KR20090080171A - 집적화 박막 태양전지의 광기전력 발생면적 증가를 위한광전변환 모듈 구조 및 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 집적화 박막 태양전지의 모듈화와 관련되어 제한된 면적범위를 중심으로 광기전력의 발생 유효면적 구간을 최대한 늘리고 셀의 회로를 구성하는 구간을 최소 면적으로 줄여 향상된 광기전력이 발생하고 중간 반사층을 이용 다층화 함으로써 높은 변환효율을 증가를 위한 광전변환 모듈 구조 및 관한 제조방법에 관한 것으로,
투명기판; 제 1 투명 전극층; 제 1 광기전력 변환층; 중간 반사층; 상기 중간 반사층과 제 1 광기전력 변환층과 제 1 투명 전극층을 일정간격으로 한번에 절단하여 사각홈을 형성시켜 절단홈을 통해 들어난 각 층의 여러가지 검사진행이 가능토록 하는 제 1 절단부; 제 2 광기전력 변환층; 상기 제 2 광기전력 변환층과 중간반사층과 제 1 광기전력 변환층을 절단하되 제 1 절단부에 채워지는 제 2 광기전력 변환층 바로 옆을 절단하여 제 2 광기전력 변환층의 연결상태를 확인할 수 있도록 사각홈을 형성하여 이루어지는 제 2 절단부; 이면전극층; 상기 이면전극층과 제 2 광기전력 변환층과 중간반사층 및 제 1 광기전력 변환층을 절단한 제 3 절단부를 포함하여 구성함이 특징이다.
집적화, 박막, 태양전지, 광기전력, 광전변환 모듈
Description
본 발명은 집적화 박막 태양전지의 모듈화와 관련되어 제한된 면적범위를 중심으로 광기전력의 발생 유효면적 구간을 최대한 늘리고 셀의 회로를 구성하는 구간을 최소 면적으로 줄여 향상된 광기전력이 발생하고 중간 반사층을 이용 다층화 함으로써 높은 변환효율을 증가를 위한 광전변환 모듈 구조 및 관한 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 박막 광전 변환 모듈은, 여러개의 박막 광전 변환 셀을 유리 기판상에서 서로 직렬 접속한 구조를 갖는다. 각각의 박막 광전 변환 셀은 유리기판상 전면에 투명 전극층과, 박막 광전변환유닛 및 이면 전극층을 적층하고 패터닝에 의해 순차적으로 조립하여 이루어진다.
이와 같은 박막 광전 변환 모듈에는 광전 변환 효율을 향상시키는 기술이 개발되고 있는바, 탠덤(tandem)형 구조는 전면 투명 전극층과 이면 전극층과의 사이 에 흡수 파장역이 서로 다른 여러개의 박막 광전 변환 유닛을 적층한 것이고, 입사광을 보다 유효하게 이용 가능하게 한 구조로 알려져 있다.
탠덤형 구조의 일종인 하이브리드형 구조에서는 박막 광전 변환 유닛 사이에서, 박막 광전 변환 유닛의 주요부인 광전 변환층의 결정성이 다르다.
예를 들면 하이브리드형 구조의 박막 광전 변환 모듈에 있어서는, 광 입사측(또는 전면측)의 박막 광전 변환 유닛의 광전 변환층으로서 보다 좁은 밴드 갭을 갖는 폴리실리콘층을 이루어 사용되고, 이면측의 박막 광전 변환 유닛의 광전 변환층으로서 보다 넓은 밴드 갭을 갖는 비정질 실리콘이 층을 이루어 사용된다.
탠덤형의 박막 광전 변환 모듈로는, 적층된 여러개의 박막 광전 변환 유닛 사이에 광투과성 및 광반사성의 쌍방을 가지는 동시에 도전성의 중간 반사층을 개재시키는 것이 있다.
이 중간 반사층을 설치할 경우, 전면측의 광전 변환층에 입사한 빛을 중간 반사층으로 반사시키는 것을 할 수 있기 때문에, 전면측의 광전 변환층의 실효적인 막두께를 증대시키는 것, 환언하면 전면측의 박막 광전 변환 유닛의 출력 전류 밀도를 증대시키는 것을 할 수 있다.
따라서, 상술한 하이브리드형의 박막 광전 변환 모듈로 중간 반사층을 이용한 경우, 막두께의 증가에 따르고 광 열화가 현저해지는 비정질 실리콘층을 충분히 얇게 형성하면서, 비정질 실리콘층을 갖는 박막 광전 변환 유닛과 폴리 실리콘층을 갖는 박막 광전 변환 유닛과의 사이에서 출력 전류 밀도를 균형잡게 한다 할 수 있다. 즉, 모듈의 출력 특성을 향상시키는 것이 가능한 것이다.
이하에서 이러한 하이브리드형 박막 광전 변환 모듈의 기술을 제안한 종래기술을 설명하기로 한다.
일본 특허공개2006-313872(도 1에 주요도면을 나타냄)와 일본 특허공개2002-261308(도 2에 주요도면을 나타냄)를 보면 알 수 있듯이, 보편화 되어 있는 박막 태양전지의 모듈의 광기전력 변환 모듈은 직렬접속의 구조로 되어 있으며, 투명(유리)기판 위에 투명전극층, 제 1 광전변환층, 중간 반사층, 제 2 광전변환층, 이면전극층의 순서로 차례차례 성막을 하는 것으로 되어있다.
도 1에서 50 집적화 박막 태양전지 폭은 일반적으로 10mm정도 이며, 10, 40, 20, 30의 폭의 넓이가 370㎛ ~ 400㎛정도된다.
또한 10 ~ 30사이에는 광변환에 의한 광기전력이 발생하지 않는다.
마찬가지로 도 2에서도 21, 24, 23, 22의 폭의 넓이가 370㎛ ~ 400㎛정도로 광변환에 의한 광기전력은 발생하지 않는다.
따라서 도면 1에 50 집적화 박막 태양전지의 면적에서 10 ~ 30 이 차지하는 부분을 제외한 나머지 부분과 도면 2에서 10에 해당되는 부분만이 광기전력을 발생시킨다.
도면 1의 40과 도면 2의 24는 일반적으로 중간 반사층이라고 하는데 기술적인 차이는 일본 특허공개 2006-313872와, 일본 특허공개 2002-261308에 여러 형태의 도면과 함께 상세히 서술되어있다.
아래에서 도 3 내지 도 11을 통해 종래기술을 설명하는바, 도면부호에 있어서 전단은 제 1 실시예(도 1)에 관련된 도면부호를 기록하고, 괄호안의 번호는 제 2 실시예(도 2)에 관련된 도면부호를 기록하기로 한다.
도 1의 2 도 2의 2와 같은 투명(유리)기판 위에 도 3과 같이 투명전극층을 성막한다(도 1의 3, 도 2의 3). 투명전극층을 형성하는 TCO는 투명하고 도전성을 가지고 있다(TCO: Transparent Conductive Oxide).
투명전극층 형성 후 도 4처럼 투명전극층을 10mm간격과 50㎛의 폭으로 일정하게 절단한다(도 1의10, 도 2의21).
제 1 절단부 즉, 투명전극층 사이 절단 후 도 5처럼 제 1 광기전력 변환층을 300nm±10%정도로 성막한다(도 1의4, 도 2의4a). 이 경우 제 1 광기전력 변환층의 a-Si가 일정한 간격으로 절단된 투명전극층 절단로 사이로 a-Si가 유입되어(도 1의10, 도 2의21) 투명전극층 절단 사이 사이로 a-Si(Amorphous Silicon)이 형성되며 a-Si는 N층 i층 P층으로 Plasma CVD 장비 내부에서 3개 층이 순차적으로 성막된다.
제 1 광기전력 변환층 형성 이후 도 6처럼 제 1 광기전력 변환층 위에 중간 반사층 막을 성막한다(도 1의5, 도 2의5). 형성된 중간 반사층은 도전성 재료로서 중간 반사층 역할에 맞는 재료를 선택하여 사용한다(일반적으로 ZnO의 도전성 재료를 많이 사용한다).
도 6처럼 형성된 중간 반사층은 도 7처럼 투명전극층의 절단 부분으로부터 가장 가까운 부분에 중간 반사층을 절단한다 절단 폭은 50㎛정도이고, 1차 절단과 2차 절단의 간격은 중심을 기준으로 대략적으로 100㎛사이에서 실행된다.
종래 기술에서도 중간 반사층은 도 1의 40과 도 2의 24이고, 투명전극층 절단은 도 1의 10과 도 2의 21인데 보통 절단부 중심으로 100㎛사이에서 절단을 한 다.
종래의 기술 도 1과 도 2에서 알 수 있듯이 중간 반사층의 절단 방식이 다르다.
도 1의 40에서는 중간 반사층 부분만 절단을 하였고 도 2의 24에서는 투명전극층 표면부분까지 절단을 하였다.
도 7처럼 중간 반사층 절단 이후 도 8처럼 제 2 광기전력 변환층을 2㎛정도로 성막한다(도 1의6, 도 2의4b). 이 경우 하단 셀의 미결정 실리콘은 제 2 절단부 절단로 사이 사이로 유입되므로 제 2 절단부 절단 폭 안이 미결정 실리콘으로 채워지게 된다. 미결정 실리콘은 N층 i층 P층으로 Plasma CVD 장비 내부에서 3개의 층이 순차적으로 성막되는 순간 마이크로 크리스털 실리콘(uc-si)로 변형된다(도 1의 40, 도 2의 24).
도 8에 성막된 제 2 광기전력 변환층을 도 9처럼 제 3 절단부를 형성할 때 중간 반사층 부분과 가장 가까운 부분으로부터 절단하는데 절단 폭은 50㎛이고 절단간격은 제2절단과 제3절단의 중앙을 중심으로 100㎛정도이다(도 1의20, 도 2의23). 그리고 도 10처럼 이면전극층을 성막한다(도 1의7, 도 2의6).
제조과정에서 이면전극층 형성 전에 제 2 광기전력 변환층 형성이 끝난후 이면전극층과 제 2 광기전력 변환층 사이에 투명전극층을 형성하는데 이유는 중간 반사층을 기준으로 제 1 광기전력 변환층은 단파장을 이용하여 1차 광기전력이 발생을 하고 중간 반사층을 기준으로 제 2 광기전력 변환층에서는 장파장을 이용하여 2차 광기전력을 발생시킨다.
즉, 제 1 투명전극층, 제 1 광기전력 변환층, 중간 반사층, 제 2 광기전력 변환층, 제 2 투명전극층을 형성하고, 중간 반사층을 기준으로 각각의 층의 상하에서 광기전력을 발생시키는 것이다.
이면전극층을 성막 하는 과정에서 제 3절단부 절단로 사이로 도전성을 가지는 도전체가 투명전극 층까지 도달하여 결국 이면전극층과 투명전극층이 연결되는 접속선이 형성되고 접속선은 이면전극의 도전성 물질로 인하여 합선상태의 연결선이 형성된다(도 1의20, 도 2의23).
도 10처럼 성막된 이면전극 층에 의한 합선 형태의 셀을 볼 수 있는데 도 11에서 보듯이 제4절단부의 절단을 통하여 독립적인 셀을 만들고 제4의 절단은 제3절단으로 만들어 진 접속로와 가장 가까운 부분에서 투명전극층 면까지 절단하는데 절단 폭은 50㎛이고 절단간격은 제 3절단부와 제 4절단부의 중앙을 중심으로 100㎛ 정도이다. 마지막으로 제4절단부의 사이에 불순물 등을 완벽히 제거하기 위하여 제5절단을 실시하는데 레이저 가공 또는 기타의 방법으로 실행한다(도 1의30, 도 2의22).
도 11은 집적화 박막 형성과정이 완성된 셀로서 투명기판 위에 직렬방식의 접속으로 광기전력을 발생할 수 있는 박막 태양전지가 모듈화되어 광기전력을 발생시킬 수 있다.
그러나, 각 절단부의 간격이 일정너비로 떨어져 있는 관계로 광기전력 소자에서 광기전력이 발생하지 않는 부분의 폭이 370㎛~400㎛로 넓어져서 광발생 효율이 떨어지는 문제가 있다.
이상과 같이 구조에 관한 개략적인 설명으로 종래의 기술을 설명하였고 제조과정에서 발생하는 검사, 세척, 절단부위 간격 및 넓이 등은 종래기술의 문헌 정보 를 참조하면 좀 더 구체적으로 종래의 기술을 파악할 수 있다.
본 발명의 목적은, 상기 서술한 바와 같이 광기전력 소자에서 광기전력이 발생하지 않는 부분의 폭의 넓이(370㎛~400㎛)을 본 발명을 통하여 150㎛~170㎛로 줄이고, 투명전극의 절단과 중간 반사층 절단을 동시에 실행함으로 다층 구조를 위한 중간 반사층과 함께 향상된 광기전력이 발생하여 변환효율을 증가시킨 구조에 관한 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,
본 발명은 투명기판; 상기 투명기판의 상부에 적층되며 도전체로 이루어져 전기적 신호를 전달하는 제 1 투명 전극층; 상기 제 1 투명 전극층의 상부에 적층되며, 광기전력을 발생시키는 제 1 광기전력 변환층; 상기 제 1 광기전력 변환층의 상부에 적층되며, 태양에서 제공되는 단파장을 제 1 광기전력 변환층으로 반사시켜 제 1 투명 전극층에서 다시 반사되는 과정을 반복하여 제 1 광기전력을 발생시키는 중간 반사층 및; 상기 중간 반사층과 제 1 광기전력 변환층과 제 1 투명 전극층을 일정간격으로 한번에 절단하여 절단홈을 형성시켜 절단홈을 통해 들어난 각 층의 여러가지 검사진행이 가능토록 하는 제 1 절단부를 포함하여 이루어짐이 특징이다.
또한, 투명기판; 상기 투명기판의 상부에 적층되며 도전체로 이루어져 전기적 신호를 전달하는 제 1 투명 전극층; 상기 제 1 투명 전극층의 상부에 적층되 며, 광기전력을 발생시키는 제 1 광기전력 변환층; 상기 제 1 광기전력 변환층의 상부에 적층되며, 태양에서 제공되는 단파장을 제 1 광기전력 변환층으로 반사시켜 제 1 투명 전극층에서 다시 반사되는 과정을 반복하여 제 1 광기전력을 발생시키는 중간 반사층; 상기 중간 반사층과 제 1 광기전력 변환층과 제 1 투명 전극층을 일정간격으로 한번에 절단하여 사각홈을 형성시켜 절단홈을 통해 들어난 각 층의 여러가지 검사진행이 가능토록 하는 제 1 절단부; 상기 중간 반사층 상부에 적층하되 제 1 절단부를 채우며, 태양에서 공급되는 장파장이 중간 반사층을 통해 반사될때 반사과정을 반복하여 제 2 광기전력이 발생되도록 하는 제 2 광기전력 변환층; 상기 제 2 광기전력 변환층과 중간반사층과 제 1 광기전력 변환층을 절단하되 제 1 절단부에 채워지는 제 2 광기전력 변환층 바로 옆을 절단하여 제 2 광기전력 변환층의 연결상태를 확인할 수 있도록 사각홈을 형성하여 이루어지는 제 2 절단부; 상기 제 2 광기전력 변환층 상부에 적층하되 제 2 절단부를 채우며 도전체가 제 1 투명 전극층까지 도달하여 제 1 투명 전극층이 연결되는 접속선이 형성되어 전기적으로 연결되도록 하며, 전도성의 제 2 투명 전극층을 포함하는 이면전극층; 상기 이면전극층과 제 2 광기전력 변환층과 중간반사층 및 제 1 광기전력 변환층을 절단하되 제 2 절단부에 채워지는 이면전극층 바로 옆을 절단하여 제 2 절단부 안으로 유입된 이면전극층을 이루는 도전성 물체의 연결상태를 확인토록 하며, 셀과 셀을 구분토록 하는 사각홈 형태의 제 3 절단부를 포함하여 구성함이 특징이다.
또한, 상기 투명기판의 저면에는 표시용 마크(Mark)을 더 형성하여 이루어지는 것이 특징이다.
또한, 상기 중간 반사층의 재료를 GZO(ZnO+Ga)을 사용한 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2 투명전극층의 재료를 GZO(ZnO+Ga)을 사용한 것이 특징이다.
또한, 제조방법으로서, 투명기판을 준비하는 단계; 제 1 투명 전극층을 상기 투명기판의 상부에 적층시키는 단계; 제 1 광기전력 변환층을 상기 제 1 투명 전극층의 상부에 적층시키는 단계; 중간 반사층을 상기 제 1 광기전력 변환층의 상부에 적층시키는 단계; 상기 중간 반사층과 제 1 광기전력 변환층과 제 1 투명 전극층을 일정간격으로 한번에 절단하여 사각홈을 형성시키는 제 1 절단부를 형성하는 단계를 포함하여 구성함이 특징이다.
또한, 투명기판을 준비하는 단계; 제 1 투명 전극층을 상기 투명기판의 상부에 적층시키는 단계; 제 1 광기전력 변환층을 상기 제 1 투명 전극층의 상부에 적층시키는 단계; 중간 반사층을 상기 제 1 광기전력 변환층의 상부에 적층시키는 단계; 상기 중간 반사층과 제 1 광기전력 변환층과 제 1 투명 전극층을 일정간격으로 한번에 절단하여 사각홈을 형성시키는 제 1 절단부를 형성하는 단계; 제 2 광기전력 변환층을 상기 중간 반사층 상부에 적층하되 제 1 절단부를 채우면서 적층시키는 단계; 상기 제 2 광기전력 변환층과 중간반사층과 제 1 광기전력 변환층을 절단하되 제 1 절단부에 채워지는 제 2 광기전력 변환층 바로 옆을 절단하여 사각홈 형태의 제 2 절단부를 형성하는 단계; 이면전극층을 상기 제 2 광기전력 변환층 상부에 적층하되 제 2 절단부를 채우면서 적층시키는 단계; 상기 이면전극층과 제 2 광기전력 변환층과 중간반사층 및 제 1 광기전력 변환층을 절단하되 제 2 절단부에 채워지는 이면전극층 바로 옆을 절단하여 셀과 셀을 구분토록 하는 사각 홈 형태의 제 3 절단부를 형성하는 단계를 포함하여 구성함이 특징이다.
또한, 상기 제 1 절단부의 중심축으로부터 제 2 절단부의 절단 영역이 시작되는 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2 절단부의 절단 폭을 넓게 만들어 제 1 투명전극층과 이면전극층의 접속을 넓게 한 후 제3 절단부를 형성할 때 제3절단부의 절단 너비를 길게 또는 짧게 가변하여 투명전극층과 이면전극층의 접속로 폭을 조절할 수 있게 형성한 것이 특징이다.
본 발명에 따르면 동일한 면적에서 광기전력발생 유효면적 증가로 0.2% 변환효율의 증가와 절단부 가공횟수를 줄여 제조 및 검사 시간을 단축한 집적화 박막 태양전지 구조의 제조방법에 제공할 수 있다.
아울러, 비록 본 발명이 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어지지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련 된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 12는 본 발명에 있어서 투명기판의 저면에 마크를 형성한 상태도.
도 13은 본 발명에 있어서 투명기판에 제 1 투명전극층과 제 1 광기전력 발생층 및 중간반사층을 차례로 성막한 상태도.
도 14는 본 발명에 있어서 제 1 절단부를 형성한 상태도.
도 15는 본 발명에 있어서 제 2 광기전력 발생층을 형성한 상태도.
도 16은 본 발명에 있어서 제 2 절단부를 형성한 상태도.
도 17은 본 발명에 있어서 이면전극층을 형성한 상태도.
도 18은 본 발명에 있어서 제 3 절단부를 형성하여 완성한 상태도.
도 19는 본 발명의 제 1 실시예도.
도 20은 본 발명의 제 2 실시예도로서,
투명(유리)기판 위에 투명전극층을 성막하는 기판 저면에 도 13처럼 위치를 추적하는 표시된 마크(130)를 통하여 항상 동일한 위치를 추적할 수 있는 초정밀 추적장치를 이용하여 어떤 공정에서든 항상 동일한 위치를 파악할 수 있도록 레이저 가공 장치와 함께 추적장치를 겸비한 장비를 통하여 실시한다.
도 13처럼 투명기판(10) 위에 투명전극층(20)과 제 1 광기전력 변환층(30)과 중간반사층(50)을 차례차례로 성막한다. 투명기판(10)은 파장 600nm의 광 투과율 92%와 파장 900nm의 광 투과율 90%정도의 투명(유리)기판을 선정하고 SnO²에 800nm±10%의 성막이 형성된 투명(유리)기판 위에 투명전극(ZnO)70nm±10%, ZnO의 비저항은 4-7.5Ω X 10-4Ωcm이고 투명전극의 투과율은 380 - 800nm 85%이상 될 수 있도록 성막한다. 투명기판(10)과 투명전극층(20)의 표면에 불순물을 제거할 때에는 초순수물 10MΩ cm이상 물을 이용하여 롤 브러쉬와 고압수(0.6~0.7Mpa)를 사용하여 각종 불순물을 제거한다.
제 1 광기전력 변환층(30)은 플라즈마 CVD를 통하여 a-Si를 N층 i층 P층으로 침착(Deposition)하며 이 경우 제 1 광기전력 변환층(30)에 적용되는 파장은 350nm~800nm범위의 파장으로 광기전력을 발생시켜야 한다. 제 1 광기전력 변환층(60)의 두께는 300nm±10 형성되며 a-Si은 N층 i층 P층으로 Plasma CVD 장비 내부에서 3개 층이 순차적으로 성막된다
중간 반사층(50)은 GZO(ZnO+Ga) 70nm±10%, 굴절률 2.0이하, 저항률0.003~0.1Ωcm이내, 투과율 400~800nm 85%이상으로 성막한다. 참고로 종래의 기술에서는 중간 반사층의 재질을 ZnO를 사용하였다. 중간 반사층(50)은 집적화 박막 태양전지에 있어서 매우 중요한 역할을 하는바, 단파장은 중간 반사층(50)에서 반사되고 반사된 단파장은 다시 제 1 투명전극층(20)에서 반사되는 반사과정을 반복하므로 제 1 광기전력 변환층(30)에서 1차 광변환기전력을 얻을 수 있다.
장파장은 중간 반사층(50)을 통과하여 제 2투명전극층(이면전극층(70)에 포함됨)에 반사되고 다시 중간 반사층(50)에서 반사되는데 중간 반사층(50)과 제 2투명전극층 사이에 있는 제 2 광기전력 변환층을 중심으로 반사과정을 반복하므로 제 2 광기전력 변환층(60)에서 2차 광변환기전력을 얻을 수 있다. 1차 광변환기전력과 2차 광변환기전력을 합한 광기전력을 전력(Watt)이라고 하고 여기서 발생하는 전력과 면적을 계산하여 광전변환효율(%)이 결정되는 것이다.
제 1 절단부(40)의 절단은 도 14의 40처럼 중간 반사층(50)에서 제 1 투명전극층(20)까지 절단하는데 절단폭은 50㎛이고 절단은 3개 층(투명전극층(20), 제 1 광기전력 변환층(30), 중간 반사층(50))을 동시에 한다. 초기 셀을 구성하는 간격은 중요한 과정으로써 절단 간격은 50㎛이고 셀 간격은 10mm로 한다. 절단 후에는 투명전극층, 제 1 광기전력 변환층, 중간 반사층의 여러 가지 검사를 할 수 있다(동일한 면적에서 변화된 전류나 전압을 얻으려면 셀 간격을 변화시켜 전류와 전압을 조정할 수 있다).
도 14의 40처럼 1차 절단 후 도면 15의 60(제 2 광기전력 변환층)을 성막한다. 이 때 미결정 실리콘(Micro Crystal층)은 제 1 절단부(40) 사이 사이로 밀려들어가서 도 15의 40처럼 성막이 형성되고 절단폭 50㎛안에는 모두 미결정 실리콘으로 형성된다.
도면 15의 제 2 광기전력 변환층(60)은 플라즈마 CVD를 통하여 미결정 실리콘(Micro Crystal Silicon)을 N층 i층 P층으로 침착(Deposition)하며, 이 경우 550nm~1150nm 범위의 파장으로 광기전력을 발생시키고 제 2 광기전력 발생층(60)의 두께는 2.0㎛±10 정도 되어야 한다.
제 1 광기전력 변환층(30)과 제 2 광기전력 변환층(60)의 두께는 광 변환효율과 아주 밀접한 관계가 있고, 두께의 변화에 따라서 발전효율의 변화를 나타내며, 특히 제 2 광기전력 변환층(60)의 두께와 아주 밀접한 관계가 있는 것으로 일 정한 두께 까지는 발전변환 효율이 매우 높았다.
도 16의 제 2 절단부(80, 투명전극층과 이면전극층 접속로)를 절단한다. 접속로의 절단 폭은 50㎛이고 제 1 투명전극층(20) 까지 절단한다. 절단위치는 제 1 절단부(30)의 측면에서 연속으로 레이저 장비 오차범위 이내에서 절단을 한다. 2차로 절단을 하면 제 1 절단부(30) 안으로 유입된 미결정 실리콘의 유입상태를 확인할 수 있다. 1차 절단과 2차 절단에 필요한 절단 폭은 각각 50㎛이며, 제 1 절단부(40) 중앙 지점부터 제 2 절단부(80)의 중앙 지점간의 거리도 50㎛이다.
2차 절단 이후 이면전극층(70)의 형성은 제 2 광기전력 변환층(60)위에 GZO+Ag+Ti로 성막하는데 성막의 두께는 235nm±10%로 ZnO(30nm), Ag(200nm), Ti(5nm)으로 형성되는데 2차 절단통로를 통하여 이면전극층(70)에서 유입 되는 GZO+Ag+Ti 물체가 투명전극층(20)과 접속되어 이면전극층(70)과 투명전극층(20)이 연결이 된다. 여기서 GZO는 제 2 투명전극층을 형성한 것으로 이면전극층을 형성하기 전에 먼저 제 2 투명전극층 GZO와 이면전극층 Ag 및 Ti를 순차적으로 형성한다.(도 17참조) GZO는 도전성 물체이므로 Ag와 Ti와 같이 이면전극의 역할을 동시에 한다. 보통 제 2 투명전극층의 제조과정은 이면전극층(70) 제조공정에 포함되어 있다.
도 18에서 3차 절단을 통해 형성되는 제 3 절단부(90)가 셀과 셀을 구분하는 것으로 집적화 박막 태양전지가 만들어 지는데, 절단위치는 제 2 절단부(80)의 측면에서 연속으로 장비 오차범위 이내에서 절단을 한다. 이 때 절단폭은 50㎛이고 제 2 절단부(80)와 제 3 절단부(90) 사이는 100㎛이고 각 절단부와 절단부 중앙 중 심부를 기준으로 100㎛이다. 그러므로 3개의 절단부(40, 80, 90)의 간격 폭을 모두 합하면 150㎛(오차범위±20㎛)이다.
3차로 절단을 하면 제 2 절단부(80) 안으로 유입된 도전성 물체의 연결상태를 확인할 수 있고 제1차 절단부터 제3차 절단까지 모두 절단부위 검사와 이상유무를 확인할 수 있어 앞에서 실행된 공정의 이상유무를 알 수 있다.
마지막으로 제 3 절단부(90)의 사이의 불순물 등을 완벽히 제거하기 위하여 제 4절단을 실시하는데 레이저 가공 또는 기타의 방법으로 실행한다.
종래의 기술에서는 레이저 가공 회수가 5회였으며 절단 넓이도 370㎛~400㎛ 였으나 본 발명을 통하여 4회로 공정을 축소하였고 제 1절단부터 제 3절단에 이르는 절단 넓이를 150㎛~170㎛범위에서 가공되므로 종래의 기술보다 약200㎛정도 이상의 넓이를 도 19의 100처럼 광기전력 유효면적으로 사용할 수 있고, 110은 완성된 집적화 박막 태양전지 셀이다. 120은 셀의 회로를 구성하는 구간으로 본 발명에서는 150㎛~170㎛범위로 최소화 되었다.
따라서, 제 1절단부터 제 4절단까지의 절단과정에서 200㎛ 넓이를 광기전력 유효면적을 증가시켰다. 예를 든다면 10%의 광변환효율을 가지고 있는 집적화 박막 태양전지에서 1.54Watt 출력이 나온다면 본 발명을 통하여 전체적인 크기의 변화는 없으나 0.2%의 광변환효율을 높일 수 있다, 즉 태양전지의 광기전력 발생 유효면적이 0.2%증가 했다는 것이다. 다시 말하면 발전효율 10%와 개당 전력 1.54Watt 출력의 직렬 연결된 100개(154Watt) 셀을 지닌 집적화 박막 태양전지에서 본 발명을 통하여 동일한 면적에서 102개의 셀을 만들어 낼 수 있는 것과 같은 결과로 157.08Watt의 출력이 발생하고 발전효율은 10.2%로 증가한다.
도 19와 도 20은 도 18과는 구조의 모양은 조금 다르지만 제조과정은 상기의 설명과 일치하며, 다만 절단부의 위치만 다른 경우이고, 제한된 면적범위 내에서 도 19의 구조보다 좀 더 향상된 변환효율을 얻을 수 있는 구조이다.
즉, 도 19는 제 2 절단부(80)를 제 1 절단부(40) 중앙에서 절단을 시작함으로써 제 1 절단부(40)의 절단 폭을 50㎛로 하였으나 제 2 절단이 제 1 절단폭 25㎛에 이르는 지점에서 제 2 절단을 시작함으로써 전체 절단 간격을 125㎛~150㎛사이로 줄여 향상된 광전변환 효율을 얻을 수 있다.
도 20은 각 절단부와 절단부 사이의 중심을 기준으로 절단을 함으로써 얻어지는 결과는 제 2절단부(80)의 폭을 임으로 50㎛~75㎛조절하여 투명전극층과 이면전극층의 접속로의 연결 폭을 조절한다. 즉 제 3절단부(90)를 형성할 때 접속로의 접속 폭을 유효 적절하게 조절할 수 있고, 전체 절단 간격을 125㎛~170㎛까지 조절하여 향상된 광전변환 효율을 얻을 수 있다.
도 21은 제 1 절단부를 형성하기 까지의 과정을 단계별로 설명하는 것으로, 투명기판을 준비하는 단계(S10); 제 1 투명 전극층을 상기 투명기판의 상부에 적층시키는 단계(S20); 제 1 광기전력 변환층을 상기 제 1 투명 전극층의 상부에 적층시키는 단계(S30); 중간 반사층을 상기 제 1 광기전력 변환층의 상부에 적층시키는 단계(S40); 상기 중간 반사층과 제 1 광기전력 변환층과 제 1 투명 전극층을 일정간격으로 한번에 절단하여 사각홈을 형성시키는 제 1 절단부를 형성하는 단계(S50)를 포함하여 구성한다.
도 22는 본 발명의 모든 과정을 정리한 것으로, 투명기판을 준비하는 단계(S10); 제 1 투명 전극층을 상기 투명기판의 상부에 적층시키는 단계(S20); 제 1 광기전력 변환층을 상기 제 1 투명 전극층의 상부에 적층시키는 단계(S30); 중간 반사층을 상기 제 1 광기전력 변환층의 상부에 적층시키는 단계(S40); 상기 중간 반사층과 제 1 광기전력 변환층과 제 1 투명 전극층을 일정간격으로 한번에 절단하여 사각홈을 형성시키는 제 1 절단부를 형성하는 단계(S50); 제 2 광기전력 변환층을 상기 중간 반사층 상부에 적층하되 제 1 절단부를 채우면서 적층시키는 단계(S60); 상기 제 2 광기전력 변환층과 중간반사층과 제 1 광기전력 변환층을 절단하되 제 1 절단부에 채워지는 제 2 광기전력 변환층 바로 옆을 절단하여 사각홈 형태의 제 2 절단부를 형성하는 단계(S70); 이면전극층을 상기 제 2 광기전력 변환층 상부에 적층하되 제 2 절단부를 채우면서 적층시키는 단계(S80); 상기 이면전극층과 제 2 광기전력 변환층과 중간반사층 및 제 1 광기전력 변환층을 절단하되 제 2 절단부에 채워지는 이면전극층 바로 옆을 절단하여 셀과 셀을 구분토록 하는 사각홈 형태의 제 3 절단부를 형성하는 단계(S90)로 이루어진다.
도 1은 종래기술 제 1 실시예도.
도 2는 종래기술 제 2 실시예도.
도 3은 종래기술에 있어서 투명전극을 기판위에 적층한 상태도.
도 4는 종래기술에 있어서 투명전극을 절단하여 제 1 절단부를 형성한 상태도.
도 5는 종래기술에 있어서 제 1 광기전력 발생부을 적층한 상태도.
도 6은 종래기술에 있어서 중간 반사층을 적층한 상태도.
도 7은 종래기술에 있어서 중간반사층을 절단하여 제 2 절단부를 형성한 상태도.
도 8은 종래기술에 있어서 제 2 기전력 발생부를 적층한 상태도.
도 9는 종래기술에 있어서 제 2 기전력 발생부를 절단하여 제 3 절단부를 형성한 상태도.
도 10은 종래기술에 있어서 이면 전극층을 형성한 상태도.
도 11은 종래기술에 있어서 셀과 셀을 구분하는 제 4 절단부를 형성한 상태도.
도 12는 본 발명에 있어서 투명기판의 저면에 마크를 형성한 상태도.
도 13은 본 발명에 있어서 투명기판에 제 1 투명전극층과 제 1 기전력 발생층 및 중간반사층을 차례로 성막한 상태도.
도 14는 본 발명에 있어서 제 1 절단부를 형성한 상태도.
도 15는 본 발명에 있어서 제 2 기전력 발생층을 형성한 상태도.
도 16은 본 발명에 있어서 반도체 레이저 빔을 이용한 제 2 기전력 발생층 작업도.
도 17은 본 발명에 있어서 제 2 절단부를 형성한 상태도.
도 18은 본 발명에 있어서 이면전극층을 형성한 상태도.
도 19는 본 발명에 있어서 제 3 절단부를 형성하여 완성한 상태도.
도 20은 본 발명의 제 1 실시예도.
도 21은 본 발명의 제 2 실시예도.
도 22는 본 발명의 제 1 제조방법 동작 흐름도.
도 23은 본 발명의 제 2 제조방법 동작 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
이하 도면부호는 본 발명에 기재된 도면번호이다.
10: 투명기판
20: 투명전극층
30: 제 1 광기전력 변환층
40: 제 1 절단부(투명전극 분리 및 중간 반사층 분리부)
50: 중간 반사층
60: 제 2 광기전력 변환층
70: 이면전극층(제2차 투명전극층 포함)
80: 제 2 절단부(투명전극과 이면전극의 접속로)
90: 제 3 절단부(셀과 셀을 구분하는 절단)
100: 광기전력 발생구간(광기전력이 발생하는 유효면적 구간)
110: 집적화 박막 태양전지 셀
120: 셀의 회로를 구성하는 구간(광기전력이 발생하지 않는 구간)
Claims (9)
- 투명기판(10);상기 투명기판(10)의 상부에 적층되며 도전체로 이루어져 전기적 신호를 전달하는 제 1 투명 전극층(20);상기 제 1 투명 전극층(20)의 상부에 적층되며, 광기전력을 발생시키는 제 1 광기전력 변환층(30);상기 제 1 광기전력 변환층(30)의 상부에 적층되며, 태양에서 제공되는 단파장을 제 1 광기전력 변환층으로 반사시켜 제 1 투명 전극층(20)에서 다시 반사되는 과정을 반복하여 제 1 광기전력을 발생시키는 중간 반사층(50) 및;상기 중간 반사층(50)과 제 1 광기전력 변환층(30)과 제 1 투명 전극층(20)을 일정간격으로 한번에 절단하여 절단홈을 형성시켜 절단된 홈을 통해 들어난 각 층(20, 30, 50)의 여러 가지 검사진행이 가능토록 하는 제 1 절단부(40)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 집적화 박막 태양전지의 광기전력 발생면적 증가를 위한 광전변환 모듈 구조.
- 투명기판(10);상기 투명기판(10)의 상부에 적층되며 도전체로 이루어져 전기적 신호를 전달하는 제 1 투명 전극층(20);상기 제 1 투명 전극층(20)의 상부에 적층되며, 광기전력을 발생시키는 제 1 광기전력 변환층(30);상기 제 1 광기전력 변환층(30)의 상부에 적층되며, 태양에서 제공되는 단파장을 제 1 광기전력 변환층으로 반사시켜 제 1 투명 전극층에서 다시 반사되는 과정을 반복하여 제 1 광기전력을 발생시키는 중간 반사층(50);상기 중간 반사층(50)과 제 1 광기전력 변환층(30)과 제 1 투명 전극층(20)을 일정간격으로 한번에 절단하여 사각홈을 형성시켜 절단된 홈을 통해 들어난 각 층의 여러 가지 검사진행이 가능토록 하는 제 1 절단부(40);상기 중간 반사층(50) 상부에 적층하되 제 1 절단부(40)를 채우며, 태양에서 공급되는 장파장이 중간 반사층을 통해 반사될때 반사과정을 반복하여 제 2 광기전력이 발생되도록 하는 제 2 광기전력 변환층(60);상기 제 2 광기전력 변환층(60)과 중간반사층(50)과 제 1 광기전력 변환층(30)을 절단하되 제 1 절단부(40)에 채워지는 제 2 광기전력 변환층(60) 바로 옆을 절단하여 제 2 광기전력 변환층(60)의 연결상태를 확인할 수 있도록 절단홈을 형성하여 이루어지는 제 2 절단부(80);상기 제 2 광기전력 변환층(60) 상부에 적층하되 제 2 절단부(80)를 채우며 도전체가 제 1 투명 전극층(20)까지 도달하여 제 1 투명 전극층(20)이 연결되는 접속선이 형성되어 전기적으로 연결되도록 하며, 전도성의 제 2 투명 전극층을 포함하는 이면전극층(70);상기 이면전극층(70)과 제 2 광기전력 변환층(60)과 중간반사층(50) 및 제 1 광기전력 변환층(30)을 절단하되 제 2 절단부(80)에 채워지는 이면전극층(70) 바로 옆을 절단하여 제 2 절단부(80) 안으로 유입된 이면전극층을 이루는 도전성 물체의 연결상태를 확인토록 하며, 셀과 셀을 구분토록 하는 사각홈 형태의 제 3 절단부(90)를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 집적화 박막 태양전지의 광기전력 발생면적 증가를 위한 광전변환 모듈 구조.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 투명기판(10)의 저면에는 표시용 마크(Mark, 130)을 더 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 집적화 박막 태양전지의 광기전력 발생면적 증가를 위한 광전변환 모듈 구조.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 중간 반사층(50)의 재료를 GZO(ZnO+Ga)을 사용한 것을 특징으로 하는 집적화 박막 태양전지의 광기전력 발생면적 증가를 위한 광전변환 모듈 구조.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 2 투명전극층의 재료를 GZO(ZnO+Ga)을 사용한 것을 특징으로 하는 집적화 박막 태양전지의 광기전력 발생면적 증가를 위한 광전변환 모듈 구조.
- 투명기판을 준비하는 단계(S10);제 1 투명 전극층을 상기 투명기판의 상부에 적층시키는 단계(S20);제 1 광기전력 변환층을 상기 제 1 투명 전극층의 상부에 적층시키는 단계(S30);중간 반사층을 상기 제 1 광기전력 변환층의 상부에 적층시키는 단계(S40);상기 중간 반사층과 제 1 광기전력 변환층과 제 1 투명 전극층을 일정간격으로 한번에 절단하여 사각홈을 형성시키는 제 1 절단부를 형성하는 단계(S50)를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 집적화 박막 태양전지의 광기전력 발생면적 증가를 위한 광전변환 모듈 제조방법.
- 투명기판을 준비하는 단계(S10);제 1 투명 전극층을 상기 투명기판의 상부에 적층시키는 단계(S20);제 1 광기전력 변환층을 상기 제 1 투명 전극층의 상부에 적층시키는 단계(S30);중간 반사층을 상기 제 1 광기전력 변환층의 상부에 적층시키는 단계(S40);상기 중간 반사층과 제 1 광기전력 변환층과 제 1 투명 전극층을 일정간격으로 한번에 절단하여 사각홈을 형성시키는 제 1 절단부를 형성하는 단계(S50);제 2 광기전력 변환층을 상기 중간 반사층 상부에 적층하되 제 1 절단부를 채우면서 적층시키는 단계(S60);상기 제 2 광기전력 변환층과 중간반사층과 제 1 광기전력 변환층을 절단하되 제 1 절단부에 채워지는 제 2 광기전력 변환층 바로 옆을 절단하여 사각홈 형태의 제 2 절단부를 형성하는 단계(S70);이면전극층을 상기 제 2 광기전력 변환층 상부에 적층하되 제 2 절단부를 채우면서 적층시키는 단계(S80);상기 이면전극층과 제 2 광기전력 변환층과 중간반사층 및 제 1 광기전력 변환층을 절단하되 제 2 절단부에 채워지는 이면전극층 바로 옆을 절단하여 셀과 셀을 구분토록 하는 사각홈 형태의 제 3 절단부를 형성하는 단계(S90)를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 집적화 박막 태양전지의 광기전력 발생면적 증가를 위한 광전변환 모듈 제조방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 제 2 절단부를 형성하는 단계(S70)는, 제 1 절단부의 중심축으로부터 제 2 절단부의 절단 영역이 시작되는 것을 특징으로 하는 집적화 박막 태양전지의 광기전력 발생면적 증가를 위한 광전변환 모듈 제조방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 제 2 절단부의 절단 폭을 넓게 만들어 제 1 투명전극층과 이면전극층의 접속을 넓게 한 후 제3 절단부를 형성할 때 제3절단부의 절단 너비를 길게 또는 짧게 가변하여 투명전극층과 이면전극층의 접속로 폭을 조절할 수 있게 형성한 것을 특징으로 하는 집적화 박막 태양전지의 광기전력 발생면적 증가를 위한 광전변환 모듈 제조방법.
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| KR1020080006009A KR20090080171A (ko) | 2008-01-21 | 2008-01-21 | 집적화 박막 태양전지의 광기전력 발생면적 증가를 위한광전변환 모듈 구조 및 제조방법 |
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| KR101332297B1 (ko) * | 2011-11-24 | 2013-11-22 | 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 | 탄뎀형 집적 광기전력 모듈 및 이의 제조방법 |
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2008
- 2008-01-21 KR KR1020080006009A patent/KR20090080171A/ko not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20080121 |
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