KR101381426B1 - thin film of solar cell equipped yttria buffer layer and their manufacturing method - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 태양전지용 박막에 있어서, 기판과; 이트리아(Y2O3) 용액에 나트륨(Na)을 함유시켜 형성시킨 졸을 상기 기판 상면에 코팅시켜 형성되는 이트리아 버퍼층;을 포함하여 구성되는 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막을 기술적 요지로 한다. 본 발명은 또한 이트륨아세테이트테트라하이드레이트와, 소듐하이드록사이드와 메탄올을 혼합하여 혼합물을 형성시키고 교반시키는 제1단계와; 제1단계의 혼합물에 킬레이트제인 디에탄올아민을 투입하고 교반시켜 합성물을 합성시키는 제2단계와; 상기 제2단계에서 합성된 합성물을 필터를 이용하여 필터링 시켜 졸을 수득하는 제3단계; 그리고, 상기 제3단계에서 형성된 졸을 기판 상면에 코팅시켜 이트리아 버퍼층을 형성시키는 제4단계;를 포함하여 구성되는 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막 제조방법을 또한 기술적 요지로 한다. 이에 따라, 금속기판 등의 유연기판을 사용하는 태양전지용 박막 제조시, 버퍼층으로 나트륨이 포함된 이트리아 버퍼층을 형성시킴에 의해 태양전지 박막의 평탄성, 내열성 및 절연성 등의 특성을 향상시켜 태양전지의 물성을 증가시키는 이점이 있다. The present invention relates to a thin film for a solar cell having an yttria buffer layer and a manufacturing method thereof, comprising: a substrate; An yttria buffer layer formed by coating a sol formed by containing sodium (Na) in an yttria (Y 2 O 3 ) solution on the upper surface of the substrate; do. The present invention also provides a first step of mixing and mixing yttrium acetate tetrahydrate, sodium hydroxide and methanol to form a mixture and stirring; A second step of synthesizing the compound by adding and stirring diethanolamine, a chelating agent, to the mixture of the first step; A third step of obtaining a sol by filtering the composite synthesized in the second step by using a filter; In addition, a fourth step of forming a yttria buffer layer by coating the sol formed in the third step on the upper surface of the substrate, the method for manufacturing a thin film for a solar cell having an yttria buffer layer formed therein is also a technical subject matter. Accordingly, when manufacturing a thin film for a solar cell using a flexible substrate such as a metal substrate, by forming a yttria buffer layer containing sodium as a buffer layer to improve the characteristics such as flatness, heat resistance and insulation of the thin film of the solar cell There is an advantage of increasing physical properties.

Description

이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막 및 그 제조방법{thin film of solar cell equipped yttria buffer layer and their manufacturing method}Thin film for solar cell equipped yttria buffer layer and their manufacturing method

본 발명은 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 금속기판 등의 유연기판을 사용하는 태양전지용 박막 제조시, 버퍼층으로 나트륨이 포함된 이트리아 버퍼층을 형성시킴에 의해 태양전지 박막의 평탄성, 내열성 및 절연성 등의 특성을 향상시켜 태양전지의 물성을 증가시키는 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a thin film for a solar cell formed with an yttria buffer layer and a method of manufacturing the same, and more particularly, to form an yttria buffer layer containing sodium as a buffer layer when manufacturing a thin film for a solar cell using a flexible substrate such as a metal substrate. The present invention relates to a thin film for a solar cell having an yttria buffer layer that improves properties of the solar cell by improving properties such as flatness, heat resistance, and insulation of the thin film, and a method of manufacturing the same.

현재, 태양에너지 수집은 세계 에너지 수요의 단지 0.03%만을 차지하고 있으나, 태양전지 시장은 매년 40% 성장하고 있는 추세이다. Currently, solar energy collection accounts for only 0.03% of global energy demand, but the solar cell market is growing at 40% annually.

통상 태양전지는 실리콘 태양전지를 지칭하며, 실리콘의 경우 이론적 효율한계치(~31%)에 근접하고 있으나, 비정질 실리콘(a-Si), Cu(In,Ga)Se2(CIGS)와 CdTe같은 박막태양전지는 아직 잠재가능성이 극대치에 못 미치고 있는 실정이다. In general, a solar cell refers to a silicon solar cell. In the case of silicon, the theoretical efficiency limit (~ 31%) is approached, but thin films such as amorphous silicon (a-Si), Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) and CdTe Solar cells have yet to reach their maximum potential.

생산량의 증가와 함께 결정질 실리콘 태양전지의 가격도 감소하는 추세이지만, 기판형태의 실리콘을 대체하고자 박막을 이용하여 가격을 줄이려는 연구가 진행되고 있으며, 이 중 가장 높은 효율을 보이는 태양전지는 CIGS 태양전지로 지금까지 상당한 연구결과를 보였다. Although the price of crystalline silicon solar cells is decreasing with the increase in production, research is being conducted to reduce the price by using thin films to replace silicon in the form of substrate. Among them, CIGS solar is the most efficient solar cell The battery has shown considerable results so far.

CIGS 태양전지는 고효율·저가를 위한 많은 기술개발을 확보하고 있으며, 현재도 많은 연구가 진행 중에 있다. CIGS는 인듐 일부를 갈륨으로 대체하거나 셀레늄 일부를 황으로 대체시켜 Cu(In,Ga)(S,Se)2를 형성함으로써 재료의 특성을 변화시킬 수 있다. CIGS solar cells have secured a lot of technology development for high efficiency and low cost, and many researches are underway. CIGS can change the properties of the material by replacing some of the indium with gallium or some of the selenium with sulfur to form Cu (In, Ga) (S, Se) 2 .

게다가 매우 안정하고 작동수명이 길며 직접 천이형 밴드갭과 높은 흡수 계수( > 105/cm for 1.4eV bandgap)를 가지고 있어, 벌크 실리콘의 두꺼운 두께(100~200㎛) 대신 수 마이크로미터의 박막으로 만들어도 충분한 광흡수가 가능하다. 이 때문에 재료의 소모를 줄일 수 있을 뿐 아니라 기상, 액상으로부터 다양한 방법으로 제작가능하다.In addition, it is very stable, has a long service life and has a direct transition bandgap and a high absorption coefficient (> 10 5 / cm for 1.4 eV bandgap), making it a thin film of several micrometers instead of the thick thickness of bulk silicon (100-200 μm). Even if it is made, sufficient light absorption is possible. Because of this, not only the consumption of materials can be reduced, but also it can be manufactured in various ways from gas phase and liquid phase.

CIGS의 또 다른 장점으로는 CdS 버퍼층이 보통 사용되어 Cd 문제가 거론되고 있으나 CdS 층이 매우 얇아 CdTe보다 양이 훨씬 적다는 점이다. CdTe보다는 환경적인 측면에서 문제가 심각하지 않지만 CdS를 대체할 다른 버퍼층들도 연구 중에 있는 실정이다. Another advantage of CIGS is that the CdS buffer layer is usually used to address Cd problems, but the CdS layer is so thin that it is much smaller than CdTe. Although environmental problems are less serious than CdTe, other buffer layers to replace CdS are being studied.

도 1에 도시된 바와 같이, CIGS 박막형 태양전지는 기판차이에 따라 효율뿐만이 아니라 결정립크기, 방향성, 전기적 특성 등이 달라지는데, 현재 최고 효율의 태양전지는 유리기판인 소다라임글라스(Soda-lime Glass, 이하 SLG 라 함) 기판 위에 증착한 태양전지이다. 즉, SLG 기판 상면에 버퍼층인 Mo층이 형성되고, 그 상면에 CIGS층, CdS층 및 ZnO층이 차례로 적층된 형태로 구성되어 SLG에 포함된 나트륨(Na)이 확산되면서 CIGS 태양전지의 성능을 향상시킨다. As shown in FIG. 1, the CIGS thin film solar cell has not only efficiency but also grain size, directionality, and electrical characteristics according to substrate difference. Currently, the solar cell having the highest efficiency is a soda-lime glass, which is a glass substrate. Hereinafter referred to as SLG) is a solar cell deposited on a substrate. That is, the Mo layer as a buffer layer is formed on the upper surface of the SLG substrate, and the CIGS layer, the CdS layer, and the ZnO layer are sequentially stacked on the upper surface thereof, and sodium (Na) contained in the SLG is diffused to improve the performance of the CIGS solar cell. Improve.

나트륨(Na)이 차코파이라이트(chalcopyrite) 박막의 특성을 향상시킨다는 보고는 SLG 기판을 이용한 태양전지가 보로실리케이트(borosilicate) 유리기판을 사용한 태양전지보다 상당히 높은 효율을 보이면서 발견되었다. Sodium (Na) improves the properties of chalcopyrite thin films. Solar cells using SLG substrates have been found to have significantly higher efficiencies than solar cells using borosilicate glass substrates.

즉, SLG 기판에 포함된 나트륨(Na)이 확산되면서 CIGS 태양전지의 p-ytpe 전도성의 증가와, 결정성증가, 방향성 향상에 기인한 영향으로 보고되고 있다. In other words, the diffusion of sodium (Na) contained in the SLG substrate has been reported to be due to the increase in the p-ytpe conductivity of the CIGS solar cell, the increase in crystallinity, the improvement of the orientation.

이는 몰리브덴(Mo)이 코팅된 SLG에서 Na은 Na2O형태로 형성되어 CIGS 흡수층으로 확산된다. 확산된 Na2O는 CIGS의 그레인바운다리(grain boundary)를 따라 이동하게 되고 액티버티(activity)가 높은 Se과 상호 작용하여 반응한다. 이때 Na2Se은 매우 안정한 화합물로 Se의 방출은 거의 일어나지 않는다. 따라서 CIGS 흡수층 성장보다는 Na2Se 성장이 일어나기 위한 Se의 일부가 소모되어 결정성 등이 증가 된다. This is because in the molybdenum (Mo) -coated SLG, Na is formed in the form of Na 2 O and diffuses into the CIGS absorption layer. Diffused Na 2 O migrates along the grain boundary of CIGS and reacts to interact with Se with high activity. At this time, Na 2 Se is a very stable compound, the release of Se hardly occurs. Therefore, part of Se is consumed to increase Na 2 Se growth rather than growth of CIGS absorber layer, thereby increasing crystallinity.

또한 나트륨이(Na)이 그레인바운다리(grain boundary)에 존재하면서 그레인바운다리(grain boundary)내에 전도도가 높은 상(phase)를 형성하고 그레인바운다리(grain boundary) 주변과 벌크그레인(bulk grain) 주변에 캐리어디플리션(carrier depletion)을 감소시켜 CIGS 흡수층의 전기저항을 감소시키는 역할을 한다. In addition, sodium (Na) is present in the grain boundary, forming a highly conductive phase in the grain boundary, and around the grain boundary and bulk grain. It reduces the carrier depletion around the role of reducing the electrical resistance of the CIGS absorber layer.

즉, 상기에서와 같이, SLG는 CIGS와 열팽창계수의 차이가 작고 SLG에 포함된 나트륨(Na)과 같은 불순물이 CIGS 증착 시 확산하여 박막특성에 유익한 영향(효율향상, p-type 농도증가 등)을 주는 것으로 알려져 있다. That is, as described above, SLG has a small difference between CIGS and thermal expansion coefficient, and impurities such as sodium (Na) included in SLG diffuse during CIGS deposition to have a beneficial effect on thin film properties (improved efficiency, increased p-type concentration, etc.). It is known to give.

여기서 상기 SLG 기판 대신에 스테인리스스틸 기판 등의 금속기판을 사용하면 태양전지의 새로운 응용분야 개척이 가능하다. 예를 들어, 평평하지 않은 표면을 가진 구조물에 적용이 가능하므로 자유로운 건축 디자인이 가능해진다. 또한, 플렉시블(flexible) 태양전지는 매우 얇고 가볍기 때문에 무겁고 딱딱한 소다석회유리(SLG)기판 태양전지에 비해 운반이나 시공이 수월해진다. 특히 CIGS 태양전지는 우주 공간에서 안정한 특성을 가지고 있기 때문에 스테인리스스틸 기판 등의 금속기판을 사용하여 초경량 유연 태양전지를 제조할 경우 차세대 우주용 태양전지로 적용이 가능하다.In this case, using a metal substrate such as a stainless steel substrate instead of the SLG substrate enables the development of new application fields for solar cells. For example, it can be applied to structures with uneven surfaces, thus allowing free architectural design. In addition, flexible solar cells are very thin and light, which makes transportation and construction easier than heavy and hard soda-lime glass (SLG) substrate solar cells. In particular, since CIGS solar cells have stable characteristics in outer space, they can be applied to next-generation space solar cells when manufacturing ultra-light flexible solar cells using metal substrates such as stainless steel substrates.

도 2는 종래기술에 따른 스테인레스기판을 이용한 CIGS 태양전지의 개략적 모식도로써, 스테인레스 기판 상면에 버퍼층인 Mo층이 형성되고, 그 상면에 CIGS층, CdS층 및 ZnO층이 차례로 적층된 형태로 구성된다. 그러나 상기 종래기술은 스테인레스 기판에 포함된 Cr, Fe 등의 금속이 Mo층을 통하여 CIGS층으로 확산되고, 스테인레스 기판의 평탄성이 양호하지 못하여 태양전지의 성능을 감소시키게 된다. FIG. 2 is a schematic diagram of a CIGS solar cell using a stainless substrate according to the prior art, in which a Mo layer serving as a buffer layer is formed on an upper surface of a stainless substrate, and a CIGS layer, a CdS layer, and a ZnO layer are sequentially stacked on the upper surface. . However, in the conventional technology, metals such as Cr and Fe included in the stainless substrate are diffused into the CIGS layer through the Mo layer, and the flatness of the stainless substrate is not good, thereby reducing the performance of the solar cell.

따라서, 기판으로 SLG가 아닌 스테인레스 등의 금속기판이나, 폴리머 기판과 같은 플렉시블(flexible)한 기판 위에 CIGS 박막을 형성하는 경우에는 나트륨(Na)을 균일하게 공급하여야 하며, 기판의 평탄성이 우수하지 못하여 기판과 CIGS 박막 사이에는 기판을 평탄화시킴과 동시에 금속의 무단 확산을 방지시키는 버퍼층이 반드시 존재하여야 한다. 그러나 현재 이에 대한 연구는 전혀 진행되지 못한 실정이다. Therefore, when forming a CIGS thin film on a metal substrate such as stainless steel other than SLG, or a flexible substrate such as a polymer substrate, sodium (Na) must be supplied uniformly, and the flatness of the substrate is not excellent. A buffer layer must be present between the substrate and the CIGS thin film to planarize the substrate and prevent unauthorized diffusion of the metal. However, the current research is not progressed at all.

따라서 본 발명은 상기한 종래기술들의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 금속기판 등의 유연기판을 사용하는 태양전지용 박막 제조시, 버퍼층으로 나트륨이 포함된 이트리아 버퍼층을 형성시킴에 의해 태양전지 박막 기판의 평탄성, 내열성 및 절연성 등의 특성을 향상시켜 태양전지의 물성을 증가시키는 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention has been made to solve the problems of the prior art, when manufacturing a thin film for a solar cell using a flexible substrate, such as a metal substrate, by forming an yttria buffer layer containing sodium as a buffer layer solar cell thin film An object of the present invention is to provide a thin film for a solar cell having an yttria buffer layer for improving properties such as flatness, heat resistance, and insulation of a substrate, thereby increasing physical properties of the solar cell.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 태양전지용 박막에 있어서, 기판과; 이트리아(Y2O3) 용액에 나트륨(Na)을 함유시켜 형성시킨 졸을 상기 기판 상면에 코팅시켜 형성되는 이트리아 버퍼층;을 포함하여 구성되는 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막을 기술적 요지로 한다.The present invention for achieving the above object, in the thin film for solar cells, the substrate; An yttria buffer layer formed by coating a sol formed by containing sodium (Na) in an yttria (Y 2 O 3 ) solution on the upper surface of the substrate; do.

본 발명은 또한 이트륨아세테이트테트라하이드레이트와, 소듐하이드록사이드와 메탄올을 혼합하여 혼합물을 형성시키고 교반시키는 제1단계와; 제1단계의 혼합물에 킬레이트제인 디에탄올아민을 투입하고 교반시켜 합성물을 합성시키는 제2단계와; 상기 제2단계에서 합성된 합성물을 필터를 이용하여 필터링 시켜 졸을 수득하는 제3단계; 그리고, 상기 제3단계에서 형성된 졸을 기판 상면에 코팅시켜 이트리아 버퍼층을 형성시키는 제4단계;를 포함하여 구성되는 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막 제조방법을 또한 기술적 요지로 한다.The present invention also provides a first step of mixing and mixing yttrium acetate tetrahydrate, sodium hydroxide and methanol to form a mixture and stirring; A second step of synthesizing the compound by adding and stirring diethanolamine, a chelating agent, to the mixture of the first step; A third step of obtaining a sol by filtering the composite synthesized in the second step by using a filter; In addition, a fourth step of forming a yttria buffer layer by coating the sol formed in the third step on the upper surface of the substrate, the method for manufacturing a thin film for a solar cell having an yttria buffer layer formed therein is also a technical subject matter.

상기 제1단계는 50℃~60℃에서 30분 내지 5시간 동안 진행되는 것이 바람직하다. The first step is preferably performed for 30 minutes to 5 hours at 50 ℃ ~ 60 ℃.

상기 2단계의 디에탄올아민의 투입은 시린지(syringe)를 이용하여 투입되는 것이 바람직하다.The input of the diethanolamine of the second step is preferably carried out using a syringe (syringe).

상기 제2단계는 상온에서 30분 내지 5시간 진행되는 것이 바람직하다.The second step is preferably 30 minutes to 5 hours at room temperature.

상기 3단계의 필터링은 시린지(syringe) 필터를 이용하여 진행되는 것이 바람직하다.The filtering in the third step is preferably performed using a syringe filter.

상기 기판은 유연성의 금속기판 또는 폴리머 기판인 것이 바람직하다.The substrate is preferably a flexible metal substrate or a polymer substrate.

상기 금속 기판은 하스텔로이(hastelloy) 또는 스테인레스 기판인 것이 바람직하다.The metal substrate is preferably a hastelloy or stainless substrate.

상기 코팅은 2회 이상 반복적으로 진행되는 것이 바람직하다.The coating is preferably carried out repeatedly two or more times.

상기 코팅은 딥 코팅(dip coating) 방법이 사용되는 것이 바람직하다.The coating is preferably a dip coating method.

상기 이트리아 버퍼층 상면에는 몰리브덴(Mo)층과 같이 전도성 박막의 전극층이 형성되는 것이 바람직하다.On the upper surface of the yttria buffer layer, an electrode layer of a conductive thin film, such as a molybdenum (Mo) layer, is preferably formed.

상기 몰리브덴(Mo)층 상면에는 Cu(In,Ga)Se2(CIGS)층, CdS층 및 ZnO층이 차례로 적층 되는 것이 바람직하다.It is preferable that a Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) layer, a CdS layer, and a ZnO layer are sequentially stacked on the upper surface of the molybdenum (Mo) layer.

이에 따라, 금속기판 등의 유연기판을 사용하는 태양전지용 박막 제조시, 버퍼층으로 나트륨이 포함된 이트리아 버퍼층을 형성시킴에 의해 태양전지 박막의 평탄성, 내열성 및 절연성 등의 특성을 향상시켜 태양전지의 물성을 증가시키는 이점이 있다. Accordingly, when manufacturing a thin film for a solar cell using a flexible substrate such as a metal substrate, by forming a yttria buffer layer containing sodium as a buffer layer to improve the characteristics such as flatness, heat resistance and insulation of the thin film of the solar cell There is an advantage of increasing physical properties.

상기의 구성에 의한 본 발명은, 금속기판 등의 유연기판을 사용하는 태양전지용 박막 제조시, 버퍼층으로 나트륨이 포함된 이트리아 버퍼층을 형성시킴에 의해 태양전지 박막의 평탄성, 내열성 및 절연성 등의 특성을 동시에 향상시켜 태양전지의 물성을 증가시키는 효과가 있다. According to the present invention, the solar cell thin film is formed by forming an yttria buffer layer containing sodium as a buffer layer when manufacturing a thin film for a solar cell using a flexible substrate such as a metal substrate. At the same time to improve the effect of increasing the properties of the solar cell.

도1은 종래기술에 따른 소다라임글라스(Soda-lime Glass, SLG) 기판을 이용한 CIGS 태양전지의 개략적 모식도이고,
도2는 종래기술에 따른 스테인레스기판을 이용한 CIGS 태양전지의 개략적 모식도이고,
도3은 본 발명에 따른 나트륨이 함유된 이트리아 졸의 제조공정을 나타낸 도이고,
도4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 이트리아 졸을 기판에 증착시키는 증착 장치를 나타낸 개략도이고,
도5는 하스텔로이 기판 자체의 EDS 측정결과를 나타낸 도이고,
도6은 본 발명의 제1실시예에 따른 EDS 측정결과를 나타낸 도이고,
도7은 본 발명의 제2실시예에 따른 EDS 측정결과를 나타낸 도이고,
도8은 본 발명의 제3실시예에 따른 EDS 측정결과를 나타낸 도이고,
도9는 본 발명의 제4실시예에 따른 EDS 측정결과를 나타낸 도이고,
도10은 하스텔로이(hastelloy) 기판 자체의 5000배 확대 이미지(a)와 5000배 확대 이미지(b)를 나타낸 도이고,
도11은 본 발명의 제1실시예에 따른 500배 확대 이미지(a)와 5000배 확대 이미지(b)를 나타낸 도이고,
도12는 본 발명의 제2실시예에 따른 500배 확대 이미지(a)와 5000배 확대 이미지(b)를 나타낸 도이고,
도13은 본 발명의 제3실시예에 따른 500배 확대 이미지(a)와 5000배 확대 이미지(b)를 나타낸 도이고,
도14는 본 발명의 제4실시예에 따른 500배 확대 이미지(a)와 5000배 확대 이미지(b)를 나타낸 도이고,
도15는 표면 처리되지 않는 하스텔로이(hastelloy) 기판의 표면 변화에 따른 4 곳의 AFM 이미지를 나타낸 도이고,
도16은 본 발명의 제1실시예에 따라 형성된 졸을 5회 내지 30회 코팅한 경우의 각각의 표면거칠기를 나타낸 도이고,
도17은 본 발명의 제2실시예에 따라 형성된 졸을 5회 내지 30회 코팅한 경우의 각각의 표면거칠기를 나타낸 도이고,
도18은 본 발명의 제3실시예에 따라 형성된 졸을 5회 내지 30회 코팅한 경우의 각각의 표면거칠기를 나타낸 도이고,
도19는 본 발명의 제4실시예에 따라 형성된 졸을 5회 내지 30회 코팅한 경우의 각각의 표면거칠기를 나타낸 도이다.1 is a schematic diagram of a CIGS solar cell using a soda-lime glass (SLG) substrate according to the prior art,
Figure 2 is a schematic diagram of a CIGS solar cell using a stainless substrate according to the prior art,
Figure 3 is a view showing the manufacturing process of the sodium-containing yttria sol according to the present invention,
4 is a schematic view showing a deposition apparatus for depositing an yttria sol prepared in accordance with an embodiment of the present invention on a substrate,
5 is a view showing EDS measurement results of the Hastelloy substrate itself,
6 is a diagram showing an EDS measurement result according to the first embodiment of the present invention.
7 shows EDS measurement results according to a second embodiment of the present invention.
8 shows EDS measurement results according to a third embodiment of the present invention.
9 is a diagram showing an EDS measurement result according to a fourth embodiment of the present invention.
10 is a view showing a 5000 times magnification image (a) and a 5000 times magnification image (b) of the Hastelloy substrate itself,
11 is a diagram showing a 500 times magnification image (a) and a 5000 times magnification image (b) according to the first embodiment of the present invention;
12 is a view showing a 500 times magnification image (a) and a 5000 times magnification image (b) according to the second embodiment of the present invention;
13 is a view showing a 500 times magnification image (a) and a 5000 times magnification image (b) according to the third embodiment of the present invention;
14 is a view showing a 500 times magnification image (a) and a 5000 times magnification image (b) according to the fourth embodiment of the present invention;
15 is a diagram showing four AFM images according to the surface change of the Hastelloy substrate which is not surface treated;
16 is a view showing the respective surface roughness when the sol formed according to the first embodiment of the present invention is coated 5 to 30 times,
17 is a view showing the surface roughness of each of the case of coating 5 to 30 times the sol formed according to the second embodiment of the present invention,
18 is a diagram showing the surface roughness of each of the sol formed 5 to 30 times the sol formed according to the third embodiment of the present invention,
FIG. 19 is a diagram showing surface roughness of each case of coating 5 to 30 times a sol formed according to the fourth embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막 제조방법은 이트륨아세테이트테트라하이드레이트와, 소듐하이드록사이드와 메탄올을 혼합하여 혼합물을 형성시키고 교반시키는 제1단계와; 제1단계의 혼합물에 킬레이트제인 디에탄올아민을 투입하고 교반시켜 합성물을 합성시키는 제2단계와; 상기 제2단계에서 합성된 합성물을 필터를 이용하여 필터링 시켜 졸을 수득하는 제3단계; 그리고, 상기 제3단계에서 형성된 졸을 기판 상면에 코팅시켜 이트리아 버퍼층을 형성시키는 제4단계;를 포함하여 구성된다. As shown, the method for manufacturing a thin film for a solar cell having an yttria buffer layer according to the present invention comprises a first step of mixing and mixing yttrium acetate tetrahydrate, sodium hydroxide and methanol to form a mixture and stirring; A second step of synthesizing the compound by adding and stirring diethanolamine, a chelating agent, to the mixture of the first step; A third step of obtaining a sol by filtering the composite synthesized in the second step by using a filter; And a fourth step of forming the yttria buffer layer by coating the sol formed in the third step on the upper surface of the substrate.

본 발명에서는 코팅용액의 제조, 기판의 세척, 기판에서의 코팅 및 열처리 과정을 거친 뒤 박막의 물성을 측정, 분석하는 순서로 진행되었다.In the present invention, after the preparation of the coating solution, washing the substrate, coating on the substrate and heat treatment process, the properties of the thin film were measured and analyzed.

먼저 본 발명에서는 나트륨이 포함된 이트리아 코팅용액을 제조하여야 하는바, 코팅용액의 제조는 아래와 같이 진행된다. First, in the present invention, it is necessary to prepare a yttria coating solution containing sodium. The preparation of the coating solution proceeds as follows.

본 발명에서 이트륨아세테이트테트라하이드레이트(Yttrium acetate tetrahydrate, Alfa Aesar Chemical Co., 99.9%)를 기본 출발물질로 사용하였고 나트륨 첨가를 위해 비드 형태의 소듐하이드록사이드(Sodium hydroxide, Samchun Chemical Co, 98.0%)를 정제 없이 그대로 사용하였다. In the present invention, yttrium acetate tetrahydrate (Alfa Aesar Chemical Co., 99.9%) was used as a basic starting material, and sodium hydroxide (Sodium hydroxide, Samchun Chemical Co, 98.0%) in the form of beads for sodium addition was added. Was used as is without purification.

또한 용매로는 메탄올(Methyl alcohol, Aldrich Chemical Co., 99%)을 사용하였고, 킬레이트제로는 디에탄올아민(Diethanolamine, Samchun Chemical Co. 99%)을 사용하였으며, 선재의 세척을 위해선 2-프로판올(2-Propanol, Samchun Chemical Co. 99.5%)은 정제 없이 그대로 사용하였다.
In addition, methanol (Methyl alcohol, Aldrich Chemical Co., 99%) was used as a solvent, diethanolamine (Diethanolamine, Samchun Chemical Co. 99%) was used as a chelating agent, and 2-propanol ( 2-Propanol, Samchun Chemical Co. 99.5%) was used as it is without purification.

이하 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, specific examples of the present invention will be described in detail.

< 제1실시예 > &Lt; Embodiment 1 >

본 발명의 제1실시예는 피아이디 콘트롤러(PID controller)가 부착된 가열 맨틀에 둥근 바닥 삼구 플라스크를 이용하여 코팅용액을 제조한다.In a first embodiment of the present invention, a coating solution is prepared using a round bottom three-necked flask on a heating mantle to which a PID controller is attached.

본 발명의 제1실시예는 이트륨아세테이트테트라하이드레이트(Yttrium acetate tetrahydrate, Alfa Aesar Chemical Co., 99.9%)를 기본 출발물질로 사용하였고 정제 없이 그대로 사용하였다. In a first embodiment of the present invention, yttrium acetate tetrahydrate (Alfa Aesar Chemical Co., 99.9%) was used as a starting material and used as it was without purification.

용매로는 메탄올(Methyl alcohol, Aldrich Chemical Co., 99%)을 사용하였으며, 이트륨아세테이트테트라하이드레이트 0.4M 인 13.6g과 비드 형태의 소듐하이드록사이드(Sodium hydroxide)를 메탄올 90㎖에 첨가하여 혼합물을 형성시키되, 첨가되는 소듐하이드록사이드(Sodium hydroxide)의 양은 이트륨아세테이트테트라하이드레이트 첨가량의 2%(중량비)를 첨가하여 혼합물을 형성시킨다. Methanol (Methyl alcohol, Aldrich Chemical Co., 99%) was used as a solvent, and 13.6 g of yttrium acetate tetrahydrate and sodium hydroxide in the form of beads were added to 90 ml of methanol. The amount of sodium hydroxide added is 2% (by weight) of the addition amount of yttrium acetate tetrahydrate to form a mixture.

그리고, 상기 혼합물을 약 55℃의 온도에서 약 1 시간 동안 마그네틱 바를 이용하여 천천히 교반 시킨다. The mixture is then slowly stirred using a magnetic bar at a temperature of about 55 ° C. for about 1 hour.

그런 다음, 상기 혼합물에 킬레이트제인 디에탄올아민(Diethanolamine) 10㎖를 시린지(syringe)를 이용하여 천천히 투입하고, 상온에서 2시간 동안 교반시켜 합성물을 형성시킨다. Then, 10 ml of ethanolamine (Diethanolamine), a chelating agent, was slowly added to the mixture using a syringe, and stirred at room temperature for 2 hours to form a composite.

합성된 합성물은 최종적으로 0.22㎛ 폴리테트라플로오르에틸렌(PTFE) 시린지 필터를 통해 필터링 시켜 최종적인 졸을 수득한다.
The synthesized composite is finally filtered through a 0.22 μm polytetrafluoroethylene (PTFE) syringe filter to obtain the final sol.

< 제2실시예 >&Lt; Embodiment 2 >

본 발명의 제2실시예는 피아이디 콘트롤러(PID controller)가 부착된 가열 맨틀에 둥근 바닥 삼구 플라스크를 이용하여 코팅용액을 제조한다.In a second embodiment of the present invention, a coating solution is prepared by using a round bottom three neck flask on a heating mantle to which a PID controller is attached.

본 발명의 제2실시예는 이트륨아세테이트테트라하이드레이트(Yttrium acetate tetrahydrate, Alfa Aesar Chemical Co., 99.9%)를 기본 출발물질로 사용하였고 정제 없이 그대로 사용하였다. In a second embodiment of the present invention, yttrium acetate tetrahydrate (Yttrium acetate tetrahydrate, Alfa Aesar Chemical Co., 99.9%) was used as a starting material and used as it was without purification.

용매로는 메탄올(Methyl alcohol, Aldrich Chemical Co., 99%)을 사용하였으며, 이트륨아세테이트테트라하이드레이트 0.4M 인 13.6g과 비드 형태의 소듐하이드록사이드(Sodium hydroxide)를 메탄올 90㎖에 첨가하여 혼합물을 형성시키되, 첨가되는 소듐하이드록사이드(Sodium hydroxide)의 양은 이트륨아세테이트테트라하이드레이트 첨가량의 5%(중량비)를 첨가하여 혼합물을 형성시킨다. Methanol (Methyl alcohol, Aldrich Chemical Co., 99%) was used as a solvent, and 13.6 g of yttrium acetate tetrahydrate and sodium hydroxide in the form of beads were added to 90 ml of methanol. The amount of sodium hydroxide added is 5% (by weight) of the amount of yttrium acetate tetrahydrate added to form a mixture.

그리고, 상기 혼합물을 약 55℃의 온도에서 약 1 시간 동안 마그네틱 바를 이용하여 천천히 교반 시킨다. The mixture is then slowly stirred using a magnetic bar at a temperature of about 55 ° C. for about 1 hour.

그런 다음, 상기 혼합물에 킬레이트제인 디에탄올아민(Diethanolamine) 10㎖를 시린지(syringe)를 이용하여 천천히 투입하고, 상온에서 2시간 동안 교반시켜 합성물을 형성시킨다. Then, 10 ml of ethanolamine (Diethanolamine), a chelating agent, was slowly added to the mixture using a syringe, and stirred at room temperature for 2 hours to form a composite.

합성된 합성물은 최종적으로 0.22㎛ 폴리테트라플로오르에틸렌(PTFE) 시린지 필터를 통해 필터링 시켜 최종적인 졸을 수득한다.
The synthesized composite is finally filtered through a 0.22 μm polytetrafluoroethylene (PTFE) syringe filter to obtain the final sol.

< 제3실시예 >&Lt; Third Embodiment >

본 발명의 제3실시예는 피아이디 콘트롤러(PID controller)가 부착된 가열 맨틀에 둥근 바닥 삼구 플라스크를 이용하여 코팅용액을 제조한다.In a third embodiment of the present invention, a coating solution is prepared using a round bottom three-necked flask on a heating mantle to which a PID controller is attached.

본 발명의 제3실시예는 이트륨아세테이트테트라하이드레이트(Yttrium acetate tetrahydrate, Alfa Aesar Chemical Co., 99.9%)를 기본 출발물질로 사용하였고 정제 없이 그대로 사용하였다. In a third embodiment of the present invention, yttrium acetate tetrahydrate (Alfa Aesar Chemical Co., 99.9%) was used as a basic starting material and used as it was without purification.

용매로는 메탄올(Methyl alcohol, Aldrich Chemical Co., 99%)을 사용하였으며, 이트륨아세테이트테트라하이드레이트 0.6M 인 20.4g과 비드 형태의 소듐하이드록사이드(Sodium hydroxide)를 메탄올 90㎖에 첨가하여 혼합물을 형성시키되, 첨가되는 소듐하이드록사이드(Sodium hydroxide)의 양은 이트륨아세테이트테트라하이드레이트 첨가량의 2%(중량비)를 첨가하여 혼합물을 형성시킨다. Methanol (Methyl alcohol, Aldrich Chemical Co., 99%) was used as a solvent, and 20.4 g of yttrium acetate tetrahydrate and sodium hydroxide in the form of beads were added to 90 ml of methanol. The amount of sodium hydroxide added is 2% (by weight) of the addition amount of yttrium acetate tetrahydrate to form a mixture.

그리고, 상기 혼합물을 약 55℃의 온도에서 약 1 시간 동안 마그네틱 바를 이용하여 천천히 교반 시킨다. The mixture is then slowly stirred using a magnetic bar at a temperature of about 55 ° C. for about 1 hour.

그런 다음, 상기 혼합물에 킬레이트제인 디에탄올아민(Diethanolamine) 10㎖를 시린지(syringe)를 이용하여 천천히 투입하고, 상온에서 2시간 동안 교반시켜 합성물을 형성시킨다. Then, 10 ml of ethanolamine (Diethanolamine), a chelating agent, was slowly added to the mixture using a syringe, and stirred at room temperature for 2 hours to form a composite.

합성된 합성물은 최종적으로 0.22㎛ 폴리테트라플로오르에틸렌(PTFE) 시린지 필터를 통해 필터링 시켜 최종적인 졸을 수득한다.
The synthesized composite is finally filtered through a 0.22 μm polytetrafluoroethylene (PTFE) syringe filter to obtain the final sol.

< 제4실시예 >Fourth Embodiment

본 발명의 제4실시예는 피아이디 콘트롤러(PID controller)가 부착된 가열 맨틀에 둥근 바닥 삼구 플라스크를 이용하여 코팅용액을 제조한다.In a fourth embodiment of the present invention, a coating solution is prepared by using a round bottom three-necked flask on a heating mantle to which a PID controller is attached.

본 발명의 제4실시예는 이트륨아세테이트테트라하이드레이트(Yttrium acetate tetrahydrate, Alfa Aesar Chemical Co., 99.9%)를 기본 출발물질로 사용하였고 정제 없이 그대로 사용하였다. In a fourth embodiment of the present invention, yttrium acetate tetrahydrate (Alfa Aesar Chemical Co., 99.9%) was used as a basic starting material and used as it was without purification.

용매로는 메탄올(Methyl alcohol, Aldrich Chemical Co., 99%)을 사용하였으며, 이트륨아세테이트테트라하이드레이트 0.6M 인 20.4g과 비드 형태의 소듐하이드록사이드(Sodium hydroxide)를 메탄올 90㎖에 첨가하여 혼합물을 형성시키되, 첨가되는 소듐하이드록사이드(Sodium hydroxide)의 양은 이트륨아세테이트테트라하이드레이트 첨가량의 5%(중량비)를 첨가하여 혼합물을 형성시킨다. Methanol (Methyl alcohol, Aldrich Chemical Co., 99%) was used as a solvent, and 20.4 g of yttrium acetate tetrahydrate and sodium hydroxide in the form of beads were added to 90 ml of methanol. The amount of sodium hydroxide added is 5% (by weight) of the amount of yttrium acetate tetrahydrate added to form a mixture.

그리고, 상기 혼합물을 약 55℃의 온도에서 약 1 시간 동안 마그네틱 바를 이용하여 천천히 교반 시킨다. The mixture is then slowly stirred using a magnetic bar at a temperature of about 55 ° C. for about 1 hour.

그런 다음, 상기 혼합물에 킬레이트제인 디에탄올아민(Diethanolamine) 10㎖를 시린지(syringe)를 이용하여 천천히 투입하고, 상온에서 2시간 동안 교반시켜 합성물을 형성시킨다. Then, 10 ml of ethanolamine (Diethanolamine), a chelating agent, was slowly added to the mixture using a syringe, and stirred at room temperature for 2 hours to form a composite.

합성된 합성물은 최종적으로 0.22㎛ 폴리테트라플로오르에틸렌(PTFE) 시린지 필터를 통해 필터링 시켜 최종적인 졸을 수득한다.
The synthesized composite is finally filtered through a 0.22 μm polytetrafluoroethylene (PTFE) syringe filter to obtain the final sol.

상기와 같이 각각의 실시예를 통하여 나트륨이 포함된 이트리아 코팅용액인 졸이 형성된다.
As described above, a sol, which is an yttria coating solution containing sodium, is formed through each embodiment.

다음은 상기 각각의 실시예에서 제조된 졸을 기판 상면에 증착하고 증착한 후에 기판의 물성 등을 측정하였으며 이하 이에 대해 상세히 설명한다. Next, after the sol prepared in each of the above embodiments is deposited on the upper surface of the substrate, the physical properties of the substrate are measured, and the like will be described in detail below.

상기 이트리아 졸의 증착을 위한 기판으로는 두께 0.05㎜, 길의 230㎝의 하스텔로이 C-276 금속 테이프가 기판으로 사용된다. 그리고 상기 기판은 2-프로판올(2-Propanol, Samchun Chemical Co. 99.5%)을 이용하여 세척시킨다.
As a substrate for depositing the yttria sol, Hastelloy C-276 metal tape having a thickness of 0.05 mm and a length of 230 cm is used as the substrate. And the substrate is washed with 2-propanol (2-Propanol, Samchun Chemical Co. 99.5%).

본 발명의 증착장치는 도4와 같은 릴-투-릴 또는 롤-투-롤(roll-to-roll) 방식을 이용한 증착장치를 사용한다.The deposition apparatus of the present invention uses a deposition apparatus using a reel-to-reel or roll-to-roll method as shown in FIG.

기본적인 장치 구성은 용액을 담을 수 있는 베쓰(200), 금속 기판(100)을 증착 온도까지 올리기 위하여 석영로(Quartz furnace,300), 선재의 텐션(Tension)을 조절하기 위한 텐션기(400), 그리고, 선재의 연속적인 코팅을 위하여 모터를 사용하였다. The basic device configuration includes a bath 200 capable of containing a solution, a quartz furnace 300 to raise the metal substrate 100 to a deposition temperature, a tensioner 400 for adjusting the tension of the wire rod, Then, a motor was used for the continuous coating of the wire rod.

용액을 담는 베쓰(200)는 용액의 영향을 받지 않는 테프론과 같이 내화학적 특성이 우수한 재질의 비이커로 제작하였다.The bath 200 containing the solution was made of a beaker made of a material having excellent chemical resistance such as Teflon not affected by the solution.

코팅된 용액의 열처리를 위한 석영로(300)의 경우 열에 영향을 적게 받게 하기 위해 석영(Quartz)을 이용하여 직경 30㎜, 길이 300㎜로 설치하였고, 석영로(300)에서의 가열온도는 900℃ 까지 조절 가능하게 제작된다. In the case of the quartz furnace 300 for the heat treatment of the coated solution, in order to reduce the influence of heat, the quartz furnace 300 was installed with a diameter of 30 mm and a length of 300 mm, and the heating temperature in the quartz furnace 300 was 900 It is manufactured to be adjustable to ℃.

또한 산소 분위기를 만들어주기 위해 공기가스와 연결되는 관을 추가로 설치가능하다. It is also possible to install additional pipes to connect with the air gas to create an oxygen atmosphere.

선재의 연속적인 코팅을 위해 모터(미도시)를 설치하였으며, 이는 알피엠(rpm)의 조절이 가능하며, 열처리된 선재의 팽창현상에 대한 텐션(tension)을 조절하기 위해 텐션기(400)를 설치하였다.A motor (not shown) was installed for the continuous coating of the wire rod, which can control the RPM, and a tensioner 400 is installed to control the tension of the heat-treated wire rod. It was.

상기와 같이 형성된 증착장치를 이용하여 나트륨이 포함된 Y2O3 완충층을 제작하기 위하여 선재가 베쓰(bath,200) 안으로 잠긴 이후 열처리가 반복적으로 이루어지는 연속적인 테이프루프코터(Tape loop coater)에서 딥코팅(Dip coating) 방법을 통해 증착이 이루어진다. Dip in a continuous tape loop coater where the heat treatment is repeatedly performed after the wire is immersed in a bath (200) to fabricate the Y 2 O 3 buffer layer containing sodium using the deposition apparatus formed as described above. Deposition is achieved by a dip coating method.

기판(100)인 금속 테이프는 20㎛ x 20㎛의 스케일에서 67㎚ RMS 거칠기를 가지고, 5㎛ x 5㎛의 스케일에서 31.8㎚ RMS 거칠기를 각각 가졌다. The metal tape as the substrate 100 had 67 nm RMS roughness on the scale of 20 μm × 20 μm, and 31.8 nm RMS roughness on the scale of 5 μm × 5 μm, respectively.

기판(100)인 테이프를 움직이는 속도는 분당 100㎜ 이다. The speed of moving the tape, which is the substrate 100, is 100 mm per minute.

딥코팅(Dip coating)을 위한 베쓰(200)는 테이프가 용액에 담길 수 있도록 자유롭게 회전 가능한 도르래와 액체가 담길 수 있는 베쓰(200), 액체를 주입하거나 테이프가 이동할 수 있는 출입구로 구성되어 있다. The bath 200 for dip coating is composed of a freely rotatable pulley so that the tape is immersed in the solution, a bath 200 in which the liquid can be contained, and an entrance through which liquid can be injected or the tape can be moved.

테이프는 코팅 이후에 용매가 건조되는 동안 석영로 내부의 유체의 요동을 감소시키기 위해 내부의 유체 흐름이 제어되는 석영로로 들어가게 되고, 석영로 내에서 순차적으로 Y2O3의 컨버젼이 일어나고 탄화수소의 산화 현상이 석영로에서 500℃±10 에서 일어나도록 제어된다. After the coating, the tape enters the quartz where the fluid flow inside is controlled to reduce the fluctuations of the fluid inside the quartz while the solvent is drying, in which the conversion of Y 2 O 3 occurs sequentially in the quartz furnace and Oxidation is controlled to occur at 500 ° C ± 10 in a quartz furnace.

63㎖/min 의 건조 압축된 공기가 충분한 산화 과정과 석영로 내부 부산물의 제거 역할을 한다. 그리고 다중 코팅은 루프 코터로 연속적인 코팅을 통해 수행된다.
Dry compressed air of 63 ml / min serves for a sufficient oxidation process and removal of internal byproducts with quartz. Multiple coatings are then carried out via continuous coating with a loop coater.

도4와 같은 증착장치를 이용하되, 상기 제1실시예, 제2실시예, 제3실시예, 제4실시예에서 제조된 나트륨이 포함된 Y2O3 용액을 베쓰에 충전하여 기판 상면에 증착하는 방식으로 박막을 제조하였다. Using the deposition apparatus as shown in FIG. 4, the Y 2 O 3 solution containing sodium prepared in the first, second, third, and fourth embodiments was filled in a bath and placed on the upper surface of the substrate. The thin film was prepared by the deposition method.

상기 증착은 여러 번 진행되어 최대 30층까지 증착하였다. The deposition proceeded several times and deposited up to 30 layers.

상기 증착된 박막에 대하여 물성측정을 하였는바, 이하 이에 대해 살펴보기로 한다.
The physical properties of the deposited thin film were measured, which will be described below.

1. 성분분석1. Component Analysis

상기 각각의 실시예에 따라 제조된 용액들은 성분분석을 하기 위해서 하스텔로이(hastelloy) 기판에 코팅을 30회 시행한 후 energy dispersive spectrometer를 측정하였다. The solutions prepared according to the respective examples were subjected to 30 coatings on Hastelloy substrates for component analysis, and then measured energy dispersive spectrometers.

도5는 하스텔로이 기판 자체의 EDS 측정결과를 나타낸 도이고, 도6은 본 발명의 제1실시예에 따른 EDS 측정결과를 나타낸 도이고, 도7은 본 발명의 제2실시예에 따른 EDS 측정결과를 나타낸 도이고, 도8은 본 발명의 제3실시예에 따른 EDS 측정결과를 나타낸 도이고, 도9는 본 발명의 제4실시예에 따른 EDS 측정결과를 나타낸 도이다.5 is a view showing EDS measurement results of the Hastelloy substrate itself, FIG. 6 is a view showing EDS measurement results according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an EDS measurement according to the second embodiment of the present invention. 8 is a diagram showing EDS measurement results according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a diagram showing EDS measurement results according to a fourth embodiment of the present invention.

도5에서 기판의 주성분인 니켈(Nickel, Ni), 크롬(Chromium, Cr), 몰리브덴( Molybdenum, Mo) 등의 존재를 확인할 수 있었다. In FIG. 5, the presence of nickel (Ni, Ni), chromium (Cromium, Cr), and molybdenum (Molybdenum, Mo), which are main components of the substrate, was confirmed.

그리고 본 발명의 각각의 실시예에 따른 나트륨이 포함된 이트리아 용액을 코팅한 경우에는 도6 내지 도9에 나타난 바와 같이, 기판의 주성분인 니켈(Nickel, Ni), 크롬(Chromium, Cr), 몰리브덴( Molybdenum, Mo)의 검출량은 현격히 줄어들고, 이트륨(Yttrium, Y)과 옥사이드(Oxide, O)의 양이 늘어남을 알 수 있고, 첨가된 나트륨(Na)이 검출됨을 확인할 수 있다. 이는 나트륨이 포함된 이트리아층이 금속기판의 성분이 상층부로의 무단확산을 방지시키는 완충층인 버퍼층 역할을 함을 알 수 있다.
And in the case of coating the yttria solution containing sodium according to each embodiment of the present invention, as shown in Figures 6 to 9, the main components of the substrate (Nickel, Ni), chromium (Chromium, Cr), The amount of molybdenum (Molybdenum, Mo) is significantly reduced, it can be seen that the amount of yttrium (Y) and oxides (Oxide, O) increases, it can be seen that the added sodium (Na) is detected. It can be seen that the yttria layer containing sodium serves as a buffer layer that is a buffer layer to prevent the diffusion of components of the metal substrate to the upper layer portion.

2. 표면 모폴로지(morphology) 분석2. Surface Morphology Analysis

용액의 몰농도 조건과 코팅층의 횟수에 따른 선재 표면의 모폴로지(morphology) 변화를 조사하기 위하여 나트륨이 함유된 Y2O3 졸이 도포되어 열처리된 시편들을 제작한 후, SEM 분석을 행하였으며, 각각의 몰농도에 따른 상기 각각의 실시예에 따른 SEM 이미지를 관찰하였다.In order to investigate the morphology change of the wire surface according to the molarity of the solution and the number of coating layers, Y 2 O 3 sol containing sodium was applied and heat treated specimens were prepared, and SEM analysis was performed. SEM images according to the respective examples according to the molar concentration of were observed.

상기 각각의 실시예에 따라 제조된 용액들은 성분분석을 하기 위해서 하스텔로이(hastelloy) 기판에 코팅을 30회 시행한 후 SEM 분석을 행하였다.The solutions prepared according to each of the above examples were subjected to SEM analysis after 30 coatings were applied to the Hastelloy substrate for component analysis.

도10은 하스텔로이(hastelloy) 기판 자체의 5000배 확대 이미지(a)와 5000배 확대 이미지(b)를 나타낸 도이고, 도11은 본 발명의 제1실시예에 따른 500배 확대 이미지(a)와 5000배 확대 이미지(b)를 나타낸 도이고, 도12는 본 발명의 제2실시예에 따른 500배 확대 이미지(a)와 5000배 확대 이미지(b)를 나타낸 도이고, 도13은 본 발명의 제3실시예에 따른 500배 확대 이미지(a)와 5000배 확대 이미지(b)를 나타낸 도이고, 도14는 본 발명의 제4실시예에 따른 500배 확대 이미지(a)와 5000배 확대 이미지(b)를 나타낸 도이다.10 is a view showing a 5000 times magnification image (a) and a 5000 times magnification image (b) of the Hastelloy substrate itself, and FIG. 11 is a 500 times magnification image (a) according to the first embodiment of the present invention. And FIG. 12 is a view showing a 5000 times magnification image (b), FIG. 12 is a view showing a 500 times magnification image (a) and a 5000 times magnification image (b) according to the second embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 14 is a view showing a 500 times magnification image (a) and a 5000 times magnification image (b), and FIG. 14 is a 500 times magnification image (a) and 5000 times magnification according to a fourth embodiment of the present invention. The figure which shows the image b.

도10에서 하스텔로이 기판 자체에는 스크래치 등과 같은 디펙트가 존재함을 알 수 있다. In FIG. 10, it can be seen that defects such as scratches exist in the Hastelloy substrate itself.

그러나 도11 내지 도14에서 본 발명의 실시예에 따른 나트륨이 포함된 이트리아층이 형성된 박막은 스크래치 등의 디펙트가 사라져 표면이 깨끗해짐을 확인할 수 있었으며 공정에서 크랙이나 미세기공은 발생하지 않았음을 확인하였으며 이는 버퍼층으로의 사용이 가능함을 의미한다.
However, in FIGS. 11 to 14, the thin film on which the yttria layer including sodium according to the exemplary embodiment of the present invention was formed could be confirmed that the defects such as scratches disappear and the surface was clean, and no cracks or micropores occurred in the process. This means that it can be used as a buffer layer.

3. 표면 거칠기 분석3. Surface Roughness Analysis

상기 각각의 실시예에 따라 제조된 용액들은 용액의 몰농도 조건과 코팅층의 횟수에 따른 선재 표면의 표면 거칠기를 조사하기 위하여 나트륨이 함유된 Y2O3 졸을 하스텔로이(hastelloy) 기판에 코팅을 5회, 10회, 15회, 20회, 25회, 30회 시행한 후 AFM 이미지를 측정하였다. The solutions prepared according to the above embodiments were coated with a hastelloy substrate containing Y 2 O 3 sol containing sodium to investigate the surface roughness of the wire surface according to the molarity of the solution and the number of coating layers. AFM images were measured after 5, 10, 15, 20, 25, and 30 trials.

도15는 표면 처리되지 않는 하스텔로이(hastelloy) 기판의 표면 변화에 따른 4 곳의 AFM 이미지를 나타낸 도이고, 도16은 본 발명의 제1실시예에 따라 형성된 졸을 5회 내지 30회 코팅한 경우의 각각의 표면거칠기를 나타낸 도이고, 도17은 본 발명의 제2실시예에 따라 형성된 졸을 5회 내지 30회 코팅한 경우의 각각의 표면거칠기를 나타낸 도이고, 도18은 본 발명의 제3실시예에 따라 형성된 졸을 5회 내지 30회 코팅한 경우의 각각의 표면거칠기를 나타낸 도이고, 도19는 본 발명의 제4실시예에 따라 형성된 졸을 5회 내지 30회 코팅한 경우의 각각의 표면거칠기를 나타낸 도이다. FIG. 15 is a diagram showing four AFM images according to the surface change of a Hastelloy substrate which is not surface treated, and FIG. 16 is coated 5 to 30 times with a sol formed according to the first embodiment of the present invention. Figure 17 shows the surface roughness of each case, Figure 17 is a view showing the respective surface roughness of the case of coating 5 to 30 times the sol formed according to the second embodiment of the present invention, Figure 18 is a view of the present invention FIG. 19 shows the surface roughness of the sol formed according to the third embodiment when coated 5 times to 30 times. FIG. 19 is the case where the sol formed according to the fourth embodiment of the present invention is coated 5 times to 30 times. Shows the surface roughness of each.

도15에서, 표면 거칠기 (Rrms)는 5㎛ x 5㎛의 스케일에서 평균은 31.8㎚로 나타나 표면이 거침을 알 수 있다. In Fig. 15, the surface roughness R rms is 31.8 nm in average on a scale of 5 mu m x 5 mu m, indicating that the surface is rough.

그러나 도16 내지 도19에 나타난 바와 같이, 본 발명의 각각의 실시예에서 코팅횟수가 증가할수록 표면 거칠기가 감소함을 알 수 있으며 코팅횟수가 20회 이상이 되는 경우 원하는 표면 거칠기를 얻을 수 있음을 알 수 있다. However, as shown in Figures 16 to 19, it can be seen that the surface roughness decreases as the number of coatings increases in each embodiment of the present invention, and that the desired surface roughness can be obtained when the number of coatings is 20 or more times. Able to know.

이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 나트륨이 함유된 이트리아 용액을 기판 상면에 증착하는 경우, 증착 횟수가 증가하면 표면 거칠기는 줄어드는바, 증착 횟수를 조절하여 기판에 증착하는 경우 원하는 표면 거칠기를 가지는 박막을 형성할 수 있으며, 증착 횟수가 늘어나면 기판의 표면은 평탄화됨을 알 수 있다.
As described above, when the yttria-containing yttria solution according to the embodiment of the present invention is deposited on the upper surface of the substrate, the surface roughness decreases as the number of deposition increases. A thin film having a roughness may be formed, and the surface of the substrate may be planarized as the number of deposition increases.

이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 나트륨이 함유된 이트리아 용액을 기판 상면에 증착하는 경우 증착 횟수를 조절하면 완충층 역할을 할 수 있다는 것을 알 수 있다.
As described above, when the yttria solution containing sodium according to the embodiment of the present invention is deposited on the upper surface of the substrate, it can be seen that controlling the number of deposition may serve as a buffer layer.

따라서 본 발명에 따른 나트륨이 함유된 이트리아 용액을 기판 상면에 증착하고 그 상면에 몰리브덴(Mo)층을 형성시키고, 몰리브덴(Mo)층 상면에는 Cu(In,Ga)Se2(CIGS)층, CdS층 및 ZnO층을 차례로 적층하여 태양전지로 사용이 가능하다.
Therefore, the yttria solution containing sodium according to the present invention is deposited on the upper surface of the substrate, and a molybdenum (Mo) layer is formed on the upper surface thereof, and a Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) layer is formed on the upper surface of the molybdenum (Mo) layer, The CdS layer and the ZnO layer are sequentially stacked to be used as solar cells.

본 발명에 따라 형성된 박막은 태양전지용 박막뿐만 아니라 평탄성, 내열성, 절연성 특성이 요구되는 버퍼층이 필요한 다른 용도의 박막 등에도 사용이 가능함은 자명한 사실이다. It is apparent that the thin film formed according to the present invention can be used not only for thin films for solar cells but also for thin films for other applications requiring a buffer layer requiring flatness, heat resistance, and insulating properties.

100 : 기판 200 : 베쓰
300 : 석영로 400 : 텐션기100: substrate 200: Beth
300: quartz 400: tensioner

Claims (18)

태양전지용 박막에 있어서,
기판과;
이트리아(Y2O3) 용액에 나트륨(Na)을 함유시켜 형성시킨 졸을 상기 기판 상면에 코팅시켜 형성되는 이트리아 버퍼층;
상기 이트리아 버퍼층 상면에 형성된 몰리브덴(Mo)층;을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막.In the thin film for solar cells,
Claims [1]
An yttria buffer layer formed by coating a sol formed by containing sodium (Na) in an yttria (Y 2 O 3 ) solution on an upper surface of the substrate;
And a molybdenum (Mo) layer formed on the upper surface of the yttria buffer layer. 제1항에 있어서, 상기 기판은 유연성의 금속기판 또는 폴리머 기판인 것을 특징으로 하는 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막.The thin film for a solar cell of claim 1, wherein the substrate is a flexible metal substrate or a polymer substrate. 제2항에 있어서, 상기 금속 기판은 하스텔로이(hastelloy) 또는 스테인레스기판인 것을 특징으로 하는 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막.The thin film for a solar cell of claim 2, wherein the metal substrate is a hastelloy or a stainless substrate. 제1항에 있어서, 상기 코팅은 2회 이상 반복적으로 진행됨을 특징으로 하는 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막.The thin film for a solar cell of claim 1, wherein the coating is repeatedly performed two or more times. 제1항에 있어서, 상기 코팅은 딥 코팅(dip coating) 방법이 사용됨을 특징으로 하는 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막.The thin film for a solar cell of claim 1, wherein the coating is a dip coating method. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 몰리브덴(Mo)층 상면에는 Cu(In,Ga)Se2(CIGS)층, CdS층 및 ZnO층이 차례로 적층 되는 것을 특징으로 하는 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막.The thin film for solar cell of claim 1, wherein a Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) layer, a CdS layer, and a ZnO layer are sequentially stacked on the molybdenum (Mo) layer. 이트륨아세테이트테트라하이드레이트와, 소듐하이드록사이드와 메탄올을 혼합하여 혼합물을 형성시키고 교반시키는 제1단계와;
제1단계의 혼합물에 킬레이트제인 디에탄올아민을 투입하고 교반시켜 합성물을 합성시키는 제2단계와;
상기 제2단계에서 합성된 합성물을 필터를 이용하여 필터링 시켜 졸을 수득하는 제3단계; 그리고,
상기 제3단계에서 형성된 졸을 기판 상면에 코팅시켜 이트리아 버퍼층을 형성시키는 제4단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막 제조방법.A first step of mixing yttrium acetate tetrahydrate, sodium hydroxide and methanol to form a mixture and stirring;
A second step of synthesizing the compound by adding and stirring diethanolamine, a chelating agent, to the mixture of the first step;
A third step of obtaining a sol by filtering the composite synthesized in the second step by using a filter; And,
And a fourth step of forming the yttria buffer layer by coating the sol formed in the third step on the upper surface of the substrate. 제8항에 있어서, 상기 제1단계는 50℃~60℃에서 30분 내지 5시간 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막 제조방법.The method of claim 8, wherein the first step is performed at 50 ° C. to 60 ° C. for 30 minutes to 5 hours. 제8항에 있어서, 상기 2단계의 디에탄올아민의 투입은 시린지(syringe)를 이용하여 투입되는 것을 특징으로 하는 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막 제조방법.The thin film manufacturing method for a solar cell of claim 8, wherein the diethanolamine of the second step is introduced using a syringe. 제8항에 있어서, 상기 제2단계는 상온에서 30분 내지 5시간 진행되는 것을 특징으로 하는 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막 제조방법.The thin film manufacturing method of claim 8, wherein the second step is performed at room temperature for 30 minutes to 5 hours. 제8항에 있어서, 상기 3단계의 필터링은 시린지(syringe) 필터를 이용하여 진행되는 것을 특징으로 하는 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막 제조방법.The method of claim 8, wherein the filtering in the third step is performed using a syringe filter. 제8항에 있어서, 상기 기판은 유연성의 금속기판 또는 폴리머 기판인 것을 특징으로 하는 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막 제조방법.10. The method of claim 8, wherein the substrate is a flexible metal substrate or a polymer substrate. 제13항에 있어서, 상기 금속 기판은 하스텔로이(hastelloy) 또는 스테인레스 기판인 것을 특징으로 하는 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막 제조방법.The method of claim 13, wherein the metal substrate is a hastelloy or a stainless substrate. 제8항에 있어서, 상기 코팅은 2회 이상 반복적으로 진행됨을 특징으로 하는 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막 제조방법.The method of claim 8, wherein the coating is repeatedly performed two or more times. 제8항에 있어서, 상기 코팅은 딥 코팅(dip coating) 방법이 사용됨을 특징으로 하는 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막 제조방법.The thin film manufacturing method for a solar cell of claim 8, wherein the coating is a dip coating method. 제8항 내지 제16항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 이트리아 버퍼층 상면에는 몰리브덴(Mo)층과 같이 전도성 박막의 전극층이 형성되는 것을 특징으로 하는 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막 제조방법.The method of claim 8, wherein an electrode layer of a conductive thin film, such as a molybdenum (Mo) layer, is formed on an upper surface of the yttria buffer layer. 제17항에 있어서, 상기 몰리브덴(Mo)층 상면에는 Cu(In,Ga)Se2(CIGS)층, CdS층 및 ZnO층이 차례로 적층 되는 것을 특징으로 하는 이트리아 버퍼층이 형성된 태양전지용 박막 제조방법.The method of claim 17, wherein a Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) layer, a CdS layer, and a ZnO layer are sequentially stacked on the upper surface of the molybdenum (Mo) layer. .
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