(57)【要約】【課題】発電効率が向上した新規な構造を有する太陽電池、及び太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】基板と、前記基板上の第１電極層と、前記第１電極層上の光吸収層と、前記第１電極層、及び前記光吸収層の間の合金層と、前記光吸収層上のバッファ層と、前記バッファ層、前記光吸収層、前記合金層、及び前記第１電極層を貫通して前記基板まで形成された第１貫通ホールと、前記第１貫通ホールの少なくとも一領域内に形成された絶縁バリアと、を含むことを特徴とする太陽電池。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上の第１電極層と、
前記第１電極層上の光吸収層と、
前記第１電極層及び前記光吸収層の間の合金層と、
前記光吸収層上のバッファ層と、
前記バッファ層、前記光吸収層、前記合金層、及び前記第１電極層を貫通して前記基板まで形成された第１貫通ホールと、
前記第１貫通ホールの少なくとも一領域内に形成された絶縁バリアと、
を含むことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記絶縁バリアは、ＳｉＯ２、ＳｉＯｙ、ＳｉＮｚ、及びＳｉＯＮ（ただし、ｙ、ｚは自然数）のうちいずれか一つ以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記絶縁バリアの界面は、前記絶縁バリアの界面に隣接するバッファ層の界面と面位置を同じ高さとして形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記基板は、アルカリ金属元素を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記絶縁バリアは、前記第１貫通ホール内に形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記太陽電池は、前記バッファ層上に第２電極層をさらに含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記太陽電池は、前記バッファ層と前記光吸収層を貫通して前記合金層まで形成された第２貫通ホールをさらに含み、
前記第２貫通ホールは、前記基板に対して平行方向である第１方向へ前記第１貫通ホールと離隔して形成され、
前記第２電極層は、前記第２貫通ホールを介して前記合金層と接触することを特徴とする請求項６に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記太陽電池は、前記第２電極層、前記バッファ層、前記光吸収層、及び前記合金層を貫通して前記第１電極層まで形成された第３貫通ホールをさらに含み、
前記第３貫通ホールは、前記第１方向へ前記第２貫通ホールと離隔して形成されることを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記太陽電池は、前記第２電極層、前記バッファ層、前記光吸収層、及び前記合金層を貫通して前記第１電極層まで形成された第２貫通ホールをさらに含み、
前記第２貫通ホールは、前記基板に対して平行方向である第１方向へ前記第１貫通ホールと離隔して形成されることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記絶縁バリアは、前記第１貫通ホールの一部領域に形成され、
前記第２電極層は、前記第１貫通ホールの前記絶縁バリアが形成されていない残りの領域に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。
【請求項１１】
前記絶縁バリアは、前記第１貫通ホールの一側の一部領域に形成され、
前記第２電極層は、前記第１貫通ホールの前記一側から前記第１方向へ離隔された他側の領域に形成されることを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池。
【請求項１２】
前記第１貫通ホールを形成する内壁の少なくとも一領域は、前記基板の表面に対して傾斜し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。
【請求項１３】
前記第１貫通ホールを形成する内壁の少なくとも一領域は、前記基板の表面に対して３０°〜６０°傾斜して形成されることを特徴とする請求項１２に記載の太陽電池。
【請求項１４】
前記基板に隣接する前記第１貫通ホールの開口の幅は、前記バッファ層の界面と隣接する前記第１貫通ホールの開口の幅の５０％であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の太陽電池。
【請求項１５】
基板上に第１電極層を形成する段階と、
前記第１電極層上に光吸収層を形成する段階と、
前記第１電極層及び前記光吸収層の間に合金層を形成する段階と、
前記光吸収層上にバッファ層を形成する段階と、
前記バッファ層、前記光吸収層、前記合金層、及び前記第１電極層を貫通して前記基板まで第１貫通ホールを形成する段階と、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項１６】
前記太陽電池の製造方法は、絶縁バリアが前記第１貫通ホールの少なくとも一領域に形成される段階をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１７】
前記太陽電池の製造方法は、前記基板が含有するアルカリ金属元素を前記光吸収層に拡散させる段階をさらに含み、
前記アルカリ金属元素を拡散させる段階は、前記第１貫通ホールを形成する段階の前に行われることを特徴とする請求項１５または１６に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１８】
前記太陽電池の製造方法は、前記バッファ層上に第２電極層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１９】
前記太陽電池の製造方法は、前記第２電極層、前記バッファ層、前記光吸収層、及び前記合金層を貫通して前記第１電極層まで達する第２貫通ホールを、前記基板に対して平行方向である第１方向へ前記第１貫通ホールと離隔された状態で形成する段階と、
前記第１貫通ホールの一側の領域に絶縁バリアを充填し、前記第１貫通ホールの前記一側から前記第１方向へ離隔された他側の領域に第２電極層を充填する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２０】
前記第１貫通ホールを形成する内壁の少なくとも一領域は、前記基板の表面に対して傾斜して形成されることを特徴とする請求項１９に記載の太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池、及び太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、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する太陽電池の需要が増加している。太陽電池は、無限のエネルギー源である太陽からの光を元にして電気を生成する公害を誘発しない清浄なエネルギー源として毎年大幅な成長率を見せる産業であり、新しい成長源として脚光を浴びている。
【０００３】
その中でも、ＣＩＧＳ太陽電池は、薄膜化が可能であり、かつＳｉを全く使用しない太陽電池であるため、太陽電池の生産コストを下げ、太陽光発電の普及に大きな役割を果たすものと期待されている。また、ＣＩＧＳ太陽電池は、熱的安定性に優れ、時間経過による発電効率の低下がほとんどないことが知られている。したがって、このようなＣＩＧＳ太陽電池において、発電効率を増加させるために様々な研究が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】韓国公開特許第２０１１−００６６２６０号
【特許文献２】韓国公開特許第２０１２−００８１８９９号
【特許文献３】韓国公開特許第２００９−０１２３６４５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の背景に基づき、より発電効率の向上した太陽電池が求められていた。そこで、本発明の目的は、発電効率が向上した新規な構造を有する太陽電池、及び太陽電池の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、基板と、前記基板上の第１電極層と、前記第１電極層上の光吸収層と、前記第１電極層、及び前記光吸収層の間の合金層と、前記光吸収層上のバッファ層と、前記バッファ層、前記光吸収層、前記合金層、及び前記第１電極層を貫通して前記基板まで形成された第１貫通ホールと、前記第１貫通ホールの少なくとも一領域内に形成された絶縁バリアと、を含むことを特徴とする太陽電池が提供される。
【０００７】
前記絶縁バリアは、ＳｉＯ２、ＳｉＯｙ、ＳｉＮｚ、及びＳｉＯＮ（ただし、ｙ、ｚは自然数）のうちいずれか一つ以上を含んでもよい。
【０００８】
前記絶縁バリアの界面は、前記絶縁バリアの界面に隣接するバッファ層の界面と面位置を同じ高さとして形成されてもよい。
【０００９】
前記基板は、アルカリ金属元素をさらに含んでもよい。
【００１０】
前記絶縁バリアは、前記第１貫通ホール内に形成されてもよい。
【００１１】
前記太陽電池は、前記バッファ層上に第２電極層をさらに含んでもよい。
【００１２】
前記太陽電池は、前記バッファ層と前記光吸収層を貫通して前記合金層まで形成された第２貫通ホールをさらに含み、前記第２貫通ホールは、前記基板に対して平行方向である第１方向へ前記第１貫通ホールと離隔して形成され、前記第２電極層は、前記第２貫通ホールを介して前記合金層と接触してもよい。
【００１３】
前記太陽電池は、前記第２電極層、前記バッファ層、前記光吸収層、及び前記合金層を貫通して前記第１電極層まで形成された第３貫通ホールをさらに含み、前記第３貫通ホールは、前記第１方向へ前記第２貫通ホールと離隔して形成されてもよい。
【００１４】
前記太陽電池は、前記第２電極層、前記バッファ層、前記光吸収層、及び前記合金層を貫通して前記第１電極層まで形成された第２貫通ホールをさらに含み、前記第２貫通ホールは、前記基板に対して平行方向である第１方向へ前記第１貫通ホールと離隔して形成されてもよい。
【００１５】
前記絶縁バリアは、前記第１貫通ホールの一部領域に形成され、前記第２電極層は、前記第１貫通ホールの前記絶縁バリアが形成されていない残りの領域に形成されてもよい。
【００１６】
また、前記絶縁バリアは、前記第１貫通ホールの一側の一部領域に形成され、前記第２電極層は、前記第１貫通ホールの前記一側から前記第１方向へ離隔された他側の領域に形成されてもよい。
【００１７】
前記第１貫通ホールを形成する内壁の少なくとも一領域は、前記基板の表面に対して傾斜して形成されてもよい。
【００１８】
前記第１貫通ホールを形成する内壁の少なくとも一領域は、前記基板の表面に対して３０°〜６０°傾斜して形成されてもよい。
【００１９】
前記基板に隣接する前記第１貫通ホールの開口の幅は、前記バッファ層の界面と隣接する前記第１貫通ホールの開口の幅の５０％であってもよい。
【００２０】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、基板上に第１電極層を形成する段階と、前記第１電極層上に光吸収層を形成する段階と、前記第１電極層及び前記光吸収層の間に合金層を形成する段階と、前記光吸収層上にバッファ層を形成する段階と、前記バッファ層、前記光吸収層、前記合金層、及び前記第１電極層を貫通して前記基板まで第１貫通ホールを形成する段階と、を含む太陽電池の製造方法が提供される。
【００２１】
前記太陽電池の製造方法は、絶縁バリアが前記第１貫通ホールの少なくとも一領域に形成される段階をさらに含んでもよい。
【００２２】
前記太陽電池の製造方法は、前記基板が含有するアルカリ金属元素を前記光吸収層に拡散させる段階をさらに含み、前記アルカリ金属元素を拡散させる段階は、前記第１貫通ホールを形成する段階の前に行われてもよい。
【００２３】
前記太陽電池の製造方法は、前記バッファ層上に第２電極層を形成する段階をさらに含んでもよい。
【００２４】
前記太陽電池の製造方法は、前記第２電極層、前記バッファ層、前記光吸収層、及び前記合金層を貫通して前記第１電極層まで達する第２貫通ホールを、前記基板に対して平行方向である第１方向へ前記第１貫通ホールと離隔された状態で形成する段階と、前記第１貫通ホールの一側の領域に絶縁バリアを充填し、前記第１貫通ホールの前記一側から第１方向へ離隔された他側の領域に第２電極層を充填する段階と、をさらに含んでもよい。
【００２５】
前記第１貫通ホールを形成する内壁の少なくとも一領域は、前記基板の表面に対して傾斜して形成されてもよい。
【００２６】
さらに、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、基板と、前記基板上に形成された後面電極層と、前記後面電極層上に形成された光吸収層と、前記後面電極層及び前記光吸収層の間で、前記後面電極層の表面に形成された合金層（Ａｌｌｏｙ）と、前記光吸収層上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層及び前記後面電極層を貫通して前記基板の少なくとも一部を露出させる第１貫通ホールと、前記第１貫通ホール内の少なくとも一部を覆うように具備される絶縁バリアとを含む太陽電池が提供される。
【００２７】
前記第１貫通ホールは、前記バッファ層及び後面電極層と、前記バッファ層及び後面電極層との間に形成される光吸収層及び合金層と、を貫通するように形成されてもよい。
【００２８】
前記絶縁バリアは、前記第１貫通ホールを充填して前記基板の上面と、前記バッファ層、前記光吸収層、前記合金層、および前記後面電極層の側面を覆うように形成されてもよい。
【００２９】
前記絶縁バリアの界面は、前記絶縁バリアの界面と隣接するバッファ層の界面と平行に形成されてもよい。
【００３０】
前記太陽電池は、前記第１貫通ホールから前記基板に対して平行方向である第１方向へ離隔して形成された第２貫通ホールをさらに含み、前記第２貫通ホールは、前記バッファ層及び光吸収層を貫通して前記合金層の少なくとも一部を露出させてもよい。
【００３１】
前記太陽電池は、バッファ層上に形成された背面電極層をさらに含み、前記背面電極層は、前記第２貫通ホールを充填して前記合金層の上面と、前記バッファ層及び前記光吸収層の側面とを覆うように形成されてもよい。
【００３２】
前記太陽電池は、前記第２貫通ホールから前記第１方向へ離隔される第３貫通ホールをさらに含み、前記第３貫通ホールは、前記背面電極層、前記バッファ層、前記光吸収層、及び前記合金層を貫通して前記後面電極層の少なくとも一部を露出させてもよい。
【００３３】
前記基板は、アルカリ金属元素を含むガラスであってもよい。
【００３４】
前記基板のアルカリ金属元素は、前記基板上に形成された前記後面電極層、前記合金層及び前記光吸収層へ拡散されてもよい。
【００３５】
前記絶縁バリアは、ＳｉＯ２、ＳｉＯｙ、ＳｉＮｚ及びＳｉＯＮ（ただし、ｙ及びｚは自然数である）のうち、いずれか一つ以上を含んでもよい。
【００３６】
前記太陽電池は、前記第１貫通ホールから前記第１方向へ離隔される第３貫通ホールをさらに含み、前記第３貫通ホールは、前記背面電極層、前記バッファ層、前記光吸収層、及び前記合金層を貫通して前記後面電極層の少なくとも一部を露出させてもよい。
【００３７】
前記第１貫通ホールは、前記第１方向へ順次に形成されて互いに対面する第１及び第２面を含み、前記第２面は、前記第３貫通ホール側に形成され、前記絶縁バリアは、前記第１面と、前記第１面と隣接する基板の上面とを覆ってもよい。
【００３８】
前記太陽電池は、バッファ層上に形成された背面電極層をさらに含み、前記背面電極層は、前記第１貫通ホールを充填して前記第１貫通ホールの第２面と、前記第２面に隣接する基板の上面とを覆うように形成されてもよい。
【００３９】
前記第１貫通ホールの内壁の少なくとも一部は、傾斜するように形成されてもよい。
【００４０】
前記第１貫通ホールは、前記バッファ層から前記後面電極層に向かう方向に幅が狭くなるように形成され、断面が台形で形成されてもよい。
【００４１】
前記第１貫通ホールは、前記第１方向へ順次に具備されて、互いに対面する第１面及び第２面を含み、前記第１面及び第２面は傾斜するように形成され、前記第２面は、前記第３貫通ホール側に形成され、前記絶縁バリアは、前記第１面と、前記第１面と隣接する基板の一部と、を覆ってもよい。
【００４２】
前記第１貫通ホールの第１または第２面は、前記基板に対して３０°〜６０°の傾斜角を有するように形成されてもよい。
【発明の効果】
【００４３】
以上説明したように本発明によれば、発電効率が向上した新規な構造を有する太陽電池、及び太陽電池の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施例に係る太陽電池の断面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施例に係る太陽電池内のアルカリ元素の拡散を概略的に示した説明図である。
【図２Ｂ】従来例に係る太陽電池内のアルカリ元素の拡散を概略的に示した説明図である。
【図３Ａ】図１の太陽電池の製造方法を概略的に示した断面図である。
【図３Ｂ】図１の太陽電池の製造方法を概略的に示した断面図である。
【図３Ｃ】図１の太陽電池の製造方法を概略的に示した断面図である。
【図３Ｄ】図１の太陽電池での電流の流れを説明するための説明図である。
【図４】図１の太陽電池の製造方法のフローチャートである。
【図５】本発明の他の実施例に係る太陽電池の断面図である。
【図６Ａ】図５の太陽電池の製造方法を概略的に示した説明図である。
【図６Ｂ】図５の太陽電池の製造方法を概略的に示した説明図である。
【図６Ｃ】図５の太陽電池の製造方法を概略的に示した説明図である。
【図７】図５の太陽電池での電流の流れを示した断面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施例による太陽電池の断面図である。
【図９】絶縁バリアが具備される前の段階を示した図８の太陽電池の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、その他の実施例の具体的な事項については、詳細な説明及び図面に含まれる。
【００４６】
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成するための方法については、添付されている図面とともに詳細に後述される実施例を参照することにより明確に理解することが可能である。ただし、本発明は以下において開示される実施例に限定されるものではなく、他の互いに異なる様々な形態で実現することが可能である。また、以下の説明において、ある部分が他の部分と連結されていると表現される場合は、直接連結されている場合のみを含むのではなく、他の素子等をその間に置いて電気的に連結されている場合をも含む。なお、図面では、本発明と関係のない部分については、本発明の説明を明確にするために省略されており、明細書全体を通じて類似な部分については同一の符号を付した。
【００４７】
以下、添付図面を参照して本発明について説明する。図１は本発明の一実施例に係る太陽電池の断面図である。
【００４８】
本発明の好ましい実施例に係る太陽電池１００は、基板１１０と、前記基板１１０上に形成された後面電極層１２０と、前記後面電極層１２０上に形成された光吸収層１４０と、前記後面電極層１２０及び前記光吸収層１４０の間で、前記後面電極層１２０の表面に形成された合金層１３０と、前記光吸収層１４０上に形成されたバッファ層１６０と、前記バッファ層１６０、前記光吸収層１４０、前記合金層１３０、及び前記後面電極層１２０を貫通して前記基板１１０の少なくとも一部を露出させる第１貫通ホールＰ１ａ（図３Ａ参照）と、前記第１貫通ホールＰ１ａ内の少なくとも一部を覆うように形成される絶縁バリア１５０と、を含む。
【００４９】
なお、前記第１貫通ホールＰ１ａは、前記バッファ層１６０及び後面電極層１２０と、前記バッファ層１６０及び後面電極層１２０との間に形成される光吸収層１４０及び合金層１３０と、を貫通するように形成されてもよい。また、前記バッファ層１６０上部には、背面電極層１７０が形成されてもよい。
【００５０】
前記基板１１０は、ガラス基板、セラミック基板、金属基板またはポリマー基板などを使用することができる。例えば、前記基板１１０は、内部にナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、およびセシウム（Ｃｓ）等の一つ以上のアルカリ元素を含むガラス基板を使用することができる。また、好ましくは、前記基板１１０は、ソーダライムガラス（Ｓｏｄａｌｉｍｅ  Ｇｌａｓｓ）または高歪点ソーダガラス（Ｈｉｇｈ  Ｓｔｒａｉｎｅｄ  Ｐｏｉｎｔ  Ｓｏｄａｇｌａｓｓ）を使用することができる。
【００５１】
なお、本明細書において、アルカリ元素とは、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素を表す。
【００５２】
前記後面電極層１２０は、金属などの導電体であってもよい。例えば、前記後面電極層１２０は、高温での安定性に優れ、高い電気伝導性を有する物質であってもよい。また、前記後面電極層１２０は、前記後面電極層１２０の下部及び上部にそれぞれ形成される基板１１０及び光吸収層１４０との接合性に優れた物質を用いて形成されてもよい。さらに、好ましくは、前記後面電極層１２０は、モリブデン（Ｍｏ）であってもよい。
【００５３】
前記光吸収層１４０は、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族系化合物半導体、またはＩ−ＩＩ−ＩＶ−ＶＩ族系化合物半導体などで形成することができる。ここで、Ｉ族とは、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）および金（Ａｕ）などのうちのいずれか一つ以上であり、ＩＩ族とは、亜鉛（Ｚｎ）、及びカドミウム（Ｃｄ）などのうちのいずれか一つ以上であり、また、ＩＩＩ族とは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）およびアルミニウム（Ａｌ）などのうちのいずれか一つ以上であり、ＩＶ族とは、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、および鉛（Ｐｂ）などのうちのいずれか一つ以上であり、ＶＩ族とは、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テレニウム（Ｔｅ）などのうちのいずれか一つ以上であってもよい。
【００５４】
例えば、前記Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族系化合物半導体はＣＩＳ、ＣＧＳ、及びＣＩＧＳ（ここで、Ｃは銅（Ｃｕ）、Ｉはインジウム（Ｉｎ）、Ｇはガリウム（Ｇａ）であり、Ｓは硫黄（Ｓ）またはセレン（Ｓｅ）のうちの１種以上）化合物半導体などであってもよい。また、前記Ｉ−ＩＩ−ＩＶ−ＶＩ族系化合物半導体は、ＣＺＴＳ（ここで、Ｃは銅（Ｃｕ）、Ｚは亜鉛（Ｚｎ）、Ｔはスズ（Ｓｎ）、Ｓは硫黄（Ｓ）またはセレン（Ｓｅ）のうち１種以上）化合物半導体であってもよい。
【００５５】
前記合金層１３０は、光吸収層１４０と後面電極層１２０とが接触する界面に形成され、前記後面電極層１２０の表面を保護することができる。なお、前記合金層１３０は、セレン化（Ｓｅｌｅｎｉｚａｔｉｏｎ）工程によって形成することができる。例えば、前記後面電極層１２０の上部に銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）及び硫黄（Ｓ）からなる層を形成した後、セレン化工程によってセレン（Ｓｅ）と、上記銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）及び硫黄（Ｓ）からなる層とを反応させてＣＩＧＳ系光吸収層１４０を形成することができる。この時、前記セレン（Ｓｅ）は、光吸収層１４０の上部面から拡散して光吸収層１４０を通過し、前記光吸収層１４０と接触する後面電極層１２０の表面と反応することによって合金層１３０を形成することができる。例えば、前記後面電極層１２０がモリブデン（Ｍｏ）である場合、前記合金層１３０は、二セレン化モリブデン（ＭｏＳｅ２）で形成されてもよい。
【００５６】
前記バッファ層１６０は、前記光吸収層１４０上に少なくとも１つ以上の層で形成される。ここで、前記バッファ層１６０の下部に具備される光吸収層１４０は、ｐ型半導体として作用するため、前記バッファ層１６０の上部に具備される背面電極層１７０を、ｎ型半導体として形成することで、前記光吸収層１４０と背面電極層１７０との間にｐｎ接合を形成することができる。この時、前記バッファ層１６０は、前記光吸収層１４０と背面電極層１７０との間の中間レベルのバンドギャップを持つように形成される。したがって、前記バッファ層１６０は、前記光吸収層１４０と背面電極層１７０との間の良好な接合を可能にすることができる。例えば、前記バッファ層１６０は、硫化カドミウム（ＣｄＳ）または硫化亜鉛（ＺｎＳ）等で形成されてもよい。
【００５７】
背面電極層１７０は、導電層であり、また、ｎ型半導体として作用する。例えば、前記背面電極層１７０は、透明導電性酸化物（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｃｏｎｄｅｃｔｉｖｅ  Ｏｘｉｄｅ：ＴＣＯ）であってもよい。また、好ましくは、前記背面電極層１７０は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）であってもよい。
【００５８】
本実施例に係る太陽電池１００は、３回以上のパターニングを含む工程によって形成される。したがって、本実施例に係る太陽電池１００は、前記パターニングを含む工程において、前記パターニングによって第１方向（前記基板１１０に対して平行な方向）へ順次形成される第１〜第３貫通ホールＰ１ａ、Ｐ２ａ、Ｐ３ａを含む。なお、本実施例に係る太陽電池１００のパターニングは、機械的装置またはレーザー装置などによって前記基板１１０上に積層された一つ以上の膜の一部領域を除去することで行うことができる。
【００５９】
前記第１貫通ホールＰ１ａは、基板１１０上にバッファ層１６０までを形成した後、パターニングによって形成される。前記第１貫通ホールＰ１ａは、バッファ層１６０、光吸収層１４０、合金層１３０及び後面電極層１２０を貫通して、前記基板１１０の上面を露出させることができる（図３Ａ参照）。
【００６０】
また、前記太陽電池１００は、前記パターニングを含む工程において、前記第１貫通ホールＰ１ａから第１方向へ離隔される第２貫通ホール（Ｐ２ａ、図３Ａ参照）がさらに形成される。前記第２貫通ホールＰ２ａは、前記バッファ層１６０及び光吸収層１４０を貫通して、合金層１３０の少なくとも一部を露出させることができる。前記太陽電池１００は、バッファ層１６０上の背面電極層１７０を形成する際に、前記背面電極層１７０によって前記第２貫通ホールＰ２ａを充填することができる。
【００６１】
前記第３貫通ホールＰ３ａは、前記パターニングを含む工程において、前記第２貫通ホールＰ２ａから第１方向へ離隔されて形成される。すなわち、前記第２貫通ホールＰ２ａは、第１および第３貫通ホールＰ３ａとの間に形成される。前記第３貫通ホールＰ３ａは、背面電極層１７０まで形成した後、パターニングによって形成される。前記第３貫通ホールＰ３ａは、背面電極層１７０、バッファ層１６０、光吸収層１４０及び合金層１３０を貫通して、前記後面電極層１２０の上面を露出させ、背面電極層１７０の間を離隔し、絶縁させることができる。
【００６２】
前記絶縁バリア１５０は、前記第１貫通ホールＰ１ａの内部の少なくとも一部を覆うように形成される。前記絶縁バリア１５０は、絶縁性の物質で形成されることができ、インクジェットプリンティング方式、または他の適切な方法を用いて形成されることができる。例えば、前記絶縁バリア１５０は、ＳｉＯ２、ＳｉＯｙ、ＳｉＮｚ及びＳｉＯＮ（ここで、前記ｙ、ｚは自然数）のうち、いずれか一つ以上を含んでもよい。
【００６３】
図２Ａは、本発明の一実施例に係る太陽電池１００内のアルカリ元素の拡散を概略的に示す断面図であり、図２Ｂは、従来例に係る太陽電池内のアルカリ元素の拡散を概略的に示した図である。太陽電池１００の発電効率を向上させるためには、前記太陽電池１００の中で発電層として作用する光吸収層１４０において、アルカリ元素Ｘを含有させることが重要である。図２ＡおよびＢを参照すると、かかる場合において、基板１１０に含まれるアルカリ元素Ｘを利用して、光吸収層１４０にアルカリ元素Ｘを含有させることができる。例えば、前記基板１１０上に後面電極層１２０から光吸収層１４０までを形成した後、加熱することによって前記アルカリ元素Ｘを前記光吸収層１４０まで拡散することができる。
【００６４】
アルカリ元素Ｘは、基板１１０上に順次形成された後面電極層１２０、合金層１３０を通過して光吸収層１４０内に拡散されることができる。この時、前記アルカリ元素Ｘは、基板１１０上でほぼ一定の物性を有するそれぞれの層を通過するので、前記アルカリ元素Ｘは同じような速度で、または実質的に一定の速度で、光吸収層１４０まで拡散することができる。したがって、光吸収層１４０は、均一に、または実質的に均一にアルカリ元素Ｘを含むことができる。
【００６５】
従来例を示す図２Ｂを参照すると、基板１１上には下部金属層１２、合金層１３及び光吸収層１４が形成される。また、前記基板１１上の下部金属層１２、合金層１３及び光吸収層１４にはパターニングが行われており、前記パターニングによって第１領域Ｓ１、及び第２領域Ｓ２に区分されている。ここで、前記基板１１の第１領域Ｓ１では、アルカリ元素Ｘは下部金属層１２及び合金層１３を通過した後に、光吸収層１４内に拡散される。また、第２領域Ｓ１では、前記アルカリ元素Ｘは前記基板１１から光吸収層１４へ直接拡散される。したがって、基板１１の第１領域Ｓ１上に形成された光吸収層１４内に含まれたアルカリ元素Ｘと、第２領域Ｓ２上に形成された光吸収層１４内に含まれたアルカリ元素Ｘとでは、含有量が均一ではなかった。具体的には、前記第２領域Ｓ２上の光吸収層１４には、アルカリ元素Ｘが過剰に拡散されるため、前記光吸収層１４において性能のバラツキが発生し、太陽電池の性能が低下してしまっていた。
【００６６】
一方、本実施例に係る太陽電池１００では、基板１１０中に含有されたアルカリ元素Ｘは、前記基板１１０上の領域内において、均一にほぼ同じ速度で光吸収層１４０に拡散される。したがって、本実施例に係る太陽電池１００では、前記光吸収層１４０において、アルカリ元素Ｘが均一に、または実質的に均一に含有されるため、太陽電池の効率を向上させることができる。
【００６７】
図３Ａ〜図３Ｃは、図１で示した太陽電池の製造方法を概略的に示した説明図である。図３Ａを参照すると、本実施例による太陽電池は、基板１１０上に後面電極層１２０、合金層１３０、光吸収層１４０及びバッファ層１６０を形成した後に、第１貫通ホールＰ１ａを連続的に形成することができる。
【００６８】
前記第１貫通ホールＰ１ａは、基板１１０の上面１１０ａを露出させるように前記バッファ層１６０、光吸収層１３０、合金層１３０及び後面電極層１２０を貫通して形成される。また、第２貫通ホールＰ２ａは、前記第１貫通ホールＰ１ａから第１方向（前記基板１１０に対して平行な方向）へ離隔されて形成されてもよい。ここで、前記第２貫通ホールＰ２ａは、合金層１３０の上面１３０ａを露出させるようにバッファ層１６０及び光吸収層１６０を貫通して形成される。
【００６９】
図３Ａおよび３Ｂを参照すると、前記第１貫通ホールＰ１ａには、絶縁バリア１５０が形成される。前記絶縁バリア１５０は、第１貫通ホールＰ１ａを充填して前記基板１１０の上面１１０ａ、前記バッファ層の側面１６１、光吸収層の側面１４１、合金層の側面１３１、及び後面電極層の側面１２１を覆うように形成される。したがって、前記後面電極層１２０を一定の間隔を置いて、パターニングし、離隔することができる。
【００７０】
従来、第１貫通ホールを形成した後、一定の間隔を挟んで隣り合う後面電極層の間には、光吸収層などのＣＩＧＳ系物質が充填されていた。かかる場合、充填された前記光吸収層によって隣り合う後面電極層の間の絶縁が破壊される危険性があり、隣り合う後面電極層の間の間隔に関する技術が提案されていた。しかし、隣り合う後面電極層の間の間隔が大きすぎる場合、絶縁には有利であるが、単位体積当たりの太陽電池の発電面積が減少し、効率を低下させるという問題があった。
【００７１】
一方、本実施例の場合には、第１貫通ホールＰ１ａに絶縁性物質である絶縁バリア１５０が充填されるため、前記第１貫通ホールＰ１ａが狭い幅で形成された場合であっても、隣り合う後面電極層１２０の間の絶縁を容易に確保することができる。例えば、本実施例の場合には、第１貫通ホールＰ１ａは、３０μｍ以下であっても隣り合う後面電極層１２０の間の絶縁を維持することができる。したがって、本実施例によれば、太陽電池の発電面積を増加させることができる。
【００７２】
図３Ｃを参照すると、本実施例の太陽電池は、バッファ層１６０上に形成された背面電極層１７０と、前記第２貫通ホールＰ２ａに対して一定間隔で離隔されて形成された第３貫通ホールＰ３ａとを含むことができる。
【００７３】
前記背面電極層１７０は、前記第２貫通ホールＰ２ａを充填し、前記合金層１３０の上面１３０ａ、前記バッファ層の側面１６２、及び光吸収層の側面１４２を覆うように形成される。なお、本実施例に係る絶縁バリア１５０の界面１５０ａは、前記絶縁バリア１５０の界面１５０ａと隣接するバッファ層１６０の界面１６０ａと面位置が同じ高さとなるように並んで形成されることができる。
【００７４】
前記第３貫通ホールＰ３ａは、前記背面電極層１７０が形成された後、前記背面電極層１７０から合金層１３０までを貫通して形成され、前記後面電極層１２０の上面１２０ａを露出させることができる。
【００７５】
前記バッファ層１６０及び絶縁バリア１５０上には、背面電極層１７０が形成される。ここで、絶縁バリア１５０の界面１５０ａ、及び隣接するバッファ層１６０の界面１６０ａが均一でない場合には、前記背面電極層１７０が形成されるときに上部方向にストレスを受けることがある。かかる場合、背面電極層１７０の厚さの制御を妨害して背面電極層１７０の均一性を低下させる可能性がある。本発明の実施例では、第３貫通ホールＰ３ａは、第１方向へ第２貫通ホールＰ２ａと離隔されて形成される。第３貫通ホールＰ３ａは、背面電極層１７０、バッファ層１６０、光吸収層１４０及び合金層１３０を貫通して形成され、後面電極層１２０の上面１２０ａを露出させる。
【００７６】
図３Ｄは、図１で示した太陽電池での電流の流れを説明する説明図である。図３Ｄを参照すると、本発明の実施例に係る太陽電池１００では、電流は、後面電極層１２０の間に配置された絶縁バリア１５０を挟み互いに隣接している後面電極層１２０において、まず、前方に位置する後面電極層１２０から光吸収層１４０とバッファ層１６０を貫通することができ、背面電極層１７０に流れる。次に、前記電流は、第２貫通ホールＰ２ａに形成された背面電極層１７０を介して後方に位置する後面電極層１２０に流れる。したがって、隣接している後面電極層１２０の間の絶縁は、第１貫通ホールＰ１ａに形成された絶縁バリア１５０によって行われ、隣接している後面電極層１２０同士の直接接続を防止する。
【００７７】
図４は、本発明の一実施例において、図１で示した太陽電池の製造方法を説明するフローチャートである。図４を参照すると、本発明の実施例に係る太陽電池において、第１貫通ホール及び絶縁バリアが充填される過程は、次のとおりである。
【００７８】
まず、基板上にモリブデン（Ｍｏ）などを蒸着させて後面電極層を形成する（Ｓ１）。次に、前記後面電極層上にＣＩＳＧを蒸着した後、セレンを用いてセレン化工程を行い、光吸収層を形成する（Ｓ２）。また、前記後面電極層及び光吸収層との間の界面には、二セレン化モリブデン（ＭｏＳｅ２）の合金層が形成されることができる（Ｓ３）。
【００７９】
前記合金層を形成した後に加熱することにより、基板内に存在するアルカリ元素を光吸収層まで拡散させることができる（Ｓ４）。本実施例の場合、アルカリ元素を拡散させる工程までは、パターニングによって後面電極層を離隔するための第１貫通ホールが形成されない。
【００８０】
前記第１貫通ホールの形成（Ｓ６）は、光吸収層内にアルカリ元素を拡散させた後、前記光吸収層上にバッファ層を形成した（Ｓ５）後に実行されることができる。前記第１貫通ホール内には、Ｓｉ０２などの絶縁バリアが充填される（Ｓ７）。前述した方法に記載された物質は、一つの実施例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００８１】
以下、図５〜図９を参照して本発明の他の実施例について説明する。後述する内容以外の構成については、図１〜図４で説明した実施例に記載された内容と類似するため、ここでの詳細な内容については省略する。
【００８２】
図５は、本発明の他の実施例による太陽電池の断面図であり、図６Ａ〜Ｃは図５の太陽電池の製造方法を概略的に示した説明図であり、図７は図５の太陽電池での電流の流れを示した説明図である。図５および図６Ａ〜Ｃを参照すると、本発明の他の実施例に係る太陽電池２００は、アルカリ元素を含む基板２１０上に順次形成された後面電極層２２０、合金層２３０、光吸収層２４０、バッファ層２６０及び背面電極層２７０を含むことができる。
【００８３】
前記太陽電池２００は、パターニングによって形成された第１貫通ホールＰ１ｂと、前記第１貫通ホールＰ１ｂから第１方向へ離隔して形成された第３貫通ホールＰ３ｂを含むことができる。前記第１貫通ホールＰ１ｂは、前記背面電極層２７０が形成される前に基板２１０の上面を露出させるように前記バッファ層２６０から後面電極層２２０まで貫通して形成されうる。
【００８４】
前記第３貫通ホールＰ３ｂは、前記背面電極層２７０が形成された後、前記背面電極層２７０、バッファ層２６０、光吸収層２４０、及び合金層２３０を貫通して形成される。前記第３貫通ホールＰ３ｂは、前記後面電極層２２０の少なくとも一部、すなわち、上面２２０ａのような一領域を露出させることができる。
【００８５】
前記第１貫通ホールＰ１ｂは、第１方向へ順次形成される。また、前記第１貫通ホールＰ１ｂは、第１面２８１と、前記第１面と第１方向（前記基板２１０に対して平行な方向）に一定の距離で離隔され、前記第１面と対面する第２面２８２とを含むことができる。この時、前記第２面２８２は、前記第３貫通ホールＰ３ｂ側に形成される。前記絶縁バリア２５０は、前記第１面２８１と、前記第１面２８１と隣接する基板２１０の上面２１０ａとを覆うことができる。したがって、本実施例による第１貫通ホールＰ１ｂ内には、絶縁バリア２５０が充填されるものの、前記第１貫通ホールＰ１ｂ全体を充填せず、前記第１貫通ホールＰ１ｂの第１面２８１側のみを覆うように形成される。したがって、前記第２面２８２には、前記絶縁バリア２５０が形成されない。
【００８６】
また、前記太陽電池２００は、バッファ層２６０上に形成された背面電極層２７０をさらに含む。前記背面電極層２７０は、前記第１貫通ホールＰ１ｂの残部を充填して前記第１貫通ホールＰ１ｂの第２面２８２と、前記第２面２８２に隣接する基板２１０の上面２１０ａを覆うように形成されてもよい。したがって、前記背面電極層２７０は、前記第１貫通ホールＰ１ｂ内の（残存する）空間内を充填するため、前記第１貫通ホールＰ１ｂには、絶縁バリア２５０及び背面電極層２７０の両方が形成される。
【００８７】
図７を参照すると、本実施例に係る太陽電池での電流は、まず、絶縁バリア２５０を挟み互いに隣り合う後面電極層２２０において前方に位置する後面電極層２２０から光吸収層２４０及びバッファ層２６０の層を通過し、背面電極層２７０に流れる。次に、前記電流は、第１貫通ホールＰ１ｂに形成された背面電極層２７０を介して、互いに隣り合う後面電極層２２０において後方に位置する後面電極層２２０に流れることができる。つまり、本実施例では、第１貫通ホールＰ１ｂの第１面２８１に形成された絶縁バリア２５０によって、互いに隣り合う後面電極層２２０の間の直接の接続を防止し、絶縁を確保することができる。また、本実施例では、同時に前記第１貫通ホールＰ１ｂの第２面２８２に形成された背面電極層２７０は、バッファ層２６０上に形成された背面電極層２７０と接続されるため、互いに隣り合う後面電極層２２０の間の光吸収層２６０等を介した電流の流れは切断せずに接続することができる。
【００８８】
本実施例に係る太陽電池は、光吸収層２６０まで形成した後、かつパターニング前に基板２１０内に含有されるアルカリ元素を光吸収層２６０に拡散させることができる。したがって、光吸収層２６０の性能に影響を及ぼすアルカリ元素が、前記光吸収層２６０内に均一に分布することができる。また、本実施例に係る太陽電池は、第１および第３貫通ホールＰ１ｂ、Ｐ３ｂを２回のパターニングのみで形成することにより電流の流れが可能になる。したがって、パターニングを１回省略することにより、工程の効率を向上させることができる。さらに、太陽電池内において発電に寄与しない貫通ホールを一部省略することによって、太陽電池の効率をより大きくすることができる。
【００８９】
図８は、本発明のさらに他の実施例に係る太陽電池の断面図であり、図９は、図８の太陽電池の絶縁バリアが形成される前の段階を示した説明図である。図８を参照すると、本実施例に係る太陽電池３００は、アルカリ元素を含有する基板３１０、前記基板３１０上に順次形成された後面電極層３２０、合金層３３０、光吸収層３４０、バッファ層３６０、及び背面電極層３７０を含むことができる。また、本実施例に係る太陽電池３００は、バッファ層３６０から後面電極層３２０までを貫通して形成された第１貫通ホールＰ１ｃと、前記第１貫通ホールＰ１ｃから離隔されて背面電極層３７０から合金層３３０までを貫通して形成された第３貫通ホールＰ３ｃとを含むことができる。
【００９０】
ここで、前記太陽電池３００は、光吸収層３４０まで形成した後、加熱によってアルカリ元素を前記光吸収層３４０内に拡散させることができる。この時、前記太陽電池３００は、第１貫通ホールＰ１ｃおよび第３貫通ホールＰ３ｃを形成する前にアルカリ元素を拡散させることができるため、前記アルカリ元素の拡散速度を均一にすることができる。したがって、本実施例に係る太陽電池３００は、光吸収層３４０内のアルカリ元素を均一に含有させることができる。
【００９１】
また、前記第１貫通ホールＰ１ｃの内壁の少なくとも一部は、傾斜するように形成されることができる。例えば、前記第１貫通ホールＰ１ｃは、前記バッファ層３６０から後面電極層３２０に向かう方向に幅が狭くなるように形成されて、断面が台形となるように形成されることができる。前記第１貫通ホールＰ１ｃは、第１方向（前記基板３１０に対して平行な方向）へ順次形成される。前記第１貫通ホールＰ１ｃは、互いに対面する第１面３８１及び第２面３８２を含むが、このとき、前記第１面３８１及び第２面３８２は、それぞれ傾斜するように形成されることができる。なお、前記第２面３８２は、前記第３貫通ホールＰ３ｃ側に形成され、前記絶縁バリア３５０は、前記第１面３８１と、前記第１面３８１と隣接する基板３１０の一部とを覆うことができる。
【００９２】
例えば、前記第１貫通ホールＰ１ｃの第１または第２面３８１、３８２は、前記基板３１０に対して３０°〜６０°の傾斜角αを持つように形成することができる。前記第１貫通ホールＰ１ｃの第１面３８１および第２面３８２を上記傾斜角で傾斜するように形成することによって、界面間の接触面積を増加させることができるため、電流の移動効率を向上させることができる。
【００９３】
一方、前記傾斜角αが３０°未満の場合には、光吸収層３４０が除去される量が増加し、光吸収量が減少するため発電量が低下しうる。また、前記傾斜角αが６０°を超える場合には、傾斜によって増大する接触面積の増加効果がかなり小さくなってしまう。
【００９４】
ここで、前記第１貫通ホールＰ１ｃにおいて基板３１０に隣接する部分の幅である第１の長さｔ１は、前記バッファ層３６０の界面に平行な部分の幅である第２の長さｔ２に対して５０％であってもよい。
【００９５】
本実施例に係る太陽電池は、光吸収層３４０内のアルカリ元素の含量を均一にすることができ、また第１および第３貫通ホールＰ１ｃ、Ｐ３ｃのみをパターニングすることによって電流の流れを形成することが可能である。したがって、本実施例に係る太陽電池によれば、工程の効率を向上させ、かつ単位体積当たりの太陽電池の発電効率を向上させることができる。さらに、第１貫通ホールＰ１ｃの内壁を傾斜するように形成することによって、電流の効率をさらに向上させることができる。
【００９６】
以上にて、本発明の最も好ましい実施の形態について説明したが、本発明は、上記で記載した例示に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲に記載された内容、または明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能なのは言うまでもなく、このような変形や変更が、本発明の範囲に含まれることも言うまでもない。
【符号の説明】
【００９７】
１００、２００、３００    太陽電池
１１０、２１０、３１０    基板
１２０、２２０、３２０    後面電極層
１３０、２３０、３３０    合金層
１４０、２４０、３４０    光吸収層
１５０、２５０、３５０    絶縁バリア
Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃ    第１貫通ホール
【図１】
2014096587.tif 000003
【図２Ａ】
2014096587.tif 000004
【図２Ｂ】
2014096587.tif 000005
【図３Ａ】
2014096587.tif 000006
【図３Ｂ】
2014096587.tif 000007
【図３Ｃ】
2014096587.tif 000008
【図３Ｄ】
2014096587.tif 000009
【図４】
2014096587.tif 000010
【図５】
2014096587.tif 000011
【図６Ａ】
2014096587.tif 000012
【図６Ｂ】
2014096587.tif 000013
【図６Ｃ】
2014096587.tif 000014
【図７】
2014096587.tif 000015
【図８】
2014096587.tif 000016
【図９】
2014096587.tif 000017