층(141)은 n형 반도체 층이고, 상기 광흡수 패턴(40)은 p형 반도체 층이다. 따라서, 상기 광흡수 패턴(120) 및 버퍼층(141)은 pn접합을 형성한다.
상기 버퍼층(41)은 산화 아연(ZnO)을 타겟으로 한 스퍼터링 공정을 진행하 여, 상기 황화 카드뮴(CdS) 상에 산화 아연층이 더 형성될 수 있다.
이러한 상기 버퍼층(41)은 약 2.2~2.6의 굴절률을 가진다.
상기 고저항 버퍼층(151)은 상기 버퍼층(141) 상에 투명전극층으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 고저항 버퍼층(151)은 ITO, ZnO, i-ZnO 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이러한 상기 고저항 버퍼층(151)은 약 1.7~2.1의 굴절률을 가진다.
상기 버퍼층(141) 및 고저항 버퍼층(151)은 상기 광흡수 패턴(120)과 이후 형성될 전면전극의 사이에 배치된다.
즉, 상기 광흡수 패턴(120)과 전면전극은 격자상수와 에너지 밴드 갭의 차이가 크기 때문에, 밴드갭이 두 물질의 중간에 위치하는 상기 버퍼층(141) 및 고저항 버퍼층(151)을 삽입하여 양호한 접합을 형성할 수 있다.
실시예에서는 두개의 버퍼층을 상기 광흡수 패턴(120) 상에 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 버퍼층은 한개의 층으로만 형성될 수도 있다.
도 6을 참조하여, 상기 광흡수 패턴(120), 버퍼층(141) 및 고저항 버퍼층(151)을 관통하는 콘택 패턴(155)이 형성된다.
상기 콘택 패턴(155)은 기계적 공정 및 레이저 공정에 의하여 형성할 수 있으며, 상기 후면전극(110) 일부가 노출된다.
예를 들어, 상기 콘택 패턴(155)은 상기 투광부(130)의 일측에 위치한 제2셀(C2)에 해당하는 상기 후면전극(110)을 선택적으로 노출시킬 수 있다.
상기 콘택 패턴(155)의 너비는 90~150㎛로 형성될 수 있다.
상기 콘택 패턴(155)에 의하여 상기 버퍼층(140) 및 고저항 버퍼층(150)은 단위 셀별로 분리될 수 있다.
도 7을 참조하여, 상기 고저항 버퍼층(150) 상에 투명한 도전물질을 적층하여 전면전극층(161) 및 접속배선(171)을 형성한다.
상기 전면전극층(161)이 상기 고저항 버퍼층(150) 상에 적층될 때, 투명한 도전물질이 상기 콘택 패턴(155) 내부에도 삽입되어 상기 접속배선(171)을 형성할 수 있다.
따라서, 상기 후면전극(110)과 전면전극층(161)은 상기 접속배선(171)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 전면전극층(161)은 알루미늄(Al), 알루미나(Al2O3), 마그네슘(Mg), 갈륨(Ga) 등의 불순물을 포함하는 아연계 산화물 또는 ITO(Indim Tin Oxide)로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 전면전극층(161)은 스퍼터링 공정을 진행하여 알루미늄 또는 알루미나로 도핑된 산화 아연으로 형성하여, 낮은 저항값을 갖는 전극을 형성할 수 있다.
즉, 상기 전면전극층(161)은 상기 광흡수 패턴(120)과 pn접합을 형성하는 윈도우(window)층으로서, 태양전지 전면의 투명전극 기능을 하기 때문에 광투과율이 높고 전기 전도성이 높은 산화 아연(ZnO)으로 형성된다.
예를 들어, 상기 전면전극층(161)은 약 200~800nm의 두께로 형성될 수 있다. 또한, 상기 전면전극층(161)은 약 10~30Ω의 면저항을 가지고 있으며,80~90%의 투광도를 가질 수 있다.
도 8을 참조하여, 상기 전면전극층(161) 및 접속배선(171)을 관통하는 분리패턴(165)이 형성된다.
상기 분리패턴(165)은 기계적 공정 또는 레이저(laser)를 조사(irradiate)하여 형성할 수 있다. 상기 콘택 패턴(155)에 의하여 노출되었던 상기 후면전극(110)은 선택적으로 노출될 수 있다.
즉, 상기 분리 패턴(165)은 상기 제2셀(C2)의 후면전극(110)의 일부를 노출시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 분리패턴(75)의 폭은 30~90㎛로 형성될 수 있다.
상기 분리패턴(75)은 제1셀(C1)과 제2셀(C2)을 분리시킬 수 있는 패턴의 폭으로 형성되어 상기 제1셀(C1)과 제2셀(C2)은 서로 구분될 수 있다.
즉, 상기 분리패턴(75)에 의하여 제1셀(C1) 및 제2셀(C2) 상에 각각의 전면전극(170)이 형성될 수 있다.
상기 분리패턴(75)은 스트라이프 형태 또는 매트릭스 형태로 형성될 수도 있고, 또한 상기 형태에 한정되지 않고 다양한 형태로 형성될 수 있다.
상기 분리패턴(75)은 상기 제1셀(C1)의 전면전극(160)과 연결된 접속배선(170)의 일부가 남아있도록 형성된다. 이것은, 상기 투광부(130)의 측면에 형성된 상기 접속배선(170)의 일부는 남아있도록 상기 분리패턴(165)이 형성되기 때문이다.
따라서, 상기 접속배선(170)에 의하여 각각의 셀은 서로 연결될 수 있다. 즉, 상기 접속배선(170)은 상기 제2셀(C2)의 후면전극(110)과 상기 제2셀(C2)에 인접하는 상기 제1셀(C1)의 전면전극(160)을 전기적으로 연결한다.
도 9는 도 8에 도시된 태양전지를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하여, 태양전지는 태양전지 셀 사이에 투광영역이 형성될 수 있다. 즉, 제1셀(C1)과 제2셀(C2) 사이의 투광영역(T1)에 투광부(130)가 형성되고, 태양전지 셀(C1,C2...Cn)과 상기 투광영역(T1,T2...Tn-1)은 번갈아 가면 형성될 수 있다.
또한, 상기 투광영역(T1)의 너비는 상기 태양전지 셀(C1)과 동일한 폭으로 형성될 수도 있다. 하지만 이에 한정되지 않고 상기 투광영역(T1)의 위치, 크기 및 형태를 조절함으로써 빛의 투과를 조절하는 것도 가능하다.
상기와 같이 태양전지 셀 사이에 투광영역(T1)가 형성되어, 태양전지의 발전 효율 및 투광도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 투광영역(T1)에 의하여 태양전지 셀 사이의 누설전류의 발생을 방지할 수 있다.
상기 태양전지 셀은 후면전극(110), 광흡수 패턴(120), 버퍼층(140), 고저항 버퍼층(150) 및 전면전극층(160)을 포함한다.
상기 후면전극(110)은 금속으로 형성되고, 그 폭을 최대한 작게 조절할 수 있게 되어 광 효율을 향상시킬 수 있다. 이에 따라. 태양전지의 직렬저항 특성을 개선하여 광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 태양전지 셀 사이에 형성된 상기 투광부(130) 상에 상기 버퍼층(140), 고저항 버퍼층(150), 전면전극층(160)이 배치될 수 있다.
즉, 상기 투광영역(T1) 상부에 형성된 층들의 굴절률에 따라 상기 투광영역(T1)를 통과하는 광이 상기 광흡수 패턴(120)으로 진행될 수 있다.
예를 들어, ZnO의 굴절율은 1.9이고, CdS의 굴절율은 2.4이고, CIGS의 굴절울은 2.9를 가진다.
따라서, 상기 투광영역(T1)은 2.4~2.9의 굴절율을 가질 수 있으므로, 상기 광흡수 패턴(120)으로 광을 굴절시킬 수 있게 된다.
도 10 내지 도 16은 제2 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다. 제2 실시예에서 제1 실시예와 동일하게 동작되는 구성 및 동작되는 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 10을 참조하여, 기판(200) 상에 후면전극층(211)이 형성된다.
상기 기판(200)은 유리(glass)가 사용될 수 있으며, 알루미나와 같은 세라믹 기판, 스테인레스 스틸, 티타늄 기판 또는 폴리머 기판 등도 사용될 수 있다.
상기 후면전극층(211)은 금속 등의 도전체로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 후면전극층(211)은 몰리브덴(Mo) 타겟을 사용하여, 스퍼터링(sputtering) 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 11을 참조하여, 상기 후면전극층(211) 상에 광 흡수층(221), 버퍼층(241) 및 고저항 버퍼층(251)이 형성된다.
상기 광 흡수층(221)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In, Ga)Se2, CIGS계) 화합물 또는 구리-인듐-셀레나이드계(CuInSe2, CIS계) 화합물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 버퍼층(241)은 상기 광 흡수층(221) 상에 황화 카드뮴(CdS)이 적층되어 형성되고, 상기 고저항 버퍼층(251)은 상기 버퍼층(241) 상에 징크 옥사이드가 적층되어 형성될 수 있다.
상기 광 흡수층(221), 버퍼층(241) 및 고저항 버퍼층(251)을 형성하는 공정은 제1 실시예의 도 2 및 도 5와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 12를 참조하여, 상기 고저항 버퍼층(251), 버퍼층(241), 광 흡수층(221) 및 후면전극층(211)을 관통하는 관통홀(255)이 형성된다.
상기 관통홀(255)은 상기 기판(200)을 선택적으로 노출시킬 수 있다.
상기 관통홀(255)에 의하여 상기 고저항 버퍼층(251), 버퍼층(241), 광 흡수층(221) 및 상기 후면전극층(211)이 단위 셀(C1,C2) 별로 패터닝되어 될 수 있다. 예를 들어, 상기 셀(C1)을 제1셀이라고 칭하고 상기 셀(C2)를 제2셀이라고 지칭한다. 상기 제1셀(C1)과 제2셀(C2) 사이는 투광영역(T1)이 될 수 있다.
상기 관통홀(255)은 기계적 공정(Mechanical Scribing) 또는 레이저(laser)를 조사(irradiate)하여 형성할 수 있으며, 상기 기판(200)의 상면이 노출되도록 형성할 수 있다.
상기 제1 및 제2셀(C1,C2)은 후면전극(210), 광흡수 패턴(220), 버퍼 패 턴(240) 및 고저항 버퍼 패턴(250)이 적층된 구조로 이루어지고, 상기 관통홀(255)에 의하여 이웃하는 셀은 상호 이격되도록 형성될 수 있다.
상기 관통홀(255)은 상기 단위 셀과 동일한 너비를 가지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1셀(C1)의 너비와 상기 관통홀의 너비는 1:0.5~1:1을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 관통홀(255)은 스트라이프 형태로 형성될 수 있다. 하지만 이에 한정되지 않고 매트릭스 형태 등 다양한 형태로 형성될 수도 있다.
도 13를 참조하여, 상기 관통홀(255)에 투광부(230)가 형성된다.
상기 투광부(230)는 투명무결정수지 또는 포토레지스트와 같은 투명절연부재로 형성될 수 있다.
상기 투광부(230)는 열흡착, 주입 또는 충진 방법 등을 통하여 관통홀(255) 내부에 선택적으로 형성될 수 있다.
상기 투광부(230)는 상기 단위 셀의 최상부에 위치한 고저항 버퍼 패턴(250)과 동일한 높이로 형성될 수 있다. 또는 상기 투광부(230)은 상기 고저항 버퍼 패턴(250)보다 높거나 낮은 높이를 가질 수도 있다.
상기 투광부(230)를 형성하는 공정은 제1 실시예의 도 4a 및 도 4b와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 14를 참조하여, 상기 고저항 버퍼 패턴(250), 버퍼 패턴(240) 및 광흡수 패턴(220) 관통하는 콘택 패턴(256)이 형성된다.
예를 들어, 상기 콘택 패턴(256)은 상기 투광부(230)의 일측에 위치한 제2 셀(C2)에 해당하는 상기 후면전극(210)을 선택적으로 노출시킬 수 있다.
도 15를 참조하여, 상기 고저항 버퍼 패턴(250) 및 투광부(230) 상에 투명한 도전물질을 적층하여 전면전극층(261) 및 접속배선(271)을 형성한다.
상기 전면전극층(261)이 상기 고저항 버퍼 패턴(250) 상에 적층될 때, 투명한 도전물질이 상기 콘택 패턴(256) 내부에도 삽입되어 상기 접속배선(271)을 형성할 수 있다.
따라서, 상기 콘택 패턴(265)에 의하여 노출되었던 상기 후면전극(210)과 전면전극층(261)은 상기 접속배선(271)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 전면전극층(261)은 알루미늄(Al), 알루미나(Al2O3), 마그네슘(Mg), 갈륨(Ga) 등의 불순물을 포함하는 아연계 산화물 또는 ITO(Indim Tin Oxide)로 형성될 수 있다.
도 16을 참조하여, 상기 전면전극층(261) 및 접속배선(271)을 관통하는 분리패턴(265)이 형성된다.
상기 분리패턴(265)은 기계적 공정(Mechanical) 또는 레이저(laser)를 조사(irradiate)하여 형성할 수 있으며, 상기 콘택 패턴(256)에 의하여 노출되었던 상기 후면전극(210)의 일부가 노출되도록 형성할 수 있다.
상기 분리패턴(265)은 제1셀(C1)과 제2셀(C2)을 분리시킬 수 있는 패턴의 폭으로 형성되어 상기 제1셀(C1)과 제2셀(C2)은 서로 구분될 수 있다. 즉, 상기 분리패턴(265)에 의하여 제1셀(C1) 및 제2셀(C2) 상에 각각의 전면전극층(260)이 형성 될 수 있다.
상기 분리패턴(265)은 상기 제1셀(C1)의 전면전극층(260)과 연결된 접속배선(270)의 일부가 남아있도록 형성된다. 이것은, 상기 투광부(230)의 측면에 형성된 상기 접속배선(270)의 일부는 남아있도록 상기 분리패턴(265)이 형성되기 때문이다.
따라서, 상기 접속배선(270)에 의하여 각각의 셀은 서로 연결될 수 있다. 즉, 상기 접속배선(270)은 상기 제2셀(C2)의 후면전극(210)과 상기 제2셀(C2)에 인접하는 상기 제1셀(C1)의 전면전극층(260)을 전기적으로 연결한다.
도 17 내지 도 24는 제3 실시예에 따른 태양전지의 구조를 도시한 단면도이다. 제3 실시예에서 제1 실시예 및 제2 실시예와 동일하게 동작되는 구성 및 동작되는 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 17을 참조하여, 기판(300) 상에 후면전극층(311), 광 흡수층(321) 및 버퍼층(341)이 형성된다.
도 18를 참조하여, 상기 버퍼층(341), 광 흡수층(321) 및 후면전극층(311)을 관통하는 관통홀(345)이 형성된다.
상기 관통홀(345)에 의하여 상기 버퍼층(341), 광 흡수층(321) 및 상기 후면전극층(311)이 단위 셀(C1,C2) 별로 패터닝되어 될 수 있다.
예를 들어, 상기 셀(C1)을 제1셀이라고 칭하고 상기 셀(C2)를 제2셀이라고 지칭한다. 또한, 상기 제1셀(C1) 및 제2셀(C2) 사이는 투광영역(T1)이 될 수 있다.
상기 관통홀(345)은 기계적 공정(Mechanical Scribing) 또는 레이저(laser)를 조사(irradiate)하여 형성할 수 있으며, 상기 기판(300)의 상면이 노출되도록 형성할 수 있다.
상기 제1 및 제2셀(C1,C2)은 후면전극(310), 광흡수 패턴(320)및 버퍼패턴(340)이 적층된 구조로 이루어지고, 상기 관통홀(345)에 의하여 이웃하는 셀은 상호 이격되도록 형성될 수 있다.
상기 관통홀(345)은 상기 단위 셀과 동일한 너비를 가지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1셀(C1)의 너비와 상기 관통홀(345)의 너비는 1:0.5~1:1을 가지도록 형성될 수 있다.
도 19를 참조하여, 상기 관통홀(345)에 투광부(330)가 형성된다.
상기 투광부(330)는 투명무결정수지 또는 포토레지스트와 같은 투명절연부재로 형성될 수 있다.
상기 투광부(330)는 열흡착, 주입 또는 충진 방법 등을 통하여 관통홀(345) 내부에 선택적으로 형성될 수 있다.
상기 투광부(330)는 상기 단위 셀의 최상부에 위치한 버퍼패턴(340)과 동일한 높이로 형성될 수 있다. 또는 상기 투광부(330)는 상기 버퍼패턴(340)보다 높거나 낮은 높이를 가질 수도 있다.
상기 투광부(230)를 형성하는 공정은 제1 실시예의 도 4a 및 도 4b와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 20을 참조하여, 상기 버퍼패턴(340) 및 투광부(330) 상에 고저항 버퍼 층(351)이 형성된다.
상기 고저항 버퍼층(351)은 상기 버퍼패턴(340) 상에 투명전극층으로 형성될 수 있다.
도 21을 참조하여, 상기 광흡수 패턴(320), 버퍼패턴(340) 및 고저항 버퍼층(351)을 관통하는 콘택 패턴(355)이 형성된다.
예를 들어, 상기 콘택 패턴(355)은 상기 투광부(330)의 일측에 위치한 제2셀(C2)에 해당하는 상기 후면전극(310)을 선택적으로 노출시킬 수 있다.
도 22를 참조하여, 상기 고저항 버퍼층(351) 및 콘택 패턴(355) 상에 투명한 도전물질을 적층하여 전면전극층(361) 및 접속배선(371)을 형성한다.
상기 전면전극층(361)이 상기 고저항 버퍼층(351) 상에 적층될 때, 투명한 도전물질이 상기 콘택 패턴(355) 내부에도 삽입되어 상기 접속배선(371)을 형성할 수 있다.
따라서, 상기 후면전극(310)과 전면전극층(361)은 상기 접속배선(371)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다.
도 23을 참조하여, 상기 전면전극층(361) 및 접속배선(371)을 관통하는 분리패턴(365)이 형성된다.
상기 분리패턴(365)은 기계적 공정(Mechanical) 또는 레이저(laser)를 조사(irradiate)하여 형성할 수 있으며, 상기 콘택 패턴(355)에 의하여 노출되었던 상기 후면전극(310)의 일부가 노출되도록 형성할 수 있다.
상기 분리패턴(365)은 제1셀(C1)과 제2셀(C2)을 분리시킬 수 있는 패턴의 폭 으로 형성되어 상기 제1셀(C1)과 제2셀(C2)은 서로 구분될 수 있다. 즉, 상기 분리패턴(365)에 의하여 제1셀(C1) 및 제2셀(C2) 상에 각각의 전면전극층(260)이 형성될 수 있다.
상기 분리패턴(365)은 상기 제1셀(C1)의 전면전극층(360)과 연결된 접속배선(370)의 일부가 남아있도록 형성된다.
따라서, 상기 접속배선(370)에 의하여 각각의 셀은 서로 연결될 수 있다. 즉, 상기 접속배선(370)은 상기 제2셀(C2)의 후면전극(310)과 상기 제2셀(C2)에 인접하는 상기 제1셀(C1)의 전면전극층(360)을 전기적으로 연결한다.
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.
도 1 내지 도 8은 제1 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 태양전지 모듈의 평면도이다.
도 10 내지 도 16은 제2 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 17 내지 도 23은 제3 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도이다.

Claims (9)

  1. 기판 상에 형성되고, 상기 기판의 상면을 선택적으로 노출하는 관통홀에 의해 서로 이격되어 형성된 복수개의 후면전극;
    상기 후면전극 상에 각각 형성된 광흡수 패턴;
    상기 광흡수 패턴 사이에 형성된 투광부;
    상기 투광부의 일측에 위치하며 상기 후면전극의 일부를 선택적으로 노출시키는 콘택 패턴;
    상기 광흡수 패턴, 투광부 및 콘택 패턴 상에 형성된 전면전극층; 및
    상기 후면전극의 일부가 노출되도록 상기 콘택 패턴 내부에 형성되고 상기 전면전극층을 관통하는 분리패턴을 포함하는 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투광부는 투명 무결정 수지 또는 포토레지스트로 형성된 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 투광부는 90~100%의 투광도를 가지며, 1.9~2.9의 굴절률을 가지는 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 콘택 패턴에 의해 상기 광흡수 패턴 상에 선택적으로 형성된 버퍼층을 포함하는 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광흡수 패턴 및 투광부 상에 형성된 버퍼층을 포함하는 태양전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 투광부는 상기 광흡수 패턴과 최소한 동일한 높이 이상으로 형성된 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광흡수 패턴과 상기 투광부의 너비는 1:0.5~1:1로 형성된 태양전지.
  8. 기판 상에 후면전극층 및 광흡수층을 적층하는 단계;
    상기 기판의 상면을 선택적으로 노출시키는 관통홀을 형성하고, 상기 관통홀에 의하여 상호 분리된 후면전극 및 광흡수 패턴을 형성하는 단계;
    상기 관통홀에 투명 절연 물질을 매립하여 투광부를 형성하는 단계;
    상기 투광부의 일측에 위치하며 상기 후면전극의 일부를 선택적으로 노출시키는 콘택 패턴을 형성하는 단계;
    상기 광흡수 패턴, 투광부 및 콘택 패턴 상에 전면전극층을 형성하는 단계; 및
    상기 후면전극의 일부가 노출되도록 상기 콘택 패턴 내부의 상기 전면전극층 을 관통하는 분리패턴을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 투광부는 투명무결정 수지 및 포토레지스트로 형성되고, 열흡착, 주입 또는 충진 방법에 의하여 형성되는 태양전지의 제조방법.
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