JP2012256881A - 太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】生産性を増大又は極大化できる太陽電池モジュール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基板１０の上に下部電極２２を形成する段階と、下部電極２２及び基板１０の上に光吸収層３０を形成する段階と、光吸収層１０をパターニングして下部電極２２を露出させるトレンチを形成段階と、光吸収層３０の上部から前記トレンチ底３６まで前記トレンチの一側壁に沿って延長され、前記トレンチの他側壁から分離される伝導性フィルム４２でウインドー電極を形成する段階と、を含む。
【選択図】図６
【解決手段】基板１０の上に下部電極２２を形成する段階と、下部電極２２及び基板１０の上に光吸収層３０を形成する段階と、光吸収層１０をパターニングして下部電極２２を露出させるトレンチを形成段階と、光吸収層３０の上部から前記トレンチ底３６まで前記トレンチの一側壁に沿って延長され、前記トレンチの他側壁から分離される伝導性フィルム４２でウインドー電極を形成する段階と、を含む。
【選択図】図６
Description
本発明は太陽電池モジュールの製造方法に関する。
最近多大な関心を集めているＣＩＧＳ薄膜太陽電池は、非晶質シリコン太陽電池に比べて効率が高く、初期劣化現像がない等比較的安定性が高く、商用化のための技術開発が進められている。
ＣＩＧＳ薄膜太陽電池は既存の単結晶シリコン太陽電池を代替できる宇宙用の軽量高効率太陽電池に初めて研究されたほど優れた特性を有し、単位重量当りの発電量が約１００Ｗ／ｋｇであり、既存のシリコンやＧａＡｓ太陽電池の２０〜４０Ｗ／ｋｇに比べて著しく優れる。現在単一接合構造で２０．３％を達成しているので、既存の多結晶シリコン太陽電池の最高の効率である２０％と同等な性能を有している。
このような長所にも関わらず、ＣＩＧＳ薄膜太陽電池は生産性が低い。その理由としてはＣＩＧＳ薄膜太陽電池モジュールは通常様々な段階の真空工程を経てモジュールが完成されるので、大規模装備の投資による高い製造費用を要し量産性が低い。ＣＩＧＳ薄膜太陽電池モジュールは基板の上に積層された下部電極、光吸収層、及びウインドー電極を含むことができる。ウインドー電極は数マイクロ乃至数十マイクロメータ程度の厚さを有する透明電極層を含むことができる。透明電極層はスパッタリング方法によって形成され得る。
しかし、従来の太陽電池モジュールの製造方法はスパッタリング方法に数マイクロメータ以上の厚さを有する透明電極層を形成する場合、蒸着工程の所要時間が増加するので、生産性が低下するという問題があった。長時間の蒸着工程は太陽電池モジュールの生産単価を増加させる要因になり得る。
本発明の目的は、生産性を増大又は極大化できる太陽電池モジュールの製造方法を提供することにある。
本発明の実施形態による太陽電池モジュールの製造方法は、基板の上に下部電極を形成する段階と、前記下部電極及び前記基板の上に光吸収層を形成する段階と、前記光吸収層をパターニングして前記下部電極を露出させるトレンチを形成段階と、前記光吸収層の上部から前記トレンチの底まで前記トレンチの一側壁に沿って延長され、前記トレンチの他側壁から分離される伝導性フィルムでウインドー電極を形成する段階と、を含む。
本発明の一実施形態によれば、前記伝導性フィルムはロールプリンティング又はテーピングされ得る。
本発明の他の実施形態によれば、前記伝導性フィルムは酸化亜鉛を含むことができる。
本発明の一実施形態によれば、前記伝導性フィルムは少なくとも１つの伝導性不純物をさらに含むことができる。
本発明の他の実施形態によれば、前記伝導性フィルムはグラフェンを含むことができる。
本発明の一実施形態によれば、前記ウインドー電極を形成する段階は、前記トレンチの底の前記下部電極と、前記光吸収層の上に前記伝導性フィルムをロールプリンティング又はテーピングする段階と、前記トレンチ側壁の前記伝導性フィルムをスクライビングする段階と、をさらに含むことができる。
本発明の他の実施形態によれば、前記光吸収層を形成する段階は、前記光吸収層の上に第１バッファ層を形成する段階をさらに含むことができる。前記第１バッファ層は硫化カドミウムを含むことができる。
本発明の一実施形態によれば、前記第１バッファ層の上に第２バッファ層を積層する段階をさらに含むことができる。前記第２バッファ層は真性酸化亜鉛を含むことができる。
本発明の実施形態によれば、光吸収層へ光を透過させるウインドー電極はロールプリンティング又はテーピングされた伝導性フィルムによって形成する。伝導性フィルムの接合は既存のスパッタリング方法より工程時間を短縮させ得る。
したがって、本発明の実施形態による太陽電池モジュールの製造方法は生産性を増大又は極大化できる。
以上の本発明の目的、他の目的、特徴、及び長所は添付された図面と関連した以下の望ましい実施形態を通じて容易に理解できる。しかし、本発明はここで説明される実施形態に限定されず、他の形態に具体化され得る。むしろ、ここで紹介される実施形態は開示された内容が徹底して完全になり得るようにそして、当業者に本発明の思想が十分に伝達できるようにするために提供されるものである。
本明細書で、所定の構成要素が異なる構成要素の上にあると言及される場合にそれは他の構成要素の上に直接形成されることができるか、又はそれらの間に第３の構成要素が介在され得るということを意味する。また、図面において、構成要素等の厚さは技術的内容の効果的な説明のために誇張されたものである。明細書全体にわたって同一の参照番号に表示された部分は同一の構成要素を示す。
本明細書で記述する実施形態は本発明の理想的な例示図である断面図及び／又は平面図を参考にして説明される。図面において、膜及び領域の厚さは技術的内容の効果的な説明のために誇張されたものである。したがって、製造技術及び／又は許容誤差等によって例示図の形態が変形できる。したがって、図面で例示された領域は概略的な属性を有し、図面で例示された領域の模様は素子の領域の特定形態を例示するためのものであり、発明の範疇を制限するためのものではない。ここに説明され例示される実施形態はその相補的な実施形態も含む。
本明細書で使用された用語は実施形態を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書で、単数型は文句で特別に言及しない限り複数型も含む。明細書で使われる‘含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）’及び／又は‘含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）’は言及された構成要素は１つ以上の他の構成要素の存在、又は追加を排除しない。
図１は本発明の実施形態による太陽電池モジュールを示す斜視図である。
図１を参照すれば、本発明の太陽電池モジュールは光吸収層３０の上部から前記光吸収層３０外殻のトレンチ３６の底まで延長されるウインドー電極４０を含むことができる。ウインドー電極４０は約２μm乃至約３μm程度の厚さを有する伝導性フィルムを含むことができる。ウインドー電極４０はトレンチ３６の一側壁で吸収層３０、第１及び第２バッファ層３２、３４を覆い、前記トレンチ３６の他側壁で前記光吸収層３０、前記第１及び第２バッファ層３２、３４を露出させ得る。グリッド５０はウインドー電極４０の上に配置され得る。保護層６０はグリッド５０、ウインドー電極４０、及びトレンチ３６を覆うことができる。
１つの単位セル７０は下部電極２２、光吸収層３０、第１バッファ層３２、第２バッファ層３４、及びウインドー電極４０で構成され得る。隣接する単位セル７０はトレンチ３６によって互に分離され得る。即ち、トレンチ３６は単位セル７０を定義することができる。
１つの単位セル７０のウインドー電極４０は隣接する他の単位セル７０の下部電極２２に連結され得る。
ウインドー電極４０と下部電極２２とは１つの単位セル７０内で光吸収層３０乃至第２バッファ層３４によって分離され得る。ウインドー電極４０と下部電極２２とは互に隣接する単位セル７０との間に連結され得る。
このように構成された本発明の実施形態による太陽電池モジュールの製造方法を説明すれば、次の通りである。
図２乃至図９は本発明の実施形態による太陽電池モジュールの製造方法を順次的に示した工程斜視図である。
図２を参照すれば、基板１０の上に伝導性金属層２０を形成する。基板１０はソーダライムガラス（ｓｏｄａｌｉｍｅ ｇｌａｓｓ）基板であり得る。これとは異なりに、基板１０はアルミナのようなセラミック基板、ステンレス鋼板、銅テープ等の金属基板又は高分子（ｐｏｌｙｍｅｒ）フィルムであり得る。伝導性金属層２０は非抵抗が低いし、熱膨脹係数の差異によって剥離現像が生じないようにガラス基板に対する粘着性が優れていることが望ましい。具体的に、伝導性金属層２０はモリブデン（Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ）を含むことができる。モリブデンは高い電気伝導度、他の薄膜とのオーミック接合（ｏｈｍｉｃ ｃｏｎｔａｃｔ）形成特性、セレニウムＳｅ雰囲気の下で高温安定性を有することができる。
図３を参照すれば、伝導性金属層２０をパターニングして下部電極２２を形成する。下部電極２２はレーザービーム又はフォトリソグラフィー工程によってパターニングされ得る。
図１及び図４を参照すれば、下部電極２２の上に光吸収層３０、第１バッファ層３２、及び第２バッファ層３４を順に積層できる。光吸収層３０は光電効果を通じて光エネルギーから電気を生成させ得る。光吸収層３０はＣｕＩｎＳｅ、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＩｎＧａＳｅ、ＣｕＩｎＧａＳｅ２でなされたグループから選択されたいずれか１つのキャルコパイライト（ｃｈａｌｃｏｐｙｒｉｔｅ）系化合物半導体を含むことができる。キャルコパイライト系化合物半導体は約１．２ｅＶ程度のエネルギーバンドギャップを有することができる。
第１バッファ層３２は後続工程によって形成されたウインドー電極４０と光吸収層３０とのエネルギーバンドギャップをバッファリングできる。第１バッファ層３２は光吸収層３０よりエネルギーバンドギャップが大きく、ウインドー電極４０よりエネルギーバンドギャップが小さいことがあり得る。例えば、第１バッファ層３２は硫化カドミウムＣｄＳを含むことができる。硫化カドミウムはエネルギーバンドギャップが約２．４ｅＶとして実質的に一定なエネルギーバンドギャップを有することができる。
前記光吸収層３０とウインドー電極４０との格子常数が異なるので、第２バッファ層３４は 前記光吸収層３０とウインドー電極４０との良好な接合のために提供される。第２バッファ層３４は真性酸化亜鉛（ｉ−ＺｎＯ）を含むことができる。第２バッファ層３４はウインドー電極４０と同一な結晶構造を有することができる。例えば、第２バッファ層３４とウインドー電極４０とはウルツ鉱（ｗｕｒｔｚｉｔｅ）結晶構造を有することができる。
図５を参照すれば、第２バッファ層３４乃至光吸収層３０をパターニングしてトレンチ３６を形成する。トレンチ３６は第２バッファ層３４乃至光吸収層３０に対する機械的スクライビングによって形成され得る。トレンチ３６は下部電極２２を露出させ得る。
図６を参照すれば、第２バッファ層３４及び下部電極２２の上に伝導性フィルム４２を形成する。伝導性フィルム４２は第２バッファ層３４と下部電極２２とにロールプリンティング又はテーピングされ得る。伝導性フィルム４２は約２μm乃至約３μm程度の厚さを有する。伝導性フィルム４２はホウ素Ｂ、ガリウムＧａ、アルミニウムＡｌ、マグネシウムＭｇ、インジウムＩｎ、錫Ｓｎ、弗素Ｆのような不純物でドーピングされた酸化亜鉛ＺｎＯを含むことができる。伝導性フィルム４２は第２バッファ層３４と、トレンチ３６底の下部電極２２とに接合され得る。伝導性フィルム４２はローラー（図示せず）によって圧着され得る。伝導性フィルム４２の圧着接合は既存のスパッタリング方法に比べて製造時間及び単価を減らし得る。また、伝導性フィルム４２はグラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）を含むことができる。グラフェンは第２バッファ層３４と、トレンチ３６の底の下部電極２２との上にトランスファーリング方法に形成され得る。
したがって、本発明の実施形態による太陽電池モジュールの製造方法は生産性を増大又は極大化できる。
図示しないが、伝導性フィルム４２は不純物でドーピングされた酸化亜鉛ＺｎＯと、真性酸化亜鉛ｉ−ＺｎＯとを含むことができる。不純物ドーピングされた酸化亜鉛と、真性酸化亜鉛ｉ−ＺｎＯとで構成された伝導性フィルム４２を使用する時、第２バッファ層３４の形成工程は省略できる。例えば、光吸収層３０と第１バッファ層３２とは下部電極２２の上に積層され得る。以後、下部電極２２の上の第１バッファ層３２と光吸収層３０とを一部除去してトレンチ３６を形成できる。次に、伝導性フィルム４２はトレンチ３６底の下部電極２２と、第１バッファ層３２の上にロールプリンティング又はテーピングされ得る。伝導性フィルム４２は下部電極２２と第１バッファ層３２に接合され得る。
図７を参照すれば、トレンチ３６の他側壁に形成された伝導性フィルム４２の一部分を除去してウインドー電極４０を形成できる。伝導性フィルム４２はレーザービーム又はナイフのスクライビング工程によってトレンチ３６の他側壁から除去できる。伝導性フィルム４２の一部分はトレンチ３６の一側壁で残存できる。即ち、ウインドー電極４０の一側は下部電極２２に電気的に連結され、前記ウインドー電極４０の他側は下部電極２２から分離され得る。ウインドー電極４０と下部電極２２との各々は１つの単位セル７０内で光吸収層３０乃至第２バッファ層３４によって垂直に分離され、互に隣接する前記単位セル７０の間に直列に連結され得る。伝導性フィルム４２は既存のフォトリソグラフィー工程及び／又はレーザービーム蝕刻工程より低廉な機械的スクライビング工程で除去できる。１つの単位セル７０は積層される下部電極２２、光吸収層３０、第１バッファ層３２、第２バッファ層３４、及びウインドー電極４０を含むことができる。単位セル７０はトレンチ３６によって定義され得る。１つの単位セル７０のウインドー電極４０は隣接する他の単位セル７０の下部電極２２に連結され得る。
一方、伝導性フィルム４２はトレンチ３６の他側壁に対応されるロール又はテープで先ず除去された後、基板１０の上部にロールプリンティング又はテーピングされ得る。前記伝導性フィルム４２はロールプリンティング又はテーピングされる時、第２バッファ層３４の上部からトレンチ３６の底まで前記トレンチ３６の一側壁に沿って延長され、前記トレンチ３６の他側壁から分離されて形成され得る。この時、スクライビング工程は省略され得る。
したがって、本発明の実施形態による太陽電池モジュールの製造方法は生産性を増大又は極大化できる。
図８を参照すれば、ウインドー電極４０の上にグリッド５０を形成する。グリッド５０はウインドー電極４０を電気的に連結することができる。図示せずが、グリッド５０はメッシュ（ｍｅｓｈ）形態を有し得る。
図９を参照すれば、グリッド５０及びウインドー電極４０の上に保護層６０（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）を形成する。保護層６０はウインドー電極４０とグリッド５０を覆うガラス又はフィルムを含むことができる。
結局、本発明の実施形態による太陽電池モジュールの製造方法は伝導性フィルムでロールプリンティング又はテーピングされたウインドー電極４０を形成できるので、生産性を増大又は極大化できる。
以上の詳細な説明は本発明の望ましい実施形態を示し説明することに過ぎないし、本発明とは他の発明を利用するのに当業界に公知された他の状態への実施、発明の具体的な適用分野及び用途で要求される多様な変更も可能である。したがって、以上の発明の詳細な説明は開示された実施状態に本発明を制限しようとする意図ではなく、添付された請求の範囲は他の実施状態も含むこととして解釈されなければならない。
１０・・・基板
２０・・・伝導性金属層
３０・・・光吸収層
４０・・・ウインドー電極
５０・・・グリッド
６０・・・保護層
２０・・・伝導性金属層
３０・・・光吸収層
４０・・・ウインドー電極
５０・・・グリッド
６０・・・保護層
Claims (9)
- 基板の上に下部電極を形成する段階と、
前記下部電極及び前記基板の上に光吸収層を形成する段階と、
前記光吸収層をパターニングして前記下部電極を露出させるトレンチを形成段階と、
前記光吸収層の上部から前記トレンチ底まで前記トレンチの一側壁に沿って延長され、前記トレンチの他側壁から分離される伝導性フィルムでウインドー電極を形成する段階と、を含む太陽電池モジュールの製造方法。 - 前記伝導性フィルムはロールプリンティング又はテーピングされた請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
- 前記伝導性フィルムは酸化亜鉛を含む請求項２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
- 前記伝導性フィルムは少なくとも１つの伝導性不純物をさらに含む請求項３に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
- 前記伝導性フィルムはグラフェンを含む請求項２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
- 前記ウインドー電極を形成する段階は、
前記トレンチの底の前記下部電極と、前記光吸収層の上に前記伝導性フィルムとをロールプリンティング又はテーピングする段階と、
前記トレンチ側壁の前記伝導性フィルムをスクライビングする段階と、をさらに含む請求項２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。 - 前記光吸収層を形成する段階は、
前記光吸収層の上に第１バッファ層を形成する段階をさらに含む請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。 - 前記第１バッファ層の上に第２バッファ層を積層する段階をさらに含む請求項７に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
- 前記第２バッファ層は真性酸化亜鉛を含む請求項８に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
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