JP5734437B2 - 太陽光発電装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、太陽光発電装置及びその製造方法に関するものである。
最近、エネルギー需要が増加するにつれて、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換させる太陽電池に対する開発が進められている。
特に、ガラス基板、金属後面電極層、ｐ型ＣＩＧＳ系光吸収層、高抵抗バッファ層、ｎ型ウィンドウ層などを含む基板構造のｐｎヘテロ接合装置であるＣＩＧＳ系太陽電池が広く使われている。
本発明の目的は、ショートを防止し、向上した電気的な特性を有し、高い光−電変換効率を有する太陽光発電装置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係る太陽光発電装置は、基板、前記基板の上に配置される後面電極層、前記後面電極層の上に配置される光吸収層、及び前記光吸収層の上に配置される前面電極層を含み、前記後面電極層には一方向に延長される貫通溝が形成され、前記貫通溝は、第１領域と、前記第１領域に隣接し、切断面を含む第２領域とを含み、前記切断面の粗さは前記第１領域の内側面の粗さより大きい。
本発明の一実施形態に係る太陽光発電装置は、基板、前記基板の上に配置される多数個の後面電極、前記後面電極の上に各々配置される光吸収部、及び前記光吸収部の上に各々配置される多数個の前面電極を含み、前記後面電極の側面は側方に延長される多数個の第１突起が配置される第１領域、及び前記第１突起より短い多数個の第２突起が配置される第２領域を含む。
本発明の一実施形態に係る太陽光発電装置の製造方法は、基板の上に後面電極層を形成するステップ、前記後面電極層をレーザーを使用して１次パターニングするステップ、及び前記後面電極層を機械的な方法により２次パターニングするステップを含む。
本発明による太陽光発電装置の製造方法は、レーザーで１次パターニングし、機械的な方法により２次パターニングする。１次パターニング過程で後面電極層の一部が基板から離隔される。この際、２次パターニング工程で、後面電極層のうちの基板と離隔した部分が除去される。
これによって、本発明による太陽光発電装置は、後面電極層の一部が基板から離隔して形成されたバーによるショート及び漏洩電流を防止することができる。これによって、実施形態に係る太陽光発電装置は、向上した電気的な特性を有し、高い光−電変換効率を有することができる。
また、本発明による太陽光発電装置は、１次パターニング工程でレーザーにより後面電極層に貫通溝が形成される。この際、前記貫通溝の内側面には内側方に突起する多数の突起が形成される。
前記突起の一部は基板から離隔され、２次パターニング工程で、基板から離隔した突起が除去される。
したがって、本発明の実施形態に係る太陽光発電装置は、切断面が形成された領域を含むことができ、他の突起より長さの短い突起を含むことができる。
本発明を説明するに当たって、各基板、層、膜、または電極などが、各基板、層、膜、または電極などの「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）」形成されることを全て含む。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乃至図９は、本発明の実施形態に係る太陽光発電装置を製造する過程を示す図である。図１０は、本発明の他の実施形態に係るバー領域を示す平面図である。図１１は、本発明の更に他の実施形態に係るバー領域を示す平面図である。
図１を参照すると、支持基板１００の上に後面電極層２００が形成される。
前記支持基板１００は、プレート形状を有する。前記支持基板１００は、絶縁体でありうる。前記支持基板１００は、ガラス基板、プラスチック基板、または金属基板でありうる。より詳しくは、前記支持基板１００は、ソーダライムガラス（soda lime glass）基板でありうる。前記支持基板１００は透明でありうる。前記支持基板１００は、リジッドまたはフレキシブルである。
前記後面電極層２００は、前記支持基板１００の上面に形成される。前記後面電極層２００は、前記支持基板１００の上面にモリブデンなどの金属が蒸着されて形成される。前記後面電極層２００は、２つ以上の層を含むことができる。この際、各々の層は同一な金属で形成されたり、互いに異なる金属で形成される。
前記後面電極層２００の厚さは約５００ｎｍ乃至約１０００ｎｍでありうる。前記後面電極層２００は、前記支持基板１００の上面の全体に均一に形成される。
図２乃至図５を参照すると、前記後面電極層２００は１次パターニングされる。
前記後面電極層２００はレーザーにより１次パターニングされる。これによって、図２に示すように、前記後面電極層２００には第１方向に延長される多数個の第１貫通溝ＴＨ１が形成される。前記第１貫通溝ＴＨ１は互いに並んで延びて、互いに一定の間隔で離隔される。
前記第１貫通溝ＴＨ１は、前記支持基板１００の上面を露出するオープン領域である。前記第１貫通溝ＴＨ１の幅は、約８０μｍ乃至２００μｍでありうる。
前記後面電極２１０は、前記第１貫通溝ＴＨ１によって互いに離隔される。前記後面電極２１０はストライプ形態に配置される。
これとは異なり、前記後面電極２１０はマトリックス形態に配置される。この際、前記第１貫通溝ＴＨ１は平面視して、格子形態に形成される。
図４は、第１貫通溝ＴＨ１を拡大して示す平面図である。図５は、図４でＡ−Ａ’部分を示す断面図である。
図４に示すように、前記第１貫通溝の内側面には側方に突起する多数個の突起２２０が形成される。前記後面電極層２００にレーザーが照射されて、前記第１貫通溝ＴＨ１が形成される。この際、前記レーザーは移動しながら不連続的な強さで前記後面電極層２００に照射される。これによって、前記第１貫通溝ＴＨ１は多数個の円Ｃが重畳した形状を有する。
したがって、前記突起２２０は円Ｃが重畳する部分に対応して形成される。即ち、円Ｃの間の領域では前記後面電極層２００が除去されないで残っている。このように残っている部分が前記突起２２０を構成する。
これによって、前記第１貫通溝ＴＨ１の内側面は凹形状曲面を含む。即ち、前記突起２２０の間の内側面は平面視して凹形状を有する。
図４及び図５に示すように、前記後面電極層２００にはバー（burr）（ＢＵ）が形成される。前記バーＢＵは前記後面電極層２００のうち、前記支持基板１００と離隔する部分である。即ち、前記第１貫通溝ＴＨ１が形成される過程で、前記バーＢＵが形成される。
例えば、前記レーザーにより発生される高熱によって、前記後面電極層２００及び前記支持基板１００が互いに離隔される。即ち、前記後面電極層２００及び前記支持基板１００の間の熱膨張率の差によって互いに離隔される。また、前記レーザーが前記支持基板１００に対して垂直に入射されず、ティルティングされて入射される場合、前記バーＢＵが容易に形成できる。
前記バーＢＵは前記突起２２０のうちの一部に形成される。即ち、前記突起２２０のうちの一部は前記支持基板１００から離隔される。
前記第１貫通溝ＴＨ１によって、前記後面電極層２００は多数個の後面電極２１０に区分される。即ち、前記第１貫通溝ＴＨ１は前記後面電極２１０を定義する。前記後面電極２１０は互いに離隔される。
前記突起２２０は前記後面電極２１０の側面から外側に突起する。即ち、前記第１貫通溝ＴＨ１の内側面は前記後面電極２１０の側面と同一である。
図６及び図７を参照すると、前記後面電極層２００は機械的な方法により２次パターニングされる。より詳しくは、前記２次パターニング工程により前記第１貫通溝ＴＨ１の内側面に衝撃が加えられる。また、前記２次パターニング工程で前記突起２２０にも機械的な衝撃が加えられる。
これによって、前記後面電極層２００の一部が除去される。より詳しくは、前記バーＢＵが前記２次パターニング工程により除去できる。
前記２次パターニング工程ではチップが使われる。前記チップの幅は、前記第１貫通溝ＴＨ１の幅に対応する。前記チップの幅は、前記第１貫通溝ＴＨ１の幅より小さいことがある。これとは異なり、前記チップの幅は前記第１貫通ホールＴＨ１の幅より大きいことがある。
前記チップは前記第１貫通溝ＴＨ１の内部に配置されて、前記第１貫通溝ＴＨ１に沿って移動される。これと同時に、前記チップは前記貫通溝ＴＨ１の内側面及び前記突起２２０に機械的な衝撃を加える。
この際、前記チップは前記バーＢＵのみ除去できる程度の力で前記第１貫通溝ＴＨ１の内側面及び前記突起２２０に衝撃を加える。
これによって、前記バーＢＵが形成された突起の一部または全部が切断され、前記第１貫通溝ＴＨ１には切断面２３１が形成される。前記切断面２３１は前記バーＢＵが形成された突起が切断されて形成されるため、前記切断面２３１はバーＢＵが形成されていない突起２２０（以下、第１突起）の端部２２１より前記第１貫通溝ＴＨ１の外側に形成される。
前記切断面２３１は機械的な衝撃によって形成されるため、高い粗さを有することができる。即ち、前記切断面２３１の粗さは前記第１突起２２０の間の内側面より高い粗さことを有することができる。
前記切断面２３１が形成された領域は切断領域（ＣＡ）と定義する。即ち、前記切断領域（ＣＡ）は前記切断面２３１を含む。前記切断領域（ＣＡ）以外の領域は非切断領域（ＮＣＡ）と定義される。前記非切断領域（ＮＣＡ）は前述した１次パターニング工程により形成された領域であり、前記切断領域（ＣＡ）は前記２次パターニング工程により形成された領域である。
前記切断領域（ＣＡ）は端部が切断されて相対的に長さの短い突起２３０（以下、第２突起）を含むことができる。即ち、前記バーＢＵは一部の突起２２０の終わり部分に形成され、前記２次パターニング工程で前記バーＢＵが形成された突起２２０の終わり部分が切断されることによって、より長さの短い第２突起２３０が形成できる。これによって、前記第２突起２３０は前記第１突起２２０より長さが短いことがある。また、前記第２突起２３０の端部に前記切断面２３１が配置される。
前記第２突起２３０は前記２次パターニング工程で一部が切断されて形成されるため、相対的に小さい平面積を有する。即ち、前記第２突起２３０は前記第１突起２２０より小さい平面積を有する。
例えば、前記第２突起２３０の平面積は前記第１突起２２０の平面積の約１％乃至約５０％でありうる。
図６及び図７とは異なり、図１０を参照すると、前記バーＢＵは突起の前面に形成される。これによって、前記第２次パターニング工程で突起の全体が除去できる。また、前記切断面２３２は平面視して直線形状を有することができる。
また、図１１を参照すると、前記バーＢＵは前記後面電極２１０の内側に形成される。即ち、前記切断面２３３は前記円Ｃの円周より外側に形成される。
これによって、前記切断領域（ＣＡ）の幅（Ｗ１）は前記非切断領域（ＮＣＡ）の幅（Ｗ２）より大きい。また、図１２に示すように、前記バーＢＵは前記多数個の第１貫通溝ＴＨ１の一側面に全体的に形成される。これによって、前記切断面２３４は前記第１貫通溝ＴＨ１の片方の側面に全体的に形成される。即ち、前記第１貫通溝ＴＨ１の一側面全体は切断面が形成される切断領域ＣＡに該当し、前記一側面に対向する前記第１貫通溝ＴＨ１の他側面全体は非切断領域ＮＣＡに該当することになる。
前記バーＢＵが発生する領域及び／または面積は前記１次パターニング工程で使われるレーザーの強さ及び照射される面積などによって変わることができる。また、バーＢＵが発生する領域及び／または面積は前記支持基板１００の材質及び前記後面電極層２００の材質によって変わることができる。
前記２次パターニング工程は、前記バーＢＵが発生するか否かをチェックせず、前記第１貫通溝ＴＨ１の内側面の全体に機械的な衝撃を加えて進行できる。
これとは異なり、前記バーＢＵが発生するか否かを肉眼などでチェックし、前記バーＢＵが発生した部分のみに機械的な衝撃が加えられて、前記バーＢＵが除去できる。
図８を参照すると、前記後面電極層２００の上に、光吸収層３００、バッファ層４００、及び高抵抗バッファ層５００が形成される。
前記光吸収層３００はスパッタリング工程または蒸発法等により形成される。
例えば、前記光吸収層３００を形成するために、銅、インジウム、ガリウム、セレニウムを同時または区分して蒸発させながら、銅−インジウム−ガリウム−セレナイド系（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２；ＣＩＧＳ系）の光吸収層３００を形成する方法と、金属プリカーサ膜を形成させた後、セレン化（Selenization）工程により形成させる方法が幅広く使われている。
金属プリカーサ膜を形成させた後、セレン化することを細分化すれば、銅ターゲット、インジウムターゲット、ガリウムターゲットを使用するスパッタリング工程により前記後面電極２００の上に金属プリカーサ膜が形成される。
以後、前記金属プリカーサ膜はセレン化（selenization）工程により、銅−インジウム−ガリウム−セレナイド系（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２；ＣＩＧＳ系）の光吸収層３００が形成される。
これとは異なり、前記銅ターゲット、インジウムターゲット、ガリウムターゲットを使用するスパッタリング工程及び前記セレン化工程は、同時に進行できる。
これとは異なり、銅ターゲット及びインジウムターゲットのみを使用したり、銅ターゲット及びガリウムターゲットを使用するスパッタリング工程及びセレン化工程により、ＣＩＳ系またはＣＩＧ系光吸収層３００が形成される。
以後、硫化カドミウムがスパッタリング工程または溶液成長法（chemical bath depositon；ＣＢＤ）などにより蒸着され、前記バッファ層４００が形成される。
以後、前記バッファ層４００の上にジンクオキサイドがスパッタリング工程などにより蒸着され、前記高抵抗バッファ層５００が形成される。
前記バッファ層４００及び前記高抵抗バッファ層５００は低い厚さで蒸着される。例えば、前記バッファ層４００及び前記高抵抗バッファ層５００の厚さは約１ｎｍ乃至約８０ｎｍである。
前記光吸収層３００はＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族系化合物を含む。例えば、前記光吸収層３００は、銅−インジウム−ガリウム−セレナイド系（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２；ＣＩＧＳ系）結晶構造、銅−インジウム−セレナイド系、または銅−ガリウム−セレナイド系結晶構造を有することができる。
前記光吸収層３００のエネルギーバンドギャップ（band gap）は約１ｅＶ乃至１．８ｅＶでありうる。
また、前記光吸収層３００は前記第２貫通溝ＴＨ２によって、多数個の光吸収部を定義する。即ち、前記光吸収層３００は前記第２貫通溝ＴＨ２によって、前記光吸収部に区分される。
前記バッファ層４００は前記光吸収層３００の上に配置される。前記バッファ層４００は硫化カドミウム（ＣｄＳ）を含み、前記バッファ層４００のエネルギーバンドギャップは約２．２ｅＶ乃至２．４ｅＶである。
前記高抵抗バッファ層５００は、前記バッファ層４００の上に配置される。前記高抵抗バッファ層５００は、不純物がドーピングされていないジンクオキサイド（ｉ−ＺｎＯ）を含む。前記高抵抗バッファ層５００のエネルギーバンドギャップは、約３．１ｅＶ乃至３．３ｅＶである。
以後、前記光吸収層３００、前記バッファ層４００、及び前記高抵抗バッファ層５００の一部が除去されて第２貫通溝ＴＨ２が形成される。
前記第２貫通溝ＴＨ２はチップなどの機械的な装置またはレーザー装置などによって形成される。
例えば、約４０μｍ乃至約１８０μｍの幅を有するチップにより前記光吸収層３００及び前記バッファ層４００はパターニングできる。また、前記第２貫通溝ＴＨ２は約２００乃至６００?の波長を有するレーザーにより形成される。
この際、前記第２貫通溝ＴＨ２の幅は約１００μｍ乃至約２００μｍでありうる。また、前記第２貫通溝ＴＨ２は前記後面電極層２００の上面の一部を露出するように形成される。
前記第２貫通溝ＴＨ２は前記光吸収層３００を貫通する。また、前記第２貫通溝ＴＨ２は、前記後面電極層２００の上面を露出するオープン領域である。
前記第２貫通溝ＴＨ２は前記第１貫通溝ＴＨ１に隣接して形成される。即ち、前記第２貫通溝ＴＨ２の一部は平面視して、前記第１貫通溝ＴＨ１の傍に形成される。
前記第２貫通溝ＴＨ２の幅は約８０μｍ乃至約２００μｍでありうる。
図９を参照すると、前記光吸収層３００の上及び前記第２貫通溝ＴＨ２の内側にウィンドウ層６００が形成される。即ち、前記ウィンドウ層６００は、前記高抵抗バッファ層５００の上及び前記第２貫通溝ＴＨ２の内側に透明な導電物質が蒸着されて形成される。
この際、前記第２貫通溝ＴＨ２の内側に前記透明な導電物質が詰められ、前記第２貫通溝の内側に多数個の接続部が各々形成される。即ち、前記ウィンドウ層６００は前記後面電極層２００に直接接触するようになる。
前記ウィンドウ層６００は酸化物を含む。例えば、前記ウィンドウ層６００は、ジンクオキサイド（zin coxide）、インジウムチンオキサイド（induim tin oxide；ＩＴＯ）、またはインジウムジンクオキサイド（induim zinc oxide；ＩＺＯ）などを含むことができる。
例えば、前記ウィンドウ層６００はアルミニウムがドーピングされたジンクオキサイドが蒸着されて形成される。前記ウィンドウ層６００は、アルミニウムがドーピングされたジンクオキサイドを含むターゲットを使用して、スパッタリング工程により形成される。
以後、前記バッファ層４００、前記高抵抗バッファ層５００、及び前記ウィンドウ層６００の一部が除去されて第３貫通溝ＴＨ３が形成される。これによって、前記ウィンドウ層６００はパターニングされて、多数個のウィンドウ及び多数個のセルＣ１、Ｃ２．．．が定義される。前記第３貫通溝ＴＨ３の幅は約８０μｍ乃至約２００μｍでありうる。
実施形態に係る太陽光発電装置を形成するために、前記後面電極層２００はレーザーにより１次パターニングされ、機械的な方法により２次パターニングされる。この際、１次パターニング過程で前記後面電極層２００の一部が基板から離隔されて前記バーＢＵが発生できる。この際、前記２次パターニング工程で、前記バーＢＵが除去される。
これによって、実施形態に係る太陽光発電装置は、前記バーＢＵによるショート及び漏洩電流を防止することができる。即ち、前記バーＢＵが除去されない場合、前記光吸収層を貫通して、前記ウィンドウ層６００とショートできる。本実施形態では前記バーＢＵが効率的に除去されるので、実施形態に係る太陽光発電装置は向上した電気的な特性を有し、高い光−電変換効率を有することができる。
以上、実施形態に説明された特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれ、必ず１つの実施形態のみに限定されるものではない。延いては、各実施形態で例示された特徴、構造、効果などは、実施形態が属する分野の通常の知識を有する者により他の実施形態に対しても組合または変形されて実施可能である。したがって、このような組合と変形に関連した内容は本発明の範囲に含まれることと解釈されるべきである。
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、本発明を限定するのでない。本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲内で、多様な変形及び応用が可能であることが同業者にとって明らかである。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 (5)
- 基板と、
前記基板の上に配置される後面電極層と、
前記後面電極層の上に配置される光吸収層と、
前記光吸収層の上に配置される前面電極層と、を含み、
前記後面電極層には一方向に延長される貫通溝が形成され、
前記貫通溝は、
第１領域と、
前記第１領域に隣接し、切断面を含む第２領域と、を含み、
前記切断面の粗さは前記第１領域の内側面の粗さより大きく、
前記第１領域は、前記貫通溝の内側に延長される多数個の第１突起を含み、
前記第２領域は、前記一方向と垂直する方向において、前記多数個の第１突起よりも短い多数個の第２突起を含み、
前記第２突起は、前記多数個の第１突起の先端より前記貫通溝の外側に形成され、
前記切断面は、前記第２突起の先端に形成される太陽光発電装置。 - 前記第２領域の幅は、前記一方向と垂直する方向において、前記第１領域の幅より小さいことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
- 前記光吸収層は前記切断面を覆うことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽光発電装置。
- 基板と、
前記基板上に配置される多数個の後面電極と、
前記後面電極上にそれぞれ配置される多数個の光吸収部と、
前記光吸収部上にそれぞれ配置される多数個の前面電極と、を含み、
前記後面電極は、側傍に延長される多数個の第１突起と、
前記側傍と垂直する方向において、前記第１突起より短い多数個の第２突起とを含み、
前記多数個の第２突起の先端は切断面を含み、
前記切断面の粗さは、前記多数個の第１突起間の側面の粗さより高く、
前記多数個の第１突起および第２突起の下面全体は、前記基板の上面に密着する太陽光発電装置。 - 前記第２突起の平面積は、前記第１突起の平面積の略１％〜５０％であることを特徴とする請求項４に記載の太陽光発電装置。
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