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KR101081175B1 - Solar cell and method of fabricating the same - Google Patents

Solar cell and method of fabricating the same Download PDF

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KR101081175B1
KR101081175B1 KR1020090101614A KR20090101614A KR101081175B1 KR 101081175 B1 KR101081175 B1 KR 101081175B1 KR 1020090101614 A KR1020090101614 A KR 1020090101614A KR 20090101614 A KR20090101614 A KR 20090101614A KR 101081175 B1 KR101081175 B1 KR 101081175B1
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South Korea
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light absorbing
back electrode
electrode layer
absorbing layer
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KR1020090101614A
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최철환
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예에 따른 태양전지는, 기판 상에 형성된 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 형성되고, Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅵ계 화합물을 포함하는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 형성된 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 형성된 전면전극층을 포함한다. 이에 따라, 상기 광 흡수층의 전기적인 특성을 향상시킬 수 있다. Solar cell according to the embodiment, the back electrode layer formed on the substrate; A light absorption layer formed on the back electrode layer and including an I-II-III-VI compound; A buffer layer formed on the light absorbing layer; And a front electrode layer formed on the buffer layer. Accordingly, the electrical characteristics of the light absorbing layer can be improved.

태양전지, 광 흡수층 Solar cell, light absorbing layer

Description

태양전지 및 이의 제조방법{SOLAR CELL AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}SOLAR CELL AND METHOD OF FABRICATING THE SAME

실시예는 태양전지에 관한 것이다. Embodiments relate to solar cells.

최근 에너지 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지에 대한 개발이 진행되고 있다. Recently, as energy demand increases, development of a solar cell converting solar energy into electrical energy is in progress.

특히, 유리 기판, 금속 후면 전극층, p형 CIGS 계 광 흡수층, 고저항 버퍼층, n형 창층 등을 포함하는 기판 구조의 pn 헤테로 접합 장치인 CIGS계 태양전지가 널리 사용되고 있다. In particular, CIGS-based solar cells that are pn heterojunction devices having a substrate structure including a glass substrate, a metal back electrode layer, a p-type CIGS-based light absorbing layer, a high resistance buffer layer, an n-type window layer, and the like are widely used.

이러한 태양전지에서 광 기전력을 발생시키기 위한 광 흡수층의 전기적인 특성을 향상시키기 위한 연구들이 진행되고 있다. In order to improve the electrical characteristics of the light absorbing layer for generating photovoltaic power in such a solar cell is being conducted.

실시예는 광 흡수층의 전기적인 특성을 향상시킬 수 있는 태양전지 및 이의 제조방법을 제공한다. The embodiment provides a solar cell and a method of manufacturing the same that can improve electrical characteristics of the light absorbing layer.

실시예에 따른 태양전지는, 기판 상에 형성된 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 형성되고, Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅵ계 화합물을 포함하는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 형성된 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 형성된 전면전극층을 포함한다. .Solar cell according to the embodiment, the back electrode layer formed on the substrate; A light absorption layer formed on the back electrode layer and including an I-II-III-VI compound; A buffer layer formed on the light absorbing layer; And a front electrode layer formed on the buffer layer. .

실시에에 따른 태양전지의 제조방법은, 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 상기 후면전극층 상에 Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅵ계 화합물을 포함하는 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함한다.According to one or more exemplary embodiments, a method of manufacturing a solar cell includes: forming a back electrode layer on a substrate; Forming a light absorbing layer including an I-II-III-VI compound on the back electrode layer; Forming a buffer layer on the light absorbing layer; And forming a front electrode layer on the buffer layer.

실시예에 의하면, 광 흡수층에서 홀의 농도를 인위적으로 조절할 수 있다. According to the embodiment, it is possible to artificially adjust the concentration of the hole in the light absorbing layer.

즉, Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ계 화합물로 이루어진 흡수층에 Ⅱ족 원소를 추가하여 상기 광 흡수층에서 홀의 농도를 증가시킬 수 있게 된다. That is, the concentration of the holes in the light absorbing layer can be increased by adding a group II element to the absorbing layer made of the I-III-VI compound.

특히, 상기 Ⅲ족 원소의 일부를 Ⅱ족 원소로 대체함으로써 상기 Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅵ계 화합물을 포함하는 광 흡수층을 형성할 수 있다. In particular, by replacing a part of the Group III element with the Group II element, the light absorbing layer including the I-II-III-VI type compound can be formed.

상기 광 흡수층에서 홀의 농도를 증가시킬 수 있고, 광전효과가 향상될 수 있다. The concentration of holes in the light absorbing layer can be increased, and the photoelectric effect can be improved.

이에 따라, 태양전지의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다. Accordingly, the electrical characteristics of the solar cell can be improved.

또한, Ⅱ족 원소는 상기 광 흡수층 하부의 후면전극층과 금속간 결합을 하고, 합금막이 형성될 수 있다. In addition, the Group II element may bond between the back electrode layer and the metal under the light absorbing layer, and an alloy film may be formed.

따라서, 상기 광 흡수층의 백 컨택으로 사용되는 후면전극층의 컨택저항을 낮출 수 있다. Therefore, the contact resistance of the back electrode layer used as the back contact of the light absorbing layer can be lowered.

또한, 상기 합금층에 의하여 상기 후면전극층의 표면이 손상되는 것을 방지할 수 있다. In addition, it is possible to prevent the surface of the back electrode layer is damaged by the alloy layer.

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.In the description of the embodiments, where each substrate, layer, film, or electrode is described as being formed "on" or "under" of each substrate, layer, film, or electrode, etc. , "On" and "under" include both "directly" or "indirectly" formed through other components. In addition, the upper or lower reference of each component is described with reference to the drawings. The size of each component in the drawings may be exaggerated for the sake of explanation and does not mean the size actually applied.

도 1 내지 도 12를 참조하여, 실시예에 태양전지 및 이의 제조방법을 구체적으로 설명한다. 1 to 12, a solar cell and a method of manufacturing the same will be described in detail in the embodiment.

도 1을 참조하여, 기판(100) 상에 후면전극층(200)이 형성된다. Referring to FIG. 1, a back electrode layer 200 is formed on a substrate 100.

상기 기판(100)은 유리가 사용될 수 있으며, 세라믹 기판, 금속기판 또는 폴리머 기판 등도 사용될 수 있다. The substrate 100 may be glass, and a ceramic substrate, a metal substrate, or a polymer substrate may also be used.

예를 들어, 유리 기판으로는 소다라임 유리(sodalime galss) 또는 고변형점 소다유리(high strained point soda glass)를 사용할 수 있다. 금속기판으로는 스테인레스 스틸 또는 티타늄을 포함하는 기판을 사용할 수 있다. 폴리머 기판으로는 폴리이미드(polyimide)를 사용할 수 있다. For example, soda lime glass (sodalime galss) or high strained soda glass (high strained point soda glass) may be used as the glass substrate. As the metal substrate, a substrate including stainless steel or titanium may be used. As the polymer substrate, polyimide may be used.

상기 기판(100)은 투명할 수 있다. 상기 기판(100)은 리지드(rigid)하거나 플렉서블(flexible) 할 수 있다. The substrate 100 may be transparent. The substrate 100 may be rigid or flexible.

상기 후면전극층(200)은 금속 등의 도전체로 형성될 수 있다. The back electrode layer 200 may be formed of a conductor such as metal.

예를 들어, 상기 후면전극층(200)은 몰리브덴(Mo)을 타겟(target)으로 사용하여, 스퍼터링(sputtering) 공정에 의해 형성될 수 있다.For example, the back electrode layer 200 may be formed by a sputtering process using molybdenum (Mo) as a target.

이는, 몰리브덴(Mo)이 가진 높은 전기 전도도, 광 흡수층과의 오믹(ohmic) 접합, Se 분위기 하에서의 고온 안정성 때문이다. This is because of the high electrical conductivity of molybdenum (Mo), ohmic bonding with the light absorbing layer, and high temperature stability under Se atmosphere.

상기 후면전극층(200)인 몰리브덴 박막은 전극으로서 비저항이 낮아야하고, 열팽창 계수의 차이로 인하여 박리현상이 일어나지 않도록 기판(100)에의 점착성이 뛰어나야 한다. The molybdenum thin film as the back electrode layer 200 should 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.

한편, 상기 후면전극층(200)을 형성하는 물질은 이에 한정되지 않고, 나트륨(Na) 이온이 도핑된 몰리브덴(Mo)으로 형성될 수도 있다. Meanwhile, the material forming the back electrode layer 200 is not limited thereto, and may be formed of molybdenum (Mo) doped with sodium (Na) ions.

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. Although not shown in the drawing, the back electrode layer 200 may be formed of at least one layer. When the back electrode layer 200 is formed of a plurality of layers, the layers constituting the back electrode layer 200 may be formed of different materials.

도 2를 참조하여, 상기 후면전극층(200)에 제1 관통홀(P1)이 형성되고, 상기 후면전극층(200)은 상호 분리될 수 있다. Referring to FIG. 2, a first through hole P1 may be formed in the back electrode layer 200, and the back electrode layer 200 may be separated from each other.

상기 제1 관통홀(P1)은 상기 기판(100)의 상면을 선택적으로 노출시킬 수 있다. The first through hole P1 may selectively expose the top surface of the substrate 100.

예를 들어, 상기 제1 관통홀(P1)은 기계적 장치 또는 레이저 장치에 의하여 패터닝 될 수 있다. 상기 제1 관통홀(P1)의 폭은 80㎛±20 일 수 있다. For example, the first through hole P1 may be patterned by a mechanical device or a laser device. The width of the first through hole P1 may be 80 μm ± 20.

상기 제1 관통홀(P1)에 의하여 상기 후면전극층(200)은 스트라이프(stripe) 형태 또는 매트릭스(matrix) 형태로 배치될 수 있으며, 각각의 셀에 대응할 수 있다. The back electrode layer 200 may be arranged in a stripe form or a matrix form by the first through hole P1 and may correspond to each cell.

한편, 상기 후면전극층(200)은 상기의 형태에 한정되지 않고, 다양한 형태로 형성될 수 있다. On the other hand, the back electrode layer 200 is not limited to the above form, it may be formed in various forms.

도 3을 참조하여, 상기 제1 관통홀(P1)을 포함하는 상기 후면전극층(200) 상에 광 흡수층(300)이 형성된다. Referring to FIG. 3, a light absorbing layer 300 is formed on the back electrode layer 200 including the first through hole P1.

상기 광 흡수층(300)은 Ⅰb-Ⅱb-Ⅲb-Ⅵb계 화합물을 포함한다. The light absorbing layer 300 includes an Ib-IIb-IIIb-VIb-based compound.

더 자세하게, 상기 광 흡수층(300)은 구리(Cu)-아연(Zn)-인듐(In)-갈륨(Ga)-셀레나이드계(Se2) 화합물을 포함한다.In more detail, the light absorbing layer 300 includes a copper (Cu) -zinc (Zn) -indium (In) -gallium (Ga) -selenide-based (Se 2 ) compound.

이와는 다르게, 상기 광 흡수층(300)은 구리-아연-인듐-셀레나이드계 화합물 또는 구리-아연-갈륨-셀레나이드계 화합물을 포함할 수 있다.Alternatively, the light absorbing layer 300 may include a copper-zinc-indium-selenide-based compound or a copper-zinc-gallium-selenide-based compound.

실시예는 CIGS계 광 흡수층(300)에 Ⅱb족 원소인 아연이 추가됨으로써, Ⅰb-Ⅱb-Ⅲb-Ⅵb계 화합물의 광 흡수층(300)을 형성할 수 있다. According to the embodiment, zinc, which is a Group IIb element, is added to the CIGS-based light absorbing layer 300 to form a light absorbing layer 300 of the Ib-IIb-IIIb-VIb-based compound.

일반적인 CIGS계 광 흡수층(300)의 경우 Ⅰb-Ⅲb-Ⅵb족 원소들에 의하여 광 흡수층에서의 홀(hole) 농도를 제어하기가 어려웠다. In the case of the general CIGS-based light absorbing layer 300, it is difficult to control the hole concentration in the light absorbing layer by the Ib-IIIb-VIb group elements.

실시예에서는 상기 CIGS계 광 흡수층(300)에 Ⅱb족 원소인 아연을 추가하여, 홀 농도를 제어할 수 있다.In an embodiment, zinc, a Group IIb element, may be added to the CIGS-based light absorbing layer 300 to control the hole concentration.

이는, Ⅲb족 원소의 일부를 Ⅱb족 원소로 대체함으로써, 상기 광 흡수층(300)에서 인위적으로 홀(hole) 농도 제어가 가능할 수 있다. This may be possible to artificially control the hole concentration in the light absorbing layer 300 by replacing a part of the Group IIIb element with the Group IIb element.

예를 들어, 이온 사이즈(ionic size)가 0.62Å인 Ga3 +를 Zn2 +로 대체함으로써 상기 광 흡수층(300)에서의 홀(hole) 농도를 증가시킬 수 있다. For example, the ion size (ionic size) is possible to increase the hole (hole) concentration in the light absorbing layer 300 by replacing 0.62Å of Ga 3 + a Zn + 2.

즉, Ga를 대체하는 Zn 원자(atom)의 수에 의하여 광 흡수층(300)에서 선형적으로 홀의 농도를 증가시킬 수 있는 것이다. That is, the concentration of holes can be linearly increased in the light absorbing layer 300 by the number of Zn atoms replacing Ga.

예를 들어, 상기 광 흡수층(300)에서 홀의 농도를 1015~1017atom/㎤이 되도록 인위적으로 조절할 수 있다. For example, the concentration of holes in the light absorbing layer 300 may be artificially adjusted to be 10 15 to 10 17 atoms / cm 3.

상기 광 흡수층(300)은 외부의 광을 입사받아, 전기 에너지로 변환시킨다. 상기 광 흡수층(300)은 광전효과에 의해서 광 기전력을 생성할 수 있다. The light absorbing layer 300 receives external light and converts the light into electrical energy. The light absorbing layer 300 may generate photo electromotive force by the photoelectric effect.

특히, 상기 Ⅱb족를 포함하는 CISG계 화합물의 광 흡수층(300)에서 홀의 농도를 증가시킴으로써, 광전효과를 향상시킬 수 있다. In particular, by increasing the concentration of the hole in the light absorption layer 300 of the CISG-based compound including the Group IIb, it is possible to improve the photoelectric effect.

예를 들어, 상기 광 흡수층(300)을 형성하기 위해서, 구리 타겟, 아연 타겟, 인듐 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하여, 상기 후면전극(200) 상에 Cu-Zn-In-Ga계 금속 프리커서(precursor)막이 형성된다.For example, in order to form the light absorbing layer 300, a Cu-Zn-In-Ga-based metal precursor (Cu-Zn-In-Ga-based metal precursor) is formed on the back electrode 200 using a copper target, a zinc target, an indium target, and a gallium target. precursor) film is formed.

상기 아연(Zn)과 갈륨(Ga)은 0.1~0.5:1의 비율로 상기 후면전극층(200) 상에 형성될 수 있다. The zinc (Zn) and gallium (Ga) may be formed on the back electrode layer 200 at a ratio of 0.1 to 0.5: 1.

즉, Ⅲb족 원소의 주입량에서 약 10~50%를 Ⅱb족 원소로 대체함으로써 상기 Cu-Zn-In-Ga계 금속 프리커서막을 형성할 수 잇다. That is, the Cu—Zn—In—Ga-based metal precursor film can be formed by replacing about 10 to 50% of the Group IIIb element with the Group IIb element.

이후, 상기 금속 프리커서막은 셀레니제이션(selenization) 공정에 의해서, 셀레늄(Se)과 반응하여 광 흡수층(300)이 형성된다.Thereafter, the metal precursor film is reacted with selenium (Se) by a selenization process to form a light absorbing layer 300.

또는, 상기 광 흡수층(300)은 구리,아연,인듐,갈륨,셀레나이드(Cu, Zn, In, Ga, Se) 셀을 가열하고, 동시증착법(co-evaporation)에 의해 형성할 수도 있다.Alternatively, the light absorbing layer 300 may be formed by heating a copper, zinc, indium, gallium, selenide (Cu, Zn, In, Ga, Se) cell by co-evaporation.

따라서, 상기 후면전극층(200) 상에 Ⅱb족를 포함하는 CISG계 광 흡수층(300)이 형성될 수 있다. Accordingly, the CISG-based light absorbing layer 300 including the group IIb may be formed on the back electrode layer 200.

도 4, 도 5 및 도 6은 다른 방법에 의하여 상기 광 흡수층을 형성하는 방법을 도시한 단면도이다. 4, 5 and 6 are cross-sectional views showing a method of forming the light absorbing layer by another method.

도 4를 참조하여, 상기 제1 관통홀(P1)을 포함하는 후면전극층(200) 상에 예비 흡수층(301)이 형성된다. Referring to FIG. 4, a preliminary absorption layer 301 is formed on the back electrode layer 200 including the first through hole P1.

예를 들어, 상기 예비 흡수층(301)은 Ⅰb-Ⅲb-Ⅵb계 화합물을 포함한다.For example, the preliminary absorption layer 301 includes an Ib-IIIb-VIb-based compound.

더 자세하게, 상기 예비 흡수층(301)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In, Ga)Se2, CIGS계) 화합물을 포함한다.In more detail, the preliminary absorption layer 301 includes a copper-indium-gallium-selenide-based (Cu (In, Ga) Se 2 , CIGS-based) compound.

이와는 다르게, 상기 예비 흡수층(301)은 구리-인듐-셀레나이드계(CuInSe2, CIS계) 화합물 또는 구리-갈륨-셀레나이드계(CuGaSe2, CGS계) 화합물을 포함할 수 있다.Alternatively, the preliminary absorption layer 301 may include a copper-indium selenide-based (CuInSe 2 , CIS-based) compound or a copper-gallium-selenide-based (CuGaSe 2 , CGS-based) compound.

상기 예비 흡수층(301)은 구리 타겟, 인듐 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하여 CIG계 금속 프리커서(precursor)막을 형성하고, 셀레니제이션(selenization) 공정에 의해서, 셀레늄(Se)과 반응하여 CIGS계 예비 흡수층(301)이 형성된다.The preliminary absorption layer 301 forms a CIG-based metal precursor film using a copper target, an indium target, and a gallium target, and reacts with selenium (Se) by a selenization process to prepare a CIGS-based preliminary layer. An absorbing layer 301 is formed.

또는, 상기 예비 흡수층(301)은 구리,인듐,갈륨,셀레나이드(Cu, In, Ga, Se)를 동시증착법(co-evaporation)에 의해 형성할 수도 있다.Alternatively, the preliminary absorption layer 301 may form copper, indium, gallium, selenide (Cu, In, Ga, Se) by co-evaporation.

도 5를 참조하여, 상기 제1 관통홀(P1)을 포함하는 후면전극층(200) 상에 광 흡수층(300)이 형성된다. Referring to FIG. 5, the light absorbing layer 300 is formed on the back electrode layer 200 including the first through hole P1.

상기 광 흡수층(300)은 상기 예비 흡수층(301)에 Ⅱb족 원소를 이온주입하여 형성될 수 있다. The light absorbing layer 300 may be formed by ion implanting group IIb elements into the preliminary absorbing layer 301.

예를 들어, 상기 Ⅱb족 원소는 아연(Zn)일 수 있다. For example, the group IIb element may be zinc (Zn).

상기 Ⅱb족 원소의 이온주입 공정을 통하여 상기 광 흡수층(300)은 Ⅱb족를 포함하는 CISG계 화합물층으로 형성될 수 있다. Through the ion implantation process of the Group IIb element, the light absorbing layer 300 may be formed of a CISG-based compound layer including the Group IIb group.

도 6을 참조하여, 상기 광 흡수층(300)에 대한 열처리 공정을 진행하고, 상기 Ⅱb족 원소를 확산시킬 수 있다. Referring to FIG. 6, a heat treatment process may be performed on the light absorbing layer 300 to diffuse the group IIb element.

예를 들어, 상기 열처리 공정은 약 500~1500℃에서 진행되는 급속열처리(Rapid thermal annealing)일 수 있다. For example, the heat treatment process may be rapid thermal annealing performed at about 500 to 1500 ° C.

상기 열처리 공정을 통하여 상기 광 흡수층(300)에서 Ⅰb-Ⅱb-Ⅲb-Ⅵb계 화합물이 결합이 강화될 수 있다. Through the heat treatment process, the Ib-IIb-IIIb-VIb-based compound may be strengthened in the light absorbing layer 300.

특히, 상기 열처리 공정을 통하여 상기 광 흡수층(300)의 그레인(grain) 사이즈 및 결정화도가 향상되고, 상기 광 흡수층(300)의 전도성을 향상시킬 수 있다. In particular, the grain size and crystallinity of the light absorbing layer 300 may be improved through the heat treatment process, and the conductivity of the light absorbing layer 300 may be improved.

도 7 및 도 8은 또 다른 방법에 의하여 상기 광 흡수층을 형성하는 방법을 도시한 단면도이다. 도 7은 광 흡수층 형성을 위한 전처리 공정을 도시한 도면이고, 도 8은 광 흡수층 형성을 위한 후처리 공정을 도시한 도면이다. 7 and 8 are cross-sectional views showing a method of forming the light absorbing layer by another method. 7 is a diagram illustrating a pretreatment process for forming a light absorbing layer, and FIG. 8 is a diagram illustrating a post-treatment process for forming a light absorbing layer.

도 7을 참조하여, 전처리 공정에 의하여 상기 제1 관통홀(P1)을 포함하는 후면전극층(200) 상에 합금층(400)이 형성된다. Referring to FIG. 7, an alloy layer 400 is formed on the back electrode layer 200 including the first through hole P1 by a pretreatment process.

상기 합금층(400)은 금속간 화합물(intermetallic composite)이다. The alloy layer 400 is an intermetallic composite.

상기 합금층(400)은 몰리브덴(Mo)-Ⅱb족 원소의 화합물일 수 있다. The alloy layer 400 may be a compound of molybdenum (Mo) -IIb group element.

이와는 다르게 상기 합금층(400)은 Mo-Ⅱb-Ⅰb 화합물, Mo-Ⅱb-Ⅲb 화합물 또는 Mo-Ⅱb-Ⅰb-Ⅲb 화합물로 형성될 수도 있다. Alternatively, the alloy layer 400 may be formed of a Mo-IIb-Ib compound, a Mo-IIb-IIIb compound, or a Mo-IIb-Ib-IIIb compound.

이와는 다르게 상기 합금층(400)은 Mo-Ⅰb 화합물, Mo-Ⅲb 화합물 또는 Mo-Ⅰb-Ⅲb 화합물로 형성될 수도 있다.Alternatively, the alloy layer 400 may be formed of a Mo-Ib compound, a Mo-IIIb compound, or a Mo-Ib-IIIb compound.

예를 들어, 상기 합금층(400)은 몰리브덴(Mo)과 아연(Zn)이 금속간 반응을 하여 형성된 금속간 화합물(intermetallic composite)층이다. For example, the alloy layer 400 is an intermetallic composite layer formed by the intermetallic reaction of molybdenum (Mo) and zinc (Zn).

또는, 상기 합금층(400)은 아연(Zn), 구리(Cu), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 중 어느 적어도 어느 하나와 몰리브덴이 결합된 화합물층일 수 있다. Alternatively, the alloy layer 400 may be a compound layer in which any one of zinc (Zn), copper (Cu), gallium (Ga), and indium (In) and molybdenum are combined.

예를 들어, 상기 합금층(400)은 스퍼터링(sputtering) 또는 증발법(evaporation)에 의하여 상기 후면전극층(200) 상에 10~50nm의 두께로 형성될 수 있다. For example, the alloy layer 400 may be formed on the back electrode layer 200 to have a thickness of 10 to 50 nm by sputtering or evaporation.

상기 합금층(400)은 상기 후면전극층(200)의 표면을 따라 형성될 수 있다. The alloy layer 400 may be formed along the surface of the back electrode layer 200.

이때, 상기 합금층(400)은 상기 후면전극층(200)인 몰리브덴 박막과의 반응 에 의하여 형성되는 것이므로, 상기 기판(100)을 노출시키는 상기 제1 관통홀(P1)의 바닥면에는 형성되지 않는다. In this case, the alloy layer 400 is formed by the reaction with the molybdenum thin film, which is the back electrode layer 200, and thus is not formed on the bottom surface of the first through hole P1 exposing the substrate 100. .

도 8을 참조하여, 상기 합금층(400) 상에 광 흡수층(300)이 형성된다. Referring to FIG. 8, a light absorbing layer 300 is formed on the alloy layer 400.

상기 광 흡수층(300)은 Ⅰb-Ⅱb-Ⅲb-Ⅵb계 화합물을 포함한다.The light absorbing layer 300 includes an Ib-IIb-IIIb-VIb-based compound.

상기 광 흡수층(300)은 후처리 공정에 의하여 형성될 수 있다. The light absorbing layer 300 may be formed by a post-treatment process.

상기 후처리 공정은 Ⅵb계 원소를 포함하는 분위기에서 형성될 수 있다.The post-treatment process may be formed in an atmosphere containing a VIb-based element.

상기 전처리 공정 및 후처리 공정은 연속으로 진행될 수 있다. The pretreatment process and the aftertreatment process may be performed continuously.

예를 들어, 상기 광 흡수층(300)을 형성하기 위해서, 구리 타겟, 인듐 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하여, 상기 제1 관통홀(P1)을 포함하는 후면전극층(200) 상에 CIG계 금속 프리커서(precursor)막이 형성된다. 추가적으로 아연 타겟을 추가하여 CZIG계 금속 프리커서막을 형성할 수 있다.For example, to form the light absorbing layer 300, a CIG-based metal precursor is formed on the back electrode layer 200 including the first through hole P1 by using a copper target, an indium target, and a gallium target. A (precursor) film is formed. In addition, a zinc target may be added to form a CZIG-based metal precursor film.

이후, 상기 금속 프리커서막은 셀레니제이션(selenization) 공정에 의해서, 셀레늄(Se)과 반응하여 CIGS계 광 흡수층(300)이 형성된다.Thereafter, the metal precursor film is reacted with selenium (Se) by a selenization process to form a CIGS-based light absorbing layer 300.

또한, 상기 광 흡수층(300)은 구리,아연, 인듐,갈륨,셀레나이드(Cu, In, Ga, Se)를 동시증착법(co-evaporation)에 의해 형성할 수도 있다.In addition, the light absorbing layer 300 may form copper, zinc, indium, gallium, selenide (Cu, In, Ga, Se) by co-evaporation.

이에 따라, 상기 후면전극층(200) 상에 상기 광 흡수층(300)이 형성될 수 있다. Accordingly, the light absorbing layer 300 may be formed on the back electrode layer 200.

특히, 상기 합금층(400)에 의하여 상기 광 흡수층(300)을 이루는 셀레나이드계 원소와 상기 후면전극층(200)을 이루는 몰리브덴의 금속결합이 이루어지지 않게 되어 MoSe2층의 형성을 억제할 수 있다. In particular, the metal layer of the selenide element constituting the light absorbing layer 300 and the molybdenum constituting the back electrode layer 200 is not formed by the alloy layer 400, thereby suppressing formation of the MoSe 2 layer. .

이러한 MoSe2층은 상기 후면전극층(200)과 윈도우층의 컨택저항에 방해가 될 수 있다. The MoSe 2 layer may interfere with the contact resistance of the back electrode layer 200 and the window layer.

상기 후면전극층(200) 상에 형성된 상기 합금층(400)에 의하여 MoSe2의 형성을 차단하고, 상기 후면전극층(200)과 윈도우층의 컨택저항을 낮출 수 있다. The formation of MoSe 2 may be blocked by the alloy layer 400 formed on the back electrode layer 200, and the contact resistance between the back electrode layer 200 and the window layer may be lowered.

이하에서는 상기 후면전극층(200) 표면에 합금층(400)이 형성된 도 8을 참고하여 설명하도록 한다. Hereinafter, an alloy layer 400 is formed on a surface of the back electrode layer 200 to be described with reference to FIG. 8.

도 9를 참조하여, 상기 광 흡수층(300) 상에 버퍼층(500) 및 고저항 버퍼층(600)이 형성된다. 9, a buffer layer 500 and a high resistance buffer layer 600 are formed on the light absorbing layer 300.

상기 버퍼층(500)은 상기 광 흡수층(300) 상에 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(500)은 화학 용액 증착법(chemical bath deposition: CBD)에 의하여 황화 카드뮴(CdS)으로 형성될 수 있다. The buffer layer 500 may be formed of at least one layer on the light absorbing layer 300. The buffer layer 500 may be formed of cadmium sulfide (CdS) by chemical bath deposition (CBD).

이때, 상기 버퍼층(500)은 n형 반도체 층이고, 상기 광 흡수층(300)은 p형 반도체 층이다. 따라서, 상기 광 흡수층(300) 및 버퍼층(500)은 pn 접합을 형성한다. In this case, the buffer layer 500 is an n-type semiconductor layer, the light absorbing layer 300 is a p-type semiconductor layer. Thus, the light absorbing layer 300 and the buffer layer 500 form a pn junction.

상기 고저항 버퍼층(600)은 상기 버퍼층(500) 상에 투명전극층으로 형성될 수 있다. The high resistance buffer layer 600 may be formed as a transparent electrode layer on the buffer layer 500.

예를 들어, 상기 고저항 버퍼층(600)은 ITO, ZnO 및 i-ZnO 중 어느 하나로 형성될 수 있다. For example, the high resistance buffer layer 600 may be formed of any one of ITO, ZnO, and i-ZnO.

상기 고저항 버퍼층(600)은 산화 아연(ZnO)을 타겟으로 한 스퍼터링 공정을 진행하여, 산화 아연층으로 형성될 수 있다. The high resistance buffer layer 600 may be formed of a zinc oxide layer by performing a sputtering process targeting zinc oxide (ZnO).

상기 버퍼층(500) 및 고저항 버퍼층(600)은 상기 광 흡수층(300)과 이후 형성될 전면전극의 사이에 배치된다.The buffer layer 500 and the high resistance buffer layer 600 are disposed between the light absorbing layer 300 and the front electrode to be formed later.

즉, 상기 광 흡수층(300)과 전면전극은 격자상수와 에너지 밴드 갭의 차이가 크기 때문에, 밴드 갭이 두 물질의 중간에 위치하는 상기 버퍼층(500) 및 고저항 버퍼층(600)을 삽입하여 양호한 접합을 형성할 수 있다. That is, since the difference between the lattice constant and the energy band gap between the light absorbing layer 300 and the front electrode is large, the buffer layer 500 and the high resistance buffer layer 600 having a band gap in between the two materials are inserted into a good one. A junction can be formed.

본 실시예에서 두개의 버퍼층(500)을 상기 광 흡수층(300) 상에 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 버퍼층(500)은 단일층으로 형성될 수도 있다. Although two buffer layers 500 are formed on the light absorbing layer 300 in this embodiment, the present invention is not limited thereto, and the buffer layer 500 may be formed as a single layer.

도 10을 참조하여, 상기 고저항 버퍼층(600), 버퍼층(500) 및 광 흡수층(300)을 관통하는 제2 관통홀(P2)이 형성된다. Referring to FIG. 10, a second through hole P2 penetrating the high resistance buffer layer 600, the buffer layer 500, and the light absorbing layer 300 is formed.

상기 제2 관통홀(P2)은 상기 합금층(400)을 노출시킬 수 있다. The second through hole P2 may expose the alloy layer 400.

상기 제2 관통홀(P2)은 상기 제1 관통홀(P1)에 인접하여 형성될 수 있다. The second through hole P2 may be formed adjacent to the first through hole P1.

상기 제2 관통홀(P2)은 레이저(laser)를 조사하거나, 팁(Tip)과 같은 기계적(mechanical) 방법으로 형성될 수 있다. The second through hole P2 may be formed by irradiating a laser or by a mechanical method such as a tip.

상기 합금층(400)이 상기 후면전극층(200) 상에 형성되어 있으므로, 상기 제2 관통홀(P2)의 스크라이빙 공정에 의하여 상기 후면전극층(200)을 보호할 수 있다. Since the alloy layer 400 is formed on the back electrode layer 200, the back electrode layer 200 may be protected by a scribing process of the second through hole P2.

도 11을 참조하여, 상기 고저항 버퍼층(600) 상에 투명한 도전물질을 적층하고, 전면전극층(700)이 형성된다. Referring to FIG. 11, a transparent conductive material is stacked on the high resistance buffer layer 600, and a front electrode layer 700 is formed.

상기 전면전극층(700)이 형성될 때, 상기 투명한 도전물질이 상기 제2 관통 홀(P2)에도 삽입되어 접속배선(800)을 형성할 수 있다. When the front electrode layer 700 is formed, the transparent conductive material may be inserted into the second through hole P2 to form a connection wiring 800.

상기 접속배선(800)은 상기 제2 관통홀(P2)을 통해 상기 후면전극층(200)과 전기적으로 연결될 수 있다. The connection wiring 800 may be electrically connected to the back electrode layer 200 through the second through hole P2.

특히, 상기 접속배선(800)은 상기 후면전극층(200)의 표면에 형성된 상기 합금층(400)과 접촉하고, 상기 후면전극층(200)과 전기적으로 연결될 수 있다. In particular, the connection wiring 800 may be in contact with the alloy layer 400 formed on the surface of the back electrode layer 200, and may be electrically connected to the back electrode layer 200.

이에 따라, 상기 접속배선(800)과 상기 후면전극층(200)의 컨택특성이 향상될 수 있다. 특히, 상기 태양전지의 백 컨택(back contact)으로 사용되는 후면전극층(200)의 표면을 따라 흐르는 전류의 이동성 및 전도성이 향상될 수 있다. Accordingly, contact characteristics between the connection wiring 800 and the back electrode layer 200 may be improved. In particular, the mobility and conductivity of the current flowing along the surface of the back electrode layer 200 used as a back contact of the solar cell may be improved.

상기 전면전극층(700)은 스퍼터링 공정을 진행하여 알루미늄(Al) 또는 알루미나(Al2O3)로 도핑된 산화 아연으로 형성된다. The front electrode layer 700 is formed of zinc oxide doped with aluminum (Al) or alumina (Al 2 O 3 ) by a sputtering process.

상기 전면전극층(700)은 상기 광 흡수층(300)과 pn접합을 형성하는 윈도우(window)층으로서, 태양전지 전면의 투명전극의 기능을 하기 때문에 광투과율이 높고 전기 전도성이 좋은 산화 아연(ZnO)으로 형성된다. The front electrode layer 700 is a window layer forming a pn junction with the light absorbing layer 300. Since the front electrode layer functions as a transparent electrode on the front of a solar cell, zinc oxide (ZnO) having high light transmittance and good electrical conductivity is provided. Is formed.

따라서, 상기 산화 아연에 알루미늄 또는 알루미나를 도핑함으로써 낮은 저항값을 갖는 전극을 형성할 수 있다. Therefore, it is possible to form an electrode having a low resistance value by doping aluminum or alumina to the zinc oxide.

상기 전면전극층(700)인 산화 아연 박막은 RF 스퍼터링 방법으로 ZnO 타겟을 사용하여 증착하는 방법과, Zn 타겟을 이용한 반응성 스퍼터링, 그리고 유기금속화학 증착법 등으로 형성될 수 있다. The zinc oxide thin film, which is the front electrode layer 700, may be formed by depositing using a ZnO target by RF sputtering, reactive sputtering by using a Zn target, and organometallic chemical vapor deposition.

또한, 전기광학적 특성이 뛰어난 ITO(Indium Tin Oxide) 박막을 산화 아연 박막 상에 증착한 2중 구조를 형성할 수도 있다. In addition, a double structure in which an indium tin oxide (ITO) thin film having excellent electro-optic properties is deposited on a zinc oxide thin film may be formed.

도 12를 참조하여, 상기 전면전극층(700), 고저항 버퍼층(600), 버퍼층(500) 및 광 흡수층(300)을 관통하는 제3 관통홀(P3)이 형성된다. Referring to FIG. 12, 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 300 is formed.

상기 제3 관통홀(P3)은 상기 합금층(400)을 선택적으로 노출시킬 수 있다. 상기 제3 관통홀(P3)은 상기 제2 관통홀(P2)과 인접하도록 형성될 수 있다. The third through hole P3 may selectively expose the alloy layer 400. The third through hole P3 may be formed to be adjacent to the second through hole P2.

상기 제3 관통홀(P3)은 레이저(laser)를 조사하거나, 팁(Tip)과 같은 기계적(mechanical) 방법으로 형성될 수 있다. The third through hole P3 may be formed by irradiating a laser or by a mechanical method such as a tip.

상기 제3 관통홀(P3)이 형성될 때 상기 합금층(400)에 의하여 상기 후면전극층(200)의 표면이 보호될 수 있다. When the third through hole P3 is formed, the surface of the back electrode layer 200 may be protected by the alloy layer 400.

즉, 상기 합금층(400)이 상기 후면전극층(200)의 표면에 형성되어 있으므로, 상기 레이저 또는 팁을 사용한 식각 공정시 상기 합금층(400)이 상기 후면전극층(200)의 보호층 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 상기 후면전극층(200)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. That is, since the alloy layer 400 is formed on the surface of the back electrode layer 200, the alloy layer 400 may serve as a protective layer of the back electrode layer 200 during an etching process using the laser or the tip. Can be. Accordingly, it is possible to prevent the back electrode layer 200 from being damaged.

상기 제3 관통홀(P3)에 의하여 광 흡수층(300), 버퍼층(400, 고저항 버퍼층(600) 및 전면전극층(700)은 셀 별로 상호 분리될 수 있다. The light absorbing layer 300, the buffer layer 400, the high resistance buffer layer 600, and the front electrode layer 700 may be separated from each other by the third through hole P3.

이때, 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. In this case, each cell may be connected to each other by the connection wiring 800. That is, the connection wiring 800 may physically and electrically connect the rear electrode layer 200 and the front electrode layer 700 of adjacent cells.

실시예에서는 CIGS계 화합물층에 Ⅱ족 원소가 추가된 광 흡수층을 형성함으로써, 상기 광 흡수층에서 홀의 농도를 증가시킬 수 있다. In an embodiment, by forming a light absorbing layer in which a group II element is added to the CIGS compound layer, the concentration of holes in the light absorbing layer may be increased.

또한, 상기 광 흡수층을 형성하기 전에 추가의 전처리 공정에 의하여 후면전 극 상에 합금층이 형성될 수 있다. In addition, an alloy layer may be formed on the back electrode by an additional pretreatment process before forming the light absorbing layer.

상기 합금층에 의하여 상기 광 흡수층을 형성할 때 MoSe2의 형성을 억제하여, 상기 후면전극의 컨택특성을 향상시킬 수 있다. When forming the light absorbing layer by the alloy layer, it is possible to suppress the formation of MoSe 2 , thereby improving contact characteristics of the back electrode.

이에 따라, 태양전지의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다. Accordingly, the electrical characteristics of the solar cell can be improved.

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.Although described above with reference to the embodiment is only an example and is not intended to limit the invention, those of ordinary skill in the art to which the present invention does not exemplify the above within the scope not departing from the essential characteristics of this embodiment It will be appreciated that many variations and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified. And differences relating to such modifications and applications will have to be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.

도 1 내지 도 12는 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 나타내는 단면도이다. 1 to 12 are cross-sectional views showing a manufacturing process of the solar cell according to the embodiment.

Claims (14)

기판 상에 형성된 후면전극층;A back electrode layer formed on the substrate; 상기 후면전극층 상에 형성되고, Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅵ계 화합물을 포함하는 광 흡수층;A light absorption layer formed on the back electrode layer and including an I-II-III-VI compound; 상기 광 흡수층 상에 형성된 버퍼층; 및A buffer layer formed on the light absorbing layer; And 상기 버퍼층 상에 형성된 전면전극층을 포함하고,A front electrode layer formed on the buffer layer; 상기 광 흡수층에서 홀(hole)의 농도는 1015~1017atom/㎤인 태양전지.The concentration of holes in the light absorbing layer is 10 15 ~ 10 17 atom / cm 3 solar cell. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅵ계 화합물은 구리-아연-인듐-갈륨-셀레나이드계 화합물, 구리-아연-갈륨-셀레나이드계 화합물 및 구리-아연-인듐-셀레나이드계 화합물 중 어느 하나인 것을 포함하는 포함하는 태양전지. The I-II-III-VI compound is any one of a copper-zinc-indium-gallium-selenide compound, a copper-zinc-gallium-selenide compound, and a copper-zinc-indium-selenide compound A solar cell that contains. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광 흡수층에서 상기 Ⅱ족 원소와 Ⅲ족 원소의 농도비는0.1~0.5:1인 것을 포함하는 태양전지.The concentration ratio of the Group II element and Group III element in the light absorbing layer comprises a 0.1 to 0.5: 1. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광 흡수층과 상기 후면전극층 사이에 Ⅱ족 원소를 포함하는 합금층이 형성된 태양전지.A solar cell formed with an alloy layer containing a group II element between the light absorbing layer and the back electrode layer. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 합금층은 아연, 구리, 갈륨 및 인듐 중 어느 적어도 어느 하나와 몰리브덴이 결합된 금속간 화합물층인 것을 포함하는 태양전지. The alloy layer is a solar cell comprising an intermetallic compound layer in which at least any one of zinc, copper, gallium and indium and molybdenum is bonded. 제5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 버퍼층 및 광 흡수층을 관통하고 상기 합금층을 노출시키는 관통홀을 포함하며, A through hole penetrating the buffer layer and the light absorbing layer and exposing the alloy layer; 상기 전면전극층에서 연장되고 상기 관통홀을 통해 상기 합금층과 접하는 접속배선을 더 포함하는 태양전지. And a connection wiring extending from the front electrode layer and in contact with the alloy layer through the through hole. 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계;Forming a back electrode layer on the substrate; 상기 후면전극층 상에 Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅵ계 화합물을 포함하는 광 흡수층을 형성하는 단계;Forming a light absorbing layer including an I-II-III-VI compound on the back electrode layer; 상기 광 흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 및Forming a buffer layer on the light absorbing layer; And 상기 버퍼층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하고,Forming a front electrode layer on the buffer layer; 상기 광 흡수층을 형성하는 단계는, Forming the light absorbing layer, 상기 후면전극층 상에 Ⅱ족 원소를 증착하고 상기 후면전극층과의 계면에 합금층을 형성하는 단계; Depositing a Group II element on the back electrode layer and forming an alloy layer at an interface with the back electrode layer; 상기 합금층 상에 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ계 화합물 또는 Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅵ계 화합물을 증착하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법.Method of manufacturing a solar cell comprising the step of depositing an I-III-VI-based compound or I-II-III-VI-based compound on the alloy layer. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 광 흡수층은 상기 후면전극층 상에 구리(Cu), 아연(Zn), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)을 증착하여 형성되는 태양전지의 제조방법. The light absorbing layer is formed by depositing copper (Cu), zinc (Zn), indium (In), gallium (Ga) and selenium (Se) on the back electrode layer. 삭제delete 삭제delete 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 광 흡수층에서 Ⅱ족 원소와 Ⅲ족 원소의 농도비는 0.1~0.5:1 인 것을 포함하는 태양전지의 제조방법. The concentration ratio of the Group II element and Group III element in the light absorbing layer is a manufacturing method of a solar cell comprising 0.1 to 0.5: 1. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 버퍼층을 형성한 다음, 상기 광 흡수층 및 버퍼층을 관통하여 상기 합금층을 선택적으로 노출시키는 관통홀을 형성하는 단계를 더 포함하고,After forming the buffer layer, forming a through hole through the light absorbing layer and the buffer layer to selectively expose the alloy layer; 상기 전면전극층 물질이 상기 관통홀을 메우도록 형성되어 상기 합금층과 접속하는 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.And the front electrode layer material is formed to fill the through hole and is connected to the alloy layer. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 광 흡수층을 형성할 때 상기 Ⅱ족 원소의 증착량을 증가시키고, 상기 광 흡수층에서 홀(hole) 농도를 증가시키는 태양전지의 제조방법. The method of manufacturing a solar cell increases the deposition amount of the Group II element when forming the light absorbing layer, and increases the hole concentration in the light absorbing layer.
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