KR20130033803A - Method of manufacturing photovoltaic module and photovoltaic module manuactured by using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a solar cell module and the solar cell module manufactured thereby are provided to maximize the effective area for optical absorption. CONSTITUTION: A lower electrode layer is formed on a base substrate(100). A conductive organic layer is formed on the lower electrode layer. A photoactive compound is coated on the conductive organic layer to form a photoactive layer. The photoactive layer includes a first photoactive layer(410) and a second photoactive layer(420). An upper electrode layer(500) is formed on the first photoactive layer and the second photoactive layer. A part of the second photoactive layer is removed by using a third laser light(60).

Description

태양전지 모듈의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 태양전지 모듈 {METHOD OF MANUFACTURING PHOTOVOLTAIC MODULE AND PHOTOVOLTAIC MODULE MANUACTURED BY USING THE SAME}Method of manufacturing solar cell module and solar cell module manufactured thereby {METHOD OF MANUFACTURING PHOTOVOLTAIC MODULE AND PHOTOVOLTAIC MODULE MANUACTURED BY USING THE SAME}

본 기술은 태양전지의 제조방법에 관한 기술로서, 더욱 상세하게는 유기물 기반 태양전지의 모듈 제조방법 및 상기 제조방법에 의하여 제조된 태양전지 모듈에 관한 기술이다.
The present technology relates to a method for manufacturing a solar cell, and more particularly, to a method for manufacturing an organic material-based solar cell module and a solar cell module manufactured by the method.

현재, 기존의 단결정 실리콘 태양전지의 높은 제조원가를 개선하기 위한 다양한 시도들이 진행되고 있다. 다결정 실리콘, 무정형 실리콘, CIGS 등의 박막형 태양전지와 염료감응형 태양전지 및 유기태양전지 등이 그 중의 하나이다. 특히, 유기태양전지의 경우, 투명전극과 양극 사이에 도너형과 억셉터형 유기반도체 재료를 광활성층으로 이용하는데, 유기재료의 특성상 분자구조를 자유자재로 변형할 수 있다는 장점으로 인해 고효율 신규 재료의 개발가능성이 매우 높고, 이를 통해 보다 우수한 효율의 유기태양전지를 제조할 수 있을 것으로 기대되어 그 관심이 커지고 있다. 더욱이, 유기태양전지의 경우, 단순한 소자구조로 인해 제조공정이 간단하고 모듈화가 용이하며, 단위소자와 모듈간의 에너지 손실이 적으며, 흡광 계수가 높아서 100 nm의 얇은 두께의 박막에서도 50%이상의 빛을 흡수할 수 있는 장점이 있다.At present, various attempts have been made to improve the manufacturing cost of a conventional single crystal silicon solar cell. Thin film solar cells such as polycrystalline silicon, amorphous silicon, and CIGS, dye-sensitized solar cells, and organic solar cells. In particular, in the case of an organic solar cell, a donor-type and an acceptor-type organic semiconductor material are used as a photoactive layer between a transparent electrode and an anode. Due to the advantage of being able to freely modify the molecular structure due to the nature of an organic material, And thus it is expected that organic solar cells with higher efficiency can be manufactured. Furthermore, in the case of organic solar cells, a simple device structure simplifies the manufacturing process, facilitates modularization, reduces energy loss between the unit device and the module, and has a high extinction coefficient. Therefore, even in a thin film having a thickness of 100 nm, There is an advantage in that it can be absorbed.

NREL의 보고에 의하면, 12% 효율의 실리콘 태양전지는 단위면적(m2)을 생산하는데, 420 kWh의 에너지가 소비되어 페이백 타임이 4년인데 반해, 5%의 유기태양전지는 20 kWh의 에너지만 소비되어 페이백 타임 0.5년으로 줄어들 수 있다고 보고하고 있다. 더욱이, 1 GW급의 발전을 위해 실리콘 태양전지는 8,000 톤의 광활성층 재료가 소요되지만, 유기태양전지는 초박막 광활성층으로 3.4톤의 재료만이 소요되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 궁극적으로 플렉서블 기판을 이용한 롤투롤 공정을 구현 할 경우, 기존 무기계 태양전지에서는 상상할 수 없는 획기적인 원가절감이 가능할 것으로 기대되어 최근 대기업들도 기술개발 참여가 가시화되고 있다.According to NREL's report, a 12% efficient silicon solar cell produces a unit area (m 2 ), with 420 kWh of energy consumed and a payback time of four years, while 5% of organic solar cells produce 20 kWh. It is reported that only energy can be consumed, reducing the payback time to 0.5 years. Moreover, silicon solar cells require 8,000 tons of photoactive layer materials for the development of 1 GW, while organic solar cells are known to require only 3.4 tons of materials for ultra thin photoactive layers. Therefore, ultimately, when implementing a roll-to-roll process using a flexible substrate, it is expected that a cost reduction that cannot be imagined in existing inorganic solar cells is expected, and large companies are also participating in technology development recently.

이러한 유기태양전지의 경우, 대부분 효율 개선을 위한 단위셀(소자) 스케일의 연구가 주를 이루고 있으나. 결국 제품화를 고려한 양산 관점에서 모듈 스케일의 다양한 기술개발이 절실한 현실이다. 유기태양전지의 대표적 기업인 코나카 사 등에서 각 셀들간의 전기적 연결을 위한 각종 패터닝 방식 또는 구조가 제안되고 있으나, 대부분의 종래 패터닝 방식들은 반도체 공정의 리소그라피 공정을 채용한 것이어서 공정의 효율 및 가격 경쟁 측면에서 개선이 필요하며 저가의 대량생산이라는 유기태양전지의 가장 큰 장점을 상쇄하는 요인으로 작용될 수 있다. In the case of such organic solar cells, research of unit cell (device) scale for the improvement of efficiency is mainly the main. In the end, the development of various technologies on a module scale is urgently needed from a mass production point of view. Konaka, a representative company of organic solar cells, has proposed various patterning methods or structures for electrical connection between cells. However, most conventional patterning methods adopt lithography processes of semiconductor processes, and thus, process efficiency and price competition It needs to be improved, and it can be a factor that offsets the biggest advantage of organic solar cell which is low-cost mass production.

또한, 상술한 방식의 패터닝 기술들은 단위 셀 간의 큰 간격 로스(loss) 등의 원인으로 작용하여, 대면적, 유효면적 극대화의 요구를 만족시킬 수 없는 한계를 갖고 있다.
In addition, the above-described patterning techniques have a limit in that they can not satisfy the requirements for maximizing a large area and an effective area by acting as a cause of large gap loss between unit cells.

본 발명은 종래 포토레지스트 근간의 마스크 공정의 비효율성을 개선할 수 있고, 모듈 패턴 라인의 정밀화, 균일화 및 미세화를 가능하게 함으로써 동일 면적 상에서 광 흡수 유효 면적을 극대화 할 수 있는 태양전지 모듈의 제조방법을 제공한다. The present invention can improve the inefficiency of the mask process between the conventional photoresist, and the method of manufacturing a solar cell module that can maximize the light absorption effective area on the same area by enabling precision, uniformity and miniaturization of the module pattern line. To provide.

또한, 본 발명은 단위 셀들간의 간격을 최소화함으로써 태양전지의 효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 패턴 경계 부위의 표면 조도 등이 감소되어 모듈의 전기적 안정성을 향상시킬 수 있는 태양전지 모듈을 제공한다.
In addition, the present invention provides a solar cell module that can increase the efficiency of the solar cell by minimizing the interval between the unit cells, as well as the surface roughness of the pattern boundary area is reduced to improve the electrical stability of the module.

본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 제조방법은 이종(異種)의 유기물 층들을 상기 유기물 층의 종류에 따라 각각 서로 다른 진동수를 갖는 레이저 광을 순차적으로 조사하여 패턴을 형성함으로써, 상기 패턴에 의하여 전기적으로 구획된 복수의 단위 셀들을 형성하는 단계를 포함한다.In a method of manufacturing a solar cell module according to an embodiment of the present invention, the pattern is formed by sequentially irradiating different types of organic layers with laser light having different frequencies, respectively, according to the type of the organic layer. Forming a plurality of unit cells electrically partitioned by.

상기 이종의 유기물 층들 중 어느 하나는 P3HT 계열의 화합물 및, PCBM 또는 PCBM 유도체의 벌크헤테로정션 블렌드층이다. One of the heterogeneous organic layers is a bulk heterojunction blend layer of a P3HT-based compound and a PCBM or PCBM derivative.

본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈의 제조방법은 베이스 기판 상에 하부 전극층을 형성하는 단계; 상기 하부 전극층 상에 도전성 유기물 층을 형성하는 단계; 상기 하부 전극층 및 상기 도전성 유기물 층에 대하여 제1 진동수(n1)를 갖는 제1 레이저 광을 조사하여 상기 도전성 유기물 층 및 상기 하부 전극층을 모두 관통하고 제1 선폭(d1)을 갖는 제1 개구패턴을 형성함으로써, 상기 하부 전극층 및 도전성 유기물층을, 제1 하부전극 및 제1 도전성 유기물층을 포함하는 제1 단위셀 영역과 제2 하부전극 및 제2 도전성 유기물층을 포함하는 제2 단위셀 영역으로 구획하는 단계; 상기 제1 개구패턴이 매립되도록 상기 제1 도전성 유기물층 및 제2 도전성 유기물 층상에 광활성 유기물을 도포하여 광활성층을 형성하는 단계; 상기 제 1 개구패턴과 인접한 제2 단위셀 영역의 광활성층 상에 제2 진동수(n2)를 갖는 제2 레이저 광을 조사하여 상기 광활성층 및 제2 도전성 유기물층을 관통하고 제2 선폭(d2)을 갖는 제2 개구패턴을 형성함으로써, 제2 하부전극을 노출시키는 단계; 및 상기 제1 단위셀 영역 및 제2 단위셀 영역의 광활성층 상에 상기 제2 개구패턴이 매립되도록 도전성 재료를 코팅함으로써 상기 제2 하부전극과 전기적으로 연결되는 상부 전극층을 형성하는 단계를 포함한다. Method for manufacturing a solar cell module according to another embodiment of the present invention comprises the steps of forming a lower electrode layer on the base substrate; Forming a conductive organic layer on the lower electrode layer; A first opening pattern having a first line width d1 passing through both the conductive organic layer and the lower electrode layer by irradiating a first laser light having a first frequency n 1 to the lower electrode layer and the conductive organic layer; Forming a lower electrode layer and a conductive organic layer into a first unit cell region including a first lower electrode and a first conductive organic layer, and a second unit cell region including a second lower electrode and a second conductive organic layer. step; Forming a photoactive layer by coating a photoactive organic material on the first conductive organic material layer and the second conductive organic material layer to fill the first opening pattern; A second laser beam having a second frequency n 2 is irradiated onto the photoactive layer in the second unit cell region adjacent to the first opening pattern to penetrate the photoactive layer and the second conductive organic material layer, and a second line width d 2. Exposing the second lower electrode by forming a second opening pattern having a); And forming an upper electrode layer electrically connected to the second lower electrode by coating a conductive material on the photoactive layers of the first unit cell region and the second unit cell region to fill the second opening pattern. .

상기 광활성층은 P3HT 계열의 화합물 및, PCBM 또는 PCBM 유도체의 벌크헤테로정션 블렌드층이다. 또한, 상기 광활성 유기물은 블레이드 코팅 또는 슬롯다이 코팅 방식에 의하여 코팅될 수 있다.The photoactive layer is a bulk heterojunction blend layer of a P3HT-based compound and a PCBM or PCBM derivative. In addition, the photoactive organic material may be coated by a blade coating or slot die coating method.

상기 상부 전극층으로서는 LiF/Al, Ca, Ag, Mg 및 Ag의 합금 등을 사용할 수 있으며, 상기 상부 전극층을 형성 한 후, 140 ℃ 내지 160 ℃의 온도 범위 하에서 상기 태양전지 모듈을 열처리할 수 있다. As the upper electrode layer, an alloy of LiF / Al, Ca, Ag, Mg, and Ag may be used. After forming the upper electrode layer, the solar cell module may be heat-treated under a temperature range of 140 ° C. to 160 ° C.

상기 제2 선폭(d2)은 제1 선폭(d1)과 동일하거나 상대적으로 클 수 있다. 상기 태양전지 모듈의 제조방법은 상기 상부 전극층을 제3 진동수(n3)를 갖는 제3 레이저 광을 조사하여 상기 상부 전극층을 선택적으로 패터닝하여 상기 상부 전극층을 전기적으로 구획하는, 제3 선폭(d3)을 갖는 절연 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. The second line width d 2 may be equal to or larger than the first line width d 1 . In the method of manufacturing the solar cell module, a third line width d is formed to electrically partition the upper electrode layer by selectively patterning the upper electrode layer by irradiating a third laser light having the upper electrode layer with a third frequency n 3 . The method may further include forming an insulating pattern having 3 ).

본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈은 베이스 기판; 기판에 형성되고, 하부전극, 상기 하부전극 상에 형성된 도전성 유기물층, 상기 도전성 유기물층 상에 형성되고 광활성 유기물을 포함하는 광활성층 및 상기 광활성층 상에 형성된 상부전극을 포함하는, 복수의 단위 셀들을 포함하고, 인접하는 두 개의 단위셀들은 어느 하나의 단위셀의 광활성층에 의하여 전기적으로 절연되어 있고, 상기 어느 하나의 단위셀 내의 상부전극은 인접하는 다른 하나의 단위셀 내의 하부전극과 전기적으로 연결되어 있다. Solar cell module according to an embodiment of the present invention is a base substrate; A plurality of unit cells are formed on a substrate and include a lower electrode, a conductive organic layer formed on the lower electrode, a photoactive layer formed on the conductive organic layer and including a photoactive organic material, and an upper electrode formed on the photoactive layer. The two adjacent unit cells are electrically insulated by the photoactive layer of one unit cell, and the upper electrode in one unit cell is electrically connected to the lower electrode in another adjacent unit cell. have.

상기 단위셀은 평면상에서 보았을 때, 스트라이프 패턴 또는 격자 패턴을 가질 수 있다.The unit cell may have a stripe pattern or a grid pattern when viewed in plan view.

상기 괄활성층의 일부 영역은 상기 단위셀의 일 측면을 따라 형성되어 있으며, 상기 일 측면을 따라 형성되어 있는 광활성층의 표면 조도(roughness)는 수 nm 미만일 수 있다. 한편, 상기 인접하는 두 개의 단위셀 간의 간격은 100 ㎛ 미만일 수 있다. Some regions of the active active layer are formed along one side of the unit cell, and the surface roughness of the photoactive layer formed along the one side may be less than several nm. Meanwhile, an interval between two adjacent unit cells may be less than 100 μm.

상기 태양전지 모듈의 각 단위셀들은 전기적으로 직렬연결 방식으로 연결되어 있을 수 있다.
Each unit cell of the solar cell module may be electrically connected in series.

본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 제조방법에 따르면, 추가적인 공정 및 장비 없이 레이저 조사만으로 태양전지 모듈의 셀들을 용이하게 구획할 수 있을 뿐만 아니라, 모듈을 구성하는 단위 셀들의 간격을 최소화 할 수 있어 광활성 유효 면적을 극대화 할 수 있고 나아가 모듈 효율을 개선할 수 있다. According to the manufacturing method of the solar cell module according to an embodiment of the present invention, not only can easily partition the cells of the solar cell module by laser irradiation without additional processes and equipment, but also minimizes the interval between the unit cells constituting the module This can maximize the photoactive effective area and further improve module efficiency.

이러한 방법은 궁극적으로, 레이저 장비를 초기에 도입해야 하는 점은 있으나 장기적으로는 태양전지 모듈의 생산단가를 저감할 수 있도록 한다.
This method ultimately requires the early introduction of laser equipment, but in the long run it can reduce the production cost of solar cell modules.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 제조방법을 순차적으로 도시한 개념적 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 제3 레이저 광에 의한 패터닝 구조를 도시한 개념적 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서 사용된 각 레이저 광들에 의한 패턴 라인을 평가하기 위한 광학현미경 사진이다.
도 9은 다양한 태양전지 모듈 샘플들에 대한 전류/전압 곡선을 도시한 그래프이다.1 to 6 are conceptual cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
7 is a conceptual cross-sectional view showing the patterning structure by the third laser light according to another embodiment of the present invention.
8 is an optical micrograph for evaluating the pattern line by the respective laser lights used in one embodiment of the present invention.
9 is a graph showing current / voltage curves for various solar cell module samples.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 제조방법을 자세하게 설명하도록 한다. 그러나 하기 설명들은 본 발명에 대한 예시적인 기재일 뿐, 하기 설명에 의하여 본 발명의 기술사상이 국한되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상은 후술할 청구범위에 의하여 정해진다. Hereinafter, a manufacturing method of a solar cell module according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following descriptions are merely illustrative of the present invention, and the technical spirit of the present invention is not limited by the following description, which is defined by the claims to be described later.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 제조방법을 순차적으로 도시한 개념적 단면도들이다. 1 to 6 are conceptual cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a solar cell module according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 베이스 기판(100) 상에 형성된 하부 전극층(110) 상에 도전성 유기물 층(200)을 형성한다. 본 실시예에서 상기 하부 전극층(110)은 ITO를 포함한다. 이와 다르게, 상기 하부 전극층(100)은 탄소나노튜브 등의 도전성 재료, 또는 이종 이상의 금속 산화물의 적층체(laminated structure)를 포함할 수도 있다. Referring to FIG. 1, the conductive organic layer 200 is formed on the lower electrode layer 110 formed on the base substrate 100. In the present embodiment, the lower electrode layer 110 includes ITO. Alternatively, the lower electrode layer 100 may include a conductive material such as carbon nanotubes or a laminated structure of two or more metal oxides.

상기 베이스 기판(100) 상에 상기 하부 전극층(110)이 형성되면 기판/전극(100/110)의 복합체를 세정하고 상기 복합체(100/110) 표면을 플라즈마 처리함으로써 복합체 표면의 모폴로지(morphology) 특성을 개선할 수 있고, 나아가 전체적인 소자의 옴 저항을 감소시킬 수 있다. When the lower electrode layer 110 is formed on the base substrate 100, the composite surface of the substrate / electrode 100/110 is cleaned and the surface of the composite 100/110 is plasma treated to thereby form a morphology characteristic of the surface of the composite. Can be improved, and further, the ohmic resistance of the entire device can be reduced.

본 실시예에서 상기 도전성 유기물층(200)으로서는 PEDOT:PSS가 사용되며, 상기 도전성 유기물층(200)은 PEDOT:PSS를 스핀코팅 등의 방식으로 상기 하부 전극층(110) 상에 도포한 후, 베이킹(baking) 공정을 거쳐 형성될 수 있다. In the present embodiment, PEDOT: PSS is used as the conductive organic layer 200, and the conductive organic layer 200 is coated with PEDOT: PSS on the lower electrode layer 110 by spin coating or the like, followed by baking. It can be formed through the process.

상기 하부 전극층(110) 및 도전성 유기물층(200)이 적층 되면, 상기 하부 전극층(110) 및 도전성 유기물층(200)이 제1 선폭(d1)으로 관통될 수 있도록 주기적인 위치에 제1 진동수(n1)를 갖는 제1 레이저 광을 조사한다. 상기 레이저 광(50)의 조사는 수 내지 수십 나노초(ns) 동안 이루어지며, 상기 상기 제1 선폭(d1)은 수백 ㎛ 이하의 스케일이 되도록 수행된다. 베이스 기판(100)의 손상 없이 하부 전극층(110) 및 도전성 유기물층(200)을 선택적으로 관통하도록 하기 위해서는 레이저 광(50) 조사 시 파장, 조사시간, 진동수, 출력 등을 정밀하게 조절해야 한다. 본 실시예에서, 1064 nm의 파장을 갖는 레이저 광(50)이 사용되었다. When the lower electrode layer 110 and the conductive organic layer 200 are stacked, the first frequency n at a periodic position to allow the lower electrode layer 110 and the conductive organic layer 200 to pass through the first line width d 1 . The 1st laser light which has 1 ) is irradiated. Irradiation of the laser light 50 is performed for several to several tens of nanoseconds (ns), and the first line width d 1 is performed to have a scale of several hundred μm or less. In order to selectively penetrate the lower electrode layer 110 and the conductive organic layer 200 without damaging the base substrate 100, the wavelength, irradiation time, frequency, output, etc. of the laser light 50 should be precisely controlled. In this embodiment, laser light 50 having a wavelength of 1064 nm was used.

도 2를 참조하면, 한 번의 레이저 광(50)의 조사에 의하여 상기 하부 전극층(110) 및 도전성 유기물층(200)은, 각각 제1 하부전극(112) 및 제1 도전성 유기물층(210)을 포함하는 제1 위셀 영역(A)과 제2 하부전극(114) 및 제2 도전성 유기물층(220)을 포함하는 제2 단위셀 영역(B)으로 분리 및 구획된다. 상기 제1 단위셀 영역(A)과 제2 단위셀 영역(B) 사이에는 레이저 광(50)에 의하여 형성된 관통홀을 포함하는 제1 개구패턴(310)이 형성된다. 공간적으로 구획된 제1 단위셀 영역(A)과 제2 단위셀 영역(B)은 공정이 완료되면 각각 태양전지 모듈의 단위 셀로서 기능한다. Referring to FIG. 2, the lower electrode layer 110 and the conductive organic material layer 200 each include a first lower electrode 112 and a first conductive organic material layer 210 by irradiation of a single laser light 50. The second unit cell region B including the first upper cell region A, the second lower electrode 114, and the second conductive organic layer 220 is separated and partitioned. A first opening pattern 310 including a through hole formed by the laser light 50 is formed between the first unit cell region A and the second unit cell region B. The spatially partitioned first unit cell region A and the second unit cell region B each function as a unit cell of the solar cell module when the process is completed.

도 3을 참조하면, 각 단위셀 영역(A, B) 들의 제1 도전성 유기물층(210), 제 2 도전성 유기물층(220) 상에 광활성 유기물을 코팅함으로써, 제1 개구패턴(310)이 모두 매립되도록 하는 광활성층(400)이 형성된다. Referring to FIG. 3, the photoactive organic material is coated on the first conductive organic material layer 210 and the second conductive organic material layer 220 of each unit cell region A and B so that the first opening pattern 310 is completely embedded. A photoactive layer 400 is formed.

본 실시예에서, 상기 광활성 유기물은 P3HT 계열의 화합물 및, PCBM 또는 PCBM 유도체를 포함하는 용액이며, 상기 광활성 유기물은 블레이드 코팅 방식에 의하여 코팅 된 후 건조 과정을 거쳐 광활성층(400)이 된다. 상기 광활성 유기물로서는, 공지된 다양한 도너(donor) 재료 및 억셉터(acceptor) 재료들의 혼합물을 사용할 수 있고, 경우에 따라서는 2종 이상의 도너재료 또는 2종의 이상의 억셉터 재료가 사용될 수 있다. 또한, 상기 광활성 유기물은 반도체 입자, 금속 입자, 기타 다양한 유기, 무기 첨가제들을 포함할 수 있다. In the present embodiment, the photoactive organic material is a solution containing a P3HT-based compound and a PCBM or PCBM derivative, and the photoactive organic material is coated by a blade coating method to be a photoactive layer 400 after drying. As the photoactive organic substance, a mixture of various known donor materials and acceptor materials can be used, and in some cases, two or more donor materials or two or more acceptor materials can be used. In addition, the photoactive organic material may include semiconductor particles, metal particles, and various other organic and inorganic additives.

본 실시예에서, 형성된 광활성층(400)은 P3HT 계열의 화합물 및, PCBM 또는 PCBM 유도체의 벌커헤테로정션(BHJ)을 이룬다. In the present embodiment, the formed photoactive layer 400 forms a bulker heterojunction (BHJ) of a P3HT-based compound and a PCBM or PCBM derivative.

상기 광활성층(400)이 형성되면, 전술한 제1 개구패턴(310)의 인접위치(C)에 상기 광활성층(400) 및 제2 도전성 유기물층(220)이 제2 선폭(d2)으로 관통될 수 있도록 주기적인 위치에 제2 진동수(n2)를 갖는 제2 레이저 광(55)을 조사한다. When the photoactive layer 400 is formed, the photoactive layer 400 and the second conductive organic layer 220 penetrate through the second line width d 2 at the adjacent position C of the first opening pattern 310 described above. The second laser light 55 having the second frequency n 2 is irradiated at a periodic position so as to be possible.

도 4를 참조하면, 상기 제2 레이저 광(55)의 조사에 의하여 제1 단위셀 영역(A)에 인접한 제2 단위셀 영역(B)에는 각각 제1 광활성층(410) 및 제2 광활성층(420)이 형성된다. 또한, 상기 제2 단위셀 영역(B)에는 제2 광활성층(420) 및 제2 도전성 유기물층(222)을 수직으로 관통하는 관통홀을 포함하는 제2 개구패턴(320)이 형성된다. 본 실시예에서, 관통된 영역을 관통홀로 표현하였으나, 상기 관통홀은 실제로는, 평면상의 스트라이프 패턴 또는 격자 패턴의 라인을 따라 형성된 리세스(recess)에 해당하는 영역이다. Referring to FIG. 4, the first photoactive layer 410 and the second photoactive layer are respectively formed in the second unit cell region B adjacent to the first unit cell region A by irradiation of the second laser light 55. 420 is formed. In addition, a second opening pattern 320 including a through hole vertically penetrating the second photoactive layer 420 and the second conductive organic layer 222 is formed in the second unit cell region B. In the present embodiment, the penetrated region is represented as a through hole, but the penetrating hole is actually a region corresponding to a recess formed along a line of a planar stripe pattern or a lattice pattern.

본 실시예에서, 상기 제2 개구패턴(320)의 선폭(d2)은 전술한 제2 개구패턴(320)의 선폭(d1)과 거의 동일하거나 다소 크도록 설계될 수 있다.In the present exemplary embodiment, the line width d 2 of the second opening pattern 320 may be designed to be substantially equal to or slightly larger than the line width d 1 of the second opening pattern 320.

또한, 본 실시예에서, 제1 단위셀 영역(A)과 제2 단위셀 영역(B)을 기준으로 설명하고 있으나, 연속적으로 반복된 다른 단위셀 영역도 동일한 방식으로 공정이 수행됨은 자명하게 이해될 수 있다. In addition, in the present embodiment, the first unit cell region (A) and the second unit cell region (B) are described as a reference, but it is obvious that other unit cell regions that are continuously repeated are performed in the same manner. Can be.

상기 단계가 완료되면, 제1 광활성층(410)은 제1 전도성 유기물층(221) 상에 형성됨은 물론, 제1 하부전극(112)과 제1 도전성 유기물층(221)의 측면을 따라서도 형성되어 있다. 즉, 상기 제1 광활성층(410)은 제2 단위셀 영역(B) 및 제1 단위셀 영역(A)을 전기적으로 절연하는 절연막으로서 기능한다.When the above step is completed, the first photoactive layer 410 is formed on the first conductive organic layer 221 and is formed along the side surfaces of the first lower electrode 112 and the first conductive organic layer 221. . That is, the first photoactive layer 410 functions as an insulating film electrically insulating the second unit cell region B and the first unit cell region A. FIG.

도 5를 참조하면, 제1 광활성층(410) 및 제2 광활성층(420) 상에 도전성 재료가 코팅됨으로써 제2 개구패턴(320)이 상기 도전성 재료에 의하여 매립되고 상기 제1 광활성층(410) 및 제2 광활성층(420) 상에는 상부 전극층(500)이 형성된다. 상부 전극층(500)은 상기 도전성 재료를 열기상증착(thermal evaporation) 등의 방식으로 증착함으로써 형성될 수 있다. 본 실시예에서 상기 도전성 재료로는 LiF/Al이 사용되었으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 도전성 재료로서, 전술한 PEDOT:PSS 등의 유기물 함유 재료를 사용할 수도 있다. Referring to FIG. 5, a conductive material is coated on the first photoactive layer 410 and the second photoactive layer 420 so that a second opening pattern 320 is embedded by the conductive material and the first photoactive layer 410 is formed. ) And the upper electrode layer 500 are formed on the second photoactive layer 420. The upper electrode layer 500 may be formed by depositing the conductive material by thermal evaporation or the like. LiF / Al is used as the conductive material in this embodiment, but is not limited thereto. For example, organic substance containing materials, such as PEDOT: PSS mentioned above, can also be used as said electroconductive material.

한편, 상기 도전성 재료로서, Al 등의 전극 재료를 사용할 경우 100nm 이하의 박막으로 사용할 경우, 투명성을 확보할 수 있어 제조되는 태양전지 모듈을 양면 수광형의 모듈로서도 활용할 수 있다. 또한, 이와 다르게 Al 등의 전극 재료를 메쉬 또는 그리드 패턴으로 설계함으로써 격자 내부로 광경로를 확보할 수 있어, 역시 태양전지 모듈을 양면 수광형의 모듈로서 활용할 수 있다.On the other hand, in the case of using an electrode material such as Al as the conductive material, when using a thin film of 100 nm or less, the solar cell module can be used as a double-sided light receiving module that can ensure transparency. Alternatively, by designing an electrode material such as Al in a mesh or grid pattern, an optical path can be secured to the inside of the lattice, and the solar cell module can be utilized as a double-sided light receiving module.

전술한 바와 같이, 상부 전극층(500)이 형성된 후에는, 140℃ 내지 160℃ 의 온도 범위 하에서 상기 태양전지 모듈을 열처리함으로써 태양전지 모듈의 효율을 추가적으로 개선할 수 있다. As described above, after the upper electrode layer 500 is formed, the efficiency of the solar cell module may be further improved by heat-treating the solar cell module in a temperature range of 140 ° C. to 160 ° C. FIG.

도 5를 다시 참조하면, 상기 제2 개구패턴(320)에 인접한 제2 광활성층(420)의 일부 영역을 제3 진동수(n3)를 갖는 제3 레이저 광(60)을 조사하여 제거한다. Referring to FIG. 5 again, a portion of the second photoactive layer 420 adjacent to the second opening pattern 320 is removed by irradiating a third laser light 60 having a third frequency n 3 .

도 6을 참조하면, 상기 제3 레이저 광(60)에 의하여 제거되어 형성된 제3 개구패턴(330)은 인접하는 제1 단위셀(S1) 및 제2 단위셀(S2)을 구획하는 일 종의 셀 패턴에 대응한다. 한편, 상기 제3 개구패턴(330)에 의하여 상기 상부 전극층(500)은 제1 상부전극(510) 및 제2 상부전극(520)으로 구획된다. 본 실시예에서 상기 개구패턴(330)은 제2 하부전극(114) 상부까지의 관통홀을 포함한다. Referring to FIG. 6, the third opening pattern 330 formed by being removed by the third laser light 60 partitions adjacent first unit cells S 1 and second unit cells S 2 . Corresponds to the cell pattern of the species. The upper electrode layer 500 is divided into a first upper electrode 510 and a second upper electrode 520 by the third opening pattern 330. In the present exemplary embodiment, the opening pattern 330 includes a through hole up to an upper portion of the second lower electrode 114.

상기 제1 단위셀(S1)의 제1 상부전극(510)은 제2 단위셀(S2)의 제2 하부전극(114)와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 단위셀(S1) 및 제2 단위셀(S2)은 제1 단위셀(S1)의 제1 광활성층(410)에 의하여 전기적으로 절연된다.
Wherein the first upper electrode 510 is electrically connected to the second lower electrode 114 of the second unit cell (S 2), the first unit cell (S 1) of one unit cell (S 1) and The second unit cell S 2 is electrically insulated by the first photoactive layer 410 of the first unit cell S 1 .

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 제3 레이저 광에 의한 패터닝 구조를 도시한 개념적 단면도이다. 7 is a conceptual cross-sectional view showing the patterning structure by the third laser light according to another embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 도면에 도시하지는 않았으나, 본 실시예에서 사용된 레이저 광은 제3 레이저 광(60)과는 에너지가 다른 레이저 광이며, 이에 의하여 형성된 개구패턴(340)은 도 6과는 다르게 제2 상부전극(520)만을 선택적으로 제거함으로써, 본 실시예에 따른 태양전지 모듈은 제거된 제2 상부전극(520) 하부영역의 유기물이 잔존하는 구조를 갖는다. Referring to FIG. 7, although not shown in the drawing, the laser light used in the present embodiment is laser light having a different energy from the third laser light 60, and the opening pattern 340 formed thereby is different from FIG. 6. Alternatively, by selectively removing only the second upper electrode 520, the solar cell module according to the present exemplary embodiment has a structure in which the organic material of the removed lower region of the second upper electrode 520 remains.

한편 도 6과 마찬가지로, 상기 제1 단위셀(S1)의 제1 상부전극(510)은 제2 단위셀(S2)의 제2 하부전극(114)와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 단위셀(S1) 및 제2 단위셀(S2)은 제1 단위셀(S1)의 제1 광활성층(410)에 의하여 전기적으로 절연된다. On the other hand, like Figure 6, the first upper electrode 510 of the first unit cell (S 1) is electrically connected to the second lower electrode 114 of the second unit cell (S 2), the first unit The cell S 1 and the second unit cell S 2 are electrically insulated by the first photoactive layer 410 of the first unit cell S 1 .

인접한 다른 단위셀들의 경우에도 이상에서 설명한 바와 같은 동일한 과정에 의하여 인접한 단위셀들과 전기적으로 연결된다. 본 실시예의 전기적 연결은 직렬 연결이며, 제3자의 변경 설계를 통하여 전기적 연결을 병렬연결로 다르게 실시한다 하더라도 이는 본 발명의 범주 내라 할 것이다.
In the case of other adjacent unit cells, the same process as described above is electrically connected to the adjacent unit cells. In this embodiment, the electrical connection is a series connection, and even if the electrical connection is differently performed in parallel through a third-party design, it will be within the scope of the present invention.

레이저 재원 및 운용조건Laser Resources and Operating Conditions

레이저laser 레이저laser 마킹marking 선폭Line width 파장wavelength 펄스폭Pulse width 진동수Frequency 출력Print 속도speed 피치pitch 제1 레이저(P1)First laser P1 1064 nm1064 nm 50 ns50 ns 15 KHz15 KHz 2.4 W2.4 W 150mm/s150mm / s 25 ㎛25 μm 600 ㎛600 μm 제2 레이저(P2)2nd laser P2 106 4nm106 4nm 4 ns4 ns 4 KHz4 KHz 0.1 W0.1 W 150mm/s150mm / s 50 ㎛50 탆 450㎛450㎛ 제3 레이저(P3)Third laser P3 1064 nm1064 nm 4 ns4 ns 4 KHz4 KHz 0.1W0.1 W 150mm/s150mm / s 50 ㎛50 탆 600 ㎛600 μm

전술한 본 발명의 일 실시예에서 사용된 제1 레이저 광(50), 제2 레이저 광(55) 및 제3 레이저 광(60)의 재원 및 운용조건 등을 사기 표 1에 나타내었다.
Table 1 shows the resources and operating conditions of the first laser light 50, the second laser light 55, and the third laser light 60 used in the above-described embodiment of the present invention.

패턴 라인 평가Pattern line evaluation

도 7은 본 발명의 일 실시예에서 사용된 각 레이저 광들에 의한 패턴 라인을 평가하기 위한 광학현미경 사진이다. 7 is an optical micrograph for evaluating the pattern line by each laser light used in one embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, P1, P2 및 P3 패턴을 관찰한 결과, 열손상에 의하여 선폭이 다소 손상되었음을 확인할 수 있었다. 또한, P1 패턴의 경우 가장 자리에서 열손상에 의해서 PEDOT:PSS 필름이 ITO 보다 더 제거되었다. P2, P3 패턴의 경우에 패턴 가장자리에서 필름의 박리 현상이 보이며 ITO 표면이 조금 손상되었다. 상기 P1 패턴은 전술한 제1 레이저 광(50)에 의하여 형성된 패턴이고, 상기 P2 패턴은 전술한 제2 레이저 광(55)에 의하여 형성된 패턴이며, 상기 P3 패턴은 전술한 제3 레이저 광(60)에 의하여 형성된 패턴을 의미한다.
Referring to FIG. 7, as a result of observing the P1, P2 and P3 patterns, it was confirmed that the line width was somewhat damaged by the thermal damage. In addition, in the case of the P1 pattern, the PEDOT: PSS film was removed more than ITO by thermal damage at the edge. In the case of P2 and P3 patterns, peeling of the film was observed at the edges of the patterns and the ITO surface was slightly damaged. The P1 pattern is a pattern formed by the first laser light 50 described above, the P2 pattern is a pattern formed by the second laser light 55 described above, and the P3 pattern is the third laser light 60 described above. Means a pattern formed by

성능 평가Performance evaluation

아래와 같은 세 가지 형태의 샘플 셀에 대하여 각종 물성 및 광전변환 효율을 평가하였다. The following three types of sample cells were evaluated for various physical properties and photoelectric conversion efficiency.

[SAMPLE A][SAMPLE A]

Unit Cell : 30 x 5 mm2Unit Cell: 30 x 5 mm2

# of Cell : 5 cells# of Cell: 5 cells

Active area : 7.5 cm2Active area: 7.5 cm2

[SAMPLE B][SAMPLE B]

Unit Cell : 15 x 5 mm2Unit Cell: 15 x 5 mm2

# of Cell : 10 cells# of Cell: 10 cells

Active area : 7.5 cm2Active area: 7.5 cm2

[SAMPLE C][SAMPLE C]

Unit Cell : 10 x 5 mm2Unit Cell: 10 x 5 mm2

# of Cell : 15 cells# of Cell: 15 cells

Active area : 7.5 cm2Active area: 7.5 cm2

성능 평가 결과는 아래 표 2에 나타내었다.
The performance evaluation results are shown in Table 2 below.

SAMPLESAMPLE # of Cell# of Cell Voc (V)Voc (V) Jsc (mA/cm2)Jsc (mA / cm 2 ) FF (%)FF (%) PCE (%)PCE (%) AA 55 3.283.28 1.641.64 52.752.7 2.642.64 BB 55 3.203.20 1.531.53 51.651.6 2.532.53 BB 1010 6.386.38 0.750.75 50.650.6 2.432.43 CC 55 3.223.22 1.551.55 50.350.3 2.512.51 CC 1515 9.659.65 0.510.51 50.050.0 2.452.45

단위 셀의 크기와 전체 셀의 수가 다른 다양한 형태의 유기태양전지 모듈을 제작하였고, 30 x 5 mm2 단위 셀을 5개 직렬 연결한 소자의 경우 효율은 2.84 %였다. 한편, 도 8은 다양한 태양전지 모듈 샘플들에 대한 전류/전압 곡선을 도시한 그래프이다.
Various types of organic solar cell modules having different unit cell sizes and total number of cells were fabricated. The efficiency of the device connected in series of 5 30 x 5 mm 2 unit cells was 2.84%. 8 is a graph illustrating current / voltage curves for various solar cell module samples.

Claims (15)

이종(異種)의 유기물 층들을 상기 유기물 층의 종류에 따라 각각 서로 다른 진동수를 갖는 레이저 광을 순차적으로 조사하여 패턴을 형성함으로써, 상기 패턴에 의하여 전기적으로 구획된 복수의 단위 셀들을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조방법.
The heterogeneous organic layers are sequentially irradiated with laser light having different frequencies according to the type of the organic layer to form a pattern, thereby forming a plurality of unit cells electrically partitioned by the pattern. Method for manufacturing a solar cell module.
제1항에 있어서,
상기 이종의 유기물 층들 중 어느 하나는 P3HT 계열의 화합물 및, PCBM 또는 PCBM 유도체의 벌크헤테로정션 블렌드층인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조방법.
The method of claim 1,
Any one of the heterogeneous organic layers is a method of manufacturing a solar cell module, characterized in that the bulk heterojunction blend layer of the P3HT-based compound and PCBM or PCBM derivative.
베이스 기판 상에 하부 전극층을 형성하는 단계;
상기 하부 전극층 상에 도전성 유기물 층을 형성하는 단계;
상기 하부 전극층 및 상기 도전성 유기물 층에 대하여 제1 진동수(n1)를 갖는 제1 레이저 광을 조사하여 상기 도전성 유기물 층 및 상기 하부 전극층을 모두 관통하고 제1 선폭(d1)을 갖는 제1 개구패턴을 형성함으로써, 상기 하부 전극층 및 도전성 유기물층을, 제1 하부전극 및 제1 도전성 유기물층을 포함하는 제1 단위셀 영역과 제2 하부전극 및 제2 도전성 유기물층을 포함하는 제2 단위셀 영역으로 구획하는 단계;
상기 제1 개구패턴이 매립되도록 상기 제1 도전성 유기물층 및 제2 도전성 유기물 층상에 광활성 유기물을 도포하여 광활성층을 형성하는 단계;
상기 제 1 개구패턴과 인접한 제2 단위셀 영역의 광활성층 상에 제2 진동수(n2)를 갖는 제2 레이저 광을 조사하여 상기 광활성층 및 제2 도전성 유기물층을 관통하고 제2 선폭(d2)을 갖는 제2 개구패턴을 형성함으로써, 제2 하부전극을 노출시키는 단계; 및
상기 제1 단위셀 영역 및 제2 단위셀 영역의 광활성층 상에 상기 제2 개구패턴이 매립되도록 도전성 재료를 코팅함으로써 상기 제2 하부전극과 전기적으로 연결되는 상부 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지 모듈의 제조방법.
Forming a lower electrode layer on the base substrate;
Forming a conductive organic layer on the lower electrode layer;
A first opening pattern having a first line width d1 passing through both the conductive organic layer and the lower electrode layer by irradiating a first laser light having a first frequency n 1 to the lower electrode layer and the conductive organic layer; Forming a lower electrode layer and a conductive organic layer into a first unit cell region including a first lower electrode and a first conductive organic layer, and a second unit cell region including a second lower electrode and a second conductive organic layer. step;
Forming a photoactive layer by coating a photoactive organic material on the first conductive organic material layer and the second conductive organic material layer to fill the first opening pattern;
A second laser beam having a second frequency n 2 is irradiated onto the photoactive layer in the second unit cell region adjacent to the first opening pattern to penetrate the photoactive layer and the second conductive organic material layer, and a second line width d 2. Exposing the second lower electrode by forming a second opening pattern having a); And
Forming an upper electrode layer electrically connected to the second lower electrode by coating a conductive material on the photoactive layers of the first unit cell region and the second unit cell region to fill the second opening pattern. Method of manufacturing a battery module.
제3항에 있어서,
상기 광활성층은 P3HT 계열의 화합물 및, PCBM 또는 PCBM 유도체의 벌크헤테로정션 블렌드층인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조방법.
The method of claim 3,
The photoactive layer is a method of manufacturing a solar cell module, characterized in that the bulk heterojunction blend layer of the P3HT-based compound and PCBM or PCBM derivative.
제3항에 있어서,
상기 광활성 유기물은 블레이드 코팅 또는 슬롯다이 코팅 방식에 의하여 코팅되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조방법.
The method of claim 3,
The photoactive organic material is a method of manufacturing a solar cell module, characterized in that the coating by the blade coating or slot die coating method.
제3항에 있어서,
상기 상부 전극층은 LiF/Al, Ca, Ag 및 Mg과 Ag의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조방법.
The method of claim 3,
The upper electrode layer is a manufacturing method of a solar cell module, characterized in that it comprises a material selected from the group consisting of LiF / Al, Ca, Ag and Mg and the alloy of Ag.
제3항에 있어서,
상기 상부 전극층을 형성 한 후 140℃ 내지 160℃의 온도 범위 하에서 상기 태양전지 모듈을 열처리하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조방법.
The method of claim 3,
After forming the upper electrode layer, a method of manufacturing a solar cell module, characterized in that the heat treatment of the solar cell module in a temperature range of 140 ℃ to 160 ℃.
제3항에 있어서,
상기 제2 선폭(d2)은 제1 선폭(d1) 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조방법.
The method of claim 3,
The second line width (d 2 ) is a manufacturing method of a solar cell module, characterized in that more than the first line width (d 1 ).
제3항에 있어서,
상기 상부 전극층을 제3 진동수(n3)를 갖는 제3 레이저 광을 조사하여 상기 상부 전극층의 일 영역을 선택적으로 제거하거나, 상기 전극층의 일 영역 및 상기 상부 전극층의 일영역에 대응한 하부 전도성 유기물층까지 제거함으로써, 제3 선폭(d3)을 갖는 셀 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조방법.
The method of claim 3,
The upper electrode layer is irradiated with a third laser light having a third frequency n 3 to selectively remove one region of the upper electrode layer, or a lower conductive organic layer corresponding to one region of the electrode layer and one region of the upper electrode layer. By removing until, forming a cell pattern having a third line width (d 3 ) further comprising the step of forming a solar cell module.
베이스 기판;
기판에 형성되고, 하부전극, 상기 하부전극 상에 형성된 도전성 유기물층, 상기 도전성 유기물층 상에 형성되고 광활성 유기물을 포함하는 광활성층 및 상기 광활성층 상에 형성된 상부전극을 포함하는, 복수의 단위 셀들을 포함하고,
인접하는 두 개의 단위셀들은 어느 하나의 단위셀의 광활성층에 의하여 전기적으로 절연되어 있고, 상기 어느 하나의 단위셀 내의 상부전극은 인접하는 다른 하나의 단위셀 내의 하부전극과 전기적으로 연결되어 있는 태양전지 모듈.
A base substrate;
A plurality of unit cells are formed on a substrate and include a lower electrode, a conductive organic layer formed on the lower electrode, a photoactive layer formed on the conductive organic layer and including a photoactive organic material, and an upper electrode formed on the photoactive layer. and,
Two adjacent unit cells are electrically insulated by a photoactive layer of one unit cell, and an upper electrode in one unit cell is electrically connected to a lower electrode in another adjacent unit cell. Battery module.
제10항에 있어서,
상기 단위셀은 평면상에서 보았을 때, 스트라이프 패턴 또는 격자 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
The method of claim 10,
The unit cell has a stripe pattern or a grid pattern when viewed in plan view, the solar cell module.
제10항에 있어서,
상기 괄활성층의 일부 영역은 상기 단위셀의 일 측면을 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
The method of claim 10,
Part of the region of the active active layer is a solar cell module, characterized in that formed along one side of the unit cell.
제12항에 있어서,
상기 일 측면을 따라 형성되어 있는 광활성층의 표면 조도(roughness)는 수 nm 미만인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
The method of claim 12,
The surface roughness (roughness) of the photoactive layer formed along the one side is less than a few nm, the solar cell module.
제10항에 있어서,
상기 인접하는 두 개의 단위셀 간의 간격은 100㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
The method of claim 10,
The solar cell module, characterized in that the spacing between two adjacent unit cells less than 100㎛.
제10항에 있어서,
상기 각 단위셀들은 전기적으로 직렬연결 되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.


The method of claim 10,
The unit cell is characterized in that the unit cells are electrically connected in series.


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