KR20130031020A - 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 태양전지는, 기판 상의 인장성 스트레인층과 압축성 스트레인층이 교차로 적층된 후면전극, 상기 후면전극 상의 광흡수층, 상기 광흡수층 상의 버퍼층 및 상기 버퍼층 상의 전면전극을 포함하는 것으로, 상기 후면전극의 구조로 제조공정에 있어서의 안정성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 구체적으로는 CIGS 박막 태양전지에 관한 것이다.
박막 태양전지는 비정질 또는 결정질 실리콘 박막 태양전지, CIGS 박막 태양전지, CdTe 박막 태양전지 또는 염료감응 박막 태양전지일 수 있다.
CIGS 박막 태양전지는 다른 박막 태양전지에 비하여 높은 광흡수계수를 가지고 있기 때문에 다른 박막 태양전지에 비하여 얇은 두께로 제작이 되어도 많은 태양광을 흡수할 수 있다.
또한 상용 모듈 기준으로 일반적인 결정형 실리콘 박막 태양전지 또는 유리기판 박막 태양전지는 단위무게(kg) 당 약 10 W 의 에너지 밀도를 가지는 반면, 플렉서블 기판을 이용한 CIGS 박막 태양전지는 최고 80 W 이상의 에너지 밀도를 가질 수 있다.
CIGS 박막 태양전지의 흡수층은 다른 박막 태양전지의 흡수층과 비교하여 상당히 얇은 약 2 ㎛ 두께로 제작할 수 있고, 두께가 얇을수록 벤딩 안정성(bending stability)이 높은 박막 태양전지의 제조가 가능하다. 따라서 CIGS 박막 태양전지는 다른 박막 태양전지에 비하여 벤딩 안정성이 높은 박막 태양전지일 수 있다.
본 발명의 목적은 후면전극의 스트레인으로 인한 CIGS 박막 태양전지의 변형을 방지하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 CIGS 박막 태양전지는 기판 상에 인장성 스트레인층과 압축성 스트레인층이 교차로 적층된 후면전극; 상기 후면전극 상의 광흡수층; 상기 광흡수층 상의 버퍼층; 상기 버퍼층 상의 전면전극을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 공정압력 및 스퍼터링 파워, 층의 두께등의 공정조건을 활용하여 인장성 스트레인이나 압축성 스트레인이 나타나는 단일층을 만들 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 후면전극은 스퍼터링법, 일례로, 통상의 직류 스퍼터링법을 사용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상대적으로 높은 압력에서 형성된 단일층과 상대적으로 낮은 압력에서 형성된 단일층을 교차 적층한다.
일 실시예에 따르면, 상대적으로 높은 압력은 10 mTorr 이상 500 mTorr 이하의 값을 가질 수 있고, 상대적으로 낮은 압력은 0.1 mTorr 이상 10 mTorr 이하의 값을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 스퍼터링 파워는 10 W 이상 1000 W 이하의 값을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단일층의 두께는 1 ㎚ 이상 1 ㎛ 이하의 값을 가실 수 있으며, 이들을 1회 교차 적층 또는 2회 이상 교차 적층한 최종 후면전극의 두께는 2 nm 이상 10 ㎛ 이하의 값을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 인장성 스트레인층과 압축성 스트레인층이 교차 적층된 후면전극을 사용하여, 상온뿐만 아니라 고온에서도 기판의 변형이 없는 박막 태양전지의 제조가 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 CIGS 박막 태양전지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 후면전극의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 후면전극의 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형이 될 수 있으므로 본 발명의 범위가 아래의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
이는 당업계에서 보편적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
따라서, 도면 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
한편, 간략한 설명을 위해 아래에서는 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 몇 가지 실시예들을 예시적으로 설명하고, 다양하게 변형 가능한 실시예들에 대한 설명은 생략한다.
하지만, 이 분야에 종사하는 통상의 지식을 가진 자는, 상술한 설명 및 예시될 실시예들에 기초하여, 본 발명의 기술적 사상을 다양한 경우들에 대하여 변형하여 적용할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 CIGS 박막 태양전지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 CIGS 박막 태양전지(100)는 차례로 적층된 기판(110), 후면전극(120), CIGS 광흡수층(130), 버퍼층(140), 전면전극(150), 반사방지막(160) 및 그리드(gird)전극(170)을 포함한다.
상기 기판(110)은 소다회 유리(sodalime glass) 기판, 알루미나(Alumina)와 같은 세라믹 기판, 스테인리스 강(Stainless Steel), 구리 테이프(Cu tape) 등의 금속 기판 또는 고분자(poly) 필름 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 후면전극(120)은 비저항이 낮으며, 열팽창계수의 차이로 인하여 박리현상이 일어나지 않도록 기판(110)에 대한 접착성이 우수한 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 일례로, 상기 후면전극(120)은 몰리브덴(Molybdenum, Mo)일 수 있다. 상기 몰리브덴(Mo)은 높은 전기전도도, 다른 층과의 오믹 접합(ohmic contact)특성 및 셀레늄(Se) 분위기 하에서의 고온 안정성을 가질 수 있다. 상기 후면전극(120)은 스퍼터링(sputtering)법, 일례로, 통상의 직류(direct current, DC) 스퍼터링법을 사용하여 형성될 수 있다.
상기 광흡수층(130)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2족 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 일례로, 상기 광흡수층은(130)은 CuInSe2, Cu(In,Ga)Se2, Cu(Al,In)Se2, Cu(Al,Ga)Se2, Cu(In,Ga)(S,Se)2, (Au,Ag,Cu)(In,Ga,Al)(S,Se)2 등의 캘코파이라이트(chalcopyrite)계 화합물 반도체일 수 있다. 이러한 화합물 반도체는 CIGS 박막으로 통칭될 수 있다. 바람직하게, 상기 광흡수층(130)은 약 1.2eV의 에너지 밴드갭을 가지는 CuInGaSe2로 형성될 수 있다.
상기 광흡수층(130)은 물리적인 방법 또는 화학적인 방법으로 형성할 수 있다. 일례로, 상기 물리적인 방법은 증발법(evaporation method) 또는 스퍼터링법(sputtering)과 셀렌화(selenization) 공정의 혼합법일 수 있고, 상기 화학적인 방법은 전기도금법(electroplating method)일 수 있다. 상기 광흡수층(130)은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)의 금속원소를 출발물질로 하는 동시증발법(co-evaporation method)을 사용하여 형성할 수 있다.
상기 버퍼층(140)은 상기 광흡수층(130)과 상기 전면전극(150)간의 격자상수와 에너지 밴드갭의 차이가 크기 때문에 양호한 접합을 위하여 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(140)의 에너지 밴드갭은 상기 광흡수층(130)과 상기 전면전극(150)의 중간에 위치하는 것이 바람직하다. 상기 버퍼층(140)은 화학적증착법(Chemical Bath Deposition, CBD)을 사용하여 황화카드뮴(CdS) 층으로 형성될 수 있다. 상기 황화카드뮴 (CdS)층은 약 500Å두께로 형성할 수 있다. 상기 황화카드뮴(CdS)층은 2.46 eV의 에너지 밴드갭을 가지며, 이는 약 550 nm의 파장에 해당한다. 상기 황화카드뮴(CdS)층은 n형 반도체로서, 낮은 저항값을 얻기 위하여 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 알루미늄(Al) 등을 도핑(doping) 할 수 있다.
상기 전면전극(150)은 광투과율이 높고 전기전도성이 양호한 투명전극일 수 있다. 일례로, 상기 전면전극(150)은 아연 산화층(Zinc Oxide, ZnO)으로 이루어질 수 있다. 상기 아연 산화층은(ZnO)은 약 3.3eV의 에너지 밴드갭을 가지며, 약 80% 이상의 높은 광투과율을 가질 수 있다. 상기 아연 산화층은 ZnO타겟을 사용한 RF(Radio frequency)스퍼터링법, 반응성 스퍼터링법 또는 금속유기화학증착(metal organic chemical vapor deposition)법 등으로 형성할 수 있다. 상기 아연 산화층은 낮은 저항값을 갖도록 알루미늄(Al) 또는 붕소(B) 등을 도핑할 수 있다. 이와 다르게, 상기 전면전극(150)은 전기광학적 특성이 뛰어난 ITO(Indium Tin Oxide)층이 적층되어 형성될 수 있다. 상기 전면전극(150)은 도핑 되지 않은 i형의 아연 산화층 위에 낮은 저항을 가진 n형의 아연 산화층이 적층되어 형성될 수 있다. 상기 ITO층은 통상의 스퍼터링법을 사용하여 형성할 수 있다. 상기 전면전극(150)은 N형 반도체로서 P형 반도체인 상기 광흡수층(130)과 PN접합을 형성한다.
상기 전면전극(150) 상의 일 영역에 반사방지막(160)을 형성할 수 있다. 상기 반사방지막(160)은 상기 박막 태양전지(100)에 입사되는 태양광의 반사손실을 감소시킬 수 있다. 상기 반사방지막(160)에 의하여 상기 박막 태양전지(100)의 효율이 향상될 수 있다. 일례로, 상기 반사방지막(160)은 플루오린화마그네슘(MgF2)으로 형성될 수 있다. 상기 플루오린화마그네슘(MgF2)막은 전자빔증발(E-beam evaporation)법을 사용하여 형성할 수 있다.
상기 반사방지막(160)의 일측의 상기 전면전극(150) 상에 그리드 전극(170)을 형성한다. 상기 그리드 전극(170)은 상기 박막 태양전지(100) 표면에서의 전류를 수집하기 위한 것이다. 상기 그리드 전극(170)은 알루미늄(Al) 또는 니켈(Ni)/알루미늄(Al) 등의 금속으로 형성될 수 있다. 상기 그리드 전극(170)은 스퍼터링법을 사용하여 형성할 수 있다. 상기 그리드 전극(170)이 차지하는 부분은 태양광이 입사되지 않기 때문에 그 부분을 최소화할 필요가 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 후면전극의 단면도이다.
기판과의 접착성 향상을 위해 스퍼터링 공정 시 상대적으로 높은 압력에서 형성된 제 1 전극층(120-1)과 우수한 전기적 특성을 갖도록 상대적으로 낮은 압력에서 형성된 제 2 전극층(120-2)을 적층하여 후면 전극을 형성할 수 있다. 제 1 전극층(120-1)과 제 2 전극층(120-2)는 공정압력, 스퍼터링 파워, 층의 두께 등의 공정조건을 이용하여 각각 인장성 스트레인(tensile strain)과 압축성 스트레인(compressive strain)을 가지게 형성할 수 있다.
제 1 전극층(120-1)과 제 2 전극층(120-2)의 적층에 의해서 후면전극을 형성할 수 있다. 후면전극의 스트레인이 서로 상쇄되어 고분자와 같이 기계적 성질이 우수하지 않은 기판에서도 기판의 변형이 일어나지 않을 수 있다.
공정 압력은 제 1 전극층(120-1)의 경우에는 10 mTorr 이상 500 mTorr 이하의 값을 가질 수 있고, 제 2 전극층(120-2)의 경우에는 0.1 mTorr 이상 10 mTorr 이하의 값을 가질 수 있다. 스퍼터링 파워는 10 W 이상 1000 W 이하의 값을 가질 수 있다. 제 1 전극층(120-1) 및 제 2 전극층(120-2)의 단일층의 두께는 1 nm 이상 1 ㎛ 이하의 값을 가질 수 있다.
상술한 것과 반대로 제 1 전극층(120-1)이 상대적으로 낮은 압력에서, 제 2 전극층(120-2)이 상대적으로 높은 압력에서 형성이 될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 후면전극의 단면도이다.
제 1 전극층(120-1) 및 제 2 전극층(120-2)은 2회 이상 교차 적층될 수 있다. 최종 후면전극의 두께는 2 nm 이상 10 ㎛ 이하의 값을 가질 수 있다. 후면전극의 스트레인이 서로 상쇄되어 고분자와 같이 기계적 성질이 우수하지 않은 기판에서도 기판의 변형이 일어나지 않을 수 있다.
100: CIGS 박막 태양전지
110: 기판
120: 후면전극
120-1: 후면전극의 제 1 전극층
120-2: 후면전극의 제 2 전극층
130: 광흡수층 140: 버퍼층
150: 전면전극 160: 반사방지막
170: 그리드전극
110: 기판
120: 후면전극
120-1: 후면전극의 제 1 전극층
120-2: 후면전극의 제 2 전극층
130: 광흡수층 140: 버퍼층
150: 전면전극 160: 반사방지막
170: 그리드전극
Claims (1)
- 기판 상에 인장성 스트레인층과 압축성 스트레인층이 교차로 적층된 후면전극;
상기 후면전극 상의 광흡수층;
상기 광흡수층 상의 버퍼층; 및
상기 버퍼층 상의 전면전극을 포함하는 태양전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110094670A KR20130031020A (ko) | 2011-09-20 | 2011-09-20 | 태양전지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110094670A KR20130031020A (ko) | 2011-09-20 | 2011-09-20 | 태양전지 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130031020A true KR20130031020A (ko) | 2013-03-28 |
Family
ID=48180400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110094670A KR20130031020A (ko) | 2011-09-20 | 2011-09-20 | 태양전지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20130031020A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112786723A (zh) * | 2021-01-27 | 2021-05-11 | 重庆神华薄膜太阳能科技有限公司 | 柔性薄膜太阳能电池组件及其制备方法 |
| CN113013340A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-06-22 | 北京交通大学 | 一种异质结太阳能电池及其制造方法 |
-
2011
- 2011-09-20 KR KR1020110094670A patent/KR20130031020A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112786723A (zh) * | 2021-01-27 | 2021-05-11 | 重庆神华薄膜太阳能科技有限公司 | 柔性薄膜太阳能电池组件及其制备方法 |
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