KR101476120B1 - 박막형 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 기판 상에 전면전극을 형성하는 공정; 상기 전면전극 상에 제1산화방지층을 형성하는 공정; 상기 제1산화방지층 상에 반도체층을 형성하는 공정; 및 상기 반도체층 상에 후면전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 박막형 태양전지에 관한 것으로서,
본 발명에 따르면 전면전극 상에 제1산화방지층을 형성하고 상기 제1산화방지층 상에 반도체층을 형성하기 때문에 전면전극에 포함된 산화제와 반도체층을 구성하는 실리콘 사이의 화학반응을 차단하여 전면전극과 반도체층의 계면에서 산화물이 형성되는 것이 방지되어 태양전지의 효율이 증가 된다.
박막형 태양전지, 산화방지층
Description
본 발명은 태양전지(Thin film type Solar Cell)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 박막형 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지의 구조 및 원리에 대해서 간단히 설명하면, 태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 되는 원리이다.
이와 같은 태양전지는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다.
상기 기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 기판형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수하기는 하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승되는 단점이 있다.
상기 박막형 태양전지는 상기 기판형 태양전지에 비하여 효율이 다소 떨어지기는 하지만, 얇은 두께로 제조가 가능하고 저가의 재료를 이용할 수 있어 제조비용이 감소되는 장점이 있어 대량생산에 적합하다.
상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 전면전극을 형성하고, 상기 전면전극 위에 반도체층을 형성하고, 상기 반도체층 위에 후면전극을 형성하여 제조되는데, 이하, 도면을 참조로 종래의 박막형 태양전지에 대해서 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1d는 종래의 박막형 태양전지의 개략적인 공정 단면도이다.
우선, 도 1a에서 알 수 있듯이, 기판(10) 상에 전면전극(20)을 형성한다. 상기 전면전극(20)은 금속산화물을 이용하여 형성한다.
다음, 도 1b에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극(20) 상에 반도체층(40)을 형성한다. 상기 반도체층(40)은 실리콘화합물을 이용하여 형성한다.
이때, 도 1b의 확대도에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극(20)과 반도체층(40)의 계면에서 산화물(43)이 형성될 수 있다. 구체적으로 설명하면, 상기 전면전 극(20)은 금속산화물로 이루어지기 때문에 그 내에 산소가 포함되어 있고 또한 상기 반도체층(40) 형성공정 이전에 전면전극(20)이 대기에 노출될 경우 전면전극(20)의 표면에 OH기가 흡착되어 존재할 수 있다. 이와 같이, 산소 또는 OH기와 같은 산화제가 포함되어 있는 전면전극(20) 상에 반도체층(40)을 형성하게 되면, 상기 전면전극(20)에 포함되어 있는 산화제와 반도체층(40)을 구성하는 실리콘 사이에 화학반응을 일으켜 실리콘산화물이 형성되게 된다. 상기 전면전극(20)과 반도체층(40)의 계면에 실리콘산화물과 같은 산화물(43)이 형성되면 접촉저항이 증가되어 태양전지의 효율이 저하되는 문제가 발생한다.
다음, 도 1c에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(40) 상에 투명도전층(60)을 형성한다. 상기 투명도전층(60)은 금속산화물을 이용하여 형성한다.
이때, 도 1c의 확대도에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(40)과 투명도전층(60)의 계면에서도 산화물(46)이 형성될 수 있다. 구체적으로 설명하면, 상기 투명도전층(60)을 금속산화물로 형성하기 때문에 상기 투명도전층(60) 형성 공정 중에 산소가 상기 반도체층(40)을 구성하는 실리콘과 화학반응을 일으켜 실리콘산화물이 형성될 수 있다. 또한, 제조공정상 상기 투명도전층(60) 형성공정 이전에 상기 반도체층(40)이 대기에 노출되는 경우 상기 반도체층(40)의 표면에 OH기가 흡착되어 존재할 수 있고, 그 상황에서 투명도전층(60)을 형성하면 OH기와 상기 반도체층(40)을 구성하는 실리콘과 화학반응을 일으켜 실리콘산화물이 형성될 수 있다. 이와 같이, 상기 반도체층(40)과 투명도전층(60)의 계면에 실리콘산화물과 같은 산화물(46)이 형성되면 접촉저항이 증가되어 태양전지의 효율이 저하되는 문제가 발 생한다.
다음, 도 1d에서 알 수 있듯이, 상기 투명도전층(60) 상에 후면전극(70)을 형성하여, 박막형 태양전지의 제조를 완성한다.
종래의 박막형 태양전지는, 전술한 바와 같이, 상기 전면전극(20)과 반도체층(40)의 계면에서 산화물(43)이 형성되고, 상기 반도체층(40)과 투명도전층(60)의 계면에서 산화물(46)이 형성되기 때문에, 상기 산화물(43, 46)로 인하여 접촉저항이 증가되어 태양전지의 효율이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 종래의 박막형 태양전지의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 전면전극과 반도체층의 계면, 또는 반도체층과 투명도전층의 계면에서 산화물이 형성되는 것을 방지함으로써 전지효율이 향상될 수 있는 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 기판 상에 전면전극을 형성하는 공정; 상기 전면전극 상에 제1산화방지층을 형성하는 공정; 상기 제1산화방지층 상에 반도체층을 형성하는 공정; 및 상기 반도체층 상에 후면전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 제1산화방지층을 형성하는 공정 이전에, 상기 전면전극에 존재하는 산화제를 제거하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 반도체층과 상기 후면전극 사이에 투명도전층을 형성하는 공정을 추가로 포함할 수 있고, 이때, 상기 투명도전층을 형성하는 공정 이전에 상기 반도체층 상에 제2산화방지층을 형성하는 공정을 추가로 포함할 수 있고, 상기 제2산화방지층을 형성하는 공정 이전에 상기 반도체층 상에 존재하는 산화제를 제거하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 기판 상에 전면전극을 형성하는 공정; 상기 전면전극에 존재하는 산화제를 제거하는 공정; 상기 산화제가 제거된 전면전극 상에 반도체층을 형성하는 공정; 및 상기 반도체층 상에 후면전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 기판 상에 전면전극을 형성하는 공정; 상기 전면전극 상에 반도체층을 형성하는 공정; 상기 반도체층 상에 존재하는 산화제를 제거하는 공정; 상기 산화제가 제거된 반도체층 상에 투명도전층을 형성하는 공정; 및 상기 투명도전층 상에 후면전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 기판 상에 전면전극을 형성하는 공정; 상기 전면전극 상에 반도체층을 형성하는 공정; 상기 반도체층 상에 산화방지층을 형성하는 공정; 상기 산화방지층 상에 투명도전층을 형성하는 공정; 및 상기 투명도전층 상에 후면전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한 기판 상에 형성된 전면전극; 상기 전면전극 상에 형성된 제1산화방지층; 상기 제1산화방지층 상에 형성된 반도체층; 및 상기 반도체층 상에 형성된 후면전극을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지를 제공한다.
여기서, 상기 반도체층과 후면전극 사이에 투명도전층이 추가로 형성될 수 있고, 이때, 상기 반도체층과 투명도전층 사이에 제2산화방지층이 추가로 형성될 수 있다.
본 발명은 또한 기판 상에 형성된 전면전극; 상기 전면전극 상에 형성된 반도체층; 상기 반도체층 상에 형성된 산화방지층; 상기 산화방지층 상에 형성된 투명도전층; 및 상기 투명도전층 상에 형성된 후면전극을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지를 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 전면전극 상에 제1산화방지층을 형성하고 상기 제1산화방지층 상에 반도체층을 형성하기 때문에 전면전극에 포함된 산화제와 반도체층을 구성하는 실리콘 사이의 화학반응을 차단하여 전면전극과 반도체층의 계면에서 산화물이 형성되는 것이 방지되어 태양전지의 효율이 증가 된다.
둘째, 본 발명은 전면전극에 존재하는 산화제를 제거한 후에 반도체층을 형성하기 때문에 전면전극과 반도체층의 계면에서 산화물이 형성되는 것이 최소화되어 태양전지의 효율이 증가 된다.
셋째, 본 발명은 반도체층 상에 제2산화방지층을 형성하고 상기 제2산화방지층 상에 투명도전층을 형성하기 때문에 반도체층을 구성하는 실리콘과 투명도전층에 포함된 산화제 사이의 화학반응을 차단하여 반도체층과 투명도전층의 계면에서 산화물이 형성되는 것이 방지되어 태양전지의 효율이 증가 된다.
넷째, 본 발명은 반도체층에 존재하는 산화제를 제거한 후에 투명도전층을 형성하기 때문에 반도체층과 투명도전층의 계면에서 산화물이 형성되는 것을 최소화하여 태양전지의 효율이 증가 된다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
<박막형 태양전지의 제조방법>
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양 전지의 개략적 공정 단면도이다.
우선, 도 2a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 상에 전면전극(200)을 형성한다.
상기 전면전극(200)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, ZnO:H, SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 전면전극(200)은 태양광의 흡수율을 최대화하기 위해서 텍스처 가공공정 등을 통해 그 표면을 울퉁불퉁한 요철구조로 형성할 수 있다. 상기 텍스처 가공공정이란 물질 표면을 울퉁불퉁한 요철구조로 형성하여 마치 직물의 표면과 같은 형상으로 가공하는 공정으로서, 포토리소그라피법(photolithography)을 이용한 식각공정, 화학용액을 이용한 이방성 식각공정(anisotropic etching), 또는 기계적 스크라이빙(mechanical scribing)을 이용한 홈 형성 공정 등을 통해 수행할 수 있다. 이와 같은 텍스처 가공공정을 상기 전면전극(200)에 수행할 경우 입사되는 태양광이 태양전지 외부로 반사되는 비율은 감소하게 되며, 그와 더불어 입사되는 태 양광의 산란에 의해 태양전지 내부로 태양광이 흡수되는 비율은 증가하게 되어, 태양전지의 효율이 증진되는 효과가 있다.
다음, 도 2b에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극(200)에 수소 플라즈마 처리를 수행한다.
제조공정 중에 상기 전면전극(200)이 대기에 노출될 경우 상기 전면전극(200)의 표면에 OH기가 흡착되어 존재할 수 있고, 또한 상기 전면전극(200)은 금속산화물로 이루어지기 때문에 전면전극(200) 내에 산소를 포함하고 있다. 따라서, 상기 전면전극(200)에 존재하는 산소 또는 OH기와 같은 산화제를 수소 플라즈마 처리를 통해 환원시켜 제거하는 것이다.
다음, 도 2c에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극(200) 상에 제1산화방지층(300)을 형성한다.
전술한 바와 같이 수소 플라즈마 처리를 통해 상기 전면전극(200)으로부터 산화제가 어느 정도 제거되지만 아직 산화제가 잔존할 수 있고, 잔존하는 산화제로 인해서 이후에 실리콘산화물과 같은 불순물이 형성될 여지가 있기 때문에, 실리콘산화물 형성을 최대한 방지하기 위해서 상기 전면전극(200) 상에 제1산화방지층(300)을 추가로 형성하는 것이다.
이와 같은 역할을 하는 제1산화방지층(300)은 여러 가지 요건을 만족해야 하는데, 이하 그 요건들에 대해서 설명한다.
첫째, 전면전극(200)과 제1산화방지층(300)의 계면에서 산화물 형성이 억제되어야 한다. 이와 같은 요건을 만족하기 위해서 상기 제1산화방지층(300)은 산화 도가 작은 물질을 이용하여 형성한다.
둘째, 제1산화방지층(300)과 후술하는 반도체층(도 2d의 도면번호 400 참조)의 계면에서 산화물 형성이 억제되어야 한다. 이와 같은 요건을 만족하기 위해서 상기 제1산화방지층(300) 내에 산화제가 포함되지 않아야 한다. 즉, 상기 제1산화방지층(300)은 산소를 포함하지 않는 물질로 이루어져야 한다. 또한, 상기 제1산화방지층(300)이 대기중에 노출되지 않는 것이 바람직하며, 상기 제1산화방지층(300)이 대기중에 노출되지 않도록 하기 위해서는 상기 제1산화방지층(300) 형성공정과 이후 공정인 반도체층(400) 형성공정이 연속공정으로 수행되는 것이 바람직하다.
셋째, 상기 제1산화방지층(300)을 구성하는 물질은 전기전도도가 우수해야 한다. 상기 제1산화방지층(300)을 구성하는 물질이 전기전도도가 열악하면 태양전지의 효율이 저하되기 때문이다.
넷째, 상기 제1산화방지층(300)으로 인해 광투과도가 저하되지 않아야 한다. 상기 제1산화방지층(300)으로 인해 광투과도가 저하되면 광흡수율이 떨어져 태양전지의 효율이 저하되기 때문이다.
상기 첫째 요건 내지 넷째 요건을 충족시키기 위한 상기 제1산화방지층(300)의 구성물질로는 게르마늄(Ge)을 들 수 있다. 상기 게르마늄(Ge)은 수소 플라즈마 분위기에서 GeH4 가스를 원료로 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition:ALD)을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 상기 넷째 요건은 상기 제1산화방지층(300)의 형성 두께를 조절하여 달성할 수 있으며, 구체적으로는 상기 제1산화방지층(300)을 10 내지 30Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 제1산화방지층(300)이 10Å보다 작으면 산화방지효과가 떨어지고, 상기 제1산화방지층(300)이 30Å보다 크면 광투과도가 저하될 수 있기 때문이다.
다음, 도 2d에서 알 수 있듯이, 상기 제1산화방지층(300) 상에 반도체층(400)을 형성한다. 전술한 바와 같이, 상기 제1산화방지층(300)이 대기 중에 노출되지 않도록 상기 반도체층(400) 형성공정은 상기 제1산화방지층(300) 형성공정에 이어서 연속공정으로 수행하는 것이 바람직하다.
상기 반도체층(400)은 실리콘계 반도체물질을 플라즈마 CVD법을 이용하여 P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성할 수 있다. 이와 같이 상기 반도체층(400)을 PIN구조로 형성하게 되면, I형 반도체층이 P형 반도체층과 N형 반도체층에 의해 공핍(depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(drift)되어 각각 P형 반도체층 및 N형 반도체층에서 수집되게 된다.
상기 반도체층(400)을 PIN구조로 형성할 경우에는 상기 제1산화방지층(300) 상부에 P형 반도체층을 형성하고 이어서 I형 반도체층 및 N형 반도체층을 형성하는 것이 바람직하다. 그 이유는 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 비해 낮기 때문에 입사광에 의한 수집효율을 극대화하기 위해서 P형 반도체층을 수광면에 가깝게 형성하기 위함이다.
다음, 도 2e에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(400)에 수소 플라즈마 처리를 수행한다.
제조공정 중에 상기 반도체층(400)이 대기에 노출될 경우 상기 반도체층(400)의 표면에 OH기가 흡착되어 존재할 수 있다. 따라서, 반도체층(400)의 표면에 존재하는 OH기와 같은 산화제를 수소 플라즈마 처리를 통해 환원시켜 제거하는 것이다. 다만, 상기 반도체층(400)의 형성공정과 이후 공정이 연속공정으로 이루어져 상기 반도체층(400)이 대기에 노출되지 않는 경우에는 상기 반도체층(400)의 표면에 OH기가 흡착되어 존재하지 않기 때문에 수소 플라즈마 처리를 생략할 수 있다.
다음, 도 2f에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(400) 상에 제2산화방지층(500)을 형성한다.
상기 제2산화방지층(500)은 전술한 제1산화방지층(300)과 동일한 물질을 동일한 방법으로 형성할 수 있다. 즉, 제2산화방지층(500)은 수소 플라즈마 분위기에서 GeH4 가스를 원료로 원자층증착법(Atomic Layer Deposition:ALD)을 이용하여 게르마늄(Ge)층으로 형성할 수 있고, 또한 그 형성두께를 10 내지 30Å로 할 수 있다.
다음, 도 2g에서 알 수 있듯이, 상기 제2산화방지층(500) 상에 투명도전층(600)을 형성한다. 이때, 상기 제2산화방지층(500)이 대기 중에 노출되지 않도록 상기 투명도전층(600) 형성공정은 상기 제2산화방지층(500) 형성공정에 이어서 연속공정으로 수행하는 것이 바람직하다.
상기 투명도전층(600)은 ZnO와 같은 투명한 도전물질을 스퍼터 링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 투명도전층(600)은 생략하는 것도 가능하지만, 태양전지의 효율증진을 위해서는 상기 투명도전층(600)을 형성하는 것이 바람직하다. 그 이유는 상기 투명도전층(600)을 형성하게 되면 상기 반도체층(400)을 투과한 태양광이 상기 투명도전층(600)을 통과하면서 산란을 통해 다양한 각으로 진행하게 되어, 후술하는 후면전극(도 2h의 도면번호 700 참조)에서 반사되어 상기 반도체층(400)으로 재입사되는 광의 비율이 증가될 수 있기 때문이다.
다음, 도 2h에서 알 수 있듯이, 상기 투명도전층(600) 상에 후면전극(700)을 형성하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양 전지의 제조를 완성한다.
상기 후면전극(700)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속을 스크린인쇄법(screen printing), 잉크젯인쇄법(inkjet printing), 그라비아인쇄법(gravure printing) 또는 미세접촉인쇄법(microcontact printing)을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 스크린 인쇄법은 스크린과 스퀴즈(squeeze)를 이용하여 대상물질을 작업물에 전이시켜 소정의 패턴을 형성하는 방법이고, 상기 잉크젯 인쇄법은 잉크젯을 이용하여 대상물질을 작업물에 분사하여 소정의 패턴을 형성하는 방법이고, 상기 그라비아 인쇄법은 오목판의 홈에 대상물질을 도포하고 그 대상물질을 다시 작업물에 전이시켜 소정의 패턴을 형성하는 방법이고, 상기 미세접촉 인쇄법은 소정의 금형을 이용하여 작업물에 대상물질 패턴을 형성하는 방법이다.
이상은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법에 대해서 설명하였는데, 본 발명은 전면전극(200)과 반도체층(400)의 계면, 또는 반도체층(400)과 투명도전층(600)의 계면에서 산화물이 형성되는 것을 방지할 수 있는 방법 모두를 포함한다. 즉, 본 발명은 전술한 도 2a 내지 도 2h 공정 중 특정 공정을 생략하더라도 종래의 경우에 비하여 특정 계면에서 산화물 형성이 방지될 수 있다면 그 방법 모두를 포함하는 것이다. 그와 같은 방법에 대해서 구체적으로 예를 들면 다음과 같다.
첫째, 본 발명은 전면전극(200)에 수소 플라즈마 처리를 수행하는 공정(도 2b공정) 및 전면전극(200) 상에 제1산화방지층(300)을 형성하는 공정(도 2c공정) 중 어느 한 공정만을 수행할 수 있다. 즉, 도 2a와 같이 기판(100) 상에 전면전극(200)을 형성한 후 도 2b공정은 생략하고 도 2c와 같이 전면전극(200) 상에 제1산화방지층(300)을 직접 형성할 수도 있고, 도 2a와 같이 기판(100) 상에 전면전극(200)을 형성한 후 도 2b와 같이 전면전극(200)에 수소 플라즈마 처리를 수행하고 도 2c에 따른 공정은 생략할 수 있다.
둘째, 본 발명은 반도체층(400)에 수소 플라즈마 처리를 수행하는 공정(도 2e공정) 및 반도체층(400) 상에 제2산화방지층(500)을 형성하는 공정(도 2f공정) 중 어느 한 공정만을 수행할 수 있다. 즉, 도 2d와 같이 반도체층(400)을 형성한 후 도 2e공정은 생략하고 도 2f와 같이 반도체층(400) 상에 제2산화방지층(500)을 직접 형성할 수도 있고, 도 2d와 같이 반도체층(400)을 형성한 후 도 2e와 같이 반도체층(400)에 수소 플라즈마 처리를 수행하고 도 2f에 따른 공정은 생략할 수 있 다.
셋째, 본 발명은 제1산화방지층(300)을 형성하는 공정(도 2c공정) 및 제2산화방지층(500)을 형성하는 공정(도 2f공정) 중 어느 한 공정만을 수행할 수 있다.
즉, 전면전극(200)과 반도체층(400) 사이에 제1산화방지층(300)을 형성하되 반도체층(400)과 투명도전층(600) 사이에는 제2산화방지층(500)을 형성하지 않을 수 있고, 전면전극(200)과 반도체층(400) 사이에 제1산화방지층(300)은 형성하지 않고 반도체층(400)과 투명도전층(600) 사이에만 제2산화방지층(500)을 형성할 수 있다.
<박막형 태양전지>
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지는, 기판(100), 전면전극(200), 제1산화방지층(300), 반도체층(400), 투명도전층(600) 및 후면전극(700)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판(100)은 유리 또는 투명한 플라스틱으로 이루어진다.
상기 전면전극(200)은 상기 기판(100) 상에 형성되며, ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, ZnO:H, SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전면전극(200)의 표면은 요철구조로 형성될 수 있다.
상기 제1산화방지층(300)은 상기 전면전극(200)과 반도체층(400)의 계면에서 산화물이 형성되는 것을 방지하는 역할을 하는 것으로서, 산화도가 작고 그 내부에 산소를 포함하지 않으며 전기전도도가 우수하고 광투과도가 좋은 물질을 이용하여 형성하며, 그 예로서 게르마늄(Ge)을 들 수 있다. 또한, 상기 제1산화방지층(300)은 10 내지 30Å의 두께로 형성될 수 있는데, 그 이유는 상기 제1산화방지층(300)이 10Å보다 작으면 산화방지효과가 떨어질 수 있고, 상기 제1산화방지층(300)이 30Å보다 크면 광투과도가 저하될 수 있기 때문이다.
상기 반도체층(400)은 실리콘계 반도체물질을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 상기 반도체층(400)은 P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성할 수 있다. 상기 반도체층(400)을 PIN구조로 형성할 경우에는 상기 제1산화방지층(300) 상부에 P형 반도체층을 형성하고 이어서 I형 반도체층 및 N형 반도체층을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 투명도전층(600)은 ZnO와 같은 투명한 도전물질을 이용하여 형성할 수 있으며, 생략하여도 태양전지의 작동에 문제가 되지는 않지만 형성하는 것이 바람직하다.
상기 후면전극(700)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속물질로 이루어질 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도로서, 반도체층(400)과 투명도전층(600) 사이에 제2산화방지층(500)이 추가로 형성된 것을 제외하고 전술한 도 3에 따른 박막형 태양전지와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대해서 구체적인 설명은 생략한다.
상기 제2산화방지층(500)은 상기 반도체층(400)과 투명도전층(600)의 계면에서 산화물이 형성되는 것을 방지하는 역할을 하는 것으로서 전술한 제1산화방지층(300)과 동일한 물질로 형성된다. 즉, 상기 제2산화방지층(500)은 게르마늄(Ge)으로 이루어질 수 있고, 10 내지 30Å의 두께로 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도로서, 전면전극(200)과 반도체층(400) 사이에 제1산화방지층(300)이 형성되지 않은 것을 제외하고 전술한 도 4에 따른 박막형 태양전지와 동일하다.
도 1a 내지 도 1d는 종래의 박막형 태양전지의 개략적인 공정 단면도이다.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양 전지의 개략적 공정 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
<도면의 주요부의 부호에 대한 설명>
100: 기판 200: 전면전극
300: 제1산화방지층 400: 반도체층
500: 제2산화방지층 600: 투명도전층
700: 후면전극
Claims (20)
- 기판 상에 전면전극을 형성하는 공정;상기 전면전극 상에 제1산화방지층을 형성하는 공정;상기 제1산화방지층 상에 반도체층을 형성하는 공정;상기 반도체층 상에 제2산화방지층을 형성하는 공정;상기 제2산화방지층 상에 투명도전층을 형성하는 공정; 및상기 투명도전층 상에 후면전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지고,상기 제1산화방지층은 상기 전면전극과 상기 반도체층 사이에 형성되고, 상기 제2산화방지층은 산소를 포함하지 않는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 제1산화방지층을 형성하는 공정 이전에, 상기 전면전극에 존재하는 산화제를 제거하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 제2산화방지층을 형성하는 공정 이전에, 상기 반도체층 상에 존재하는 산화제를 제거하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제2항 또는 제5항에 있어서,상기 산화제를 제거하는 공정은 수소 플라즈마 처리하여 상기 산화제를 환원시키는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 제1산화방지층 또는 제2산화방지층을 형성하는 공정은 수소 플라즈마 분위기에서 GeH4 가스를 이용하여 Ge층을 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 제1산화방지층 또는 제2산화방지층을 형성하는 공정은 10 내지 30Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 제1산화방지층 또는 제2산화방지층이 대기에 노출되지 않도록 하기 위해서, 상기 제1산화방지층 또는 제2산화방지층 형성공정과 그 이후 공정은 연속공정으로 수행하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
- 기판 상에 형성된 전면전극;상기 전면전극 상에 형성된 제1산화방지층;상기 제1산화방지층 상에 형성된 반도체층;상기 반도체층 상에 형성된 제2산화방지층;상기 제2산화방지층 상에 형성된 투명도전층; 및상기 투명도전층 상에 형성된 후면전극을 포함하여 이루어지고,상기 제1산화방지층은 상기 전면전극과 상기 반도체층 사이에 형성되고, 상기 제2산화방지층은 산소를 포함하지 않는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제13항에 있어서,상기 제1산화방지층 또는 제2산화방지층은 10 내지 30Å의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
- 제13항에 있어서,상기 제1산화방지층 또는 제2산화방지층은 Ge층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
- 제13항에 있어서,상기 제1산화방지층은 산소를 포함하는 않는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
- 제13항에 있어서,상기 전면전극 또는 반도체층은 그 표면에 산화제가 제거된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
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