JP2014504038A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明に従う太陽電池は、基板、前記基板の上に形成された裏面電極層、光吸収層、透明電極層、及び前記基板と裏面電極層との間に形成されて２族元素を含むバリア層を含む。前記のような発明は、基板の上に金属拡散防止のためのバリア層を形成することによって、基板に含まれた金属成分により太陽電池の効率が落ちることを防止できる効果がある。
【選択図】図１
【選択図】図１
Description
本発明は、太陽電池及びその製造方法に関するものである。
一般に、太陽電池は太陽光熱エネルギーを電気エネルギーに変換させる役割をし、このような太陽電池は最近エネルギーの需要が増加するにつれて商業的に広く用いられている。
従来、太陽電池は半導体層が透明な基板の上に形成されてなされ、透明基板として金属、ガラス、またはプラスチック材質の基板が使われる。
しかしながら、金属材質の基板の上に半導体層を形成する場合、基板に含まれた金属成分が半導体層の内に吸収され、これによって太陽電池の効率が落ちる問題点が発生する。
本発明の目的は、基板に含まれた金属成分により効率が落ちることを防止するための太陽電池及びその製造方法を提供することにある。
本発明の一実施形態に従う太陽電池は、基板、前記基板の上に形成された裏面電極層、光吸収層、透明電極層、及び前記基板と裏面電極層との間に形成されて２族元素を含むバリア層を含む。
また、本発明の一実施形態に従う太陽電池の製造方法は、金属基板を用意するステップ、前記金属基板の上に２族元素を含むバリア層を形成するステップ、及び前記バリア層の上に裏面電極層、光吸収層、透明電極層を順次に形成するステップを含む。
本発明に従う太陽電池は、基板の上に金属拡散防止のためのバリア層を形成することによって、基板に含まれた金属成分により太陽電池の効率が落ちることを防止することができる効果がある。
また、本発明に従う太陽電池は、バリア層にナトリウム成分を含有することによって、ナトリウム成分の拡散による太陽電池の効率を向上させることができる効果がある。
本発明を説明するに当たって、各パネル、配線、電池、装置、面、またはパターンなどが、各パネル、配線、電池、面、またはパターンなどの“上（on）”に、または“下（under）”に形成されることと記載される場合において、“上（on）”と“下（under）”は、“直接（directly）”または“他の構成要素を介して（indirectly）”形成されるものを全て含む。また、各構成要素の上または下に対する基準は、図面を基準として説明する。図面において、各構成要素のサイズは説明のために誇張することがあり、実際に適用されるサイズを意味するものではない。
図１は本発明に従うバリア層が形成された太陽電池を示す断面図であり、図２は本発明に従うバリア層を示す断面図であり、図３乃至図６は本発明に従うバリア層の変形例を示す断面図である。
図１を参照すると、本発明に従う太陽電池は、基板１００、前記基板１００の上に順次に形成された裏面電極層２００、光吸収層３００、透明電極層６００、及び前記基板１００と裏面電極層２００との間に形成されて基板１００に含まれた金属成分の拡散を防止するバリア層７００を含む。ここで、光吸収層３００の上部には第１バッファ層４００及び第２バッファ層５００がさらに形成できる。
基板１００は四角のプレート形状に形成され、透明な材質で形成できる。本発明で使われる基板１００には金属成分が含まれた金属基板が使用できる。
基板１００の上には裏面電極層２００が形成される。裏面電極層２００はｎ型電極機能の役割をし、裏面電極層２００はモリブデン（Ｍｏ）を使用して形成できる。
裏面電極層２００にはモリブデンの他に伝導性材質であるニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、及び銅（Ｃｕ）のうち、いずれか１つで形成されることができ、同種または異種金属を用いて２つ以上の層をなすように形成されることもできる。
前記裏面電極層２００の上には光吸収層３００が形成され、光吸収層３００はI−III−VI族系化合物を含み、ＣＩＧＳ、ＣＩＧＳＳ、ＣＺＴＳ、ＣＩＳ、ＣＧＳ、ＣｄＴｅのうち、少なくともいずれか１つの物質で形成できる。
例えば、光吸収層３００は、ＣｄＴｅ、ＣｕＩｎＳｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）（Ｓｅ、Ｓ）２、Ａｇ（ＩｎＧａ）Ｓｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ、Ａｌ）Ｓｅ２、ＣｕＧａＳｅ２からなるグループから選択された少なくとも１つの物質からなることができる。
前記光吸収層３００の上部には第１バッファ層４００及び第２バッファ層５００が順次に形成できる。第１バッファ層４００は硫化カドミウム（ＣｄＳ）を含む物質で形成されることができ、その以外にＣｄＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＭｇｘＯｙなどの物質も使用できる。
エネルギーバンドギャップは裏面電極層２００と透明電極層６００との中間位のサイズである約１．９ｅＶ乃至約２．３ｅＶでありうる。このような第１バッファ層４００は２つ以上の層に形成できる。
第２バッファ層５００は酸化亜鉛（ＺｎＯ）材質で、高抵抗性を有するように形成され、このような第２バッファ層５００は以後に説明される透明電極層６００との絶縁及び衝撃ダメージを防止することができる。ここで、第１バッファ層４００の種類によって第２バッファ層５００は省略できる。
前記第２バッファ層５００の上部には透明電極層６００が形成される。透明電極層６００は透明な形態の導電性材質であって、アルミニウムがドーピングされた酸化亜鉛であるＡＺＯ（ＺｎＯ：Ａｌ）材質の物質が使われることができ、その他にもＧＺＯ、ＢＺＯ、ＦＴＯ、ＩＴＯなどが使用できる。
透明電極層６００の材質はこれに限定されず、光透過率と電気伝導性の高い物質である酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）のうち、いずれか１つの物質を含んで形成できる。
一方、基板１００と裏面電極層２００との間、具体的には基板１００の上部には本発明に従うバリア層（Barrier Layer）７００が形成される。
図２に示すように、本発明に従うバリア層７００は、基板１００の上に含まれた金属成分が太陽電池の半導体層の内に移動することを防止する役割をする。このために、バリア層７００はＺｎＯが含まれるように形成することができ、基板１００の上に一定厚さ、例えば、５０ｎｍ乃至１μｍで形成できる。
このようなバリア層７００には、ＺｎＯの以外にＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｃｒを使用することができるが、バリア層７００にＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｃｒを使用する場合、金属の拡散の防止のためには１μｍ以上の厚さを有するように形成されなければならないという問題点を有している。
一方、バリア層７００にＺｎＯを使用すれば、バリア層７００を１μｍ以下に形成することができるので、工程費用低減効果及び太陽電池の薄型化をなすことができる効果がある。
前記ではバリア層７００にＺｎＯを含むように形成したが、これに限定されず、太陽電池の効率を上げるためにナトリウム成分を含むように形成することができる。即ち、バリア層７００はＺｎＯと共にナトリウム成分をなすＮａ２ＯまたはＫ２Ｏのうち、いずれか１つまたは２つの物質を全て含むように形成することができる。
上記のように、バリア層７００にＺｎＯと共にＮａ２ＯまたはＫ２Ｏのうち、いずれか１つを含めて形成すれば、基板１００に含まれた金属成分の拡散を防止する一方、ナトリウム成分は光吸収層３００に供給させて太陽電池の効率を上げることができる。ナトリウム成分の拡散は太陽電池製造過程中に発生する熱により自然的に拡散できる。
バリア層７００に含まれるＺｎＯとＮａ２ＯまたはＫ２Ｏの含有量は予め設定された基準値により流動的に変更されて決定できる。
前記ではバリア層７００にＺｎＯのみを使用するか、ＺｎＯ、Ｎａ２Ｏ、またはＫ２Ｏのうち、いずれか１つを含めて１つの層に構成したが、これに限定されず、多数の層をなすように形成することができる。
図３及び図４に示すように、本発明に従うバリア層７００は金属の基板１００の上に形成され、２族元素を含んで形成できる。バリア層７００は第１バリア層７２０及び第２バリア層７４０に形成できる。
第１バリア層７２０はＺｎＯを含む層であって、金属拡散を防止する役割をし、第２バリア層７４０はＮａ２ＯまたはＫ２Ｏのうち、いずれか１つまたは２つの物質を全て含むようにして形成されることができ、工程時、ナトリウムを拡散させることができる。
前記のようなバリア層７００は、図３に示すように、基板１００の上に第１バリア層７２０を形成し、第１バリア層７２０の上に第２バリア層７４０を形成するように構成することができる。一方、図４に示すように、基板１００の上に第２バリア層７４０を先に形成し、第２バリア層７４０の上に第１バリア層７２０を形成させることができる。
また、図５及び図６に示すように、本発明に従うバリア層７００は基板１００の上に３個の層をなすように形成できる。ここで、第１バリア層７２０はＺｎＯを含む層に形成されることができ、第２バリア層７４０はＮａ２ＯまたはＫ２Ｏのうち、いずれか１つまたは２つの物質を全て含む層に形成できる。
これによって、図５に示すように、バリア層７００は基板１００の上に第１バリア層７２０、第２バリア層７４０、及び第１バリア層７２０が順次に積層して形成されることができ、図６に示すように、第２バリア層７４０、第１バリア層７２０、及び第２バリア層７４０が順次に積層形成されてバリア層７００を構成することができる。
前記ではバリア層７００を単一層、２個の層、３個の層に構成された実施形態を説明したが、これに限定されず、４個以上の層に構成されることができ、４個以上の層は第１バリア層及び第２バリア層を交差させて形成させることができる。
本発明に従うバリア層は、基板に含まれた金属成分の拡散により太陽電池の電力効率が落ちることを防止することができると共に、ナトリウムの拡散により太陽電池の効率を向上させることができる効果がある。
前記では金属基板を使用する場合を一例として説明したが、基板として金属成分が含まれない基板が使われれば、ＺｎＯ成分を除いて、Ｎａ２ＯまたはＫ２Ｏ成分を含むようにバリア層が形成できることは勿論である。
以下、図７乃至図１２を参照して本発明に従う太陽電池の製造方法を説明する。図７乃至図１２は本発明に従う太陽電池の製造工程を示す断面図である。
図７に示すように、金属成分が含まれた基板１００が設けられれば、ＺｎＯ ８００を基板１００の上に噴射させて本発明に従うバリア層７００を形成するステップを遂行する。ここで、バリア層７００は５０ｎｍ乃至１μｍに形成できる。
一方、バリア層７００を多数個の物質を使用して形成する場合、図８に示すように、別途に取り付けられた２つの蒸着物質８００、９００を同時に噴射させてバリア層７００を形成させることができる。
また、バリア層７００を多数個の物質を使用して多数個の層に形成する場合、図９に示すように、ＺｎＯが含まれた第１蒸着物質８００を先に噴射させて基板１００の上に第１バリア層７２０を形成させ、一定時間の後にＮａ２ＯまたはＫ２Ｏのうち、いずれか１つまたは混合された第２蒸着物質９００を噴射して第１バリア層７２０の上に第２バリア層７４０を形成させることができる。
これによって、バリア層７００は基板１００の上に２つの層に形成されることができ、このような蒸着方法により３個以上のバリア層を形成することができる。
上記のように基板１００の上にバリア層７００が形成されれば、図１０に示すように、バリア層７００の上に裏面電極層２００を蒸着するステップを遂行する。裏面電極層２００はモリブデン（Ｍｏ）を蒸着させて形成することができ、例えば、スパッタリング法により一定厚さ、例えば、０．７μｍで蒸着できる。
次に、図１１に示すように、裏面電極層２００の上に光吸収層３００、第１バッファ層４００、及び第２バッファ層５００を順次に形成するステップを遂行する。ここで、光吸収層３００はＣＩＧＳを同時蒸着法により蒸着させることができ、光吸収層３００の上にｎ型の第１バッファ層４００である硫化カドミウム（ＣｄＳ）と第２バッファ層５００であるＺｎＯを各々化学溶液成長法（Chemical Bath Deposition；ＣＢＤ）とスパッタリング法により蒸着を遂行する。
次に、図１２に示すように、第２バッファ層５００の上に透明電極層６００を形成するステップを遂行する。透明電極層６００は第２バッファ層５００の上にＡＺＯをスパッタリング法による蒸着を遂行して形成されることができ、これによって、高効率の太陽電池の製造が完了する。
以上、本発明を好ましい実施形態をもとに説明したが、これは単なる例示であり、本発明を限定するものでなく、本発明が属する分野の通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲内で、以上に例示していない多様な変形及び応用が可能であることが分かる。例えば、実施形態に具体的に表れた各構成要素は変形して実施することができ、このような変形及び応用にかかわる差異点も、特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
Claims (11)
- 基板と、
前記基板の上に形成された裏面電極層、光吸収層、透明電極層と、
前記基板と裏面電極層との間に形成されて２族元素を含むバリア層と、
を含むことを特徴とする、太陽電池。 - 前記バリア層は５０ｎｍ乃至１μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
- 前記バリア層はＺｎＯを含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
- 前記バリア層はＮａ２ＯまたはＫ２Ｏのうち、いずれか１つをさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の太陽電池。
- 前記バリア層はＺｎＯを含む第１バリア層と、Ｎａ２ＯまたはＫ２Ｏのうちのいずれか１つを含む第２バリア層を含むことを特徴とする、請求項４に記載の太陽電池。
- 前記第１バリア層及び第２バリア層は互いに交差して積層形成されたことを特徴とする、請求項５に記載の太陽電池。
- 前記基板は金属成分が含まれた金属基板であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
- 金属基板を用意するステップと、
前記金属基板の上に２族元素を含むバリア層を形成するステップと、
前記バリア層の上に裏面電極層、光吸収層、透明電極層を順次に形成するステップと、
を含むことを特徴とする、太陽電池製造方法。 - 前記バリア層はＺｎＯ、Ｎａ２Ｏ、またはＫ２Ｏのうち、いずれか１つを蒸着して形成されることを特徴とする、請求項８に記載の太陽電池製造方法。
- 前記バリア層はＺｎＯ、Ｎａ２Ｏ、またはＫ２Ｏのうち、いずれか１つを同時に蒸着させて形成されることを特徴とする、請求項９に記載の太陽電池製造方法。
- 前記バリア層はＺｎＯ、Ｎａ２Ｏ、またはＫ２Ｏのうち、いずれか１つを交互に蒸着させて形成されることを特徴とする、請求項９に記載の太陽電池製造方法。
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