KR101014039B1 - 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
태양전지 및 이의 제조방법이 개시된다. 태양전지는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 전극층; 상기 전극층 상에 배치되며, 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함하는 제 1 광 흡수층; 상기 제 1 광 흡수층 상에 배치되며, 제 2 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함하는 제 2 광 흡수층; 및 상기 제 2 광 흡수층 상에 배치되는 윈도우층을 포함한다.
태양전지, CIGS, CIS, CISS, CIGSS, 밴드갭
Description
실시예는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지의 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지에 대한 개발이 진행되고 있다.
특히, 유리기판, 금속 이면 전극층, p형 CIGS계 광 흡수층, 고저항 버퍼층, n형 창층 등을 포함하는 기판 구조의 pn 헤테로 접합 장치인 CIGS계 태양전지가 널리 사용되고 있다.
이러한 태양전지의 광 흡수층에서의 에너지 밴드갭을 조절하여 발전 효율을 향상시키기 위한 연구가 진행중이다.
실시예는 향상된 발전 효율을 가지는 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 태양전지는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 전극층; 상기 전극층 상에 배치되며, 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함하는 제 1 광 흡수층; 상기 제 1 광 흡수층 상에 배치되며, 제 2 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함하는 제 2 광 흡수층; 및 상기 제 2 광 흡수층 상에 배치되는 윈도우층을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계 화합물이고, 상기 제 2 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물은 구리-인듐-셀레나이드계 화합물일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물의 갈륨의 조성은 상기 제 2 광 흡수층에 가까워짐에 따라서 낮아질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 광 흡수층의 밴드갭 에너지는 상기 제 2 광 흡수층으로부터 멀어짐에 따라서 증가할 수 있다.
일 실시예에 따른 태양전지는 상기 제 2 광 흡수층 및 상기 윈도우층 사이에 개재되는 버퍼층을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 태양전지는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 전극층; 상기 전극층 상에 배치되며, 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함하는 제 1 광 흡수층; 상기 제 1 광 흡수층 상에 배치되며, 제 2 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함하는 제 2 광 흡수층; 상기 제 2 광 흡수층 상에 배치되며, 제 3 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함하는 제 3 광 흡수층; 및 상기 제 3 광 흡수층 상에 배치되는 윈도우층을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물은 구리-인듐-갈륨-셀레늄-설파이드계 화합물이고, 상기 제 2 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물은 구리-인듐-셀레늄-설파이드계 화합물이고, 상기 제 3 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물은 구리-인듐-셀레나이드계 화합물일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물은 상기 제 1 광 흡수층의 위치에 따라서 다른 조성을 가지고, 상기 제 2 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물은 상기 제 2 광 흡수층의 위치에 따라서 다른 조성을 가진다.
일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 기판 상에 전극층을 형성하는 단계; 상기 전극층 상에 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함하는 제 1 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 제 1 광 흡수층 상에 제 2 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함하는 제 2 광 흡수층을 형성하는 단계; 및 상기 제 2 광 흡수층 상에 윈도우층을 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제 1 광 흡수층을 형성하는 단계에서, 상기 기판이 배치되는 챔버에 구리를 공급하는 구리 소스, 인듐을 공급하는 인듐 소스, 셀레늄을 공급하는 셀레늄 소스 및 황을 공급하는 황 소스가 사용되고, 상기 제 2 광 흡수층을 형성하는 단계에서, 상기 구리 소스, 상기 인듐 소스 및 상기 셀레늄 소스가 사 용될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 광 흡수층을 형성하는 단계에서, 상기 챔버에 황이 공급되는 속도가 시간이 지남에 따라서 감소할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 광 흡수층을 형성하는 단계에서, 상기 기판이 배치되는 챔버에 구리를 공급하는 구리 소스, 인듐을 공급하는 인듐 소스, 갈륨을 공급하는 갈륨 소스 및 셀레늄을 공급하는 셀레늄 소스가 사용되고, 상기 제 2 광 흡수층을 형성하는 단계에서, 상기 구리 소스, 상기 인듐 소스 및 상기 셀레늄 소스가 사용될 수 있다.
일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 상기 제 2 광 흡수층 상에 제 3 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함하는 제 3 광 흡수층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제 1 광 흡수층을 형성하는 단계에서, 상기 기판이 배치되는 챔버에 구리를 공급하는 구리 소스, 인듐을 공급하는 인듐 소스, 갈륨을 공급하는 갈륨 소스, 셀레늄을 공급하는 셀레늄 소스 및 황을 공급하는 황 소스가 사용되고, 상기 제 2 광 흡수층을 형성하는 단계에서, 상기 구리 소스, 상기 인듐 소스, 상기 셀레늄 소스 및 상기 황 소스가 사용되고, 상기 제 3 광 흡수층을 형성하는 단계에서, 상기 구리 소스, 상기 인듐 소스 및 상기 셀레늄 소스가 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 광 흡수층을 형성하는 단계에서, 상기 챔버에 갈륨이 공급되는 속도가 시간이 지남에 따라서 감소하고, 상기 제 2 광 흡수층을 형 성하는 단계에서, 상기 챔버에 황이 공급되는 속도가 시간이 지남에 따라서 감소될 수 있다.
실시예에 따른 태양전지는 서로 다른 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함하는 제 1 광 흡수층 및 제 2 광 흡수층을 포함한다. 이에 따라서, 제 1 광 흡수층 및 제 2 광 흡수층의 밴드갭 에너지가 조절될 수 있다.
특히, 제 1 광 흡수층 또는 제 2 광 흡수층에 포함되는 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물의 조성을 변화시켜서, 광 흡수층의 밴드갭 에너지가 세밀하게 조절될 수 있다.
이에 따라서, 광 흡수층의 전자 속도가 향상되고, 재결합에 의한 효율저하를 최소화시킬 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지는 향상된 효율을 가질 수 있다.
또한, 실시예에 따른 태양전지는 서로 다른 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함하는 3 개의 층들로 구성되는 광 흡수층을 포함할 수 있다. 또한, 각각의 층들은 위치에 따라서, 각각의 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물의 조성이 달라질 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지는 광 흡수층의 밴드갭 에너지를 보다 세밀하게 조절 할수 있다.
또한, 실시예에 따른 태양전지는 광 흡수층을 형성하기 위한 성분을 공급하는 속도가 시간에 따라서 조절되어, 상기 광 흡수층의 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물의 조성이 위치에 따라서 달라질 수 있다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 막, 전극, 홈 또는 층 등이 각 기판, 전극, 막, 홈 또는 층 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 1은 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이다. 도 2는 제 1 광 흡수층 및 제 2 광 흡수층에서의 갈륨의 조성을 도시한 도면이다. 도 3은 제 1 광 흡수층 및 제 2 광 흡수층의 에너지 밴드갭을 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 태양전지는 지지기판(100), 이면전극층(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500) 및 윈도우층(600)을 포함한다.
상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 이면전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 윈도우층(600)을 지지한다.
상기 지지기판(100)은 절연체일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 유리기판, 플라스틱기판 또는 금속기판일 수 있다. 더 자세하게, 상기 지지기판(100)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 투명할 수 있다. 상기 지지기판(100)은 리지드하거나 플렉서블할 수 있다.
상기 이면전극층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 이면전극층(200)은 도전층이다. 상기 이면전극층(200)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴 등의 금속을 들 수 있다.
또한, 상기 이면전극층(200)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 상기 이면전극층(200) 상에 배치된다. 상기 광 흡수층(300)은 제 1 광 흡수층(310) 및 제 2 광 흡수층(320)을 포함한다.
상기 제 1 광 흡수층(310)은 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함한다. 더 자세하게, 상기 제 1 광 흡수층(320)은 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물로 구성될 수 있다.
더 자세하게, 상기 제 1 광 흡수층(310)은 구리-인듐-갈륨-셀레늄-설파이드계 화합물 또는 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계 화합물을 포함한다. 즉, 상기 제 1 광 흡수층(310)은 구리-인듐-갈륨-셀레늄-설파이드계 또는 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가진다.
예를 들어, 상기 제 1 광 흡수층(310)은 Cu(In1 - XGaX)Se2 또는 Cu(In1 -XGaX)(Se,S)2로 이루어질 수 있다. 여기서, X는 0 보다 크고 1 보다 작을 수 있다.
또한, 상기 1 광 흡수층(310)의 각각의 구성 성분의 조성은 위치에 따라서 달라질 수 있다. 즉, X는 상기 제 1 광 흡수층(310)의 위치에 따라서 달라질 수 있 다. 상기 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물의 상기 제 1 광 흡수층(310)의 위치에 따른 조성이 달라질 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물의 갈륨의 조성은 상기 제 1 광 흡수층(310)의 최하층으로부터 멀어질수록 더 커질 수 있다. 즉, 상기 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물의 갈륨의 조성은 상기 제 1 광 흡수층(310)의 높이가 높아짐에 따라서, 더 작아질 수 있다.
또한, 도 2에서는 갈륨의 조성이 높이에 따라서 선형적으로 감소되는 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되지 않는다. 즉, 갈륨의 조성은 다양한 형태로 감소될 수 있다.
상기 제 1 광 흡수층(310) 및 상기 제 2 광 흡수층(320) 사이의 계면에서의 X는 0이고, 상기 제 1 광 흡수층(310)의 최하층에서의 X는 약 0.05 내지 0.1 일 수 있다.
상기 제 2 광 흡수층(320)은 제 2 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함한다. 더 자세하게, 상기 제 2 광 흡수층(320)은 제 2 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물로 구성될 수 있다.
더 자세하게, 상기 제 2 광 흡수층(320)은 구리-인듐-셀레나이드계 화합물 또는 구리-인듐-셀레늄-설파이드계 화합물을 포함한다. 즉, 상기 제 2 광 흡수층(320)은 구리-인듐-셀레나이드계 결정 구조 또는 구리-인듐-셀레늄-설파이드계 결정 구조를 가진다. 예를 들어, 상기 제 2 광 흡수층(320)은 CuInSe2 또는 CuIn(Se,S)2로 이루어질 수 있다.
상기 제 2 광 흡수층(320)의 밴드갭 에너지(Eg)는 약 0.95 eV 내지 약 1.5eV 일 수 있다. 또한, 상기 제 2 광 흡수층(320)의 각각의 구성 성분의 조성은 위치에 따라서 일정할 수 있다. 이에 따라서, 상기 제 2 광 흡수층(320)의 밴드갭 에너지(Eg)는 위치에 따라서 일정할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제 1 광 흡수층(310)의 밴드갭 에너지(Eg+ΔEg)는 상기 제 1 광 흡수층(310)의 최하층으로부터 멀어질수록 더 작아질 수 있다. 즉, 상기 제 1 광 흡수층(310)의 높이가 높아짐에 따라서, 밴드갭 에너지(Eg+ΔEg)는 더 작아진다.
마찬가지로, 상기 제 1 광 흡수층(310)의 밴드갭 에너지(Eg+ΔEg)는 도 3과 같이 한정되지 않고, 다양한 방식으로 달라질 수 있다.
상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(400)은 황화 카드뮴(CdS)를 포함하며, 상기 버퍼층(400)의 에너지 밴드갭은 약 2.2eV 내지 2.4eV이다.
상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 배치된다. 상기 고저항 버퍼층(500)은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층(500)의 에너지 밴드갭은 약 3.1eV 내지 3.3eV이다.
상기 윈도우층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 배치된다. 상기 윈도우층(600)은 투명하며, 도전층이다. 상기 윈도우층(600)으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드(Al doped ZnO;AZO) 등을 들 수 있다.
실시예에 따른 태양전지는 상기 광 흡수층(300)의 밴드갭 에너지를 용이하게 조절할 수 있다. 특히, 실시예에 따른 태양전지는 상기 광 흡수층(300)의 위치에 따른 조성을 조절하여, 상기 광 흡수층(300)의 밴드갭 에너지를 위치에 따라서 조절할 수 있다.
특히, 실시예에 따른 태양전지는 상기 이면전극층(200)에 가까워짐에 따라서, 상기 광 흡수층(300)의 밴드갭 에너지를 점차적으로 증가시킬 수 있다.
이에 따라서, 상기 광 흡수층(300)에는 쿼시 일렉트릭 필드(quasi-electric field)가 형성되고, 상기 광 흡수층(300)에서의 전자 속도(electron velocity)가 향상되어 재결합을 방지할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지는 향상된 효율을 가진다.
도 4 내지 도 8은 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도들이다. 본 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에 앞서 설명한 태양전지에 대한 설명이 결합될 수 있다.
도 4를 참조하면, 소다 라임 유리 기판 등과 같은 지지기판(100) 상에 이면전극층(200)이 형성된다.
상기 이면전극층(200)은 몰리브덴 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정에 의해서 형성될 수 있다. 상기 이면전극층(200)은 두 개의 층들로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 이면전극층(200)은 다른 조건으로 몰리브덴이 적층되어 두 개의 층들로 형성될 수 있다.
상기 지지기판(100) 및 상기 이면전극층(200) 사이에는 확산 방지막 등의 추가적인 층들이 개재될 수 있다.
상기 이면전극층(200)은 몰리브덴이 약 500㎚ 내지 약 1000㎚의 두께로 증착되어 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 이면전극층(200) 상에 제 1 광 흡수층(310)이 형성된다. 상기 제 1 광 흡수층(310)은 챔버 내에 구리를 공급하기 위한 구리 소스, 인듐을 공급하기 위한 인듐 소스, 갈륨을 공급하기 위한 갈륨 소스 및 셀레늄을 공급하기 위한 셀레늄 소스에 의해서 형성될 수 있다. 또한 상기 제 1 광 흡수층(310)을 형성하기 위해서, 황을 공급하기 위한 황 소스가 추가적으로 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 광 흡수층(310)은 동시 증발법(co-evaporation)에 의해서 형성될 수 있다.
이때, 상기 구리 소스는 약 1300℃ 내지 약 1400℃로 가열되는 구리를 포함하는 구리 셀이다. 상기 인듐 소스는 약 1100℃ 내지 약 1200℃로 가열되는 인듐을 포함하는 인듐 셀이다. 상기 셀레늄 소스는 약 300℃ 내지 약 350℃로 가열되는 셀레늄을 포함하는 셀레늄 셀이다. 상기 갈륨 소스는 약 1000℃ 내지 약 1100℃의 온도로 가열되는 갈륨 셀이다.
상기 구리 셀, 상기 인듐 셀, 상기 셀레늄 셀 및 상기 갈륨 셀에 의해서, 상기 이면전극층(200) 상에 상기 제 1 광 흡수층(310)이 형성된다. 상기 제 1 광 흡수층(310)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계 화합물을 포함한다.
상기 제 1 광 흡수층(310)을 형성하는 과정에서, 상기 구리 셀, 상기 인듐 셀 및 상기 셀레늄 셀은 균일한 속도로 구리, 인듐 및 셀레늄을 증발시킨다. 하지만, 상기 갈륨 셀은 시간이 지남에 따라서, 갈륨의 증발 속도를 감소시킨다.
즉, 상기 갈륨 셀은 상기 제 1 광 흡수층(310)이 형성되기 시작할 때는 많은 양의 갈륨을 증발시키고, 상기 제 1 광 흡수층(310)이 완성되는 시점에서는 적은 양의 갈륨을 증발시킬 수 있다.
또한, 상기 인듐 셀은 시간이 지남에 따라서, 인듐의 증발속도를 증가시킬 수 있다. 즉, 인듐의 증발속도가 증가됨에 비례하여, 갈륨의 증발속도가 감소될 수 있다.
상기 갈륨 셀 및 상기 인듐 셀은 입구의 면적을 증가 또는 감소시켜서, 갈륨 및 인듐의 증발속도를 조절할 수 있다. 즉, 상기 갈륨 셀은 시간이 지남에 따라서, 갈륨이 방출되는 입구의 면적을 감소시켜서, 갈륨의 증발속도를 감소시킬 수 있다.
이에 따라서, 상기 제 1 광 흡수층(310)의 위치에 따른 조성이 변하게 된다. 더 자세하게, 상기 제 1 광 흡수층(310)의 구성 성분의 조성은 위치에 따라서 점차적으로 변하게 된다.
이에 따라서, 상기 제 1 광 흡수층(310)은 Cu(In1 - XGaX)Se2를 포함하는데, 여기서, X는 상기 제 1 광 흡수층(310)의 위치에 따라서 달라진다. 더 자세하게, X는 상기 제 1 광 흡수층(310)의 높이가 낮아짐에 따라서 증가된다.
예를 들어, 상기 제 1 광 흡수층(310) 및 상기 제 2 광 흡수층(320)의 계면에서는 X는 0일 수 있고, 상기 제 1 광 흡수층(310)의 최하층에서는 X는 약 0.05 내지 0.1 일 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 제 1 광 흡수층(310) 상에 제 2 광 흡수층(320)이 형성된다. 상기 제 2 광 흡수층(320)은 상기 구리 소스, 상기 인듐 소스 및 상기 셀레늄 소스에 의해서 형성될 수 있다. 또한 상기 제 2 광 흡수층(320)을 형성하기 위해서, 상기 황 소스가 추가적으로 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 제 2 광 흡수층(320)은 동시 증발법(co-evaporation)에 의해서 형성될 수 있다.
상기 제 2 광 흡수층(320)을 형성하는 과정에서, 상기 구리 셀, 상기 인듐 셀 및 상기 셀레늄 셀은 동일한 속도로 상기 구리, 상기 인듐 및 상기 셀레늄을 증발시키고, 상기 제 1 광 흡수층(310) 상에 구리-인듐-셀레나이드계 화합물을 증착시킨다.
이에 따라서, 상기 제 2 광 흡수층(320)은 위치에 따라서, 균일한 조성을 가진다. 또한, 상기 제 2 광 흡수층(320)은 구리-인듐-셀레나이드계 결정 구조를 가진다. 예를 들어, 상기 제 2 광 흡수층(320)은 CuInSe2을 포함한다.
상기 제 2 광 흡수층(320)은 스퍼터링 공정에 의해서도 형성될 수 있다. 이때, 상기 구리 소스는 구리 타겟이고, 상기 인듐 소스는 인듐 타겟이고, 상기 셀레늄 소스는 상기 셀레늄 셀 일 수 있다. 즉, 구리 및 인듐은 스퍼터링 공정에 의해서 증착되고, 셀레늄은 증발법에 의해서 증착되어, 상기 제 2 광 흡수층(320)이 형성될 수 있다.
마찬가지로, 상기 제 1 광 흡수층(310)도 스퍼터링 공정에 의해서 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 광 제 2 흡수층(320) 상에 황화 카드뮴이 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 버퍼층(400)이 형성된다. 상기 버퍼층(400)은 황화 카드뮴(CdS)를 포함하며, 상기 버퍼층(400)의 에너지 밴드갭은 약 2.2eV 내지 2.4eV이다. 상기 버퍼층(400)의 두께는 약 30㎚ 내지 100㎚이다.
이후, 상기 버퍼층(400) 상에 징크 옥사이드가 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 고저항 버퍼층(500)이 형성된다. 상기 고저항 버퍼층(500)은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층(500)의 에너지 밴드갭은 약 3.1eV 내지 3.3eV이다. 상기 고저항 버퍼층(500)의 두께는 약 20㎚ 내지 약 70㎚이다.
이후, 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드가 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되어 윈도우층(600)이 형성된다. 상기 윈도우층(600)은 약 200㎚ 내지 약 1000㎚의 두께로 증착되어 형성될 수 있다.
상기 제 1 광 흡수층(310)은 구성 성분의 조성이 위치에 따라서 다르도록 형성될 수 있고, 이에 따라서, 실시예에 따른 태양전지는 위치에 따라서 다른 밴드갭 에너지를 가지는 광 흡수층(300)을 포함한다.
특히, 실시예에 따른 태양전지는 상기 버퍼층(400)에 가까워질수록 높은 밴드갭 에너지를 가지는 광 흡수층(300)을 포함하고, 이에 따라서 향상된 성능을 가질 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이다. 도 9 는 광 흡수층의 구성 성분의 조성을 도시한 도면이다. 도 10은 광 흡수층의 에너지 밴드갭을 도시한 도면이다. 본 실시예에서는 앞서 설명한 실시예를 참조하고, 광 흡수층에 대해서 추가적으로 설명한다. 본 실시예의 설명에 변형되는 구성요소를 제외하고, 앞서 설명한 실시예들에 대한 설명이 결합될 수 있다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 광 흡수층(700)은 제 1 광 흡수층(710), 제 2 광 흡수층(720) 및 제 3 광 흡수층(730)을 포함한다.
상기 제 1 광 흡수층(710)은 이면전극층(200) 상에 배치된다. 제 1 광 흡수층(710)은 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함한다. 더 자세하게, 상기 제 1 광 흡수층(710)은 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물로 구성될 수 있다.
더 자세하게, 상기 제 1 광 흡수층(710)은 구리-인듐-갈륨-셀레늄-설파이드계(CIGSS계) 화합물을 포함한다. 즉, 상기 제 1 광 흡수층(710)은 구리-인듐-갈륨-셀레늄-설파이드계 결정 구조를 가진다.
예를 들어, 상기 제 1 광 흡수층(710)은 Cu(In1 - YGaY)(Se1 - XSX)2로 이루어질 수 있다. 여기서, Y는 0 보다 크고 1 보다 작을 수 있다.
또한, 상기 1 광 흡수층(710)의 각각의 구성 성분의 조성은 위치에 따라서 달라질 수 있다. 즉, X,Y는 상기 제 1 광 흡수층(710)의 위치에 따라서 달라질 수 있다. 상기 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물의 상기 제 1 광 흡수층(710)의 위치에 따른 조성이 달라질 수 있다.
여기서, X는 일정하고, Y가 상기 제 3 광 흡수층(730)의 위치에 따라서 달라질 수 있다. 즉, X는 상기 제 1 광 흡수층(710) 및 상기 제 2 광 흡수층(720)의 계 면에서의 수치로 일정하게 유지되고, Y는 상기 제 1 광 흡수층(710)의 높이가 증가함에 따라서 감소될 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물의 갈륨의 조성은 상기 제 1 광 흡수층(710)의 최하층으로부터 멀어질수록 더 작아질 수 있다. 즉, 상기 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물의 갈륨의 조성은 상기 제 1 광 흡수층(710)의 높이가 높아짐에 따라서, 더 작아질 수 있다.
상기 제 1 광 흡수층(710)에서 Y는 약 0.05 내지 약 0.1 일 수 있다. 상기 제 1 광 흡수층(710) 및 상기 제 2 광 흡수층(720)의 계면에서, Y는 0이다.
또한, 도 9에서는 갈륨의 조성이 높이에 따라서 선형적으로 감소되는 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되지 않는다. 즉, 갈륨의 조성은 다양한 형태로 감소될 수 있다.
도 10를 참조하면, 상기 제 1 광 흡수층(710)의 밴드갭 에너지(Eg+ΔEg1)는 상기 제 1 광 흡수층(710)의 최하층으로부터 멀어질수록 더 작아질 수 있다. 즉, 상기 제 1 광 흡수층(710)의 높이가 높아짐에 따라서, 밴드갭 에너지(Eg+ΔEg1)는 더 작아진다.
마찬가지로, 상기 제 1 광 흡수층(710)의 밴드갭 에너지(Eg+ΔEg1)는 도 9와 같이 한정되지 않고, 다양한 방식으로 달라질 수 있다.
상기 제 2 광 흡수층(720)은 상기 제 1 광 흡수층(710) 상에 배치된다. 상기 제 2 광 흡수층(720)은 제 2 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함한다. 더 자세하게, 상기 제 2 광 흡수층(720)은 제 2 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물로 구성될 수 있다.
더 자세하게, 상기 제 2 광 흡수층(720)은 구리-인듐-셀레늄-설파이드계 화합물을 포함한다. 즉, 상기 제 2 광 흡수층(720)은 구리-인듐-셀레늄-설파이드계 결정 구조를 가진다.
예를 들어, 상기 제 2 광 흡수층(720)은 CuIn(Se1 - XSX)2로 이루어질 수 있다. 여기서, X는 0 보다 크고 1 보다 작을 수 있다.
또한, 상기 2 광 흡수층(720)의 각각의 구성 성분의 조성은 위치에 따라서 달라질 수 있다. 즉, X는 상기 제 2 광 흡수층(720)의 위치에 따라서 달라질 수 있다. 상기 제 2 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물의 상기 제 2 광 흡수층(720)의 위치에 따른 조성이 달라질 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 제 2 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물의 황의 조성은 상기 제 1 광 흡수층(710)으로부터 멀어질수록 더 작아질 수 있다. 즉, 상기 제 2 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물의 황의 조성은 상기 제 2 광 흡수층(720)의 높이가 높아짐에 따라서, 더 작아질 수 있다.
또한, 도 9에서는 황의 조성이 높이에 따라서 선형적으로 감소되는 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되지 않는다. 즉, 황의 조성은 다양한 형태로 감소될 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 제 2 광 흡수층(720)의 밴드갭 에너지(Eg+ΔEg2)는 상기 제 1 광 흡수층(710)으로부터 멀어질수록 더 작아 수 있다. 즉, 상기 제 2 광 흡수층(720)의 높이가 높아짐에 따라서, 밴드갭 에너지(Eg+ΔEg2)는 더 작아진다.
마찬가지로, 상기 제 2 광 흡수층(720)의 밴드갭 에너지(Eg+ΔEg2)는 도 9와 같이 한정되지 않고, 다양한 방식으로 달라질 수 있다.
상기 제 1 광 흡수층(710) 및 상기 제 2 광 흡수층(720) 사이의 계면에서, Y는 0이다.
또한, 상기 제 1 광 흡수층(710) 및 상기 제 2 광 흡수층(720) 사이의 계면에서, X는 약 0.33 내지 0.6 일 수 있다.
상기 제 3 광 흡수층(730)은 상기 제 3 광 흡수층(730) 상에 배치된다. 상기 제 3 광 흡수층(730)은 제 3 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함한다. 더 자세하게, 상기 제 3 광 흡수층(730)은 제 3 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물로 구성될 수 있다.
더 자세하게, 상기 제 3 광 흡수층(730)은 구리-인듐-셀레나이드계 화합물을 포함한다. 즉, 상기 제 3 광 흡수층(730)은 구리-인듐-셀레나이드계 결정 구조를 가진다. 예를 들어, 상기 제 3 광 흡수층(730)은 CuInSe2로 이루어질 수 있다.
상기 제 3 광 흡수층(730)의 밴드갭 에너지(Eg)는 약 0.95 eV 내지 1.15 eV일 수 있다. 또한, 상기 제 3 광 흡수층(730)의 각각의 구성 성분의 조성은 위치에 따라서 일정할 수 있다. 이에 따라서, 상기 제 3 광 흡수층(730)의 밴드갭 에너지(Eg)는 위치에 따라서 일정할 수 있다.
본 실시예에 따른 태양전지는 3층 구조의 광 흡수층(700)을 포함한다. 따라서, 본 실시예에 따른 태양전지는 광 흡수층(700)의 구성 성분의 조성을 미세하게 조절할 수 있고, 이에 따라서, 광 흡수층(700)의 밴드갭 에너지를 미세하게 조절할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지는 향상된 효율을 가진다.
도 11 내지 도 14는 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도들이다. 본 실시예에서는 앞서 설명한 실시예들을 참고하고, 광 흡수층을 형성하는 과정에 대하여 추가로 설명한다. 본 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에 대한 설명에 앞서 설명한 실시예들이 결합될 수 있다.
도 11을 참조하면, 지지기판(100) 상에 이면전극층(200)이 형성되고, 상기 이면전극층(200) 상에 제 1 광 흡수층(710)이 형성된다.
상기 제 1 광 흡수층(710)은 챔버에 구리를 공급하기 위한 구리 소스, 인듐을 공급하기 위한 인듐 소스, 셀레늄을 공급하기 위한 셀레늄 소스, 갈륨을 공급하기 위한 갈륨 소스, 황을 공급하기 위한 황 소스에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 광 흡수층(710)은 동시 증발법(co-evaporation)에 의해서 형성될 수 있다.
이때, 상기 구리 소스는 약 1300℃ 내지 약 1400℃로 가열되는 구리를 포함하는 구리 셀이다. 상기 인듐 소스는 약 1100℃ 내지 약 1200℃로 가열되는 인듐을 포함하는 인듐 셀이다. 상기 셀레늄 소스는 약 300℃ 내지 약 350℃로 가열되는 셀레늄을 포함하는 셀레늄 셀이다. 상기 갈륨 소스는 약 1000℃ 내지 약 1100℃의 온도로 가열되는 갈륨 셀이다. 상기 황 소스는 약 300℃ 내지 약 350℃의 온도로 가열되는 황 셀이다.
상기 구리 셀, 상기 인듐 셀, 상기 셀레늄 셀, 상기 황 셀 및 상기 갈륨 셀에 의해서, 상기 이면전극층(200) 상에 상기 제 1 광 흡수층(710)이 형성된다. 상 기 제 1 광 흡수층(710)은 구리-인듐-갈륨-셀레늄-설파이드계(CIGSS계) 화합물을 포함한다.
상기 제 1 광 흡수층(710)을 형성하는 과정에서, 상기 구리 셀, 상기 인듐 셀, 상기 셀레늄 셀 및 상기 황 셀은 균일한 속도로 구리, 인듐, 셀레늄 및 황을 증발시킨다. 하지만, 상기 갈륨 셀은 시간이 지남에 따라서, 갈륨의 증발 속도를 감소시킨다.
즉, 상기 갈륨 셀은 상기 제 1 광 흡수층(710)이 형성되기 시작할 때는 많은 양의 갈륨을 증발시키고, 상기 제 1 광 흡수층(710)이 완성되는 시점에서는 적은 양의 갈륨을 증발시킬 수 있다.
또한, 상기 인듐 셀은 시간이 지남에 따라서, 인듐의 증발속도를 증가시킬 수 있다. 즉, 인듐의 증발속도가 증가됨에 비례하여, 갈륨의 증발속도가 감소될 수 있다.
상기 갈륨 셀 및 상기 인듐 셀은 입구의 면적을 증가 또는 감소시켜서, 갈륨 및 인듐의 증발속도를 조절할 수 있다. 즉, 상기 갈륨 셀은 시간이 지남에 따라서, 갈륨이 방출되는 입구의 면적을 감소시켜서, 갈륨의 증발속도를 감소시킬 수 있다.
이에 따라서, 상기 제 1 광 흡수층(710)의 위치에 따른 조성이 변하게 된다. 더 자세하게, 상기 제 1 광 흡수층(710)의 구성 성분의 조성은 위치에 따라서 점차적으로 변하게 된다.
이에 따라서, 상기 제 1 광 흡수층(710)은 Cu(In1 - YGaY)(Se1 - XSX)2를 포함하는데, 여기서, Y는 상기 제 1 광 흡수층(710)의 위치에 따라서 달라진다. 더 자세하 게, Y는 상기 제 1 광 흡수층(710)의 높이가 높아짐에 따라서 감소된다.
예를 들어, 상기 제 1 광 흡수층(710) 및 상기 제 2 광 흡수층(720)의 계면에서는 Y는 0일 수 있고, 상기 제 1 광 흡수층(710)의 최하층에서는 Y는 약 0.05 내지 0.1 일 수 있다.
상기 제 1 광 흡수층(710)은 스퍼터링 공정에 의해서도 형성될 수 있다. 이때, 상기 구리 소스는 구리 타겟이고, 상기 인듐 소스는 인듐 타겟이고, 상기 갈륨 소스는 갈륨 타겟이고, 상기 셀레늄 소스는 상기 셀레늄 셀이고, 상기 황 소스는 상기 황 셀일 수 있다. 즉, 구리, 갈륨 및 인듐은 스퍼터링 공정에 의해서 증착되고, 셀레늄 및 황은 증발법에 의해서 증착되어, 상기 제 1 광 흡수층(710)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 구리 소스, 상기 인듐 소스 및 상기 갈륨 소스로, 구리-인듐-갈륨계 화합물을 포함하는 스퍼터링 타겟이 사용될 수 있다.
도 12를 참조하면, 상기 제 1 광 흡수층(710) 상에 제 2 광 흡수층(720)이 형성된다.
상기 제 2 광 흡수층(720)은 상기 구리 소스, 상기 인듐 소스, 상기 셀레늄 소스 및 상기 황 소스를 사용하여 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제 2 광 흡수층(720)은 동시 증발법에 의해서 형성될 수 있다.
상기 구리 셀, 상기 인듐 셀, 상기 셀레늄 셀 및 상기 황 셀에 의해서, 상기 제 1 광 흡수층(710) 상에 상기 제 2 광 흡수층(720)이 형성된다. 상기 제 2 광 흡수층(720)은 구리-인듐-셀레늄-설파이드계(CISS계) 화합물을 포함한다.
상기 제 2 광 흡수층(720)을 형성하는 과정에서, 상기 구리 셀, 상기 인듐 셀 및 상기 셀레늄 셀은 균일한 속도로 구리, 인듐 및 셀레늄을 증발시킨다. 하지만, 상기 황 셀은 시간이 지남에 따라서, 황의 증발 속도를 감소시킨다.
즉, 상기 황 셀은 상기 제 2 광 흡수층(720)이 형성되기 시작할 때는 많은 양의 황을 증발시키고, 상기 제 2 광 흡수층(720)이 완성되는 시점에서는 적은 양의 황을 증발시킬 수 있다.
또한, 상기 셀레늄 셀은 시간이 지남에 따라서, 셀레늄의 증발속도를 증가시킬 수 있다. 즉, 셀레늄의 증발속도가 증가됨에 비례하여, 황의 증발속도가 감소될 수 있다.
상기 셀레늄 셀 및 상기 황 셀은 입구의 면적을 증가 또는 감소시켜서, 셀레늄 및 황의 증발속도를 조절할 수 있다. 즉, 상기 황 셀은 시간이 지남에 따라서, 갈륨이 방출되는 입구의 면적을 감소시켜서, 황의 증발속도를 감소시킬 수 있다.
이에 따라서, 상기 제 2 광 흡수층(720)의 위치에 따른 조성이 변하게 된다. 더 자세하게, 상기 제 2 광 흡수층(720)의 구성 성분의 조성은 위치에 따라서 점차적으로 변하게 된다.
이에 따라서, 상기 제 2 광 흡수층(720)은 CuIn(Se1 - XSX)2를 포함하는데, 여기서, X는 상기 제 2 광 흡수층(720)의 위치에 따라서 달라진다. 더 자세하게, X는 상기 제 2 광 흡수층(720)의 높이가 높아짐에 따라서 감소된다.
예를 들어, 상기 제 1 광 흡수층(710) 및 상기 제 2 광 흡수층(720)의 계면에서는 X는 약 0.33 내지 약 0.6 일 수 있고, 상기 제 2 광 흡수층(720)의 최상층 에서는 X는 0이다.
도 13을 참조하면, 상기 제 2 광 흡수층(720) 상에 제 3 광 흡수층(730)이 형성된다.
상기 제 3 광 흡수층(730)은 상기 구리 소스, 상기 인듐 소스 및 상기 셀레늄 소스를 사용하여 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제 3 광 흡수층(730)은 동시 증발법에 의해서 형성될 수 있다.
상기 제 3 광 흡수층(730)을 형성하는 과정에서, 상기 구리 셀, 상기 인듐 셀 및 상기 셀레늄 셀은 동일한 속도로 상기 구리, 상기 인듐 및 상기 셀레늄을 증발시키고, 상기 제 2 광 흡수층(720) 상에 구리-인듐-셀레나이드계 화합물을 증착시킨다.
이에 따라서, 상기 제 3 광 흡수층(730)은 위치에 따라서, 균일한 조성을 가진다. 또한, 상기 제 3 광 흡수층(730)은 구리-인듐-셀레나이드계 결정 구조를 가진다. 예를 들어, 상기 제 3 광 흡수층(730)은 CuInSe2을 포함한다.
도 14를 참조하면, 상기 제 3 광 흡수층(730) 상에 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500) 및 윈도우층(600)이 차례로 형성된다.
본 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 3층 구조의 광 흡수층(700)을 제공할 수 있다. 이에 따라서, 본 실시예에 따른 태양전지는 광 흡수층(700)의 구성 성분의 조성을 미세하게 조절할 수 있고, 이에 따라서, 광 흡수층(700)의 밴드갭 에너지를 미세하게 조절할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 향상된 효율을 가지는 태양전지를 제공한다.
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 1은 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 2는 제 1 광 흡수층 및 제 2 광 흡수층에서의 황 또는 갈륨의 조성을 도시한 도면이다.
도 3은 제 1 광 흡수층 및 제 2 광 흡수층의 에너지 밴드갭을 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 8은 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 9는 광 흡수층의 구성 성분의 조성을 도시한 도면이다.
도 10은 광 흡수층의 에너지 밴드갭을 도시한 도면이다.
도 11 내지 도 14는 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
Claims (14)
- 기판;상기 기판 상에 배치되는 전극층;상기 전극층 상에 배치되며, 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함하는 제 1 광 흡수층;상기 제 1 광 흡수층 상에 배치되며, 제 2 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함하는 제 2 광 흡수층; 및상기 제 2 광 흡수층 상에 배치되는 윈도우층을 포함하는 태양전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계 화합물이고,상기 제 2 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물은 구리-인듐-셀레나이드계 화합물인 태양전지.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물의 갈륨의 조성은 상기 제 2 광 흡수층에 가까워짐에 따라서 낮아지는 태양전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 광 흡수층 및 상기 윈도우층 사이에 개재되는 버퍼층을 포함하는 태양전지.
- 기판;상기 기판 상에 배치되는 전극층;상기 전극층 상에 배치되며, 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함하는 제 1 광 흡수층;상기 제 1 광 흡수층 상에 배치되며, 제 2 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함하는 제 2 광 흡수층;상기 제 2 광 흡수층 상에 배치되며, 제 3 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함하는 제 3 광 흡수층; 및상기 제 3 광 흡수층 상에 배치되는 윈도우층을 포함하는 태양전지.
- 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물은 구리-인듐-갈륨-셀레늄-설파이드계 화합물이고,상기 제 2 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물은 구리-인듐-셀레늄-설파이드계 화합물이고,상기 제 3 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물은 구리-인듐-셀레나이드계 화합물인 태양전지.
- 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물은 상기 제 1 광 흡수층의 위치에 따라서 다른 조성을 가지고,상기 제 2 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물은 상기 제 2 광 흡수층의 위치에 따라서 다른 조성을 가지는 태양전지.
- 기판 상에 전극층을 형성하는 단계;상기 전극층 상에 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함하는 제 1 광 흡수층을 형성하는 단계;상기 제 1 광 흡수층 상에 제 2 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함하는 제 2 광 흡수층을 형성하는 단계; 및상기 제 2 광 흡수층 상에 윈도우층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 광 흡수층을 형성하는 단계에서,상기 기판이 배치되는 챔버에 구리를 공급하는 구리 소스, 인듐을 공급하는 인듐 소스, 셀레늄을 공급하는 셀레늄 소스 및 황을 공급하는 황 소스가 사용되고,상기 제 2 광 흡수층을 형성하는 단계에서,상기 구리 소스, 상기 인듐 소스 및 상기 셀레늄 소스가 사용되는 태양전지의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 광 흡수층을 형성하는 단계에서, 상기 챔버에 황이 공급되는 속도가 시간이 지남에 따라서 감소하는 태양전지의 제조방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 광 흡수층을 형성하는 단계에서,상기 기판이 배치되는 챔버에 구리를 공급하는 구리 소스, 인듐을 공급하는 인듐 소스, 갈륨을 공급하는 갈륨 소스 및 셀레늄을 공급하는 셀레늄 소스가 사용되고,상기 제 2 광 흡수층을 형성하는 단계에서,상기 구리 소스, 상기 인듐 소스 및 상기 셀레늄 소스가 사용되는 태양전지의 제조방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 광 흡수층 상에 제 3 제 1 Ⅰ족-Ⅲ족-Ⅵ족계 화합물을 포함하는 제 3 광 흡수층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 광 흡수층을 형성하는 단계에서,상기 기판이 배치되는 챔버에 구리를 공급하는 구리 소스, 인듐을 공급하는 인듐 소스, 갈륨을 공급하는 갈륨 소스, 셀레늄을 공급하는 셀레늄 소스 및 황을 공급하는 황 소스가 사용되고,상기 제 2 광 흡수층을 형성하는 단계에서,상기 구리 소스, 상기 인듐 소스, 상기 셀레늄 소스 및 상기 황 소스가 사용되고,상기 제 3 광 흡수층을 형성하는 단계에서,상기 구리 소스, 상기 인듐 소스 및 상기 셀레늄 소스가 사용되는 태양전지의 제조방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 광 흡수층을 형성하는 단계에서, 상기 챔버에 갈륨이 공급되는 속도가 시간이 지남에 따라서 감소하고,상기 제 2 광 흡수층을 형성하는 단계에서, 상기 챔버에 황이 공급되는 속도가 시간이 지남에 따라서 감소하는 태양전지의 제조방법.
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| KR101274290B1 (ko) * | 2011-05-03 | 2013-06-13 | 영남대학교 산학협력단 | 샘플홀더, 상기 샘플홀더를 이용한 ｈｔ―ｘｒｄ 시스템 및 상기 ｈｔ―ｘｒｄ 시스템을 이용한 ｃｉｇｓｓ 전구체의 셀렌화 및 설퍼화 반응의 실시간 ｈｔ―ｘｒｄ 측정방법 |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050271827A1 (en) | 2004-06-07 | 2005-12-08 | Malle Krunks | Solar cell based on CulnS2 absorber layer prepared by chemical spray pyrolysis |
| KR20080005779A (ko) * | 2006-07-10 | 2008-01-15 | 삼성전기주식회사 | 광전 변환 소자 및 이의 제조 방법 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050271827A1 (en) | 2004-06-07 | 2005-12-08 | Malle Krunks | Solar cell based on CulnS2 absorber layer prepared by chemical spray pyrolysis |
| KR20080033157A (ko) * | 2005-05-27 | 2008-04-16 | 쇼와쉘세키유가부시키가이샤 | Ｃｉｓ계 박막 태양 전지의 고저항 버퍼층/창층(투명도전막) 연속 제막방법 및 이러한 연속 제막방법을실시하기 위한 연속 제막 장치 |
| KR20080005779A (ko) * | 2006-07-10 | 2008-01-15 | 삼성전기주식회사 | 광전 변환 소자 및 이의 제조 방법 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101306475B1 (ko) * | 2011-11-28 | 2013-09-09 | 엘지이노텍 주식회사 | 태양전지 및 이의 제조방법 |
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