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KR20140066087A - 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

태양전지 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20140066087A
KR20140066087A KR1020130128941A KR20130128941A KR20140066087A KR 20140066087 A KR20140066087 A KR 20140066087A KR 1020130128941 A KR1020130128941 A KR 1020130128941A KR 20130128941 A KR20130128941 A KR 20130128941A KR 20140066087 A KR20140066087 A KR 20140066087A
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KR
South Korea
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electrode layer
layer
region
substrate
solar cell
Prior art date
Application number
KR1020130128941A
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English (en)
Inventor
정승재
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 기판, 상기 기판에 위치되는 제1 전극층, 상기 제1 전극층에 위치되는 제2 전극층, 및 상기 제2 전극층에 위치되는 광흡수층을 포함하고, 상기 제1 전극층은 제1 관통영역을 가지며, 상기 제2 전극층은 투명전극층이고 제2 관통영역을 가지며, 상기 제2 관통영역은 상기 제1 관통영역보다 좁고 상기 제1 관통영역에 대응되는 위치에 형성된 것을 특징으로 하며, 박형으로 구현이 가능하면서도 발전효율을 향상시킬 수 있는 태양전지 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

태양전지 및 그 제조방법{SOLAR CELL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지에 대한 수요가 증가되고 있다. 태양전지는 무한 에너지원인 태양으로부터 전기를 생산하며 공해를 유발시키지 않는 청정 에너지원으로 매년 큰폭의 산업 성장률을 보이며 세계 새로운 성장 동력으로 각광받고 있다.
그 중 CIGS 태양전지는 박막으로 구현이 가능하고, Si을 전혀 사용하지 않는 태양전지로 태양전지의 생산 단가를 낮추어 태양광보급에 큰 역할을 할 것으로 예상된다. 또한, CIGS 태양전지는 열적 안정성이 뛰어나 시간이 지나도 효율감소가 거의 없는 것으로 알려져 있다. 따라서, 이러한 CIGS 태양전지의 발전력을 증가시키기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
특히, CIGS 태양전지를 얇게 만들면서도 발전력을 증가시킬 수 있는 방안이 필요한 실정이다.
본 발명은 얇게 구현되면서도 발전효율이 향상될 수 있는 태양전지 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 태양전지는, 기판, 상기 기판에 위치되는 제1 전극층, 상기 제1 전극층에 위치되는 제2 전극층, 및 상기 제2 전극층에 위치되는 광흡수층을 포함하고, 상기 제1 전극층은 제1 관통영역을 가지며, 상기 제2 전극층은 투명전극층이고 제2 관통영역을 가지며, 상기 제2 관통영역은 상기 제1 관통영역보다 좁고 상기 제1 관통영역에 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제2 전극층은 상기 제1 전극층의 상면과 상기 제1 관통영역 내의 상기 제1 전극층의 측면을 커버할 수 있다.
또한, 상기 제2 전극층은 상기 제2 전극층의 두께와 동일한 거리만큼 상기 기판의 상면을 커버할 수 있다.
또한, 상기 제2 전극층은 상기 제2 전극층의 두께보다 큰 거리만큼 상기 기판의 상면을 커버할 수 있다.
또한, 상기 광흡수층은 상기 기판의 적어도 일부분과 접촉될 수 있다.
또한, 상기 제1 관통영역과 상기 제2 관통영역 간 폭의 차이는 10㎛ 이상일 수 있다.
또한, 상기 제1 관통영역과 상기 제2 관통영역 간 폭의 차이는 30㎛ 이상일 수 있다.
또한, 상기 제1 전극층은 후면전극층이고, Ag, Al, Cu, Au, Pt, 및 Cr 중 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광흡수층은 Ⅰ-III-VI 계 화합물 반도체 또는 Ⅰ-Ⅱ-IV-VI 계 화합물 반도체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광흡수층은 Cu, In, Ga, S, Se, Zn, 및 Sn 중 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 전극층은 아연 산화물, 인듐 산화물, 주석 산화물, 티타늄 산화물, 및 Al, Ga, 및 B 중 하나 이상이 도핑된 아연 산화물 중 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 전극층은 적어도 10nm의 두께 또는 50 내지 150nm의 두께를 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 전극층과 상기 기판 간에 형성되는 접착개선층, 상기 제1 전극층과 상기 기판 간에 형성되는 확산방지층, 상기 제2 전극층과 상기 광흡수층 간에 형성되는 저항개선층, 및 상기 광흡수층에 위치되는 버퍼층과 상기 버퍼층에 위치되는 배면전극층 중 선택되는 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 접착개선층은 Ti, Cr, Mo, 및 Ni 중 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 확산방지층은 oxide 물질 또는 nitride 물질을 포함하고, 상기 oxide 물질 또는 nitride 물질은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 산화질화물, 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 및 텅스텐 질화물 중 선택되는 물질일 수 있다.
또한, 상기 저항개선층은 MSex와 MSx 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 M은 Mo, W, Ta, Nb, Ti, Cr, V, 및 Mn 중 선택될 수 있다.
또한, 상기 태양전지는 1㎛ 미만의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은, 기판에 제1 전극층을 형성하는 단계, 상기 기판의 제1 영역이 노출되도록 상기 제1 전극층을 관통하는 제1 관통영역을 형성하는 단계, 상기 제1 전극층과 상기 기판의 노출된 상기 제1 영역을 커버하도록 제2 전극층을 형성하는 단계, 상기 기판의 제2 영역이 노출되도록 상기 제1 관통영역의 내측에 대응되는 상기 제2 전극층에 상기 제2 전극층을 관통하는 제2 관통영역을 형성하는 단계, 및 상기 제2 전극층과 기판의 노출된 상기 제2 영역을 커버하도록 광흡수층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 관통영역은 상기 제1 전극층의 패터닝에 의해 형성되거나, 상기 제2 관통영역은 상기 제2 전극층의 패터닝에 의해 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 전극층은 스퍼터링, 증착, 또는 화학기상증착(CVD) 공정에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 태양전지 및 그 제조방법에 따르면, 후면전극층과 광흡수층 사이에 투명전극층을 형성함으로써 태양전지의 박형화를 구현하면서도 발전효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 후면전극층을 고반사전극으로 구성함으로써 태양전지의 재흡수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 노출된 후면전극층을 투명전극층으로 커버함으로써 후면전극층의 Se화를 방지하고, 이에 따라 후면전극층의 저항감소, 필링(peeling) 현상, 고반사전극의 광흡수층에 대한 확산에 따른 결함(defect)을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 단면도이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시한 태양전지와 비교 설명하기 위한 단면도이다.
도 4 내지 도 6은 도 1에 도시한 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 단면도이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양전지의 단면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 여기서, 첨부된 도면의 사이즈, 비율 등에 의해 본 발명이 한정되지 않음을 미리 밝혀 둔다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지(100)의 단면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 태양전지(100)에 대해 설명하기로 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 태양전지(100)는 기판(110), 제1a 관통영역(121)이 형성된 제1 전극층, 제1b 관통영역(131)이 형성된 제2 전극층, 및 광흡수층(140)을 차례로 포함할 수 있다. 본 실시예는 예시적인 실시예로서 제1 전극층은 후면전극층(120)으로, 제2 전극층은 투명전극층(130)으로 설명할 것이나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
기판(110)은 후면전극층(120) 및 투명전극층(130)이 형성되는 공간을 제공하는 부재로서, 태양전지(100)의 베이스가 되는 부재이다.
여기서, 기판(110)은 글라스(glass) 기판, 세라믹 기판, 금속 기판 또는 폴리머 기판 등이 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판(110)으로서 내부에 Na, K, 및 Cs 등의 알칼리원소를 포함하는 글라스 기판을 사용할 수 있다. 바람직하게, 기판(110)은 소다라임 글라스(sodalime galss) 또는 고변형점 소다 글라스(high strained point soda glass)를 사용할 수 있다.
후면전극층(120)은 기판(110)에 형성되는 부재로서, 제1a 관통영역(121)을 포함할 수 있다.
여기서, 후면전극층(120)에는 패터닝 공정을 통해 제1a 관통영역(121)이 형성될 수 있으며, 제1a 관통영역(121)은 관통홀을 의미하거나, 패터닝되어 후면전극층(120)이 이격된 공간을 의미할 수 있다. 한편, 후면전극층(120)은 고온에서 안전성이 우수하며 높은 전기전도도를 갖는 금속으로 구성될 수 있는데, 본 실시예에서는 Ag, Al, Cu, Pt, Cr과 같은 고반사 금속을 이용할 수 있다. 이때, 본 실시예에서와 같이 후면전극층(120)으로 고반사 금속을 이용하는 경우, 태양전지(100)를 얇게 구현하더라도 투과된 빛의 반사율이 높아 재흡수량을 향상시킬 수 있어, 전류 손실을 감소시킬 수 있다.
투명전극층(130)은 제1a 관통영역(121)이 형성된 후면전극층(120)에 형성되는 부재로서, 제1b 관통영역(131)을 포함할 수 있다.
여기서, 투명전극층(130)에는 패터닝 공정을 통해 제1b 관통영역(131)이 형성될 수 있으며, 제1b 관통영역(131)은 제1a 관통영역(121)의 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 따라서, 제1b 관통영역(131)에 의해 기판(110)의 일부가 노출되어 광흡수층(140)과 접할 수 있다. 한편, 본 실시예에서 제1b 관통영역(131)은 제1a 관통영역(121)에 비해 폭이 좁을 수 있다. 즉, 패터닝된 후면전극층(120)의 폭 방향으로 이격된 내벽 사이의 공간 또는 관통홀(제1a 관통영역(121))의 폭은 투명전극층(130)의 폭 방향으로 이격된 내벽 사이의 공간 또는 관통홀(제1b 관통영역(131))의 폭보다 클 수 있다. 여기서, 제1a 관통영역(121)과 제1b 관통영역(131) 간 폭의 차이는 10㎛ 이상일 수 있다. 또는 제1a 관통영역(121)과 제1b 관통영역(131) 간 폭의 차이는 30㎛ 이상으로 설정될 수 있다. 단, 제1a 관통영역(121)과 제1b 관통영역(131) 간 폭의 차이는 제1a 관통영역(121)의 폭보다 클 수는 없을 것이다. 상기와 같이 제1b 관통영역(131)이 제1a 관통영역(121)에 비하여 폭이 좁은 경우 투명전극층(130)은 후면전극층(120)의 상면, 제1a 관통영역(121)에 의해 노출된 후면전극층(120)의 측면, 및 제1a 관통영역(121)에 의해 노출된 기판(110)의 상면 일부까지 연장되어 위치될 수 있다. 이때, 투명전극층(130)이 기판(110)의 상면 중 후면전극층(120)에 인접한 일부에만 위치되는 이유는, 제1b 관통영역(131)이 제1a 관통영역(121)에 대응되도록 위치되기 때문일 수 있다. 또한, 투명전극층(130)은 예를 들어 50~150nm의 두께로 형성될 수 있으며, 특히 후면전극층(120)의 노출된 측면에 위치하는 투명전극층(130)은 후면전극층(120)과 광흡수층(140) 간의 Se화 반응을 방지하기 위하여 예를 들어 10nm 이상이 될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 제1b 관통영역(131)의 폭이 제1a 관통영역(121)의 폭보다 10㎛ 이상 좁아 투명전극층(130)이 기판(110)의 노출된 상면까지 연장되는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 구체적으로, 제1b 관통영역(131)의 폭을 제1a 관통영역(121)의 폭보다 약간 작도록 구현하여, 투명전극층(130)이 후면전극층(120)의 상면 및 측면까지만 형성되는 경우도 본 발명에 포함된다 할 것이다. 예를 들어, 제2 전극층인 투명전극층(130)이 투명전극층(130)의 두께만큼의 길이로 기판(110)의 상면을 커버하거나(예를 들어 도 2), 또는 투명전극층(130)의 두께보다 더 큰 길이로 기판(110)의 상면을 커버하는 것(예를 들어 도 1) 모두 본 발명에 포함된다고 할 것이다.
한편, 투명전극층(130)은 고반사율과 굴절율 향상 측면에서 투명하고 전도성이 있는 물질을 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들어 투명 전도성 산화물 (Transparent Conductive Oxide, TCO)로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 투명전극층은 아연 산화물(zinc oxide), 인듐 산화물(indium oxide), 주석 산화물(tin oxide), 티타늄 산화물(titanium oxide ), 및/또는 Al, Ga, B 등이 도핑된 아연 산화물(예를 들어, ZnO, In2O3, SnO2, TiO2 , 또는 Al, Ga, B 등이 도핑된 ZnO 등)을 사용할 수 있다.
광흡수층(140)은 제1b 관통영역(131)이 형성된 투명전극층(130)에 형성되는 부재이다.
여기서, 광흡수층(140)은 광을 흡수하는 부분으로, 예를 들어 Cu, In, Ga, S, Se, Zn, 및 Sn 중 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 광흡수층(140)은 예를 들어 Ⅰ-III-VI 계 화합물 반도체 또는 Ⅰ-Ⅱ-IV-VI 계 화합물 반도체 등으로 형성될 수 있다. 이때, I은 Cu, Ag, Au 등 중 어느 하나 이상일 수 있으며, II는 Zn 및 Cd 등 중 어느 하나 이상일 수 있다. 또한, III은 In, Ga, 및 Al 등 중 어느 하나 이상일 수 있고, IV는 Si, Ge, Sn, 및 Pb 등 중 어느 하나 이상일 수 있다. 또한, VI은 S, Se, Te 등 중 어느 하나 이상일 수 있다.
구체적으로, Ⅰ-III-VI 계 화합물 반도체는 예를 들어 CIS, CGS, CIGS(여기서, C는 Cu, I는 In, G는 Ga이고, S는 S 및 Se 중 1종 이상) 등의 화합물 반도체가 될 수 있다. 또한, Ⅰ-Ⅱ-IV-VI 계 화합물 반도체는 예를 들어 CZTS(여기서, C는 Cu, Z는 Zn, T는 Sn, S는 황(S) 및 Se 중 1종 이상) 화합물 반도체 등이 될 수 있다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시한 태양전지(100)와 비교 설명하기 위한 단면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지(100)를 더욱 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 2에 도시한 바와 같이 태양전지(10)의 기판(11) 상에 형성된 일반적인 후면전극층(12)은 몰리브덴(Mo)일 수 있다. 이때, Mo는 광흡수층(14)의 Se 분위기에 안정적인 장점이 있으나, 반사율이 상대적으로 낮아 태양전지(10)의 두께를 얇게 하는 경우 빛의 재흡수가 불량한 문제점이 있다. 특히, 태양전지(10)를 1㎛ 이하로 얇게 하는 경우 수 mA/cm2의 전류 손실이 예측된다. 이때, 도면부호 13은 합금층(13)으로서 후면전극층(12)의 Mo가 광흡수층(14)의 Se와 반응하여 나타나는 층에 해당할 수 있다.
Mo의 재흡수가 불량한 점을 해결하기 위해, 도 3에 도시한 바와 같이 기판(21) 상에 형성된 후면전극층(22)으로서 Ag과 같은 고반사금속을 이용하는 태양전지(20)를 고려해 볼 수 있다. 그러나, Ag과 같은 고반사금속의 경우 400℃ 이상의 Se 분위기에 불안정적이므로, 후면전극층(22) 전체가 AgSex화되는 문제점이 발생된다. 이때, 후면전극층(22) 전체가 AgSex화되는 경우 저항이 손실되고 AgSex는 기판(21)과의 접착 특성이 낮아 후속 공정시 도 3과 같은 필링(peeling) 현상이 발생될 수 있다. 또한, 후면전극층(22)의 Ag 등이 CIGS로 구성된 광흡수층(24)에 확산되어 결함(defect)이 발생될 수 있다.
본 실시예에 따른 태양전지(100)는 이러한 점에 착안하여 도출된 것으로서, 도 1에 도시한 태양전지(100)는 상기와 같은 문제점을 모두 해결할 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 태양전지(100)는 후면전극층(120)으로서 Ag, Al 등과 같은 고반사금속을 사용하여 태양전지(100)를 0.5㎛ 이하로 얇게 구현하더라도 전류 손실이 적어 재흡수율을 높일 수 있다. 또한, 후면전극층(120)에 제1a 관통영역(121)을 형성한 후 투명전극층(130)을 형성하므로, 후면전극층(120)과 광흡수층(140)이 직접적으로 접촉되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 본 실시예에서 투명전극층(130)은 후면전극층(120)의 상면뿐만 아니라 제1a 관통영역(121)에 의해 노출된 후면전극층(120)의 측면까지 형성되는바, 후면전극층(120)의 노출된 측면을 통해 Ag와 같은 고반사 금속과 광흡수층(140)의 Se이 반응하는 것을 원천적으로 방지할 수 있다. 따라서, 후면전극층(120)의 노출된 측면을 통해 Se이 Ag와 반응하여 AgSex화되는 것을 원천적으로 봉쇄할 수 있고, 이에 따라 AgSex화에 따른 저항 손실, 필링(peeling) 현상 발생, 결함(defect) 발생 등을 방지할 수 있다.
한편, 투명전극층(130)은 제1a 관통영역(121)에 의해 노출된 기판(110)의 상면에도 형성될 수 있는데, 이는 제1a 관통영역(121)의 폭이 제1b 관통영역(131)의 폭보다 넓기 때문에 일어날 수 있다. 이때, 투명전극층(130)이 기판(110)의 상면까지 연장 형성되는 경우, 투명전극층(130)의 고반사 금속이 광흡수층(140)의 Se와 반응하는 것을 더욱 확실하게 방지할 수 있다.
도 4 내지 도 6은 도 1에 도시한 태양전지(100)의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 태양전지(100)의 제조방법을 설명하기로 한다.
먼저, 도 4에 도시한 바와 같이, 기판(110) 상면에 패터닝된 후면전극층(120)을 형성한다.
이때, 후면전극층(120)에는 패터닝에 의한 제1a 관통영역(121)이 형성될 수 있으며, 제1a 관통영역(121)에 의해 기판(110) 상면의 일부가 외부로 노출될 수 있다. 또한, 후면전극층(120)은 스퍼터링, 증착, 도금, 스크린 프린팅 공법 등으로 형성될 수 있고, 제1a 관통영역(121)은 예를 들어 레이저를 통해 가공될 수 있다.
다음, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1a 관통영역(121)이 형성된 후면전극층(120)에 투명전극층(130)을 형성한다.
이때, 투명전극층(130)에는 패터닝에 의한 제1b 관통영역(131)이 형성될 수 있으며, 제1b 관통영역(131)은 제1a 관통영역(121)이 형성된 위치에 대응되게 형성될 수 있다. 한편, 투명전극층(130)은 스퍼터링, 증착, CVD 등으로 형성될 수 있고, 제1b 관통영역(131)은 레이저를 통해 가공될 수 있다. 이때, 레이저 가공에 따른 기계적 공차를 고려하여 제1b 관통영역(131)의 폭은 제1a 관통영역(121)의 폭보다 10㎛ 이상, 또는 30㎛ 이상 작게 할 수 있다.
다음, 도 6에 도시한 바와 같이, 제1b 관통영역(131)이 형성된 투명전극층(130)에 광흡수층(140)을 형성하여 태양전지(100)를 제조할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지(200)의 단면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 태양전지(200)에 대해 설명하기로 한다.
도 7에 도시한 바와 같이 본 실시예에 따른 태양전지(200)는 도 1에서 설명한 기판(210), 제1a 관통영역(221)이 형성된 후면전극층(220), 제1b 관통영역(231)이 형성된 투명전극층(230), 광흡수층(240)에 더하여, 버퍼층(250) 및 배면전극층(260)을 더 포함할 수 있다.
버퍼층(250)은 광흡수층(240) 상에 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다. 여기서, 버퍼층(250)의 하부에 구비되는 광흡수층(240)은 p형 반도체로 작용하고, 버퍼층(250)의 상부에 구비되는 배면전극층(260)은 n형 반도체로 작용하여, 광흡수층(240)과 배면전극층(260) 사이에 pn 접합을 형성할 수 있다. 이때, 버퍼층(250)은 광흡수층(240)과 배면전극층(260) 사이의 중간수준의 밴드갭을 갖도록 구비됨으로써, 광흡수층(240)과 배면전극층(260) 사이의 양호한 접합을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 이러한 버퍼층(250)은 CdS 또는 ZnS 등으로 이루어질 수 있다. 한편, 버퍼층(250)은 광흡수층(240)과 함께 패터닝될 수 있으며, 이에 따라 제2 관통영역(251)을 포함할 수 있다.
배면전극층(260)은 버퍼층(250) 상에 형성될 수 있다. 여기서, 배면전극층(260)은 도전층으로서 n형 반도체로 작용할 수 있으며, 예를 들어 투명 전도성 산화물 (Transparent Conductive Oxide, TCO)로 이루어질 수 있다. 바람직하게 배면전극층(260)은 ZnO일 수 있다. 한편, 배면전극층(260)도 버퍼층(250) 및 광흡수층(240)과 함께 패터닝될 수 있으며, 이에 따라 제3 관통영역(261)을 포함할 수 있다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양전지(300, 400, 500, 600)의 단면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 태양전지(300, 400, 500, 600)를 설명하기로 한다.
먼저, 도 8에 도시한 바와 같이, 태양전지(300)는 도 1에서 설명한 기판(310), 제1a 관통영역(321)이 형성된 후면전극층(320), 제1b 관통영역(331)이 형성된 투명전극층(330), 광흡수층(340)에 더하여, 접착개선층(350)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 접착개선층(350)은 후면전극층(320)과 기판(310) 간에 개재될 수 있다. 구체적으로, 접착개선층(350)은 고반사 금속으로 구성된 후면전극층(320)과 기판(310) 간의 접착력을 향상시키기 위한 부재로서, 제1a 관통영역(321)이 형성되지 않은 부분의 후면전극층(320)과 기판(310) 간에 형성될 수 있다. 이때, 접착개선층(350)은 Ti, Cr, Mo, Ni 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 한편, 접착개선층(350)은 후면전극층(320)의 형성 전에 형성할 수 있으며, 후면전극층(320) 형성 후 제1a 관통영역(321)이 형성될 때 후면전극층(320)과 함께 패터닝될 수 있다.
또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 태양전지(400)는 도 1에서 설명한 기판(410), 제1a 관통영역(421)이 형성된 후면전극층(420), 제1b 관통영역(431)이 형성된 투명전극층(430), 광흡수층(440)에 더하여, 확산방지층(450; barrier)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 확산방지층(450)은 후면전극층(420)과 기판(410) 간, 더욱 구체적으로는 제1a 관통영역(421)이 형성되지 않은 부분의 후면전극층(420)과 기판(410) 간에 형성될 수 있다. 이때, 확산방지층(450)은 기판(410)으로부터의 Na, K 등 알칼리 이온, Fe 이온 등의 불순물이 확산되는 것을 방지하기 위한 부재로서, 예를 들어 실리콘 산화물(silicon oxide), 실리콘 질화물(silicon nitride), 실리콘 산화질화물(silicon oxynitride), 알루미늄 산화물(aluminum oxide), 알루미늄 산화질화물(aluminum oxynitride), 티타늄 질화물(titanium nitride), 탄탈륨 질화물(tantalum nitride), 텅스텐 질화물(tungsten nitride) 등(예를 들어, SiOx, SiNx, SiOxNy, Al2O3, AlOxNy, TiN, TaN, WN)과 같은 oxide, nitride 물질 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 한편, 확산방지층(450)은 후면전극층(420)의 형성 전에 형성될 수 있으며, 후면전극층(420) 형성 후 제1a 관통영역(421)이 형성될 때 후면전극층(420)과 함께 패터닝될 수 있다.
또한, 도 10에 도시한 바와 같이, 태양전지(500)는 도 1에서 설명한 기판(510), 제1a 관통영역(521)이 형성된 후면전극층(520), 제1b 관통영역(531)이 형성된 투명전극층(530), 광흡수층(540)에 더하여, 기판(510) 상부 전면에 형성된 확산방지층(550)을 더 포함할 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 확산방지층(550)은 기판(510)과 후면전극층(520) 간에 형성되되, 도 9와는 달리 제1a 관통영역(521)이 형성된 기판(510) 상면에도 형성될 수 있다. 이때, 본 실시예의 경우 제1a 관통영역(521)이 형성된 기판(510) 상면에도 확산방지층(550)을 형성하는바, 제1a 관통영역(521)을 통해 불순물이 확산되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 확산방지층(550)은 후면전극층(520)의 형성 전에 형성될 수 있으며, 후면전극층(520) 형성 후 제1a 관통영역(521)을 형성할 때 예를 들어 레이저의 에너지를 조절하여 기판(510) 상면에 남겨둘 수 있다.
또한, 도 11에 도시한 바와 같이, 태양전지(600)는 도 1에서 설명한 기판(610), 제1a 관통영역(621)이 형성된 후면전극층(620), 제1b 관통영역(631)이 형성된 투명전극층(630), 광흡수층(640)에 더하여, 저항개선층(650)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 저항개선층(650)은 투명전극층(630)과 광흡수층(640) 간의 접촉 저항을 개선하기 위한 부재로서, 광흡수층(640)보다 정공의 농도가 높은 p형 반도체 물질로 구성될 수 있다. 이러한 부재로서, 저항개선층(650)은 MSex, MSx 중 어느 하나(여기서, M은 Mo, W, Ta, Nb, Ti, Cr, V, Mn 중 어느 하나) 이상을 포함할 수 있다. 이때, 저항개선층(650)은 투명전극층(630)과 광흡수층(640) 간에 형성될 수 있는데, 저항개선층(650)은 투명전극층(630)의 형성 후에 형성될 수 있으며, 제1b 관통영역(631)이 형성될 때 투명전극층(630)과 함께 패터닝될 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 태양전지 및 그 제조방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
110, 210, 310, 410, 510, 610 : 기판
120, 220, 320, 420, 520, 620 : 후면전극층
121, 221, 321, 421, 521, 621 : 제1a 관통영역
130, 230, 330, 430, 530, 630 : 투명전극층
131, 231, 331, 431, 531, 631 : 제1b 관통영역
140, 240, 340, 440, 540, 640 : 광흡수층
250 : 버퍼층 251 : 제2 관통영역
260 : 배면전극층 261 : 제3 관통영역
350 : 접착개선층 450, 550 : 확산방지층
650 : 저항개선층

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판에 위치되는 제1 전극층;
    상기 제1 전극층에 위치되는 제2 전극층; 및
    상기 제2 전극층에 위치되는 광흡수층;
    을 포함하고,
    상기 제1 전극층은 제1 관통영역을 가지며,
    상기 제2 전극층은 투명전극층이고 제2 관통영역을 가지며,
    상기 제2 관통영역은 상기 제1 관통영역보다 좁고 상기 제1 관통영역에 대응되는 위치에 형성된 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극층은 상기 제1 전극층의 상면과 상기 제1 관통영역 내의 상기 제1 전극층의 측면을 커버하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 전극층은 상기 제2 전극층의 두께와 동일한 거리만큼 상기 기판의 상면을 커버하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 전극층은 상기 제2 전극층의 두께보다 큰 거리만큼 상기 기판의 상면을 커버하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광흡수층은 상기 기판의 적어도 일부분과 접촉되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 관통영역과 상기 제2 관통영역 간 폭의 차이는 10㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 관통영역과 상기 제2 관통영역 간 폭의 차이는 30㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극층은 후면전극층이고, Ag, Al, Cu, Au, Pt, 및 Cr 중 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광흡수층은 Ⅰ-III-VI 계 화합물 반도체 또는 Ⅰ-Ⅱ-IV-VI 계 화합물 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광흡수층은 Cu, In, Ga, S, Se, Zn, 및 Sn 중 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극층은 아연 산화물, 인듐 산화물, 주석 산화물, 티타늄 산화물, 및 Al, Ga, 및 B 중 하나 이상이 도핑된 아연 산화물 중 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극층은 적어도 10nm의 두께 또는 50 내지 150nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극층과 상기 기판 간에 형성되는 접착개선층,
    상기 제1 전극층과 상기 기판 간에 형성되는 확산방지층,
    상기 제2 전극층과 상기 광흡수층 간에 형성되는 저항개선층, 및
    상기 광흡수층에 위치되는 버퍼층과 상기 버퍼층에 위치되는 배면전극층
    중 선택되는 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 접착개선층은 Ti, Cr, Mo, 및 Ni 중 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 확산방지층은 oxide 물질 또는 nitride 물질을 포함하고,
    상기 oxide 물질 또는 nitride 물질은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 산화질화물, 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 및 텅스텐 질화물 중 선택되는 물질인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 저항개선층은 MSex와 MSx 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 M은 Mo, W, Ta, Nb, Ti, Cr, V, 및 Mn 중 선택되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지는 1㎛ 미만의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  18. 기판에 제1 전극층을 형성하는 단계;
    상기 기판의 제1 영역이 노출되도록 상기 제1 전극층을 관통하는 제1 관통영역을 형성하는 단계;
    상기 제1 전극층과 상기 기판의 노출된 상기 제1 영역을 커버하도록 제2 전극층을 형성하는 단계;
    상기 기판의 제2 영역이 노출되도록 상기 제1 관통영역의 내측에 대응되는 상기 제2 전극층에 상기 제2 전극층을 관통하는 제2 관통영역을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 전극층과 기판의 노출된 상기 제2 영역을 커버하도록 광흡수층을 형성하는 단계;
    를 포함하는 태양전지의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 관통영역은 상기 제1 전극층의 패터닝에 의해 형성되거나,
    상기 제2 관통영역은 상기 제2 전극층의 패터닝에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제2 전극층은 스퍼터링, 증착, 또는 화학기상증착(CVD) 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
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