KR101273095B1 - 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

실시예는 태양전지 및 이의 제조방법이 개시된다. 실시예에 따른 태양전지는 지지기판 상에 배치되며, 알칼리 물질을 포함하는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면 전극층을 포함하며, 상기 알칼리 물질은 상기 후면 전극층의 중심부로부터 외곽부까지 다른 농도 구배로 분포되어 있다.

Description

태양전지 및 이의 제조방법{SOLAR CELL AND METHOD FOR FABRICATING OF THE SAME}
실시예는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 심각한 환경 오염 문제와 화석 에너지 고갈로 인해, 신재생에너지에 대한 필요성 및 관심이 고조되고 있다. 그 중에서도 태양전지는 공해가 적고, 자원이 무한하며 반 영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 무공해 에너지 원으로 기대되고 있다.
태양전지는 p-n 접합 다이오드에 빛을 쪼이면 전자가 생성 되는 광기전력 효과(photovoltaic effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 소자로 정의할 수 있다. 태양전지는 접합 다이오드로 사용되는 물질에 따라, 실리콘 태양전지, I-III-VI족 또는 III-V족 화합물로 대표되는 화합물 반도체 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기물 태양전지로 나눌 수 있다.
I-III-VI족 Chalcopyrite계 화합물 반도체 중 하나인 CIGS(CuInGaSe) 태양전지는 광 흡수가 뛰어나고, 얇은 두께로도 높은 광전 변환효율을 얻을 수 있으며, 전기 광학적 안정성이 매우 우수하여 기존 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 태양전지로 부각되고 있다.
일반적으로 CIGS 태양전지는 태양전지의 효율을 향상시키기 위하여, 나트륨을 포함하는 지지기판 또는 나트륨을 포함하는 별도의 공급층을 사용하여 광 흡수층에 나트륨을 확산시킨다. 다만, 종래의 진공 장비 및 가열 시스템은 기술적 문제로 인하여 지지기판 또는 공급층에 고르게 연절달을 하기에는 용이하지 않다. 열전달이 고르지 못할 경우, 지지기판 또는 공급층으로부터 나트륨이 확산되는 정도가 불균일 해지고, 이에 따라 태양전지의 국부적 효율 감소로 인한 전체 광-전 변환 효율 감소의 원인이 된다.
실시예는 나트륨을 광 흡수층으로 균일하게 확산시킴으로써, 향상된 광-전 변환 효율이 향상된 태양전지 및 태양전지 모듈을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 태양전지는 지지기판 상에 배치되며, 알칼리 물질을 포함하는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면 전극층을 포함하며, 상기 알칼리 물질은 상기 후면 전극층의 중심부로부터 외곽부까지 다른 농도 구배로 분포되어 있다.
다른 실시예에 따른 태양전지는 지지기판 상에 배치되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 배치되며, 알칼리 물질을 포함하는 공급층; 상기 공급층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면 전극층을 포함하며, 상기 알칼리 물질은 상기 공급층의 중심부로부터 외곽부까지 다른 농도 구배로 분포되어 있다.
실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 지지기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계; 상기 후면 전극층 상에 알칼리 물질을 포함하는 공급층을 형성하는 단계; 상기 공급층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 및 상기 광 흡수층 상에 전면 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 태양전지는 중심부와 외곽부까지 다른 농도 구배로 나트륨이 분포되어 있는 나트륨 공급층을 제공한다. 즉, 실시예에 따른 태양전지는 중심부보다 열손실이 많은 외곽부에 나트륨을 상대적으로 고농도로 분포시킴으로써, 확산되는 나트륨의 양을 공급층 전반에 걸쳐 일정하게 제어할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는 광 흡수층의 결정성, 그레인 크기 및 막 밀도를 균일하게 하고, 결과적으로 태양전지의 광-전 변환효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 태양전지의 단면을 도시하는 단면도이다.
도 2은 제 2 실시예에 따른 태양전지의 단면을 도시하는 단면도이다.
도 3은 제 2 실시예에 따른 공급층의 나트륨 농도를 나타내는 그래프이다.
도 4 내지 도 8은 제 2 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 도시하는 단면도들이다.
실시예의 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.
도 1은 제 1 실시예에 따른 태양전지의 단면을 도시하는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 실시예에 따른 태양전지는 지지기판(100), 후면 전극층(200), 광 흡수층(400), 버퍼층(500), 고저항 버퍼층(500), 및 전면 전극층(700)을 포함한다.
상기 지지기판(100)은 상기 후면 전극층(200), 상기 광 흡수층(400), 상기 버퍼층(500), 상기 고저항 버퍼층(500), 및 상기 전면 전극층(700) 을 지지한다.
상기 지지기판(100)은 높은 강도를 가진다. 또한, 상기 지지기판(100)은 리지드(rigid)하거나 플렉서블(flexible)할 수 있다. 예를 들어, 상기 지지기판(100)은 유리 기판 또는 알루미나와 같은 세라믹 기판, 스테인레스 스틸, 티타늄기판 또는 폴리머 기판 등을 사용할 수 있다.
실시예에 따른 태양전지는 상기 지지기판(100) 상에 별도의 알칼리 물질 공급층을 배치시키는 바, 상기 지지기판(100)은 알칼리 물질 등의 불순물을 포함하지 않을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 지지기판(100)이 알칼리 물질을 포함하지 않는 경우, 상기 지지기판(100)은 높은 강도, 특히 높은 내열성을 기지는 것을 사용할 수 있기 때문에, 상기 후면 전극층(200), 상기 광 흡수층(400), 상기 버퍼층(500), 상기 고저항 버퍼층(600) 및 상기 전면 전극층(700)은 높은 온도에서 형성될 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 태양전지의 전지적인 특성은 향상될 수 있다.
한편, 이와는 다르게 상기 지지기판(100)은 알칼리 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 지지기판(100)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 지지기판(100)이 알칼리 물질을 포함하는 경우, 상기 지지기판(100) 상에는 배리어층(미도시)이 추가로 배치될 수 있다. 더 자세하게, 상기 배리어층은 상기 지지기판(100)과 상기 후면 전극층(200) 사이에 배치될 수 있다. 상기 배리어층은 알칼리 물질의 과량 확산되는 것을 방지할 수 있다. 상기 배리어층은 탄탈륨 나이트라이드(TaNx) 또는 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 상기 배리어층의 두께는 약 0.1 ㎛ 내지 약 3 ㎛ 일 수 있다.
상기 후면 전극층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 후면 전극층(200)은 도전층이다. 상기 후면 전극층(200)은 몰리브덴(Mo), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 텅스텐(W) 및 구리(Cu) 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 더 자세하게, 상기 후면 전극층(200)은 몰르브덴(Mo)으로 형성될 수 있다. 상기 몰리브덴(Mo)은 다른 원소에 비해 상기 지지기판(100)과 열팽창 계수의 차이가 적기 때문에, 접착성이 우수하여 박리현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 후면 전극층(200)은 알칼리 물질을 포함한다. 상기 알칼리 물질은 리튬, 나트륨, 칼륨, 또는 이들의 산화물, 이들의 화합물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 더 자세하게, 상기 알칼리 물질은 나트륨, 나트륨을 포함하는 산화물, 또는 나트륨을 포함하는 화합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 후면 전극층(200) 내의 알칼리 물질은 태양전지의 제조 공정 중 열처리 공정에 의하여 상기 광 흡수층(400) 상으로 확산될 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는 개방전압과 충실도를 향상시킬 수 있으며, 결과적으로 태양전지의 광-전 변환 효율은 향상될 수 있다.
또한, 상기 후면 전극층(200) 내의 알칼리 물질의 농도는 상기 후면 전극층(200)의 중심부부터 외곽부까지 서로 다를 수 있다. 더 자세하게, 상기 중심부에 분포되어 있는 알칼리 물질의 농도는 상기 외곽부에 분포되어 있는 알칼리 물질의 농도보다 저농도일 수 있다. 즉, 상기 중심부보다 상기 외곽부에 알칼리 물질이 보다 많이 분포되어 있을 수 있다.
실시예에 따른 태양전지는 상기 중심부보다 열손실이 많은 상기 외곽부에 알칼리 물질을 상대적으로 고농도로 분포시킴으로써, 확산되는 알칼리 물질의 양을 후면 전극층(200) 전반에 걸쳐 일정하게 제어할 수 있다. 즉, 상기 외곽부에 알칼리 물질을 보다 많이 분포시킴으로써, 상기 중심부보다 비교적 낮은 온도 조건이라도 상기 중심부와 동일한 양의 알칼리 물질을 확산시킬 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는 광 흡수층의 결정성, 그레인 크기 및 막 밀도를 균일하게 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 중심부에 분포되어 있는 알칼리 물질의 농도를 제 1 농도, 상기 외곽부에 분포되어 있는 알칼리 물질의 농도를 제 2 농도라고 할 때, 상기 제 1 농도와 상기 제 2 농도의 비는 약 1: 2 이상 일 수 있으며, 더 자세하게, 상기 제 1 농도와 상기 제 2 농도의 비는 약 1: 10 일 수 있다.
상기 언급한 바와 같이, 태양전지의 제조공정에 상기 후면 전극층(200) 내의 알칼리 물질은 상기 광 흡수층(400)으로 확산되므로, 제조 공정이 완료된 후 상기 후면 전극층(200)에는 매우 극소량의 알칼리 물질 만이 남아있을 수 있으나, 상기 후면 전극층(200)의 중심부에 남아있는 알칼리 물질과 외곽부에 남아있는 알칼리 물질의 비는 상기 언급한 바와 같이 일정할 수 있다.
또한, 상기 중심부의 폭과 상기 외곽부 폭의 비는 약 5: 1 내지 약 50: 1 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원 명세서에서 사용되는 용어 '외곽부'는 상기 지지기판(100)의 최외곽으로부터 상기 지지기판(100) 폭의 약 2% 내지 약 20% 내측 영역까지를 의미할 수 있으며, '중심부' 는 상기 외곽부를 제외한 영역을 의미할 수 있다.
상기 광 흡수층(400)은 상기 후면 전극층(200) 상에 배치된다. 상기 광 흡수층(400)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(400)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)(Se,S)2; CIGSS계) 결정 구조, 구리-인듐-셀레나이드계 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 광 흡수층(400)의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1 eV 내지 1.8 Ev 일 수 있다. 상기 광 흡수층(400) 내의 알칼리 물질은 상기 광 흡수층(400) 전체에 걸쳐 균일하게 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 광 흡수층(400)의 결정성, 그레인 크기 및 막 밀도는 균일하게 형성할 수 있다.
상기 버퍼층(500)은 상기 광 흡수층(400) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(500)은 황화 카드뮴, ZnS, InXSY 및 InXSeYZn(O, OH) 등을 포함한다. 상기 버퍼층(500)의 두께는 약 50 ㎚ 내지 약 150 ㎚ 일 수 있으며, 상기 버퍼층(500)의 에너지 밴드갭은 약 2.2 eV 내지 2.4 eV 일 수 있다.
상기 고저항 버퍼층(600)은 상기 버퍼층(500) 상에 배치된다. 상기 고저항 버퍼층(600)은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층(600)의 에너지 밴드갭은 약 3.1 eV 내지 약 3.3 eV 일 수 있다. 또한, 상기 고저항 버퍼층(600)은 생략될 수 있다.
상기 전면 전극층(700)은 상기 광 흡수층(400) 상에 배치된다. 예를 들어, 상기 전면 전극층(700)은 상기 광 흡수층(400) 상의 고저항 버퍼층(600)과 직접 접촉하여 배치될 수 있다.
상기 전면 전극층(700)은 투광성 전도성 물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 전면 전극층(700)은 n 형 반도체의 특성을 가질 수 있다. 이 때, 상기 전면 전극층(700)은 상기 버퍼층(500)과 함께 n 형 반도체층을 형성하여 p 형 반도체층인 상기 광 흡수층(400)과 pn 접합을 형성할 수 있다. 상기 전면 전극층(700)은, 예를 들어, 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(AZO)로 형성될 수 있다. 상기 전면 전극층(700)의 두께는 약 100 nm 내지 약 600 nm 일 수 있다.
도 2는 제 2 실시예에 따른 태양전지의 단면을 도시한 단면도이다. 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 태양전지는 상기 지지기판(100) 상에 배치되는 후면 전극층(200), 상기 후면 전극층(200) 상에 배치되는 공급층(300), 상기 공급층(300) 상에 배치되는 광 흡수층(400), 상기 광 흡수층(400) 상에 순차적으로 배치되는 버퍼층(500), 고저항 버퍼층(600), 전면 전극층(700)을 포함한다.
제 2 실시예의 지지기판(100) 및 후면 전극층(200)은 상기 언급한 제 1 실시예와 달리, 알칼리 물질을 포함하지 않는다. 이에 따라, 상기 지지기판(100)은 높은 강도, 특히 높은 내열성을 기지는 것을 사용할 수 있기 때문에, 상기 후면 전극층(200), 상기 광 흡수층(400), 상기 버퍼층(500), 상기 고저항 버퍼층(600) 및 상기 전면 전극층(700)은 높은 온도에서 형성될 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 태양전지의 전지적인 특성은 향상될 수 있다.
상기 공급층(300)은 상기 후면 전극층(200) 상에 배치된다. 도 2를 참조하면, 상기 공급층(300)은 상기 후면 전극층(200)의 상면 전체에 직접 접촉하여 배치되나, 실시예는 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 상기 공급층(300)은 상기 후면 전극층(200)의 상면의 일부 또는 상기 후면 전극층(200)의 후면에 직접 접촉하여 배치될 수 있다.
또한, 상기 공급층(300)은 상기 후면 전극층(200)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 공급층(300)과 상기 후면 전극층(200) 각각은 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 후면 전극층(200)은 몰리브덴으로 구성된 전극층이고, 상기 공급층(300)은 나트륨이 도핑된 몰리브덴일 수 있다. 한편, 실시예는 상기 공급층(300)과 상기 후면 전극층(200)을 구분하여 설명하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 실시예는 이에 제한되지 않는다. 즉, 상기 후면 전극층(200)과 상기 공급층(300)은 일체로 형성될 수 있다.
상기 공급층(300)은 알칼리 물질을 포함한다. 이에 따라, 상기 공급층(300) 내의 알칼리 물질은 제조 공정에서 상기 광 흡수층(400)으로 확산될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 공급층(300) 내의 알칼리 물질의 농도는 상기 공급층(300)의 중심부부터 외곽부까지 서로 다를 수 있다. 더 자세하게, 상기 중심부에 분포되어 있는 알칼리 물질의 농도(a)는 상기 외곽부에 분포되어 있는 알칼리 물질의 농도(b)보다 저농도일 수 있다. 즉, 상기 중심부보다 상기 외곽부에 알칼리 물질이 보다 많이 분포되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 중심부에 분포되어 있는 알칼리 물질의 농도를 제 1 농도(b), 상기 외곽부에 분포되어 있는 알칼리 물질의 농도를 제 2 농도(a)라고 할 때, 상기 제 1 농도(b)와 상기 제 2 농도의(b) 비는 약 1: 2 이상 일 수 있으며, 더 자세하게, 상기 제 1 농도(a)와 상기 제 2 농도(b)의 비는 약 1: 10 일 수 있다. 일 구현예로, 상기 공급층(300)은 상기 공급층(300)의 외곽부 상에 알칼리 물질을 제 1 농도(a)로 포함하는 제 1 공급부(310)와 상기 공급층(300)의 중심부 상에 알칼리 물질을 제 2 농도(b)로 포함하는 제 2 공급부(320)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 언급한 바와 같이, 태양전지의 제조공정에 상기 공급층(300) 내의 알칼리 물질은 상기 광 흡수층(400)으로 확산되므로, 제조 공정이 완료된 후 상기 공급층(300)에는 매우 극소량의 알칼리 물질 만이 남아있을 수 있으나, 상기 공급층(300)의 중심부에 남아있는 알칼리 물질과 외곽부에 남아있는 알칼리 물질의 비는 상기 언급한 바와 같이 일정할 수 있다.
이와 같이, 실시예에 따른 태양전지는 상기 중심부보다 열손실이 많은 상기 외곽부에 알칼리 물질을 상대적으로 고농도로 분포시킴으로써, 확산되는 알칼리 물질의 양을 공급층(300) 전반에 걸쳐 일정하게 제어할 수 있다. 즉, 상기 외곽부에 알칼리 물질을 보다 많이 분포시킴으로써, 상기 중심부보다 비교적 낮은 온도 조건이라도 상기 중심부와 동일한 양의 알칼리 물질을 확산시킬 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는 광 흡수층의 결정성, 그레인 크기 및 막 밀도를 균일하게 형성할 수 있다.
도 4 내지 도 8은 제 2 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 나타내는 단면도이다. 앞선 태양전지에 관한 설명은 본 태양전지의 제조방법에 대한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.
도 4 를 참조하면, 상기 지지기판(100) 상에 후면 전극층(200)이 형성된다. 상기 후면 전극층(200)은 금속 등의 도전체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 후면 전극층(200)은 몰리브덴(Mo) 타겟을 사용하여, 스퍼터링(sputtering) 공정에 의해 형성될 수 있다. 이는, 몰리브덴(Mo)이 가진 높은 전기전도도, 광 흡수층과의 오믹(ohmic) 접합, Se 분위기 하에서의 고온 안정성 때문이다.
상기 후면 전극층(200)인 몰리브덴(Mo) 박막은 전극으로서 비저항이 낮아야 하고, 또한 열팽창 계수의 차이로 인하여 박리 현상이 일어나지 않도록 기판에의 점착성이 뛰어나야 한다. 또한, 상기 이 후면 전극층(200)은 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다. 상기 후면 전극층(200)이 복수개의 층으로 형성될 때, 상기 후면 전극층(200)을 이루는 층들은 서로 다른 물질로 형성될 수 있다.
상기 후면 전극층(200) 상에는 알칼리 물질을 포함하는 공급층(300)이 형성된다.
상기 공급층(300)은 상기 공급층(300)의 외곽부 상에 알칼리 물질을 제 1 농도로 포함하는 제 1 공급부(310)를 형성하고, 상기 공급층(300)의 중심부 상에 알칼리 물질을 제 2 농도로 포함하는 제 2 공급부(320)를 형성하는 것을 포함한다. 상기 제 1 공급부(310)와 상기 제 2 공급부(320)는 동시에 혹은 순차적으로 형성될 수 있다.
상기 공급층(300)은 증발(evaporation) 공정 또는 스퍼터링(sputtering) 공정에 의해서 상기 후면 전극층(200) 상에 형성될 수 있다. 상기 공급층(300)은 배치식 공정에서는 스퍼터링 공정에 의해, 연속식 공정에서는 화학기상증착법에 의해 제조될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 공급층(300) 은 약 1 mTorr 내지 10 mTorr의 아르곤 및 질소 분위기에서 진행되는 스퍼터링 공정에 의해서 형성될 수 있다. 이때, 질소의 분압비는 약 0.1 내지 0.5이고, 증착시 기판의 온도는 약 25 내지 450℃ 일 수 있다. 또한, 상기 스퍼터링 공정은 RF 또는 DC 마그네트론 스퍼터를 사용하여 진행된다.
이 때, 상기 제 1 공급부(310)와 상기 제 2 공급부(320)를 형성하기 위한 타겟(target) 또는 소스(source)의 농도는 서로 다를 수 있다. 도 5를 참조하면, 스퍼터링 공정에 의하여 상기 제 1 공급부(310)와 상기 제 2 공급부(320)를 제조하는 경우, 알칼리 물질을 제 1 농도로 포함하는 타겟을 사용하여 중심부 상에 제 1 공급부(310)를 증착하고, 알칼리 물질을 제 2 농도로 포함하는 타겟을 사용하여 외곽부 상에 제 2 공급부(320)를 증착할 수 있다. 한편, 이와는 다르게, 스퍼터링의 증착 파워를 달리하여 상기 제 1 공급부(310)와 상기 제 2 공급부(320)를 형성할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 공급층(300) 상에는 상기 광 흡수층(400)이 형성된다.
상기 광 흡수층(400)은 스퍼터링 공정 또는 증발법 등에 의해서 형성될 수 있다. 더 자세하게, 상기 광 흡수층(400)을 형성하기 위해서, 구리 타겟, 인듐 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하여, 상기 후면전극층(200) 상에 CIG계 금속 프리커서 막이 형성된다. 이후, 상기 금속 프리커서 막은 셀레니제이션 공정에 의해서, 셀레늄과 반응하여 CIGS계 광 흡수층(400)이 형성된다.
상기 금속 프리커서 막을 형성하는 과정 및 상기 셀레니제이션 공정은 약 300℃ 내지 약 800℃의 온도에서 진행된다. 이 때, 상기 공급층(300) 내의 알칼리 물질은 상기 광 흡수층(400)으로 확산된다. 즉, 상기 알칼리 물질의 확산공정 및 상기 광 흡수층(400)을 형성하는 공정은 동시에 진행될 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 광 흡수층(400) 상에는 상기 버퍼층(500) 및 상기 고저항 버퍼층(600)이 형성된다. 상기 버퍼층(500)은 상기 광 흡수층(400) 상에 황화 카드뮴이 화학 용액 증착법(chemical bath deposition; CBD)에 의해서 증착되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 버퍼층(500) 상에 징크 옥사이드가 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 고저항 버퍼층(600)이 형성된다.
도 8을 참조하면, 상기 고저항 버퍼층(600) 상에 투명한 도전물질을 적층하여 전면 전극층(700)을 형성한다.
상기 전면 전극층(700)은 상기 광 흡수층(400)과 pn 접합을 형성하는 윈도우(window)층으로서, 태양전지 전면의 투명전극의 기능을 하기 때문에 광투과율이 높고 전기 전도성이 좋은 산화 아연(ZnO)으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 산화 아연에 알루미늄을 도핑함으로써 낮은 저항값을 갖는 전극을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 전면 전극층(700)은 RF 스퍼터링방법으로 ZnO 타겟을 사용하여 증착하는 방법과 Zn 타겟을 이용한 반응성 스퍼터링, 그리고 유기금속화학증착법 등으로 형성될 수 있다.
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.
또한, 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.

Claims (15)

  1. 지지기판 상에 배치되며, 알칼리 물질을 포함하는 후면 전극층;
    상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및
    상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면 전극층을 포함하며,
    상기 알칼리 물질의 농도는,
    상기 후면 전극층의 중심부로부터 외곽부로 갈수록, 증가하고, 상기 후면 전극층의 중심부를 중심으로 상부와 하부에 대칭되는 태양전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 알칼리 물질의 농도는,
    상기 중심부로부터 상기 외곽부로 갈수록, 지수적으로 증가하는 태양전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 중심부와 상기 외곽부에서, 상기 알칼리 물질의 농도의 비는 1: 2 내지 1: 10 인 태양전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 중심부의 폭과 상기 외곽부의 폭의 비는 5: 1 내지 50: 1 인 태양전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 알칼리 물질은 리튬, 나트륨, 또는 칼륨을 포함하는 태양전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지기판과 상기 후면 전극층 사이에 배리어층을 추가 포함하는 태양전지.
  7. 지지기판 상에 배치되는 후면 전극층;
    상기 후면 전극층 상에 배치되며, 알칼리 물질을 포함하는 공급층;
    상기 공급층 상에 배치되는 광 흡수층; 및
    상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면 전극층을 포함하며,
    상기 알칼리 물질의 농도는,
    상기 공급층의 중심부로부터 외곽부로 갈수록, 증가하고, 상기 공급층의 중심부를 중심으로 상부와 하부에 대칭되는 태양전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 공급층 및 상기 후면 전극층 각각은 몰리브덴(Mo)을 포함하는 태양전지.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 알칼리 물질의 농도는,
    상기 중심부로부터 상기 외곽부로 갈수록, 지수적으로 증가하는 태양전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 중심부와 상기 외곽부에서, 상기 알칼리 물질의 농도의 비는 1: 2 내지 1: 10 인 태양전지.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 공급층은 상기 후면 전극층의 상면 또는 상기 후면 전극층의 후면에 배치되는 태양전지.
  12. 지지기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계;
    상기 후면 전극층 상에 알칼리 물질을 포함하는 공급층을 형성하는 단계;
    상기 공급층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 및
    상기 광 흡수층 상에 전면 전극층을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 알칼리 물질의 농도는,
    상기 공급층의 중심부로부터 외곽부로 갈수록, 증가하고, 상기 공급층의 중심부를 중심으로 상부와 하부에 대칭되는 태양전지의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 광 흡수층을 형성하는 단계는,
    상기 공급층을 열처리하여 상기 공급층 내의 알칼리 물질을 상기 광 흡수층으로 확산시키는 것을 포함하는 태양전지의 제조방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 알칼리 물질의 농도는,
    상기 중심부로부터 상기 외곽부로 갈수록, 지수적으로 증가하는 태양전지의 제조방법.
  15. 삭제
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