KR20110079107A - Patterned glass for a thin film solar cell and fabricating method of thin film solar cell using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 박막 태양전지 기판용 글라스 및 그를 포함하는 박막 태양전지의제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 글라스에 스크라이빙(scribing)을 위한 공간을 남겨두고 글라스 내부에 레이저를 이용하여 텍스처링함으로써 패턴이 형성된 박막 태양전지 기판용 글라스 및 그를 포함하는 박막 태양전지의 제조방법에 관계한다.The present invention relates to a thin film solar cell substrate glass and a method for manufacturing a thin film solar cell including the same, and more particularly, by leaving a space for scribing on the glass and texturing using a laser inside the glass. A patterned thin film solar cell substrate glass and a method for manufacturing a thin film solar cell including the same.
최근 고유가 및 환경 문제의 영향으로 신재생 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중 태양광을 전기에너지로 변환하는 광전변환소자인 태양전지에 대한 연구 및 양산화가 가장 활발하다고 할 수 있는데, 이는 다른 신재생 에너지원에 비해 그 에너지원을 장소에 구애받지 않고 어디에서든지 사용할 수 있는 이점이 있기 때문이며, 그러한 에너지원은 무한하고 환경친화적이므로 시간이 갈수록 그 중요성 이 더해가고 있다. Recently, interest in renewable energy is increasing due to high oil prices and environmental problems. Among them, research and mass production of solar cell, a photoelectric conversion device that converts sunlight into electric energy, is the most active, which can be used anywhere regardless of the place of energy than other renewable energy sources. This is because the energy source is infinite and environmentally friendly, and its importance is increasing over time.
태양전지는 반도체에 사용되는 웨이퍼(Wafer)를 이용하는 결정질 실리콘 태양전지와 글라스와 같은 기판에 증착기술을 이용한 박막 태양전지로 나눌 수 있다. 현재는 결정질 실리콘 태양전지가 높은 시장점유율을 가지고 있지만 기술의 안정성, 높은 변환효율에도 불구하고 경제성 확보가 어려워 향후 고효율화 및 저가격으로 박막 태양전지의 시장점유율이 높아질 것으로 예상되고 있다. Solar cells may be classified into crystalline silicon solar cells using wafers used in semiconductors and thin film solar cells using deposition techniques on substrates such as glass. Currently, crystalline silicon solar cells have a high market share, but despite the stability of technology and high conversion efficiency, it is difficult to secure economic feasibility. Therefore, the market share of thin film solar cells is expected to increase with high efficiency and low price.
박막 태양전지는 결정질 실리콘 전체를 태양광 흡수 기판으로 쓰는 기존 형태와 달리 유리 등 저가의 기판을 활용하고 저가 기판 위에 실리콘 등의 광 흡수층 재료를 이용하여 박막 형태로 태양전지를 제조한 대표적 차세대 전지로서, 대면적 및 낮은 제조비용이 가능하다. 그러나 구조적인 불안정성 때문에 결정질 태양전지에 비해 효율이 낮은 단점을 가지고 있다. 따라서 박막 태양전지의 에너지 전환 효율을 높이기 위한 연구가 최근 활발하게 진행되고 있다.The thin film solar cell is a representative next-generation battery that uses a low-cost substrate such as glass and manufactures a thin-film solar cell using a light-absorbing layer material such as silicon on a low-cost substrate, unlike a conventional form using the entire crystalline silicon as a solar absorption substrate. Large area, low manufacturing cost is possible. However, due to structural instability, it has a disadvantage of lower efficiency than crystalline solar cells. Therefore, researches for increasing energy conversion efficiency of thin film solar cells have been actively conducted recently.
이러한 박막 태양전지의 효율을 개선하기 위해 빛의 산란을 증대시켜 빛의 가둠 효과를 증대시키는 텍스처링(texturing) 기술이 많이 개발되어 사용되고 있다. 글라스에 텍스처링을 주는 방법은 레이저 또는 약품을 사용하여 이루어진다. 이러한 구조를 이용하여 태양전지를 제조할 경우 표면에서의 산란효과도 있지만 반사되는 효과도 나타나며, 또한 전면에 모두 텍스처링을 주고 있어 추후 전극을 형성하는 스크라이빙(scribing) 공정 시 레이저의 빛도 산란시켜 정확한 스크라이빙을 행할 수 없게 된다.In order to improve the efficiency of such thin-film solar cells, texturing techniques for increasing light scattering to increase light confinement effects have been developed and used. The texturing of the glass is done using lasers or chemicals. When manufacturing a solar cell using such a structure, there is a scattering effect on the surface but also a reflecting effect, and also the texturing on the entire surface of the solar cell also scatters the laser during the scribing process to form an electrode later. Accurate scribing cannot be performed.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 극복하기 위한 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 기판 표면에서의 빛의 산란 효과를 최소화하고, 추후 정확한 스크라이빙 공정을 가능케 하는 박막 태양전지 기판용 글라스를 제공하는 것이다.The present invention is to overcome the above-mentioned problems of the prior art, one problem to be solved by the present invention is a thin film solar cell substrate which minimizes the scattering effect of light on the surface of the substrate, and enables an accurate scribing process later It is to provide a glass for.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 박막 태양전지 기판용 글라스를 포함하는 박막 태양전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a thin film solar cell including the glass for the thin film solar cell substrate.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기 박막 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the thin film solar cell.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은 일정한 간격을 두고 배치되는 하나 이상의 요철구조를 포함하는 텍스처링부들과 상기 텍스처링부들 사이에 형성된 텍스처링되지 않은 스크라이빙부를 포함하고, 상기 텍스처링부들의 요철구조가 글라스 내부에 형성된 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 기판용 글라스에 관한 것이다. One aspect of the present invention for achieving the above object comprises a texturing portion including at least one uneven structure arranged at regular intervals and an untextured scribing portion formed between the texturing portion, the unevenness of the texturing portion It relates to a thin film solar cell substrate glass, characterized in that the structure is formed inside the glass.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은 기판; 상기 기판 상에 형성된 투명전극; 상기 투명전극 상에 형성된 광흡수층; 및 상기 광흡수층 상에 형성된 후면전극을 포함하는 박막 태양전지에 있어서, 상기 기판이 상기 본 발명에 의 한 글라스로 구성된 것을 특징으로 하는 박막 태양전지에 관한 것이다. Another aspect of the present invention for achieving the above object is a substrate; A transparent electrode formed on the substrate; A light absorption layer formed on the transparent electrode; And a thin film solar cell comprising a back electrode formed on the light absorption layer, the substrate relates to a thin film solar cell, characterized in that consisting of the glass according to the present invention.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 양상은 일정한 간격을 두고 배치되는 하나 이상의 요철구조를 포함하는 텍스처링부들과 상기 텍스처링부들 사이에 형성된 텍스처링되지 않은 스크라이빙부를 포함하고, 상기 텍스처링부들의 요철구조가 글라스 내부에 형성된 기판을 준비하는 단계; Another aspect of the present invention for achieving the above object comprises a texturing portion including at least one uneven structure disposed at regular intervals and an untextured scribing portion formed between the texturing portion, the unevenness of the texturing portion Preparing a substrate having a structure formed inside the glass;
상기 기판 상부에 투명전극층을 형성한 후 스크라이빙하는 단계;Scribing after forming a transparent electrode layer on the substrate;
상기 투명전극층 위에 광흡수층을 형성한 후 스크라이빙하는 단계;Scribing after forming a light absorption layer on the transparent electrode layer;
상기 광흡수층 위에 후면전극을 형성한 후 스크라이빙하는 단계; 및Scribing after forming a back electrode on the light absorption layer; And
수득된 태양전지의 가장자리 부분을 식각하여 에지 아이솔레이션하는 단계를 포함하는 박막 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.It relates to a method for manufacturing a thin film solar cell comprising the step of etching the edge portion of the obtained solar cell by edge isolation.
본 발명의 구현예들에 의한 박막 태양전지 기판용 글라스는 텍스처링부 사이에 텍스처링되지 않은 평평한 구조의 스크라이빙부를 포함하고, 글라스 표면이 아닌 내부에 텍스처링부를 형성함으로써, 글라스 표면에서의 빛의 반사를 최소화하고 글라스를 통과하는 태양빛의 산란효과를 극대화하여 기존의 태양전지에 비해 향상된 단락전류밀도(Jsc 값)을 얻을 수 있고 이로 인해 광전변환효율이 높은 박막 태양전지를 제공할 수 있다.Glass for thin film solar cell substrates according to embodiments of the present invention includes a non-textured flat scribing portion between the texturing portions, and by forming a texturing portion inside the glass surface, the reflection of light on the glass surface By minimizing and maximizing the scattering effect of sunlight passing through the glass, it is possible to obtain an improved short-circuit current density (Jsc value) compared to conventional solar cells, thereby providing a thin film solar cell having high photoelectric conversion efficiency.
이하, 첨부 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in more detail with respect to the present invention.
본 발명을 보다 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 첨부되는 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위한 개략적인 것으로 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었고, 도면에 표시된 두께, 크기, 비율 등에 의해 본 발명의 범위가 제한되지 아니한다.In order to more clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the accompanying drawings are outlined for clarity of understanding of the present invention and are enlarged in order to clearly express various layers and regions in the drawings. However, the scope of the present invention is not limited by the thickness, size, ratio, etc. shown in the drawings.
또한, 이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다.In addition, all terms including technical terms and scientific terms used below have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art.
하나의 양상에서, 본 발명의 박막 태양전지 기판용 글라스는 향후 스크라이빙되는 구간을 제외하고 다른 부분은 선택적으로 텍스처링 되어 빛을 산란시킬 수 있는 요철구조를 포함하고 있으며, 또한 글라스 표면이 아닌 글라스 내부에 텍스처링된 요철구조를 포함함으로써 글라스 표면에서의 빛의 반사를 최소화한다. In one aspect, the glass for thin film solar cell substrate of the present invention includes a concave-convex structure capable of scattering light by selectively texturing other portions except for a scribing section in the future, and also a glass that is not a glass surface. Incorporating textured structures therein minimize the reflection of light from the glass surface.
도 1은 종래의 박막 태양전지에 사용되는 텍스처링된 글라스의 개략단면도로서, 글라스 전면에 걸쳐 텍스처링되어 있으며 현재 결정질 실리콘 태양전지의 상부 유리로 많이 사용되고 있다. 그러나 이러한 텍스처링 글라스는 스크라이빙이 불가능하기 때문에 박막 태양전지용으로는 사용이 불가능하며 사용하더라도 셀 효율 향상은 그리 크지 않게 보고 되고 있다. 일반적으로 빛의 산란 효과를 극대화하기 위해 사용하는 방법은 글라스 상부의 투명전극층을 에칭하여 피라미드 모양으로 만들어 빛의 산란 효과를 높이고 있으나, 이러한 구조에서는 빛이 글라스에서는 산란 효과를 제어하는 효과를 유발하고 있어 산란 효과가 제한적이다.1 is a schematic cross-sectional view of a textured glass used in a conventional thin film solar cell, which is textured over the entire glass surface and is currently used as a top glass of crystalline silicon solar cells. However, since the texturing glass cannot be scribed, it is impossible to use the thin film solar cell, and even if it is used, the improvement of the cell efficiency is not much reported. In general, the method used to maximize the light scattering effect is to etch the transparent electrode layer on the glass to form a pyramid to increase the light scattering effect, but in such a structure, the light causes the effect of controlling the scattering effect in the glass. There is a limited scattering effect.
본 발명의 구현예들에 의한 박막 태양전지 기판용 글라스는 글라스에 일정한 간격으로 텍스처링을 함으로써 일부 스크라이빙 구간을 남겨 두고 패턴을 형성함으로써 종래 박막 태양전기 기판 글라스가 가지고 있는 텍스처링 구조에서 불가능하였던 스크라이빙 기술 적용을 가능하게 하며, 글라스 내부를 레이저를 이용하여 텍스처링함으로써 요철구조가 글라스 내부에 형성되게 되어 글라스 표면에서의 빛의 반사를 최소화할 수 있으며, 글라스를 통과하는 태양빛의 산란 효과를 최대한 높일 수 있다.Glass for thin film solar cell substrates according to embodiments of the present invention by forming a pattern leaving a portion of the scribing interval by texturing at regular intervals on the glass was not possible in the texturing structure of the conventional thin film solar cell substrate glass It enables the application of creeping technology, and the uneven structure is formed inside the glass by laser-texturing the inside of the glass, which minimizes the reflection of light from the glass surface and reduces the scattering effect of sunlight passing through the glass. You can increase it as much as possible.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 박막 태양전지 기판용 글라스의 개략적인 투명사시도로서, 스크라이빙부를 제외한 글라스 내부에 텍스처링부가 형성된 글라스의 개략사시도이다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 의한 박막 태양전지 기판용 글라스(10)는 기판인 글라스 상에 일정한 간격을 두고 배치되는 하나 이상의 요철구조를 포함하는 텍스처링부들(11)과 상기 텍스처링부들 사이에 형성된 텍스처링되지 않은 스크라이빙부(12)를 포함하고, 상기 텍스처링부들(11)의 요철구조는 글라스 표면이 아닌 글라스 내부에 형성된다.FIG. 2 is a schematic transparent perspective view of a glass for a thin film solar cell substrate according to an embodiment of the present invention, which is a schematic perspective view of a glass in which a texturing part is formed inside the glass except for a scribing part. Referring to FIG. 1, the
박막 태양전지는 기판 위에 박막을 형성하여 제조되는데, 기판은 일반적으로 유리 기판이 사용된다. 상기 박막 태양전지의 박막은 기본적으로 광을 흡수하여 전자 및 정공을 발생시키는 광흡수층과 그 상하부에 위치하고 광흡수층에서 생산된 전자 및 정공을 전달하는 전극으로 이루어진다. 단순히 박막만 입혀진 상태에서는 충분한 전압과 출력이 나오지 않기 때문에 이를 긴 띠 형태의 소규모 셀로 분할하 여 직렬 연결한다. 박막을 단위 셀로 분할하기 위해 레이저 스크라이빙 기술이 이용된다. 본 발명의 박막 태양전지 기판용 글라스는 텍스처링부들(11) 사이에 스크라이빙 공정을 위한 텍스처링되지 않은 편평한 부분을 포함하기 때문에 텍스처링 효과와 스크라이빙을 동시에 가능하게 하여 박막 태양전지의 고효율화를 실현할 수 있다.Thin film solar cells are manufactured by forming a thin film on a substrate, which is generally a glass substrate. The thin film of the thin film solar cell basically consists of a light absorbing layer that absorbs light to generate electrons and holes, and an electrode that is located at the upper and lower portions of the thin film solar cell to transmit electrons and holes produced in the light absorbing layer. Since there is not enough voltage and output when only a thin film is coated, it is divided into small long strip-shaped cells and connected in series. Laser scribing techniques are used to divide the thin film into unit cells. Since the glass for the thin film solar cell substrate of the present invention includes an untextured flat portion for the scribing process between the
본 발명의 박막 태양전지 기판용 글라스는 글라스 내부에 UV 레이저를 이용하여 텍스처링 함으로써 패턴된 요철구조를 포함한다. 상기 텍스처링부(11)의 모양은 피라미드형, 원뿔형, 원통형, 렌즈형 등과 같이 다양한 모양으로 형성될 수 있으며, 입사하는 태양광을 산란시킬 수 있는 임의의 형태로 구현될 수 있다. 레이저로 텍스처링하는 바 꼭 하나의 모양을 사용하지 않아도 되며 여러 가지 모양을 동시에 사용할 수도 있고 연속적으로 또는 불연속적으로 형성할 수도 있다. 본 발명에서 상기 텍스처링부(11)는 양각, 음각 또는 양각과 음각을 혼용하여 구성할 수 있다. The glass for thin film solar cell substrate of the present invention includes a concave-convex structure patterned by texturing using a UV laser inside the glass. The
본 발명의 일구현예에서 텍스처링부(11)의 모양이 피라미드형인 경우, 사면 각도가 80°이상으로 너무 넓어질 경우 빛의 산란효과가 작아지게 되므로 바람직하게는 10°내지 70°사이가 적당하다. In the exemplary embodiment of the present invention, when the shape of the
상기 스크라이빙부(12)는 발전을 하지 못하는 데드존(dead zone)이라고 불리는 것으로 절연이 가능한 상태에서 좁을수록 좋으며, 스크라이빙부(12)의 폭은 1 내지 10 mm 인 것이 적당하다. 상기 서로 이웃하는 스크라이빙부(12) 사이의 상기 텍스처링부(11)의 폭은 50 내지 500 ㎛ 정도가 적당하다. The
본 발명의 다른 양상은 상기 박막 태양전지 기판용 글라스를 포함하는 박막 태양전지에 관한 것이다. 박막 태양전지는 광흡수층의 주된 재료에 따라 결정질 실리콘 박막 태양전지, 비정질 실리콘 박막 태양전지(a-Si 태양전지), CdTe 나 CIS를 이용하는 화합물 박막 태양전지, 염료감응 박막 태양전지, 유기물 박막 태양전지로 나눌 수 있으며, 본 발명의 구현예들에 의한 박막 태양전지 기판용 글라스는 상기 여러 박막 태양전지에 모두 사용가능하며, 이외에도 차세대 태양전지로서 비정질 실리콘과 미세결정(micro) 실리콘을 다층으로 적층하여 광 흡수층으로 사용하는 탠덤(Tandem)형 박막 태양전지 또는 트리플(Triple)형 박막 태양전지 등의 적층형 태양전지에도 사용가능하다.Another aspect of the invention relates to a thin film solar cell comprising the glass for the thin film solar cell substrate. Thin film solar cells are crystalline silicon thin film solar cell, amorphous silicon thin film solar cell (a-Si solar cell), compound thin film solar cell using CdTe or CIS, dye-sensitized thin film solar cell, organic thin film solar cell according to the main material of light absorption layer The thin film solar cell substrate glass according to the embodiments of the present invention can be used in all of the various thin film solar cells. In addition, as a next-generation solar cell, amorphous silicon and microcrystalline silicon are laminated in a multilayer manner. The present invention can also be used in a stacked solar cell such as a tandem thin film solar cell or triple thin film solar cell used as a light absorbing layer.
이하, 일례로 비정질 실리콘 박막 태양전지를 예로 들어 설명한다.Hereinafter, an amorphous silicon thin film solar cell will be described as an example.
도 3은 본 발명의 일실시예의 박막 태양전지의 개략 단면도이다. 도 3을 참고하면, 본 발명의 박막 태양전지(20)는 기판(100); 상기 기판 상에 형성된 투명전극(200); 상기 투명전극 상에 형성된 광흡수층(300); 및 상기 광흡수층 상에 형성된 후면전극(400)을 포함하고, 상기 기판이 글라스 내부에 형성되고 일정한 간격을 두고 배치되는 하나 이상의 요철구조를 포함하는 텍스처링부(11)와 이들 텍스처링부 사이에 형성된 텍스처링되지 않은 편평한 스크라이빙부(120)를 포함한다.3 is a schematic cross-sectional view of a thin film solar cell of one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the thin film
상기 기판(100)의 텍스처링부(110)는 주로 태양전지의 수광면의 반사방지를 위해 형성되는 것으로 상기 텍스처링부의 형태는 특별히 제한되지 않고, 사다리꼴, 피라미드형, 원뿔형, 원통형 또는 렌즈형 등 임의의 형태일 수 있다.The
투명전극(200)은 외부로부터 입사되는 빛을 광흡수층(300)으로 통과시키기 위해 투명 전극으로 구성되고, 빛을 통과시키기 위해 상기 기판 상에 코팅되는 전도성 물질로는 인듐틴 옥사이드(ITO), 플로린 도핑된 틴 옥사이드(FTO), ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, ZnO-Ga, ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2:F, SnO2-Sb2O3 등을 사용할 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다. 이러한 투명전극은 스퍼터링 공정 또는 진공증착법에 의해 형성될 수 있다. The
상기 광흡수층(300)은 상기 투명전극(200) 위에 형성되고, P형, I형 및 N형 실리콘층이 접합된 PIN 접합층으로서 플라즈마 CVD 공정 또는 유도결합형 플라즈마 CVD 공정 등의 CVD 공정에 의하여 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 광흡수층(300)은 상기 투명전극(200) 상에 P형 실리콘층을 형성한 후에, 상기 P형 실리콘층 상에 I형 실리콘층을 형성한 다음 상기 I형 실리콘층 상에 N형 실리콘층을 형성하여 구성될 수 있다. 상기 N형 실리콘층은 인, 질소 등과 같이 N형의 불순물이 도핑된 층이고, 상기 P형 실리콘층은 붕소 등의 제3족 원소인 P형 불순물이 도핑된 층이다. 또한, 상기 광흡수층(300)은 CuInGaSe 또는 CdTe 화합물 반도체층으로 형성할 수 있다. 또한, 비정질 실리콘 박막 태양전지의 효율을 개선하기 위한 적층형 박막 태양전지에도 사용할 수 있다. 즉, 광흡수층(200)으로 비정질 실리콘과 미세결정(micro) 실리콘을 다층으로 적층하여 사용하는 탠덤(Tandem)형과 트리플(Triple)형 박막 태양전지를 형성할 수도 있다.The
광흡수층(300)은 태양광에 의해 정공(hole) 및 전자(electron)를 생성하고 생성된 정공 및 전자가 각각 P층 및 N층에서 수집되는데, 이와 같은 정공 및 전자의 수집 효율을 증진시키기 위해서는 P층과 N층만으로 이루어진 PN 구조에 비하여 PIN 구조가 보다 바람직하다. PIN 구조로 형성하게 되면, I층이 P층과 N층에 의해 공핍(depletion) 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(drift)되어 각각 P층 및 N층에서 수집된다.The
상기 광흡수층(300) 상부에는 전도성 물질의 후면전극(400)이 형성된다. 상기 투명전극(200) 및 광흡수층(300)을 통과한 태양광은 후면전극(400)에서 반사되어 상기 광흡수층(200)으로 재입사되어 후면전극(400)이 전극 역할 이외에 반사 역할도 할 수 있다. 이러한 후면전극(300)은 Al, Ag 등의 금속, Ni/Al, Ag/Mo, Ag/Ni, Ag/Cu 등의 합금을 스퍼터링(sputtering) 공정 또는 진공증착법을 이용하여 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The
이와 같이 구성된 박막 태양전지는 다음과 같이 동작한다. 외부에서 빛이 태양전지에 입사되면 광흡수층(300)에서 입사된 광에너지에 의해 전자와 정공이 발생되고, 상기 전자는 N형 실리콘층으로 상기 정공은 P형 실리콘층으로 각기 확산하게 된다. 하전 캐리어의 분극이 일어나면, 반도체의 양측에는 전위차가 생기며, 이때 상기 N형 실리콘층과 P형 실리콘층을 결선하게 되면 상기 전자 및 정공의 이동에 의해 전력이 생성되게 된다.The thin film solar cell configured as described above operates as follows. When light is incident on the solar cell from the outside, electrons and holes are generated by the light energy incident from the
본 발명의 또 다른 양상은 상기 박막 태양전지의 제조방법에 관계한다. 도 4는 본 발명의 박막태양전지의 제조방법의 제조공정 흐름도이다. Another aspect of the present invention relates to a method of manufacturing the thin film solar cell. 4 is a manufacturing process flowchart of the manufacturing method of the thin film solar cell of the present invention.
본 발명의 방법에 의해 태양전지를 제조하는 경우에는 먼저 글라스 내부에 형성되고 일정한 간격을 두고 배치되는 하나 이상의 요철구조를 포함하는 텍스처링부와 이들 텍스처링부들 사이에 형성된 텍스처링되지 않은 스크라이빙부를 포함하는 박막태양전지 기판용 글라스를 준비한다(S1). 이어서 상기 글라스 상에 투명전극을 형성한 후 스크라이빙한다(S2). 이어서 상기 투명전극 위에 N형 실리콘층, I형 실리콘층, P형 실리콘층을 순차적으로 형성하여 광흡수층을 형성한 후 스크라이빙한다(S3). 이어서 상기 광흡수층 상에 후면전극을 형성한다(S4). When manufacturing a solar cell by the method of the present invention first comprises a texturing portion comprising at least one uneven structure formed inside the glass and disposed at regular intervals and an untextured scribing portion formed between these texturing portions A glass for thin film solar cell substrate is prepared (S1). Subsequently, a transparent electrode is formed on the glass and then scribed (S2). Subsequently, an N-type silicon layer, an I-type silicon layer, and a P-type silicon layer are sequentially formed on the transparent electrode to form a light absorption layer, and then scribe. Subsequently, a rear electrode is formed on the light absorption layer (S4).
본 발명에서는 상기 전면전극인 투명전극 상에 반사방지막을 형성할 수 있다. 상기 방사방지막은 예를 들면 실리콘질화막, 수소를 포함한 실리콘질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2 로 이루어진 군에서 선택된 재료를 포함할 수 있다. 상기 반사방지막은 진공 증착법, 화학 기상 증착법, 스핀 코팅, 스크린 인쇄 또는 스프레이 코팅에 의해 형성될 수 있으나, 반드시 이들로 한정되는 것은 아니다. In the present invention, an anti-reflection film may be formed on the transparent electrode as the front electrode. The anti-radiation film may include, for example, a material selected from the group consisting of silicon nitride film, silicon nitride film including hydrogen, silicon oxide film, silicon oxynitride film, MgF 2 , ZnS, TiO 2 and CeO 2 . The anti-reflection film may be formed by vacuum deposition, chemical vapor deposition, spin coating, screen printing or spray coating, but is not necessarily limited thereto.
본 발명에 의해서 태양전지를 제조하는 경우에는 먼저 기판을 준비한다. 전처리로서 뒤에 형성될 박막과의 접합력을 증대시키기 위하여 유리기판의 표면에 잔존하는 여러 불순물들을 제거할 수도 있다. 이때, 일례로 습식세정의 방법으로 유리기판 상에 존재하는 불순물들을 제거하고, 소정 가스 분위기에서 건조시킬 수 있다. In the case of manufacturing a solar cell according to the present invention, a substrate is first prepared. As a pretreatment, various impurities remaining on the surface of the glass substrate may be removed to increase the bonding force with the thin film to be formed later. In this case, for example, impurities existing on the glass substrate may be removed by a wet cleaning method, and dried in a predetermined gas atmosphere.
상기 투명전극은 인듐틴 옥사이드(ITO), 플로린 도핑된 틴 옥사이드(FTO), ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, ZnO-Ga, ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있으며, 그 두께는 500 내지 10000Å 범위가 바람직하다. The transparent electrode includes indium tin oxide (ITO), florine doped tin oxide (FTO), ZnO, ZnO: B, ZnO: Al, SnO 2 , ZnO-Ga, ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 , A transparent conductive material such as SnO 2 -Sb 2 O 3 may be formed using a sputtering method or a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, and the thickness thereof is preferably in the range of 500 to 10000 Pa.
상기 광흡수층은 실리콘계, CuInSe2계, CdTe계 등의 반도체물질을 플라즈마 CVD법 등을 이용하여 형성할 수 있으며, 반도체물질을 P층, I층, 및 N층으로 적층한 PIN 구조로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 광흡수층을 PIN 구조로 형성할 경우, 상기 투명전극층 위에 P층을 형성하고, 상기 P층 위에 I층을 형성하고, 상기 I층 위에 N층을 형성하는 것이 바람직하다. 그 이유는 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 의해 낮기 때문에 입사광에 의한 수집효율을 극대화하기 위해서 P층을 수광면에 가깝게 형성하기 위함이다. The light absorbing layer may be formed of a semiconductor material such as silicon, CuInSe 2 , CdTe, etc. by plasma CVD, etc., and may be formed in a PIN structure in which the semiconductor material is laminated with a P layer, an I layer, and an N layer. desirable. When the light absorption layer is formed in a PIN structure, it is preferable to form a P layer on the transparent electrode layer, an I layer on the P layer, and an N layer on the I layer. The reason is that the drift mobility of the holes is generally low due to the drift mobility of the electrons, so that the P layer is formed close to the light receiving surface in order to maximize the collection efficiency by incident light.
상기 후면전극은 Ag, Al, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu 등과 같은 금속을 스퍼터링법 또는 인쇄법 등을 이용하여 형성할 수 있다. The back electrode may be formed of a metal such as Ag, Al, Ag + Mo, Ag + Ni, Ag + Cu, etc. using a sputtering method or a printing method.
이어서 박막태양전지 모듈이 완성되면 다음으로 에지 아이솔레이션한다. 에지 아이솔레이션 공정은, 반도체 기판의 표면 전체에 동일한 도전형이 형성되면 전면전극 및 후면전극이 전기적으로 연결될 수 있으므로, 이를 막기 위한 것이다. 에지 아이솔레이션 공정은 진공 플라즈마 또는 레이저를 이용하여 행할 수 있다. Then, when the thin film solar cell module is completed, the edge is next isolated. The edge isolation process is to prevent the front electrode and the rear electrode may be electrically connected when the same conductivity type is formed on the entire surface of the semiconductor substrate. The edge isolation process can be performed using a vacuum plasma or laser.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더 욱 상세히 설명하지만, 이들은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명에 따른 실시예들을 다양하게 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples in order to help the understanding of the present invention, but these are merely to illustrate the present invention, and various modifications may be made to the embodiments according to the present invention. The scope of should not be construed as being limited to the following examples.
실시예 1Example 1
두께 4mm의 판유리(Flat glass)를 UV 레이저를 이용하여 글라스 내부를 텍스처링하여 패턴을 형성하였다. 텍스처링은 피라미드형으로 하였으며, 텍스처링 구간 약 250 ㎛, 텍스처링 구간이 없는 스크라이빙 구간 약 500㎛으로 타게팅하여 각각의 텍스처링 구간 사이에 스크라이빙 구간을 형성하였으며, 피라미드의 사면각도는 약 45° 로 타케팅하여 형성하였으며, 그 결과 상기 치수 범위의 편차 범위 내에서 내부 패턴이 형성되었다. A flat glass having a thickness of 4 mm was textured using a UV laser to form a pattern by texturing the inside of the glass. The texturing was pyramid-shaped, and a scribing section was formed between each texturing section by targeting a texturing section about 250 µm and a texturing section about 500 µm, and the slope angle of the pyramid was about 45 °. It was formed by targeting, and as a result, an internal pattern was formed within the deviation range of the above dimension range.
텍스처링이 완료된 글라스를 200×200mm로 자른 후, 투명전극으로 알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al)을 1㎛ 가량 증착하고 IR 레이저로 글라스에 형성된 패턴을 이용하여 스크라이빙을 하였다. 이어서 광흡수층인 PIN을 화학기상증착법으로 증착한 후 그린 레이저로 스크라이빙을 실시하였다. PIN은 상기 투명전극이 증착된 글라스 위에 모노실란, 수소, 디보란, 메탄가스를 이용하여 RF PECVD로 SiC층을 90~150Å 두께로 증착하였다. I형 실리콘층은 모노실란, 수소를 사용하여 2500~3000 Å 두께의 진성층을 형성하였다. N형 실리콘층은 모노실란, 수소, 포스핀가스를 사용하여 300~350 Å 두께의 N형 실리콘층을 형성하였다. 사용된 RF PECVD장치는 멀티챔버로 구성하여 각 층간 도핑으로 인한 오염을 방지하였다. After the texturing was cut to 200 × 200 mm, aluminum-doped zinc oxide (ZnO: Al) was deposited about 1 μm with a transparent electrode and scribed using a pattern formed on the glass with an IR laser. Subsequently, a PIN, which is a light absorption layer, was deposited by chemical vapor deposition, and then scribed with a green laser. PIN was deposited on the glass on which the transparent electrode was deposited with a SiC layer of 90 ~ 150 Si by RF PECVD using monosilane, hydrogen, diborane, methane gas. Type I silicon layer formed the intrinsic layer of 2500-3000 GPa thickness using monosilane and hydrogen. The N-type silicon layer was formed using a monosilane, hydrogen, phosphine gas to form an N-type silicon layer of 300 ~ 350 ~ thickness. The RF PECVD apparatus used was composed of multi chambers to prevent contamination due to interlayer doping.
광흡수층 증착 및 스크라이빙 후 스퍼터링으로 은(Ag)을 증착하여 후면전극을 형성하고, 그린 레이저를 이용하여 스크라이빙을 실시한 후 최종 태양전지 모듈을 제조하였다. 모듈 제조 후 최종적으로 에지 아이솔레이션(edge isolation)을 IR 레이저를 이용하여 실시하였다. After depositing and scribing the light absorbing layer, silver (Ag) was deposited by sputtering to form a back electrode, and after scribing using a green laser, a final solar cell module was manufactured. Edge isolation was finally performed using an IR laser after module manufacture.
실시예 2Example 2
실시예 1에서 텍스처링 구조를 피라미드형 대신 원뿔형으로 형성한 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 태양전지 모듈을 제조하였다.A solar cell module was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the texturing structure was formed in a cone instead of a pyramid.
비교예 1Comparative Example 1
실시예 1에서 텍스처링 시에 따로 스크라이빙 구간을 두지 않고 글라스 외부 전면을 텍스처링한 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 태양전지 모듈을 제조하였다.A solar cell module was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the front surface of the glass was textured without leaving a scribing section when texturing.
비교예 2Comparative Example 2
실시예 1에서 판유리 대신에 표면에 SnO2가 코팅된 (주)아사히 유리의 VU 제품을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 태양전지 모듈을 제조하였다.A solar cell module was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the VU product of Asahi Glass Co., Ltd. coated with SnO 2 on the surface instead of the plate glass was used in Example 1.
실험예 1 - 광전변환효율 측정Experimental Example 1 Measurement of Photoelectric Conversion Efficiency
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에서 제조된 태양전지 모듈의 광전변환효율을 솔라 시뮬레이터를 사용하여 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.The photoelectric conversion efficiency of the solar cell modules manufactured in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were measured using a solar simulator, and are shown in Table 1 below.
광전변환효율 측정은 표준시험 조건에서 실시하였다. 표준시험 조건은 에어메스(Air mass) 1.5, 조사강도 100mW/㎠, 온도 25℃이며, 빛 조사 후 전류, 전압을 측정하였다. 빛 조사는 200×200mm 사이즈의 측정이 가능한 와콤(Wacom, WXS-200S) 장비를 활용하여 측정하였다. 측정은 모듈의 전면전극과 후면전극에 금속리본을 사용하여 외부로 전극을 도출한 후 솔라 시뮬레이터 하단에 위치시키고 모듈의 전극을 전류, 전압장비에 연결한 후 빛을 조사하여 전류, 전압을 측정하였다. 태양전지의 출력 특성은 솔라 시뮬레이터를 이용하여 얻어진 출력전류전압곡선 상에서 출력전류, 출력전압에 기초하여 아래의 식에 의해 산출한다. Photoelectric conversion efficiency was measured under standard test conditions. Standard test conditions were air mass 1.5, irradiation intensity 100mW / ㎠, temperature 25 ℃, the current and voltage were measured after light irradiation. The light irradiation was measured using a Wacom (WXS-200S) device capable of measuring a size of 200 × 200 mm. The measurement was performed by using metal ribbons on the front and rear electrodes of the module to derive the electrodes to the outside, and placed them at the bottom of the solar simulator, connecting the electrodes of the module to current and voltage equipment, and then measuring the current and voltage by irradiating light. . The output characteristics of the solar cell are calculated by the following equation based on the output current and the output voltage on the output current voltage curve obtained using the solar simulator.
[수학식 1][Equation 1]
상기 식에서, Ip : 출력전류, Vp : 출력전압, S : 소자 면적, In the above formula, I p : Output current, V p : output voltage, S: device area,
I : 태양전지에 의해 조사되는 광의 조사강도 I: irradiation intensity of light irradiated by solar cells
상기 표 1에서 나타난 것과 같이, 본 발명의 글라스 내부에 텍스처링이 형성되고 스크라이빙 구간을 따로 남겨둔 글라스를 사용한 실시예 1 및 실시예 2는 상용화된 글라스를 이용하는 비교예 2와 비교하여 높은 전류 특성을 지님을 확인할 수 있으며, 그에 따라 모두 높은 광전변환효율을 달성하였음을 확인할 수 있다. 또한, 비교예 1에서와 같이 스크라이빙 구간을 따로 두지 않고 글라스 전구간을 텍스처링한 경우에는 각 셀간 쇼트가 발생하여 효율이 측정되지 않았음을 확인할 수 있다. As shown in Table 1, Example 1 and Example 2 using the glass having a texturing is formed inside the glass of the present invention and the scribing section is left separately compared to Comparative Example 2 using a commercially available glass It can be confirmed that, and accordingly all can achieve a high photoelectric conversion efficiency. In addition, as in Comparative Example 1, when the glass whole sections were textured without having a scribing section separately, it could be confirmed that a short was generated between the cells and the efficiency was not measured.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 본 발명에 대해서 상세하게 설명하였으나, 이들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments of the present invention, these are merely exemplary, and those skilled in the art to which the present invention pertains have various modifications and equivalents therefrom. It will be appreciated that embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
도 1은 종래의 박막 태양전지에 사용되는 텍스처링된 글라스의 개략단면도이고,1 is a schematic cross-sectional view of a textured glass used in a conventional thin film solar cell,
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 박막 태양전지 기판용 글라스의 개략적인 투명사시도로서, 스크라이빙부를 제외한 글라스 내부에 텍스처링부가 형성된 글라스의 개략사시도이고,2 is a schematic transparent perspective view of a glass for a thin film solar cell substrate according to an embodiment of the present invention, which is a schematic perspective view of a glass in which a texturing part is formed inside the glass except for a scribing part,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 박막 태양전지의 개략단면도이며,3 is a schematic cross-sectional view of a thin film solar cell according to an embodiment of the present invention,
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 박막 태양전지의 제조방법의 제조공정 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a thin film solar cell according to an embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10: 박막 태양전지 기판용 글라스 11: 텍스처링부10: glass for thin film solar cell substrate 11: texturing portion
12: 스크라이빙부 20: 박막 태양전지12: scribing unit 20: thin film solar cell
100: 기판 110: 텍스처링부100: substrate # 110: texturing unit
120: 스크라이빙부 200: 투명전극120: scribing part 200: transparent electrode
300: 광흡수층 400: 후면전극 300: light absorption layer 400: rear electrode
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2009-12-31 KR KR1020090136074A patent/KR20110079107A/en not_active Application Discontinuation
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