KR101251795B1 - Solar cell and method of fabricating the same - Google Patents

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Abstract

태양전지 및 이의 제조방법이 개시된다. 태양전지는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 복수개의 돌기들; 상기 기판 및 상기 돌기들을 덮는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층을 포함한다.A solar cell and a method of manufacturing the same are disclosed. The solar cell is a substrate; A plurality of protrusions disposed on the substrate; A back electrode layer covering the substrate and the protrusions; A light absorbing layer disposed on the back electrode layer; And a front electrode layer disposed on the 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 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.An embodiment relates to a solar cell and a manufacturing method thereof.

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

특히, 유리기판, 금속 이면 전극층, p형 CIGS계 광 흡수층, 고 저항 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.

실시예는 용이하게 제조될 수 있고, 향상된 광-전 변환 효율을 가지는 태양전지를 제공하고자 한다.Embodiments can be easily manufactured, and to provide a solar cell having an improved photoelectric conversion efficiency.

일 실시예에 따른 태양전지는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 복수개의 돌기들; 상기 기판 및 상기 돌기들을 덮는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층을 포함한다.Solar cell according to one embodiment includes a substrate; A plurality of protrusions disposed on the substrate; A back electrode layer covering the substrate and the protrusions; A light absorbing layer disposed on the back electrode layer; And a front electrode layer disposed on the light absorbing layer.

일 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은 기판 상에 Ⅰ족 원소 나노입자를 포함하는 복합체를 형성하는 단계; 상기 기판 및 상기 복합체 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 상기 후면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 복합체를 열처리하여 상기 Ⅰ족 원소 나노입자를 상기 광 흡수층 및 상기 기판으로 도핑하는 단계; 및 상기 광 흡수층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함한다.According to one or more exemplary embodiments, a method of manufacturing a solar cell includes forming a composite including group I elemental nanoparticles on a substrate; Forming a back electrode layer on the substrate and the composite; Forming a light absorbing layer on the back electrode layer; Heat treating the composite to dope the group I elemental nanoparticles into the light absorbing layer and the substrate; And forming a front electrode layer on the light absorbing layer.

실시예에 따른 태양전지는 복수개의 돌기들을 포함하며, 상기 돌기들에 의해 태양광은 전면전극층 및 광 흡수층에 효과적으로 입사될 수 있다.The solar cell according to the embodiment includes a plurality of protrusions, by which the sunlight can be effectively incident on the front electrode layer and the light absorbing layer.

또한, 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법에 있어서, 상기 복수개의 돌기들은 Ⅰ족 원소 나노입자를 포함하는 복합체를 열처리하는 과정에서 형성된다. 상기 열처리에 의하여 상기 Ⅰ족 원소 나노입자는 제거됨과 동시에 태양전지의 광 흡수층 및 기판 상으로 도핑될 수 있으며, 상기 Ⅰ족 원소 나노입자의 크기는 나노 사이즈이기 때문에 저온에서도 쉽게 도핑할 수 있다. In addition, in the method of manufacturing a solar cell according to the embodiment, the plurality of protrusions are formed during the heat treatment of the composite including the group I elemental nanoparticles. The group I elemental nanoparticles are removed by the heat treatment and can be doped onto the light absorbing layer and the substrate of the solar cell. The size of the group I elemental nanoparticles can be easily doped even at low temperature because they are nano-sized.

또한, 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법에 있어서, 상기 Ⅰ족 원소 나노입자의 농도를 조절하는 간단한 방법에 의하여, 상기 광흡수층 및 상기 기판의 도핑 정도를 쉽게 조절할 수 있다. 이에 따라서, 상기 광 흡수층 및 상기 기판에 포함되는 Ⅰ족 원소의 양은 효율적으로 조절될 수 있고, 실시예에 따른 태양전지가 최대의 광-전 변환 효율을 가지도록, 광 흡수층의 Ⅰ족 원소의 양이 최적화될 수 있다.In addition, in the solar cell manufacturing method according to the embodiment, the doping degree of the light absorption layer and the substrate can be easily adjusted by a simple method of adjusting the concentration of the group I elemental nanoparticles. Accordingly, the amount of group I elements included in the light absorbing layer and the substrate can be efficiently controlled, and the amount of group I elements of the light absorbing layer so that the solar cell according to the embodiment has the maximum photoelectric conversion efficiency. This can be optimized.

도 1 내지 도 3은 실시예에 따른 태양전지를 도시한 단면도들이다.
도 4 내지 도 5는 실시예에 따른 태양전지의 일부를 도시한 사시도이다.
도 6 은 돌기로부터 멀어짐에 따라 변화하는 나트륨 함량을 도시한 도면이다.
도 7은 실시예에 따른 태양전지를 도시한 단면도이다.
도 8 내지 도 13은 실시예에 따른 태양전지를 제조하기 위한 공정을 도시한 단면도들이다.
도 14 는 실시예에 따른 Ⅰ족 원소 나노입자를 포함하는 복합체를 제조하기 위한 공정을 도시한 단면도들이다.1 to 3 are cross-sectional views illustrating a solar cell according to an embodiment.
4 to 5 are perspective views showing a part of the solar cell according to the embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing sodium content that changes as it moves away from the protrusion.
7 is a cross-sectional view showing a solar cell according to an embodiment.
8 to 13 are cross-sectional views illustrating a process for manufacturing a solar cell according to an embodiment.
14 is cross-sectional views illustrating a process for preparing a composite including a group I elemental nanoparticle according to an embodiment.

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, in the case where each substrate, layer, film or electrode is described as being formed "on" or "under" of each substrate, layer, film, , "On" and "under" all include being formed "directly" or "indirectly" through "another element". 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 3은 실시예에 따른 태양전지의 일 단면을 도시한 단면도이다. 도 4 내지 도 5는 실시예에 따른 태양전지의 일부를 도시한 사시도이다.1 to 3 are cross-sectional views showing one cross section of the solar cell according to the embodiment. 4 to 5 are perspective views showing a part of the solar cell according to the embodiment.

도 1 내지 도 3을 참조하면 실시예에 따른 태양전지는 기판(100); 상기 기판 상에 배치되는 복수개의 돌기들(200); 상기 기판 및 상기 돌기들을 덮는 후면전극층(300); 상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층(400); 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층(500)을 포함한다. 1 to 3, a solar cell according to an embodiment includes a substrate 100; A plurality of protrusions 200 disposed on the substrate; A back electrode layer 300 covering the substrate and the protrusions; A light absorbing layer 400 disposed on the back electrode layer; And a front electrode layer 500 disposed on the light absorbing layer.

상기 기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 복수개의 돌기들(200), 상기 후면전극층(300), 상기 광 흡수층(400) 및 상기 전면전극층(500)을 지지한다. The substrate 100 has a plate shape and supports the plurality of protrusions 200, the back electrode layer 300, the light absorbing layer 400, and the front electrode layer 500.

상기 기판(100)은 절연체일 수 있다. 상기 기판(100)은 유리기판, 플라스틱기판 또는 금속기판일 수 있다. 더 자세하게, 상기 기판(100)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있다. 상기 기판(100)은 투명할 수 있다. 상기 기판(100)은 리지드하거나 플렉서블할 수 있다.The substrate 100 may be an insulator. The substrate 100 may be a glass substrate, a plastic substrate, or a metal substrate. In more detail, the substrate 100 may be a soda lime glass substrate. The substrate 100 may be transparent. The substrate 100 may be rigid or flexible.

상기 기판(100)은 나트륨을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(100)은 상기 돌기들(200)로부터 멀어질수록 나트륨 함량이 감소하는 것을 포함할 수 있으며, 이와 관련하여서는 하기에서 광 흡수층(400)과 함께 기술한다.The substrate 100 may include sodium. For example, the substrate 100 may include a decrease in sodium content as the substrate 100 moves away from the protrusions 200. In this regard, the substrate 100 will be described together with the light absorbing layer 400.

상기 돌기들(200)은 상기 기판(100) 상에 배치된다. 상기 돌기들(200)은 상기 기판(100)의 상면에 직접 배치될 수 있다. 상기 돌기들(200)은 투명 또는 불투명할 수 있다. 상기 돌기들(200)은 실리콘 옥사이드를 포함할 수 있다.The protrusions 200 are disposed on the substrate 100. The protrusions 200 may be directly disposed on the upper surface of the substrate 100. The protrusions 200 may be transparent or opaque. The protrusions 200 may include silicon oxide.

상기 돌기들(200) 각각의 직경은 약 1 nm 내지 약 100 nm 일 수 있으며, 예를 들어 상기 돌기들 각각의 직경은 약 1 nm 내지 약 15 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The diameter of each of the protrusions 200 may be about 1 nm to about 100 nm, for example, the diameter of each of the protrusions may be about 1 nm to about 15 nm, but is not limited thereto.

상기 돌기들(200)은 Ⅰ족 원소 나노입자를 포함하는 복합체를 열처리하는 공정에 의하여 제조될 수 있으며, 공정 조건에 따라 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 돌기들(200)은 구형, 반구형 등의 곡면을 가지는 형태(도 1 참조), 빈 공간을 포함하는 입자 형태(도 2 내지 도 3 참조), 또는 다면체 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The protrusions 200 may be manufactured by a process of heat-treating a composite including group I elemental nanoparticles, and may have various shapes according to process conditions. For example, the protrusions 200 may have a shape having a curved surface such as a spherical shape, a hemispherical shape (see FIG. 1), a particle shape including an empty space (see FIGS. 2 to 3), or a polyhedron shape. It is not limited to this.

상기 후면전극층(300)은 상기 기판(100) 상 및 상기 돌기들(200) 상에 배치된다. 상기 후면전극층(300)은 상기 돌기들(200)을 둘러싼다. 더 자세하게, 상기 후면전극층(300)은 상기 돌기들(200)의 표면에서 상기 기판(100)이 접합된 부분을 제외한 나머지 부분에 직접 배치된다. 또한, 상기 후면전극층(300)은 상기 돌기들(200)을 덮는다.The back electrode layer 300 is disposed on the substrate 100 and the protrusions 200. The back electrode layer 300 surrounds the protrusions 200. In more detail, the back electrode layer 300 is disposed directly on the remaining portions of the surface of the protrusions 200 except for the portion where the substrate 100 is bonded. In addition, the back electrode layer 300 covers the protrusions 200.

상기 후면전극층(300)은 도전층이다. 상기 후면전극층(300)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴(Mo) 등의 금속을 들 수 있다. 상기 후면전극층(300)의 두께는 약 300 ㎚ 내지 약 700 ㎚ 일 수 있다. 또한, 상기 후면전극층(200)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.The back electrode layer 300 is a conductive layer. Examples of the material used as the back electrode layer 300 may include a metal such as molybdenum (Mo). The back electrode layer 300 may have a thickness of about 300 nm to about 700 nm. In addition, the back electrode layer 200 may include two or more layers. In this case, each of the layers may be formed of the same metal, or may be formed of different metals.

상기 광 흡수층(400)은 상기 후면전극층(300) 상에 배치된다. 상기 광 흡수층(400)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족계 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(400)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계) 결정 구조, 구리-인듐-셀레나이드계 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다. 상기 광 흡수층(400)의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1eV 내지 1.8eV일 수 있다.The light absorbing layer 400 is disposed on the back electrode layer 300. The light absorbing layer 400 includes a group I-III-VI compound. For example, the light absorbing layer 400 may be formed of a copper-indium-gallium-selenide-based (Cu (In, Ga) Se 2; CIGS-based) crystal structure, a copper-indium-selenide-based, or a copper-gallium-selenide-based It may have a crystal structure. The energy band gap of the light absorbing layer 400 may be about 1 eV to 1.8 eV.

상기 광 흡수층(400)은 나트륨을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광 흡수층은 상기 돌기들로부터 멀어질수록 나트륨 함량이 감소하는 것을 포함한다.The light absorbing layer 400 may include sodium. For example, the light absorbing layer includes a decrease in sodium content as it moves away from the protrusions.

도 6은 실시예에 따른 태양전지의 광 흡수층(400)의 나트륨 함량 분포를 관찰한 그래프이다. 도 6에서와 같이, 상기 광 흡수층(400)의 나트륨 함량은 상기 돌기를 중심으로, 상기 돌기로부터 방사형으로 거리가 증가할수록 나트륨의 함량은 감소하게 된다. 도 6에서 점선으로 표시된 동심원은 각각 동일한 나트륨 농도를 가지는 영역을 나타내며 도 6에 기재된 숫자 10, 5, 1 은 각 영역에 있어서 나트륨 농도의 상대적인 양을 의미한다.6 is a graph illustrating the sodium content distribution of the light absorbing layer 400 of the solar cell according to the embodiment. As shown in FIG. 6, the sodium content of the light absorbing layer 400 is centered on the protrusion, and as the distance increases radially from the protrusion, the sodium content decreases. The concentric circles indicated by dotted lines in FIG. 6 each indicate regions having the same sodium concentration, and the numbers 10, 5, and 1 described in FIG. 6 indicate relative amounts of sodium concentration in each region.

도 1 내지 도 3에는 개시하지 않았으나, 실시예에 따른 태양전지는 도 7에서와 같이 버퍼층(600), 고저항 버퍼층(700)을 추가로 포함할 수 있다.Although not disclosed in FIGS. 1 to 3, the solar cell according to the embodiment may further include a buffer layer 600 and a high resistance buffer layer 700 as shown in FIG. 7.

상기 버퍼층(600)은 상기 광 흡수층(400) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(600)은 상기 광 흡수층(400)에 직접 접촉한다. 상기 버퍼층(600)은 황화 카드뮴을 포함한다. 상기 버퍼층(600)의 에너지 밴드갭은 약 1.9eV 내지 약 2.3eV일 수 있다.The buffer layer 600 is disposed on the light absorbing layer 400. The buffer layer 600 is in direct contact with the light absorbing layer 400. The buffer layer 600 includes cadmium sulfide. The energy bandgap of the buffer layer 600 may be about 1.9 eV to about 2.3 eV.

상기 고저항 버퍼층(700)은 상기 버퍼층(600) 상에 배치된다. 상기 고저항 버퍼층(700)은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층(700)의 에너지 밴드갭은 약 3.1eV 내지 3.3eV일 수 있다.The high resistance buffer layer 700 is disposed on the buffer layer 600. The high resistance buffer layer 700 includes zinc oxide (i-ZnO) that is not doped with impurities. An energy band gap of the high resistance buffer layer 700 may be about 3.1 eV to 3.3 eV.

상기 전면전극층(500)은 상기 광 흡수층(400) 상에 배치된다. 더 자세하게, 상기 전면전극층(500)은 상기 고저항 버퍼층(700) 상에 배치된다. 상기 전면전극층(500)은 도전층이다.The front electrode layer 500 is disposed on the light absorbing layer 400. In more detail, the front electrode layer 500 is disposed on the high resistance buffer layer 700. The front electrode layer 500 is a conductive layer.

상기 전면전극층(500)은 상기 고저항 버퍼층(700) 상에 배치된다. 상기 전면전극층(500)은 투명하다. 상기 전면전극층(500)을 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드(Al doped ZnO;AZO), 인듐 징크 옥사이드(indium zinc oxide;IZO) 또는 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide;ITO) 등을 들 수 있다. 또한, 상기 전면전극층(500)의 두께는 약 0.5㎛ 내지 약 1㎛일 수 있다.The front electrode layer 500 is disposed on the high resistance buffer layer 700. The front electrode layer 500 is transparent. Examples of the material using the front electrode layer 500 include Al doped ZnO (AZO), indium zinc oxide (IZO), or indium tin oxide (ITO). Can be. In addition, the front electrode layer 500 may have a thickness of about 0.5 μm to about 1 μm.

상기 전면전극층(500)은 상기 광 흡수층(400)과 pn 접합을 형성할 수 있다. 즉, 상기 광 흡수층(400)은 p형 반도체 화합물층이고, 상기 전면전극층(500)은 n형 윈도우층일 수 있다.The front electrode layer 500 may form a pn junction with the light absorbing layer 400. That is, the light absorbing layer 400 may be a p-type semiconductor compound layer, and the front electrode layer 500 may be an n-type window layer.

도 8 내지 도 13은 실시예에 따른 태양전지를 제조하기 위한 공정을 도시한 도면들이다. 본 제조방법에서는 앞서 설명한 태양전지를 참고하여 설명한다. 본 제조방법에 대한 설명에, 앞선 태양전지에 관한 설명은 본질적으로 결합될 수 있다. .8 to 13 are views illustrating a process for manufacturing a solar cell according to the embodiment. This manufacturing method will be described with reference to the above-described solar cell. In the description of this manufacturing method, the description of the prior solar cell can be essentially combined. .

도 8을 참조하면, 기판(100) 상에 Ⅰ족 원소 나노입자(210)를 포함하는 복합체(250)를 형성한다. 상기 복합체는 상기 Ⅰ족 원소 나노입자(210) 상에 코팅층(240)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 Ⅰ족 원소 나노입자(210)와 상기 코팅층(240)은 코어-쉘 구조일 수 있다.Referring to FIG. 8, the composite 250 including the group I elemental nanoparticles 210 is formed on the substrate 100. The composite may include a coating layer 240 on the group I elemental nanoparticles 210, but is not limited thereto. For example, the group I elemental nanoparticles 210 and the coating layer 240 may have a core-shell structure.

도 9를 참조하면, 상기 기판(100) 및 상기 복합체(250)의 표면에 스퍼터링 공정에 의해서 몰리브덴 등과 같은 금속이 증착되고, 후면전극층(300)이 형성된다. 상기 후면전극층(300)은 공정 조건이 서로 다른 두 번의 공정들에 의해서 형성될 수 있다.Referring to FIG. 9, a metal such as molybdenum is deposited on the surfaces of the substrate 100 and the composite 250 by a sputtering process, and a back electrode layer 300 is formed. The back electrode layer 300 may be formed by two processes having different process conditions.

도 10을 참조하면, 상기 후면전극층(300) 상에 광 흡수층(400)이 형성된다. 상기 광 흡수층(400)은 스퍼터링 공정 또는 증발법 등에 의해서 형성될 수 있다.Referring to FIG. 10, a light absorbing layer 400 is formed on the back electrode layer 300. The light absorbing layer 400 may be formed by a sputtering process or an evaporation method.

예를 들어, 상기 광 흡수층(400)을 형성하기 위해서 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시키면서 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층을 형성하는 방법과 금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션(Selenization) 공정에 의해 형성시키는 방법이 폭넓게 사용되고 있다.For example, copper, indium, gallium, selenide-based (Cu (In, Ga) Se2; CIGS-based) while evaporating copper, indium, gallium, and selenium simultaneously or separately to form the light absorbing layer 400. The method of forming a light absorption layer and the method of forming a metal precursor film and forming it by the selenization process are used widely.

금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션 하는 것을 세분화하면, 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정에 의해서, 상기 이면전극(200) 상에 금속 프리커서 막이 형성된다.After the metal precursor film is formed and then subjected to selenization, a metal precursor film is formed on the back electrode 200 by a sputtering process using a copper target, an indium target, and a gallium target.

이후, 상기 금속 프리커서 막은 셀레이제이션(selenization) 공정에 의해서, 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층이 형성된다.Thereafter, the metal precursor film is formed of a copper-indium-gallium-selenide-based (Cu (In, Ga) Se 2; CIGS-based) layer by a selenization process.

이와는 다르게, 상기 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 상기 셀레니제이션 공정은 동시에 진행될 수 있다.Alternatively, the copper target, the indium target, the sputtering process using the gallium target, and the selenization process may be performed simultaneously.

이와는 다르게, 구리 타겟 및 인듐 타겟 만을 사용하거나, 구리 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 셀레니제이션 공정에 의해서, CIS계 또는 CIG계 광 흡수층(400)이 형성될 수 있다.Alternatively, the CIS-based or CIG-based light absorbing layer 400 may be formed by using only a copper target and an indium target, or by a sputtering process and a selenization process using a copper target and a gallium target.

도 11을 참조하면, 상기 후면전극층(300) 상에 광 흡수층(400)을 형성한 후에, 상기 복합체(230)를 열처리하여 상기 Ⅰ족 원소 나노입자(210)를 제거함과 동시에 Ⅰ족 원소를 상기 광 흡수층(400) 및 상기 기판(100)으로 도핑 한다. Referring to FIG. 11, after the light absorption layer 400 is formed on the back electrode layer 300, the composite 230 is heat-treated to remove the group I element nanoparticles 210 and simultaneously remove the group I element. The light absorbing layer 400 and the substrate 100 are doped.

상기 Ⅰ족 원소 나노입자(210)와 코팅층(240)을 포함하는 복합체로부터 열처리에 의하여 상기 Ⅰ족 원소 나노입자(210)를 선택적으로 제거하여 상기 코팅층(240)만이 상기 기판(100) 상에 배치된다. The group I elemental nanoparticles 210 are selectively removed from the composite including the group I elemental nanoparticles 210 and the coating layer 240 by heat treatment, so that only the coating layer 240 is disposed on the substrate 100. do.

이 때, 상기 코팅층(240)은 열처리에 의하여 상기 돌기들(200)로 전환된다. 상기 돌기들(200)은 상기 기판(100) 상에 형성된다. 또한 상기 돌기들(200)은 상기 후면전극층(30)에 의하여 덮여 진다.At this time, the coating layer 240 is converted into the protrusions 200 by heat treatment. The protrusions 200 are formed on the substrate 100. In addition, the protrusions 200 are covered by the back electrode layer 30.

상기 열처리에 의하여 상기 코팅층(240)이 돌기들(200)로 전환되는 공정 에 있어서, 공정 조건에 따라 상기 돌기들(200)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 돌기들(200)은 구형, 반구형 등의 곡면을 가지는 형태(도 1 참조), 빈 공간을 포함하는 입자 형태(도 2 내지 도 3 참조), 또는 다면체 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In the process of converting the coating layer 240 into the protrusions 200 by the heat treatment, the protrusions 200 may have various shapes according to process conditions. For example, the protrusions 200 may have a shape having a curved surface such as a spherical shape, a hemispherical shape (see FIG. 1), a particle shape including an empty space (see FIGS. 2 to 3), or a polyhedron shape. It is not limited to this.

예를 들어, 상기 Ⅰ족 원소 나노입자(210)가 나트륨을 포함하는 경우, 상기 Ⅰ족 원소 나노입자(210)에 포함된 나트륨은 상기 광 흡수층(400) 및 상기 기판(100)으로 확산될 수 있다. 이에 따라서, 상기 광 흡수층(400)의 디펙이 용이하게 제거될 수 있고, 상기 광 흡수층(400)의 특성이 향상될 수 있다.For example, when the group I elemental nanoparticles 210 include sodium, sodium included in the group I elemental nanoparticles 210 may be diffused into the light absorbing layer 400 and the substrate 100. have. Accordingly, defects of the light absorbing layer 400 can be easily removed, and characteristics of the light absorbing layer 400 can be improved.

따라서, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 최대의 광-전 변환 효율을 가지도록 상기 광 흡수층(400)이 최적의 양으로 나트륨을 포함하도록 조절할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 태양전지는 향상된 광-전 변환효율을 가진다.Therefore, the method of manufacturing the solar cell according to the embodiment may be adjusted so that the light absorbing layer 400 includes sodium in an optimal amount so as to have the maximum photoelectric conversion efficiency. Therefore, the solar cell according to the embodiment has improved photoelectric conversion efficiency.

또한, 상기 광 흡수층(400)에 나트륨을 포함하기 위하여, 나트륨을 포함하는 기판이 사용될 필요가 없다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법에서는 소다라임 글래스 기판이 사용될 필요가 없다.In addition, in order to include sodium in the light absorbing layer 400, a substrate including sodium does not need to be used. For example, the soda lime glass substrate does not need to be used in the solar cell manufacturing method according to the present embodiment.

따라서, 상기 Ⅰ족 원소 나노입자(210)에 나트륨이 포함되는 경우에는, 상기 기판(100)으로 향상된 기계적인 특성 및 내열성을 가지는 강화 유리 등이 사용될 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 태양전지는 향상된 기계적인 특성을 가질 수 있으며, 높은 온도에서 제조될 수 있다.Therefore, when sodium is included in the group I elemental nanoparticles 210, tempered glass having improved mechanical properties and heat resistance may be used as the substrate 100. Therefore, the solar cell according to the embodiment may have improved mechanical properties and may be manufactured at high temperatures.

상기 열처리 공정은 상기 광 흡수층(400)을 형성한 후에 별도로 수행되거나, 상기 광 흡수층(400)의 제조 과정에서 수행되는 열처리 공정에 의하여 수행되는 것일 수 있다. The heat treatment process may be performed separately after the light absorption layer 400 is formed, or may be performed by a heat treatment process performed in the manufacturing process of the light absorption layer 400.

도 12를 참조하면, 상기 광 흡수층(400) 상에 버퍼층(600) 및 고저항 버퍼층(700)이 형성된다.Referring to FIG. 12, a buffer layer 600 and a high resistance buffer layer 700 are formed on the light absorbing layer 400.

상기 버퍼층(600)은 화학 용액 증착 공정(chemical bath deposition;CBD)에 의해서 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(600)이 형성된 후, 상기 광 흡수층(600)은 황화 카드뮴을 형성하기 위한 물질들을 포함하는 용액에 침지되고, 상기 광 흡수층(600) 상에 황화 카드뮴을 포함하는 상기 버퍼층(600)이 형성된다.The buffer layer 600 may be formed by chemical bath deposition (CBD). For example, after the light absorbing layer 600 is formed, the light absorbing layer 600 is immersed in a solution containing materials for forming cadmium sulfide and the cadmium sulfide on the light absorbing layer 600. The buffer layer 600 is formed.

이후, 상기 버퍼층(600) 상에 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드가 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 고저항 버퍼층(700)이 형성된다.Thereafter, zinc oxide without doping impurities is deposited on the buffer layer 600 by a sputtering process, and the high resistance buffer layer 700 is formed.

도 13을 참조하면, 상기 고저항 버퍼층(700) 상에 전면전극층(500)이 형성된다. 상기 전면전극층(500)을 형성하기 위해서, 상기 고저항 버퍼층(700) 상에 투명한 도전물질이 적층된다. 상기 투명한 도전물질의 예로서는 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드, 인듐 징크 옥사이드 또는 인듐 틴 옥사이드 등을 들 수 있다.Referring to FIG. 13, a front electrode layer 500 is formed on the high resistance buffer layer 700. In order to form the front electrode layer 500, a transparent conductive material is stacked on the high resistance buffer layer 700. Examples of the transparent conductive material include aluminum doped zinc oxide, indium zinc oxide or indium tin oxide.

이하에서는, 상기 Ⅰ족 원소 나노입자를 포함하는 복합체(250)를 형성하는방법에 대하여 상세 기술한다. 본 제조방법에서는 앞서 설명한 태양전지를 참고하여 설명한다. 본 제조방법에 대한 설명에, 앞선 태양전지에 관한 설명은 본질적으로 결합될 수 있다. .Hereinafter, a method of forming the composite 250 including the group I elemental nanoparticles will be described in detail. This manufacturing method will be described with reference to the above-described solar cell. In the description of this manufacturing method, the description of the prior solar cell can be essentially combined. .

도 14를 참조하면, Ⅰ족 원소 나노입자(210)를 형성한다. 보다 구체적으로, 상기 Ⅰ족 원소 나노입자(210)는 나트륨 나노입자일 수 있다. 상기 Ⅰ족 원소 나노입자(210)를 제조하는 방법으로 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 전기폭발에 의하여 상기 나트륨 나노입자를 제조할 수 있다. 더 자세하게, 상기 Ⅰ족 원소 나노입자(210)는 Ⅰ족 원소 타겟물질을 기체 혹은 용액이 담긴 챔버 내의 한 쌍의 전극 사이에 배치하고, 상기 한 쌍의 전극 사이에 전이에너지를 공급하여 상기 Ⅰ족 원소 타겟물질을 기중 혹은 액중에서 전기 폭발하여 형성될 수 있다.Referring to FIG. 14, group I element nanoparticles 210 are formed. More specifically, the group I elemental nanoparticles 210 may be sodium nanoparticles. As the method for manufacturing the group I elemental nanoparticles 210, any one conventionally used in the art may be used without limitation, and for example, the sodium nanoparticles may be manufactured by electroexplosion. More specifically, the group I elemental nanoparticles 210 are disposed between a pair of electrodes in a chamber containing a gas or a solution of a group I elemental target material, and supply transition energy between the pair of electrodes to supply the group I elements. Elemental target material can be formed by the electrical explosion in air or in liquid.

상기 제조된 Ⅰ족 원소 나노입자(210) 상에 실록산계 화합물을 포함하는 전구체(220)를 코팅하여 Ⅰ족 원소 나노입자-전구체 복합체(230)를 제조한다. 실록산계 화합물이란 실록산 결합, 즉, Si-O 결합을 포함하는 화합물을 말하며, 본원에서 사용되는 실록산계 화합물은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한 없이 사용가능하다.The Group I elemental nanoparticle-precursor composite 230 is prepared by coating a precursor 220 including a siloxane compound on the Group I elemental nanoparticles 210 prepared above. The siloxane compound refers to a compound containing a siloxane bond, that is, an Si—O bond, and the siloxane compound used herein may be used without particular limitation as long as it is commonly used in the art.

상기 실록산계 화합물을 포함하는 전구체(220)는 도 14에서와 같이 실록산계 리간드를 포함하는 화합물 형태를 포함할 수 있다. 상기 Ⅰ족 원소 나노입자-전구체 복합체(230)를 제조하는 일 구현예로서, 유기 용매에 상기 Ⅰ족 원소 나노입자(210)와 실록산계 리간드를 첨가하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 공기 중에서 고온으로 교반하여 상기 Ⅰ족 원소 나노입자-전구체 복합체(230)를 제조할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The precursor 220 including the siloxane compound may include a compound form including a siloxane ligand as shown in FIG. 14. In one embodiment of manufacturing the Group I elemental nanoparticle-precursor composite 230, a mixture is prepared by adding the Group I elemental nanoparticle 210 and a siloxane ligand to an organic solvent, and the mixture is heated in air. The group I element nanoparticle-precursor composite 230 may be prepared by stirring, but is not limited thereto.

상기 실록산계 리간드(220)는 상기 Ⅰ족 원소 나노입자(210) 에 결합된다. 더 자세하게, 상기 실록산계 리간드(220)의 일 끝단이 상기 Ⅰ족 원소 나노입자(210)에 결합될 수 있다. 또한, 상기 실록산계 리간드(220)는 상기 Ⅰ족 원소 나노입자(210)의 주위를 둘러싼다. 더 자세하게, 상기 실록산계 리간드(220)의 일 끝단이 상기 Ⅰ족 원소 나노입자(210)의 외부 표면에 결합되어, 상기 Ⅰ족 원소 나노입자(210)의 주위를 둘러쌀 수 있다.The siloxane ligand 220 is bonded to the group I elemental nanoparticles 210. In more detail, one end of the siloxane ligand 220 may be coupled to the group I element nanoparticle 210. In addition, the siloxane ligand 220 surrounds the group I elemental nanoparticles 210. In more detail, one end of the siloxane ligand 220 may be bonded to the outer surface of the group I elemental nanoparticles 210 to surround the group I elemental nanoparticles 210.

상기 실록산계 리간드(220)로 코팅된 상기 Ⅰ족 원소 나노입자(210)는 상기 실록산계 리간드(220) 가 가지는 친수성 작용기 및/또는 소수성 작용기에 의하여 물 또는 유기 용매와 같은 용매에 안정적으로 용해될 수 있다. The group I elemental nanoparticles 210 coated with the siloxane ligand 220 may be stably dissolved in a solvent such as water or an organic solvent by a hydrophilic functional group and / or a hydrophobic functional group of the siloxane ligand 220. Can be.

이어서, 상기 Ⅰ족 원소 나노입자-전구체 복합체(230)를 용매에 분산하여 형성된 용액을 상기 기판 상에 형성한다. 상기 용매는 당업계에서 나노입자 분산을 위해 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한없이 사용가능하다. 예를 들어, 상기 용매는 물 또는 유기용매일 수 있으며, 상기 유기용매는 탄소수 1 내지 30 의 알코올, 아세톤 화합물, 에테르 화합물, 에스테르 화합물, 케톤 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.Subsequently, a solution formed by dispersing the group I elemental nanoparticle-precursor composite 230 in a solvent is formed on the substrate. The solvent may be used without particular limitation as long as it is conventionally used for nanoparticle dispersion in the art. For example, the solvent may be water or an organic solvent, and the organic solvent is selected from the group consisting of alcohols, acetone compounds, ether compounds, ester compounds, ketone compounds, and combinations thereof having 1 to 30 carbon atoms. Can be used.

실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 상기 용액 중에 상기 Ⅰ족 원소 나노입자의 농도를 조절하는 간단한 방법에 의하여, 상기 기판 및 상기 광 흡수층의 도핑 정도를 조절할 수 있다. 또한, 상기 Ⅰ족 원소 입자는 나노 크기를 가지기 때문에 보다 저온에서 상기 기판 및 상기 광 흡수층으로 도핑될 수 있을 뿐만 아니라 진공 공정을 필요로 하지 않아 공정비용을 절감할 수 있다.The method of manufacturing a solar cell according to an embodiment may control the doping degree of the substrate and the light absorbing layer by a simple method of controlling the concentration of the group I elemental nanoparticles in the solution. In addition, since the group I elemental particles have a nano size, they may be doped into the substrate and the light absorbing layer at a lower temperature, and do not require a vacuum process, thereby reducing the process cost.

마지막으로, 상기 용액을 열처리하여 상기 Ⅰ족 원소 나노입자-전구체 복합체(230)를 Ⅰ족 원소 나노입자(210)-코팅층(240) 복합체(250)로 전환하여 Ⅰ족 원소 나노입자를 포함하는 복합체(250)를 제조할 수 있다.
Finally, the solution is heat-treated to convert the group I elemental nanoparticle-precursor composite 230 into a group I elemental nanoparticle 210 -coating layer 240 complex 250 to include a group I elemental nanoparticle. 250 can be prepared.

또한, 이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In addition, the features, structures, effects and the like described in the embodiments are included in at least one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects, and the like illustrated in the embodiments may be combined or modified with respect to other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited to these combinations and modifications.

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. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.

Claims (13)

삭제delete 기판;
상기 기판 상에 배치되는 복수개의 돌기들;
상기 기판 및 상기 돌기들을 덮는 후면전극층;
상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및
상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층을 포함하고,
상기 광 흡수층은 상기 돌기들로부터 멀어질수록 나트륨 함량이 감소하는 태양전지.
Board;
A plurality of protrusions disposed on the substrate;
A back electrode layer covering the substrate and the protrusions;
A light absorbing layer disposed on the back electrode layer; And
And a front electrode layer disposed on the light absorbing layer,
The light absorbing layer is a solar cell decreases the sodium content away from the protrusions.
제 2 항에 있어서, 상기 기판은 상기 돌기들로부터 멀어질수록 나트륨 함량이 감소하는 것을 포함하는 태양전지.
The solar cell of claim 2, wherein the substrate has a reduced sodium content as it moves away from the protrusions.
제 2 항에 있어서, 상기 돌기들은 실리콘 옥사이드를 포함하는 태양전지.
The solar cell of claim 2, wherein the protrusions include silicon oxide.
제 2 항에 있어서, 상기 돌기들 각각의 직경은 1 nm 내지 100 nm 인 태양전지.
The solar cell of claim 2, wherein each of the protrusions has a diameter of about 1 nm to about 100 nm.
제 2 항에 있어서, 상기 돌기들은 곡면을 가지는 것을 포함하는 태양전지.
The solar cell of claim 2, wherein the protrusions have curved surfaces.
제 2 항에 있어서, 상기 돌기들은 빈 공간을 포함하는 태양전지.
The solar cell of claim 2, wherein the protrusions comprise an empty space.
기판 상에 Ⅰ족 원소 나노입자를 포함하는 복합체를 형성하는 단계;
상기 기판 및 상기 복합체 상에 후면전극층을 형성하는 단계;
상기 후면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계;
상기 복합체를 열처리하여 상기 Ⅰ족 원소 나노입자를 상기 광 흡수층 및 상기 기판으로 도핑하는 단계; 및
상기 광 흡수층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법.
Forming a composite comprising Group I elemental nanoparticles on the substrate;
Forming a back electrode layer on the substrate and the composite;
Forming a light absorbing layer on the back electrode layer;
Heat treating the composite to dope the group I elemental nanoparticles into the light absorbing layer and the substrate; And
Forming a front electrode layer on the light absorbing layer manufacturing method of a solar cell.
제 8 항에 있어서, 상기 복합체의 열처리에 의하여 돌기들이 형성되는 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
The method of claim 8, wherein the protrusions are formed by heat treatment of the composite.
제 8 항에 있어서, 상기 복합체는 상기 Ⅰ족 원소 나노입자 상에 코팅층을 포함하는 태양전지의 제조방법.
The method of claim 8, wherein the composite includes a coating layer on the group I elemental nanoparticles.
제 10 항에 있어서, 상기 Ⅰ족 원소 나노입자를 포함하는 복합체를 형성하는 단계는,
상기 Ⅰ족 원소 나노입자 상에 실록산계 화합물을 포함하는 전구체를 코팅하여 Ⅰ족 원소 나노입자-전구체 복합체를 형성하는 단계;
상기 Ⅰ족 원소 나노입자-전구체 복합체를 용매에 분산하여 형성된 용액을 상기 기판 상에 형성하는 단계; 및
상기 용액을 열처리하여 상기 Ⅰ족 원소 나노입자-전구체 복합체를 Ⅰ족 원소 나노입자-코팅층 복합체로 전환하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법.
The method of claim 10, wherein forming a composite including the Group I elemental nanoparticles comprises:
Coating a precursor including a siloxane compound on the group I element nanoparticles to form a group I element nanoparticle-precursor composite;
Dispersing the Group I elemental nanoparticle-precursor complex in a solvent to form a solution formed on the substrate; And
Heat-treating the solution to convert the group I elemental nanoparticle-precursor composite into a group I elemental nanoparticle-coating layer composite.
제 10 항에 있어서, 상기 Ⅰ족 원소 나노입자와 상기 코팅층은 코어-쉘 구조를 포함하는 태양전지의 제조방법.
The method of claim 10, wherein the group I elemental nanoparticles and the coating layer include a core-shell structure.
제 10 항에 있어서, 상기 코팅층은 실록산계 화합물을 포함하는 전구체를 열처리하여 형성된 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
The method of claim 10, wherein the coating layer is formed by heat treating a precursor including a siloxane compound.
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