KR20120074183A - Method of manufacturing a solar cell - Google Patents

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KR20120074183A
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upper electrode
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이석진
오종석
박완우
정종엽
황재군
한덕우
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주식회사 아바코
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Abstract

PURPOSE: A method for a manufacturing a solar cell is provided to the reliability and efficiency by filling materials with higher conductivity than transparent conductive materials in a second scribe area after a second scribe process is performed. CONSTITUTION: A lower electrode layer(200) is formed a substrate(100) including a first scribe area(S1). A light absorption layer(300) is formed on the lower electrode layer. A buffer layer(500) is formed on the light absorption layer. A window layer(600) is formed on the buffer layer. A contact layer(700) is formed by filling conductive materials in a second scribe area(S2). A upper electrode layer(800) is formed on the whole structure including the contact layer and the window layer.

Description

태양 전지의 제조 방법{Method of manufacturing a solar cell}Method of manufacturing a solar cell

본 발명은 태양 전지의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 화합물 반도체를 이용한 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
TECHNICAL FIELD This invention relates to the manufacturing method of a solar cell. Specifically, It is related with the manufacturing method of the solar cell using a compound semiconductor.

태양 전지(Solar Cell)는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심 소자이다. 태양 전지는 시계나 계산기 등 휴대용 전자기기의 전원으로 이용되거나, 건물 지붕에 설치된 소규모 분산 발전용으로부터 넓은 개활지에 설치된 산업 발전용에 이르기까지 다양한 형태로 이용되고 있다.Solar cells are key components of solar power generation that convert sunlight directly into electricity. Solar cells are used as power sources for portable electronic devices such as clocks and calculators, or in various forms, ranging from small-scale distributed generation on the roof of a building to industrial power generation on a large open ground.

태양 전지는 일반적으로 단결정 실리콘 태양 전지, 다결정 실리콘 태양 전지 및 박막 태양 전지로 분류될 수 있다. 그 중에서 단결정 및 다결정 실리콘 태양 전지에 비해 변환 효율은 낮지만, 기판의 두께를 혁신적으로 줄일 수 있고 유리 등의 저렴한 기판 상에 제조 가능하여 저가화할 수 있는 박막 태양 전지가 주목을 받고 있다.Solar cells can generally be classified into monocrystalline silicon solar cells, polycrystalline silicon solar cells and thin film solar cells. Among them, although the conversion efficiency is lower than that of monocrystalline and polycrystalline silicon solar cells, thin-film solar cells that can reduce the thickness of the substrate and can be manufactured on inexpensive substrates such as glass and can be reduced in price have attracted attention.

이러한 박막 태양 전지는 기판 상의 하부 전극층, 광 흡수층, 버퍼층, 윈도우층 및 상부 전극층이 적층된 구조를 갖는다. 또한, 광 변환층의 재료로서 변환 효율이 상대적으로 높은 CdTe, CuInGaSe2계의 화합물 반도체를 이용한 박막 태양 전지에 대한 연구가 증가하고 있다. 특히, 변환 효율이 비교적 우수한 CuInGeSe2계의 화합물 반도체를 이용하여 박막 태양 전지의 변환 효율을 더욱 증가시키기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다.The thin film solar cell has a structure in which a lower electrode layer, a light absorbing layer, a buffer layer, a window layer, and an upper electrode layer on a substrate are stacked. In addition, research on thin film solar cells using CdTe and CuInGaSe 2 compound semiconductors having relatively high conversion efficiency as a material for the light conversion layer is increasing. In particular, various attempts have been made to further increase the conversion efficiency of a thin film solar cell using a CuInGeSe 2 compound semiconductor having excellent conversion efficiency.

한편, 박막 태양 전지를 제조하기 위해 복수의 기계적인 스크라이빙 공정이 실시된다. 즉, 하부 전극층을 형성한 후 제 1 스크라이빙 공정을 실시하고, 광 흡수층 및 버퍼층을 형성한 후 제 2 스크라이빙 공정을 실시하며, 투명 도전 물질을 이용하여 상부 전극층을 형성한 후 제 3 스크라이빙 공정을 실시한다. 이러한 태양 전지의 제조 공정에서 제 2 스크라이빙 영역은 이후 형성되는 상부 전극층이 매립되어 상부 전극층과 하부 전극층이 연결된다. 예를 들어, 한국등록특허 10-1034146호 및 한국공개특허 2011-0035797호에는 제 2 스크라이빙 영역을 형성한 후 상부 전극층으로 매립하여 상부 전극층과 하부 전극층을 연결하는 태양 전지의 제조 방법이 제시되어 있다.On the other hand, a plurality of mechanical scribing processes are performed to produce thin film solar cells. That is, after forming the lower electrode layer, a first scribing process is performed, a light absorbing layer and a buffer layer are formed, a second scribing process is performed, and an upper electrode layer is formed using a transparent conductive material. Perform a scribing process. In the manufacturing process of such a solar cell, the second scribing region is then embedded with the upper electrode layer formed therebetween so as to connect the upper electrode layer and the lower electrode layer. For example, Korean Patent Nos. 10-1034146 and 2011-0035797 disclose a method of manufacturing a solar cell that connects an upper electrode layer and a lower electrode layer by forming a second scribing region and then filling the upper electrode layer. It is.

그런데, 투명 도전성 물질은 전기 전도도가 낮아 상부 전극층과 하부 전극층 사이에 저항이 증가하게 되고, 그에 따라 효율이 감소하게 된다. 또한, 제 2 스크라이빙 영역에 의해 상부와 하부 사이에 단차가 발생되고, 제 2 스크라이빙 영역을 매립해야 하므로 상부 전극층을 두껍게 형성하기 않으면 상부 전극층이 단선되는 문제가 발생할 수도 있다.
However, the transparent conductive material has low electrical conductivity, thereby increasing resistance between the upper electrode layer and the lower electrode layer, thereby decreasing efficiency. In addition, a step is generated between the upper and lower portions by the second scribing region, and the second scribing region needs to be filled, so that the upper electrode layer may be disconnected unless the upper electrode layer is formed thick.

본 발명은 상부 전극층과 하부 전극층 사이의 저항을 줄일 수 있는 태양 전지의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a method for manufacturing a solar cell that can reduce the resistance between the upper electrode layer and the lower electrode layer.

본 발명은 제 2 스크라이빙 영역의 단차에 의한 표면의 불균일성을 완화시키고 이후 형성되는 상부 전극층의 단차를 줄여 상부 전극층의 단선을 방지할 수 있는 태양 전지의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a method for manufacturing a solar cell which can prevent the disconnection of the upper electrode layer by reducing the unevenness of the surface due to the step of the second scribing region and reducing the step of the upper electrode layer formed thereafter.

본 발명은 제 2 스크라이빙 공정을 실시한 후 제 2 스크라이빙 영역에 투명 도전성 물질보다 전기 전도도가 높은 도전 물질을 매립함으로써 효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 태양 전지의 제조 방법을 제공한다.
The present invention provides a method of manufacturing a solar cell that can improve efficiency and reliability by embedding a conductive material having a higher electrical conductivity than a transparent conductive material in a second scribing region after performing a second scribing process.

본 발명의 일 양태에 따른 태양 전지의 제조 방법은 기판 상에 하부 전극층을 형성하는 단계; 상기 하부 전극층을 포함한 전체 상부에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층의 소정 영역을 제거하여 스크라이브 영역을 형성하는 단계; 상기 스크라이브 영역이 매립되도록 콘택층을 형성하는 단계; 및 전체 상부에 상부 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a solar cell according to an aspect of the present invention includes forming a lower electrode layer on a substrate; Forming a light absorbing layer on the entire top including the lower electrode layer; Removing a predetermined region of the light absorbing layer to form a scribe region; Forming a contact layer to fill the scribe region; And forming an upper electrode layer over the whole.

본 발명의 다른 양태에 따른 태양 전지의 제조 방법은 기판 상에 하부 전극층을 형성한 후 상기 하부 전극층의 소정 영역을 제거하여 제 1 스크라이브 영역을 형성하는 단계; 상기 하부 전극층을 포함한 전체 상부에 광 흡수층, 버퍼층 및 윈도우층을 적층 형성하는 단계; 상기 윈도우층, 버퍼층 및 광 흡수층의 소정 영역을 제거하여 제 2 스크라이브 영역을 형성하는 단계; 상기 제 2 스크라이브 영역이 매립되도록 콘택층을 형성하는 단계; 전체 상부에 상부 전극층을 형성하는 단계; 및 상기 상부 전극층 내지 광 흡수층의 소정 영역을 제거하여 상기 하부 전극층의 소정 영역을 노출시키는 제 3 스크라이브 영역을 형성하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a solar cell, after forming a lower electrode layer on a substrate, removing a predetermined region of the lower electrode layer to form a first scribe region; Stacking a light absorbing layer, a buffer layer, and a window layer on the entire top including the lower electrode layer; Removing a predetermined region of the window layer, the buffer layer, and the light absorbing layer to form a second scribe region; Forming a contact layer to fill the second scribe region; Forming an upper electrode layer over the entirety; And removing a predetermined region of the upper electrode layer or the light absorbing layer to form a third scribe region exposing the predetermined region of the lower electrode layer.

상기 콘택층은 상기 상부 전극층보다 전기 전도도가 높은 도전 물질을 이용하여 형성하며, 상기 콘택층은 금속 페이스트를 도포하여 형성하고, 상기 콘택층은 금속 물질로 형성하고, 상기 상부 전극층은 투명 도전성 물질로 형성한다.The contact layer is formed using a conductive material having a higher electrical conductivity than the upper electrode layer, the contact layer is formed by applying a metal paste, the contact layer is formed of a metal material, and the upper electrode layer is made of a transparent conductive material. Form.

상기 광 흡수층 형성 시 상기 하부 전극층과 상기 광 흡수층의 반응에 의해 상기 하부 전극층의 표면에 합금막이 형성되고, 상기 합금막은 제 2 스크라이브 영역 형성 시 제거된다.
When the light absorbing layer is formed, an alloy film is formed on the surface of the lower electrode layer by a reaction between the lower electrode layer and the light absorbing layer, and the alloy film is removed when forming the second scribe region.

본 발명의 실시 예는 윈도우층, 버퍼층 및 광 흡수층의 소정 영역을 제거하여 형성된 제 2 스크라이브 영역이 매립되도록 도전 물질을 이용하여 콘택층을 형성하고, 전체 상부에 상부 전극층을 형성한다. 여기서, 콘택층은 상부 전극층으로 이용되는 투명 도전 물질보다 전기 전도도가 높은 물질, 예를 들어 금속 물질을 이용한다.In an embodiment of the present invention, a contact layer is formed using a conductive material to fill a second scribe region formed by removing predetermined regions of the window layer, the buffer layer, and the light absorbing layer, and the upper electrode layer is formed on the entire upper portion. Here, the contact layer uses a material having a higher electrical conductivity than the transparent conductive material used as the upper electrode layer, for example, a metal material.

따라서, 제 2 스크라이브 영역을 상부 도전층으로 매립하는 경우에 비해 저항을 줄일 수 있고, 그에 따라 효율을 향상시킬 수 있다.Therefore, compared with the case where the second scribe region is filled with the upper conductive layer, the resistance can be reduced, thereby improving the efficiency.

또한, 상부 전극층이 제 2 스크라이브 영역을 매립하여 형성되는 경우 상부 전극층이 단선되는 문제를 해결할 수 있어 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
In addition, when the upper electrode layer is formed by filling the second scribe region, the problem of disconnection of the upper electrode layer may be solved, thereby improving reliability.

도 1 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 단면도.1 to 7 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art. It is provided for complete information.

도 1 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 단면도이다.1 to 7 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 하부 전극층(200)을 형성한 후 하부 전극층(200)의 소정 영역을 제거하여 제 1 스크라이브 영역(S1)을 형성한다.Referring to FIG. 1, after forming the lower electrode layer 200 on the substrate 100, the first scribe region S1 is formed by removing a predetermined region of the lower electrode layer 200.

기판(100)은 용도에 따라 다양한 특성의 기판을 이용할 수 있다. 예를 들어, 광 투과 특성에 따라 투명 기판, 불투명 또는 반투명 기판을 이용할 수 있다. 또한, 기판(100)은 재질에 따라 유리 기판, 세라믹 기판, 금속 기판, 폴리머 기판 등을 이용할 수도 있다. 그리고, 기판(100)은 굽힘 특성에 따라 리지드(rigid) 기판 또는 플렉서블(flexible) 기판을 이용할 수 있다. 이러한 기판(100)은 바람직하게는 광 투과성을 가지고 비용이 저렴한 유리 기판을 이용할 수 있다. 유리 기판으로는 예를 들어 소다라임 유리(sodalime galss) 또는 고변형점 소다유리(high strained point soda glass)를 이용할 수 있다. 또한, 금속 기판으로는 스테인레스 스틸 또는 티타늄을 포함하는 기판을 이용할 수 있고, 폴리머 기판으로는 폴리이미드(polyimide)를 사용할 수 있다.The substrate 100 may use a substrate having various characteristics depending on the use. For example, a transparent substrate, an opaque or semitransparent substrate may be used depending on the light transmitting characteristics. In addition, the substrate 100 may use a glass substrate, a ceramic substrate, a metal substrate, a polymer substrate, or the like depending on the material. The substrate 100 may use a rigid substrate or a flexible substrate according to bending characteristics. Such a substrate 100 may preferably use a glass substrate having light transmittance and low cost. As the glass substrate, for example, soda lime glass (sodalime galss) or high strained soda glass (high strained point soda glass) can be used. In addition, a substrate including stainless steel or titanium may be used as the metal substrate, and polyimide may be used as the polymer substrate.

하부 전극층(200)은 금속 등의 도전 물질을 이용하여 형성할 수 있으며, 단일층 또는 서로 다른 물질의 복수의 층으로 형성할 수 있다. 이때, 하부 전극층(200)은 비저항이 낮고, 열팽창 계수의 차이로 인해 기판(100)과 박리 현상이 일어나지 않도록 기판(100)과의 점착성이 뛰어난 물질을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 하부 전극층(200)으로는 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 크롬과 몰리브덴의 합금을 이용할 수 있다. 특히, 하부 전극층(200)으로 전기 전도도가 높고, 광 흡수층과의 오믹(ohmic) 특성이 우수하며, 셀레늄(Se) 분위기에서의 고온 안정성이 뛰어난 몰리브덴(Mo)을 이용하는 것이 바람직하다. 하부 전극층(200)은 다양한 방식으로 형성할 수 있는데, 예를 들어 금속 타겟(target)을 이용하여 스퍼터링(sputtering) 공정으로 형성할 수 있다. 한편, 하부 전극층(200)의 도전 물질에 나트륨(Na) 이온이 도핑되어 형성될 수 있다.The lower electrode layer 200 may be formed using a conductive material such as metal, and may be formed of a single layer or a plurality of layers of different materials. In this case, the lower electrode layer 200 preferably has a low specific resistance and a material having excellent adhesion to the substrate 100 so that the lower electrode does not peel due to a difference in thermal expansion coefficient. As the lower electrode layer 200, an alloy of chromium (Cr), molybdenum (Mo), chromium, and molybdenum may be used. In particular, it is preferable to use molybdenum (Mo) having high electrical conductivity, excellent ohmic characteristics with the light absorbing layer, and excellent high temperature stability in a selenium (Se) atmosphere as the lower electrode layer 200. The lower electrode layer 200 may be formed in various ways. For example, the lower electrode layer 200 may be formed by a sputtering process using a metal target. Meanwhile, sodium (Na) ions may be doped into the conductive material of the lower electrode layer 200.

제 1 스크라이브 영역(S1)은 하부 전극층(200)의 소정 영역을 일 방향으로 제거함으로써 기판(100)의 소정 영역을 노출시켜 형성한다. 제 1 스크라이브 영역(S1)에 의하여 하부 전극층(200)은 스트라이프(stripe) 형태 또는 매트릭스(matrix) 형태로 배치될 수 있으며, 각각의 셀에 대응할 수 있다. 물론, 하부 전극층(200)은 스크라이브 형태 또는 매트릭스 형태에 한정되지 않고, 다양한 형태로 패터닝될 수 있다. 이러한 제 1 스크라이브 영역(S1)은 기계적 장치 또는 레이저 장치를 이용하여 형성할 수 있는데, 예를 들어 레이저를 일 방향으로 조사하여 하부 전극층(200)을 제거함으로써 형성할 수 있다. 이러한 제 1 스크라이브 영역(S1)은 예를 들어 50㎛?100㎛의 폭으로 형성할 수 있다.
The first scribe region S1 is formed by exposing the predetermined region of the substrate 100 by removing the predetermined region of the lower electrode layer 200 in one direction. The lower electrode layer 200 may be arranged in a stripe form or a matrix form by the first scribe region S1 and may correspond to each cell. Of course, the lower electrode layer 200 is not limited to a scribe form or a matrix form, and may be patterned in various forms. The first scribe region S1 may be formed using a mechanical device or a laser device. For example, the first scribe area S1 may be formed by removing the lower electrode layer 200 by irradiating a laser in one direction. The first scribe region S1 may be formed to have a width of 50 μm to 100 μm, for example.

도 2를 참조하면, 제 1 스크라이브 영역(S1)을 포함한 하부 전극층(200) 상에 광 흡수층(300)을 형성한다.Referring to FIG. 2, the light absorbing layer 300 is formed on the lower electrode layer 200 including the first scribe region S1.

광 흡수층(300)은 외부로부터 입사되는 태양광을 흡수하여 기전력을 발생시키며, 예를 들어 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ계 화합물로 형성할 수 있다. 즉, 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드(Cu(In,Ga)Se2, CIGS) 화합물로 형성하거나, 구리-인듐-셀레나이드(CuInSe2, CIS) 화합물 또는 구리-갈륨-셀레나이드(CuGaSe2, CGS) 화합물로 형성할 수 있다. 광 흡수층(300)은 다양한 방식으로 형성할 수 있는데, 예를 들어 구리 타겟, 인듐 타겟 및 갈륨 타겟을 각각 이용하거나 구리, 인듐 및 갈륨의 혼합 타겟을 이용하여 스퍼터링 방식으로 하부 전극층(200) 및 제 1 스크라이브 영역(S1) 상에 CIG 금속 전구체(precursor)막을 형성한 후 고온에서 셀레늄(Se)를 이용하여 셀레니제이션(selenization) 공정을 실시함으로써 CIGS 화합물의 광 흡수층(300)을 형성할 수 있다. 또한, 광 흡수층(300)은 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄(Cu, In, Ga, Se)를 동시 증착법(co-evaporation)으로 형성할 수도 있다. 한편, 광 흡수층(300)의 셀레니제이션 공정을 실시할 때 하부 전극층(200)을 이루는 금속 원소와 광 흡수층(300)을 이루는 원소가 상호 반응에 의하여 결합될 수 있다. 이에 따라, 금속간 화합물, 즉 합금막(400)이 하부 전극층(200)의 표면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 합금막(400)은 몰리브덴(Mo)과 셀레늄(Se)의 화합물인 이셀렌화몰리브덴(MoSe2)일 수 있다. 합금막(400)은 광 흡수층(300)과 하부 전극층(200)이 접촉하는 계면에 형성되고, 하부 전극층(200)의 표면을 보호할 수 있다. 그런데, 합금막(400)은 하부 전극층(200)인 몰리브덴보다 높은 면저항을 가지고, 그에 따라 하부 전극층(200)의 접촉 저항을 증가시킬 수 있다. 따라서, 이후 하부 전극층(200)과 연결되는 콘택층 또는 상부 전극층을 형성하기 위해 소정 부분의 합금막(400)은 제거되어야 한다. 한편, 합금막(400)은 제 1 스크라이브 영역(S1)을 통해 노출된 기판(100)의 표면에는 형성되지 않으므로, 제 1 스크라이브 영역(S1)의 내부에 광 흡수층(300)이 갭필될 수 있다.
The light absorbing layer 300 absorbs sunlight incident from the outside to generate an electromotive force, and may be formed of, for example, an I-III-VI compound. That is, the light absorbing layer 300 is formed of a copper-indium-gallium-selenide (Cu (In, Ga) Se 2 , CIGS) compound, or a copper-indium-selenide (CuInSe 2 , CIS) compound or copper-gallium It can be formed of a selenide (CuGaSe 2 , CGS) compound. The light absorbing layer 300 may be formed in various ways, for example, by using a copper target, an indium target, and a gallium target, respectively, or by using a mixed target of copper, indium, and gallium, the lower electrode layer 200 and the second electrode. After forming a CIG metal precursor (precursor) film on the scribe region (S1), a selenization process using selenium (Se) may be performed to form a light absorbing layer 300 of the CIGS compound. . In addition, the light absorbing layer 300 may form copper, indium, gallium, selenium (Cu, In, Ga, Se) by co-evaporation. Meanwhile, when the selenization process of the light absorbing layer 300 is performed, the metal elements constituting the lower electrode layer 200 and the elements constituting the light absorbing layer 300 may be combined by mutual reaction. Accordingly, the intermetallic compound, that is, the alloy film 400 may be formed on the surface of the lower electrode layer 200. For example, the alloy film 400 may be molybdenum selenide (MoSe 2 ), which is a compound of molybdenum (Mo) and selenium (Se). The alloy film 400 may be formed at an interface between the light absorbing layer 300 and the lower electrode layer 200 to protect the surface of the lower electrode layer 200. However, the alloy film 400 has a higher sheet resistance than molybdenum, which is the lower electrode layer 200, thereby increasing the contact resistance of the lower electrode layer 200. Therefore, in order to form a contact layer or an upper electrode layer connected to the lower electrode layer 200, the alloy film 400 of a predetermined portion should be removed. Meanwhile, since the alloy film 400 is not formed on the surface of the substrate 100 exposed through the first scribe region S1, the light absorbing layer 300 may be gap-filled inside the first scribe region S1. .

도 3을 참조하면, 광 흡수층(300) 상에 버퍼층(500) 및 윈도우층(600)을 형성한다.Referring to FIG. 3, the buffer layer 500 and the window layer 600 are formed on the light absorbing layer 300.

버퍼층(500)은 광 흡수층(300) 상에 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다. 버퍼층(500)은 예를 들어 화학 용액 증착법(chemical bath deposition: CBD)에 의하여 황화 카드뮴(CdS)으로 형성할 수 있다. 윈도우층(600)은 버퍼층(500) 상에 투명 도전성 물질로 형성할 수 있는데, 예를 들어 ITO, ZnO 및 i-ZnO의 어느 하나로 형성될 수 있다. 이러한 윈도우층(600)은 다양한 방식으로 형성할 수 있는데, 예를 들어 ZnO을 타겟으로 한 스퍼터링 공정으로 ZnO층으로 형성할 수 있고, 산소 분위기에서 Zn 타겟을 이용하여 ZnO층을 형성할 수도 있다. 버퍼층(500) 및 윈도우층(600)은 광 흡수층(300)과 이후 형성될 상부 전극층의 사이에 형성되어 광 흡수층(300)과 상부 전극층이 양호하게 접합되도록 한다. 즉, 광 흡수층(300)과 상부 전극층은 격자 상수와 에너지 밴드 갭의 차이가 크기 때문에 두 물질의 중간 밴드 갭을 갖는 버퍼층(500) 및 윈도우층(600)을 형성하여 광 흡수층(300)과 상부 전극층이 양호하게 접합될 수 있다.
The buffer layer 500 may be formed of at least one layer on the light absorbing layer 300. The buffer layer 500 may be formed of cadmium sulfide (CdS), for example, by chemical bath deposition (CBD). The window layer 600 may be formed of a transparent conductive material on the buffer layer 500. For example, the window layer 600 may be formed of any one of ITO, ZnO, and i-ZnO. The window layer 600 may be formed in various ways. For example, the window layer 600 may be formed of a ZnO layer by a sputtering process targeting ZnO, or a ZnO layer may be formed using a Zn target in an oxygen atmosphere. The buffer layer 500 and the window layer 600 are formed between the light absorbing layer 300 and the upper electrode layer to be formed later, so that the light absorbing layer 300 and the upper electrode layer are well bonded. That is, since the light absorbing layer 300 and the upper electrode layer have a large difference between the lattice constant and the energy band gap, the light absorbing layer 300 and the upper layer are formed by forming the buffer layer 500 and the window layer 600 having the intermediate band gap of the two materials. The electrode layer can be bonded well.

도 4를 참조하면, 윈도우층(600), 버퍼층(500) 및 광 흡수층(300)의 소정 영역을 제거하고, 그 하부의 합금막(400)을 제거하여 하부 전극층(200)의 소정 영역을 노출시키는 제 2 스크라이브 영역(S2)을 형성한다. 제 2 스크라이브 영역(S2)은 기계적 장치 또는 레이저 장치를 이용하여 형성할 수 있는데, 예를 들어 레이저를 일 방향으로 조사하여 형성할 수 있다. 제 2 스크라이브 영역(S2)은 제 1 스크라이브 영역(S1)과 동일 형상으로 형성할 수 있다. 즉, 제 1 스크라이브 영역(S1)과 동일 방향의 스크라이프 형상으로 형성하거나 매트릭스 형상을 포함한 다양한 형상으로 형성할 수 있다. 여기서, 제 2 스크라이브 영역(S2)은 제 1 스크라이브 영역(S1)과 소정 간격 이격되어 형성할 수 있다. 예를 들어, 제 2 스크라이브 영역(S2)은 50㎛?100㎛의 폭으로 형성하고, 제 2 스크라이브 영역(S2)과 제 1 스크라이브 영역(S1)이 50㎛?100㎛의 간격을 유지하도록 형성할 수 있다. 한편, 제 2 스크라이브 영역(S2)에 의해 합금막(400)이 제거됨으로써 하부 전극층(200)의 콘택 저항을 낮출 수 있다.
Referring to FIG. 4, a predetermined region of the window layer 600, the buffer layer 500, and the light absorbing layer 300 is removed, and an alloy layer 400 underneath is removed to expose a predetermined region of the lower electrode layer 200. The second scribe region S2 is formed. The second scribe region S2 may be formed using a mechanical device or a laser device. For example, the second scribe area S2 may be formed by irradiating a laser in one direction. The second scribe region S2 may be formed in the same shape as the first scribe region S1. That is, it may be formed in a stripe shape in the same direction as the first scribe region S1 or in various shapes including a matrix shape. Here, the second scribe region S2 may be formed spaced apart from the first scribe region S1 by a predetermined interval. For example, the second scribe region S2 is formed to have a width of 50 µm to 100 µm, and the second scribe region S2 and the first scribe region S1 are formed to maintain a distance of 50 µm to 100 µm. can do. On the other hand, since the alloy film 400 is removed by the second scribe region S2, the contact resistance of the lower electrode layer 200 may be lowered.

도 5를 참조하면, 제 2 스크라이브 영역(S2) 내에 도전 물질을 매립하여 콘택층(700)을 형성한다.Referring to FIG. 5, the contact layer 700 is formed by filling a conductive material in the second scribe region S2.

콘택층(700)은 하부 전극층(200)과 이후 형성될 상부 전극층을 연결하기 위해 형성된다. 이러한 콘택층(700)은 윈도우층(600)의 상부와 평탄하도록 하부 전극층(200)으로부터 윈도우층(600)으로의 높이와 동일 높이로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 콘택층(700)은 이후 형성되는 상부 전극층보다 전기 도전성이 높은 물질, 예를 들어 금속 물질을 이용하여 형성할 수 있다. 이러한 콘택층(700)은 다양한 방식으로 형성할 수 있는데, 도전성 페이스트를 이용하여 형성할 수 있고, 스퍼터링, 기상 증착, 기화 증착 등의 증착 방식으로 형성할 수도 있다. 예를 들어, 콘택층(700)은 은(Ag) 페이스트를 제 2 스크라이브 영역(S2)이 매립되도록 도포하여 형성할 수 있다. 이때, 제 2 스크라이브 영역(S2) 이외의 영역을 폐쇄하는 마스크를 형성한 후 도전 물질을 형성하고 마스크를 제거함으로써 콘택층(700)을 형성할 수 있고, 도전 물질을 형성한 후 제 2 스크라이브 영역(S2) 이외의 영역에 잔류하는 도전 물질을 제거함으로써 콘택층(700)을 형성할 수 있다. 이렇게 제 2 스크라이브 영역(S2)이 매립되도록 콘택층(700)이 형성됨으로써 이후 형성되는 상부 전극층을 얇게 형성하여도 제 2 스크라이브 영역(S2) 내에서 단선되는 문제를 방지할 수 있다. 또한, 전기 전도도가 금속 물질보다 낮은 상부 전극층으로 제 2 스크라이브 영역(S2)을 매립하는 경우에 비해 저항 증가를 방지할 수 있다.
The contact layer 700 is formed to connect the lower electrode layer 200 and the upper electrode layer to be formed later. The contact layer 700 is preferably formed at the same height as the height from the lower electrode layer 200 to the window layer 600 so as to be flat with the upper portion of the window layer 600. In addition, the contact layer 700 may be formed using a material having a higher electrical conductivity than the upper electrode layer formed thereafter, for example, a metal material. The contact layer 700 may be formed in various ways, and may be formed using a conductive paste, or may be formed by a deposition method such as sputtering, vapor deposition, and vapor deposition. For example, the contact layer 700 may be formed by applying a silver paste to fill the second scribe region S2. In this case, the contact layer 700 may be formed by forming a conductive material and forming a conductive material and then removing the mask after closing a region other than the second scribe region S2. After forming the conductive material, the second scribe region may be formed. The contact layer 700 can be formed by removing the conductive material remaining in a region other than (S2). As such, since the contact layer 700 is formed so that the second scribe region S2 is buried, even if a thin upper electrode layer is formed, the problem of disconnection in the second scribe region S2 can be prevented. In addition, an increase in resistance may be prevented as compared with the case where the second scribe region S2 is filled with the upper electrode layer having lower electrical conductivity than the metal material.

도 6을 참조하면, 콘택층(700) 및 윈도우층(600)을 포함한 전체 구조 상에 상부 전극층(800)을 형성한다.Referring to FIG. 6, the upper electrode layer 800 is formed on the entire structure including the contact layer 700 and the window layer 600.

상부 전극층(800)이 형성될 때 제 2 스크라이브 영역(S2) 내에 콘택층(700)이 형성되어 있어 상부 전극층(800)은 콘택층(700)을 통해 하부 전극층(200)과 연결된다. 상부 전극층(800)은 스퍼터링 공정으로 형성할 수 있으며, 예를 들어 알루미늄을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 상부 전극층(800)은 투명 물질로 형성할 수도 있는데, 이는 상부 전극층(800)이 태양 전지 전면의 투명 전극으로 기능할 수 있도록 광투과율이 높은 투명 도전성 산화물, 예를 들어 ZnO을 이용하여 형성할 수도 있다. 또한, ZnO에 알루미늄 또는 알루미나를 도핑함으로써 낮은 저항값을 갖는 상부 전극층(800)을 형성할 수 있다. 그러나, 이러한 투명 도전성 산화물을 이용하는 상부 전극층(800)은 금속 물질을 이용하는 콘택층(700)보다 저항이 높아 콘택층(700)을 형성하는 경우 상부 전극층(800)으로 제 2 스크라이브 영역(S2)을 매립하는 경우에 비해 저항을 줄일 수 있다. 한편, 상부 전극층(800)은 다양한 방법으로 형성할 수 있는데, 예를 들어 RF 스퍼터링 방법으로 ZnO 타겟을 사용하여 형성하는 방법과, Zn 타겟을 이용한 반응성 스퍼터링 방법, 그리고 유기금속화학 증착법 등으로 형성될 수 있다. 또한, 전기 광학적 특성이 뛰어난 ITO(Indium Tin Oxide) 박막을 ZnO 박막 상에 증착하여 이중 구조의 상부 전극층(800)을 형성할 수도 있다.
When the upper electrode layer 800 is formed, the contact layer 700 is formed in the second scribe region S2 so that the upper electrode layer 800 is connected to the lower electrode layer 200 through the contact layer 700. The upper electrode layer 800 may be formed by a sputtering process, for example, may be formed using aluminum. In addition, the upper electrode layer 800 may be formed of a transparent material, which is formed using a transparent conductive oxide having a high light transmittance, such as ZnO, so that the upper electrode layer 800 may function as a transparent electrode on the front of the solar cell. You may. In addition, the upper electrode layer 800 having a low resistance value may be formed by doping ZnO with aluminum or alumina. However, the upper electrode layer 800 using the transparent conductive oxide has a higher resistance than the contact layer 700 using the metal material, so that when the contact layer 700 is formed, the second scribe region S2 is used as the upper electrode layer 800. The resistance can be reduced compared to the case of landfill. Meanwhile, the upper electrode layer 800 may be formed by various methods, for example, a method of forming using a ZnO target by RF sputtering, a reactive sputtering method using a Zn target, an organometallic chemical vapor deposition method, or the like. Can be. In addition, an indium tin oxide (ITO) thin film having excellent electro-optic properties may be deposited on the ZnO thin film to form the upper electrode layer 800 having a dual structure.

도 7을 참조하면, 상부 전극층(800), 윈도우층(600), 버퍼층(500) 및 광 흡수층(300)의 소정 영역을 제거하여 제 3 스크라이브 영역(S3)을 형성한다. 제 3 스크라이브 영역(S3)은 합금막(400)을 선택적으로 노출시킬 수 있다. 제 3 스크라이브 영역(S3)은 기계적 장치 또는 레이저 장치를 이용하여 형성할 수 있는데, 예를 들어 레이저를 일 방향으로 조사하여 형성할 수 있다. 제 3 스크라이브 영역(S3)은 제 1 및 제 2 스크라이브 영역(S1 및 S2)과 동일 형상으로 형성할 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 스크라이브 영역(S1 및 S2)과 동일 방향의 스크라이프 형상으로 형성하거나 매트릭스 형상을 포함한 다양한 형상으로 제 3 스크라이브 영역(S3)을 형성할 수 있다. 여기서, 제 3 스크라이브 영역(S3)은 제 2 스크라이브 영역(S2)과 인접하도록 형성할 수 있다. 예를 들어, 제 3 스크라이브 영역(S3)은 50㎛?100㎛의 폭으로 형성하고, 제 3 스크라이브 영역(S3)과 제 2 스크라이브 영역(S2)은 50㎛?100㎛의 간격을 유지하도록 형성할 수 있다. 제 3 스크라이브 영역(S3)이 형성될 때 합금막(400)에 의하여 하부 전극층(200)의 표면이 보호될 수 있다. 즉, 합금막(400)이 하부 전극층(200)의 표면에 형성되어 있으므로, 합금막(400)이 하부 전극층(200)의 보호층 역할을 하게 되어 제 3 스크라이브 영역(P3)을 형성하기 공정에서 하부 전극층(200)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 제 3 스크라이브 영역(P3)에 의하여 광 흡수층(300), 버퍼층(500), 윈도우층(600) 및 상부 전극층(800)이 단위셀 별로 분리될 수 있다. 이때, 콘택층(700)에 의해 각각의 셀은 서로 연결될 수 있다. 즉, 콘택층(700)은 상호 인접하는 셀의 하부 전극층(200)과 상부 전극층(700)을 물리적, 전기적으로 연결할 수 있다.
Referring to FIG. 7, predetermined regions of the upper electrode layer 800, the window layer 600, the buffer layer 500, and the light absorbing layer 300 are removed to form a third scribe region S3. The third scribe region S3 may selectively expose the alloy layer 400. The third scribe region S3 may be formed using a mechanical device or a laser device. For example, the third scribe area S3 may be formed by irradiating a laser in one direction. The third scribe region S3 may be formed in the same shape as the first and second scribe regions S1 and S2. That is, the third scribe region S3 may be formed in a stripe shape in the same direction as the first and second scribe regions S1 and S2 or in various shapes including a matrix shape. The third scribe region S3 may be formed to be adjacent to the second scribe region S2. For example, the third scribe region S3 is formed to have a width of 50 µm to 100 µm, and the third scribe region S3 and the second scribe region S2 are formed to maintain the interval of 50 µm to 100 µm. can do. When the third scribe region S3 is formed, the surface of the lower electrode layer 200 may be protected by the alloy film 400. That is, since the alloy film 400 is formed on the surface of the lower electrode layer 200, the alloy film 400 serves as a protective layer of the lower electrode layer 200 to form the third scribe region P3. It is possible to prevent the lower electrode layer 200 from being damaged. The light absorbing layer 300, the buffer layer 500, the window layer 600, and the upper electrode layer 800 may be separated for each unit cell by the third scribe region P3. In this case, each cell may be connected to each other by the contact layer 700. That is, the contact layer 700 may physically and electrically connect the lower electrode layer 200 and the upper electrode layer 700 of adjacent cells to each other.

상기와 같이 본 발명의 일 실시 예는 윈도우층(600), 버퍼층(500) 및 광 흡수층(300)의 소정 영역을 제거하여 형성된 제 2 스크라이브 영역(S2)이 매립되도록 도전 물질을 이용하여 콘택층(700)을 형성하고, 전체 상부에 상부 전극층(800)을 형성한다. 여기서, 콘택층(700)은 상부 전극층(800)보다 전기 전도도가 높은 금속 물질을 이용함으로써 상부 전극층(800)이 제 2 스크라이브 영역(S2)을 매립하여 형성되는 종래의 경우에 비해 저항을 줄일 수 있고, 상부 전극층(800)이 단선되는 문제를 해결할 수 있어 효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
As described above, an embodiment of the present invention provides a contact layer using a conductive material such that the second scribe region S2 formed by removing predetermined regions of the window layer 600, the buffer layer 500, and the light absorbing layer 300 is embedded. An upper electrode layer 800 is formed on the entire upper portion 700. Here, the contact layer 700 may use a metal material having a higher electrical conductivity than the upper electrode layer 800, thereby reducing resistance as compared with the conventional case in which the upper electrode layer 800 is formed by filling the second scribe region S2. In addition, the problem of disconnection of the upper electrode layer 800 may be solved, thereby improving efficiency and reliability.

한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.

100 : 기판 200 : 하부 전극층
300 : 광 흡수층 400 : 합금층
500 : 버퍼층 600 : 윈도우층
700 : 콘택층 800 : 상부 전극층
S1 : 제 1 스크라이브 영역 S2 : 제 2 스크라이브 영역
S3 : 제 3 스크라이브 영역100 substrate 200 lower electrode layer
300: light absorbing layer 400: alloy layer
500: buffer layer 600: window layer
700: contact layer 800: upper electrode layer
S1: first scribe area S2: second scribe area
S3: third scribe area

Claims (7)

기판 상에 하부 전극층을 형성하는 단계;
상기 하부 전극층을 포함한 전체 상부에 광 흡수층을 형성하는 단계;
상기 광 흡수층의 소정 영역을 제거하여 스크라이브 영역을 형성하는 단계;
상기 스크라이브 영역이 매립되도록 콘택층을 형성하는 단계; 및
전체 상부에 상부 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
Forming a lower electrode layer on the substrate;
Forming a light absorbing layer on the entire top including the lower electrode layer;
Removing a predetermined region of the light absorbing layer to form a scribe region;
Forming a contact layer to fill the scribe region; And
A method of manufacturing a solar cell comprising forming an upper electrode layer over the entire.
기판 상에 하부 전극층을 형성한 후 상기 하부 전극층의 소정 영역을 제거하여 제 1 스크라이브 영역을 형성하는 단계;
상기 하부 전극층을 포함한 전체 상부에 광 흡수층, 버퍼층 및 윈도우층을 적층 형성하는 단계;
상기 윈도우층, 버퍼층 및 광 흡수층의 소정 영역을 제거하여 제 2 스크라이브 영역을 형성하는 단계;
상기 제 2 스크라이브 영역이 매립되도록 콘택층을 형성하는 단계;
전체 상부에 상부 전극층을 형성하는 단계; 및
상기 상부 전극층 내지 광 흡수층의 소정 영역을 제거하여 상기 하부 전극층의 소정 영역을 노출시키는 제 3 스크라이브 영역을 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
Forming a first scribe region by removing a predetermined region of the lower electrode layer after forming the lower electrode layer on the substrate;
Stacking a light absorbing layer, a buffer layer, and a window layer on the entire top including the lower electrode layer;
Removing a predetermined region of the window layer, the buffer layer, and the light absorbing layer to form a second scribe region;
Forming a contact layer to fill the second scribe region;
Forming an upper electrode layer over the entirety; And
Removing a predetermined region of the upper electrode layer or the light absorbing layer to form a third scribe region exposing the predetermined region of the lower electrode layer.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 콘택층은 상기 상부 전극층보다 전기 전도도가 높은 도전 물질을 이용하여 형성하는 태양 전지의 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the contact layer is formed using a conductive material having a higher electrical conductivity than the upper electrode layer.
제 3 항에 있어서, 상기 콘택층은 금속 페이스트를 도포하여 형성하는 태양 전지의 제조 방법.
The method of claim 3, wherein the contact layer is formed by applying a metal paste.
제 3 항에 있어서, 상기 콘택층은 금속 물질로 형성하고, 상기 상부 전극층은 투명 도전성 물질로 형성하는 태양 전지의 제조 방법.
The method of claim 3, wherein the contact layer is formed of a metal material, and the upper electrode layer is formed of a transparent conductive material.
제 2 항에 있어서, 상기 광 흡수층 형성 시 상기 하부 전극층과 상기 광 흡수층의 반응에 의해 상기 하부 전극층의 표면에 합금막이 형성되는 태양 전지의 제조 방법.
The method of claim 2, wherein an alloy film is formed on a surface of the lower electrode layer by a reaction between the lower electrode layer and the light absorbing layer when the light absorbing layer is formed.
제 2 항에 있어서, 상기 합금막은 제 2 스크라이브 영역 형성 시 제거되는 태양 전지의 제조 방법.The method of claim 2, wherein the alloy film is removed when the second scribe region is formed.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023101120A1 (en) * 2021-12-01 2023-06-08 한국과학기술연구원 Flexible solar cell and manufacturing method therefor

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