KR20120069974A - Photoelectric element and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광전소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 광에너지를 전기에너지로 변환하는 광전소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optoelectronic device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an optoelectronic device for converting light energy into electrical energy and a method for manufacturing the same.
광전소자는 p-n 접합으로 이루어진 반도체소자의 일종으로, 전기에너지를 광에너지로 변환하는 발광 다이오드와, 광을 흡수하여 전기에너지로 변환하는 태양전지 등을 포함한다. 특히 태양전지는 전기에너지를 생성함에 있어서 공해를 일으키지 않으므로, 지구온난화의 원인인 이산화탄소를 발생시키는 석탄, 석유, 천연가스 등의 화석연료를 대체할 차세대 친환경 재생에너지 중 하나로 지목되고 있다. The optoelectronic device is a kind of semiconductor device having a p-n junction, and includes a light emitting diode that converts electrical energy into optical energy, a solar cell that absorbs light, and converts the electrical energy into electrical energy. In particular, since solar cells do not cause pollution in generating electrical energy, they are designated as one of the next-generation eco-friendly renewable energy to replace fossil fuels such as coal, oil, and natural gas, which generate carbon dioxide, which is a cause of global warming.
태양전지는 광전효과를 이용하여 광에너지를 전기에너지로 변환하는 소자이다. 여기서, 광전효과는 밴드갭에너지 이상으로 흡수된 광에너지에 의해 전자-정공쌍(electron hole pairs)이 발생되고 이때 전자와 정공이 서로 반대방향으로 이동함에 따라 광기전력이 발생되는 효과(이하, 광전효과라 지칭함)를 의미한다.Solar cells are devices that convert light energy into electrical energy using the photoelectric effect. Here, the photoelectric effect is an electron-hole pairs are generated by the light energy absorbed above the bandgap energy, and the photovoltaic power is generated as the electrons and holes move in opposite directions (hereinafter, referred to as photoelectricity). Refers to an effect).
이러한 태양전지는 광전층으로 선택되는 물질에 따라, 실리콘 태양전지, CdTe 태양전지(CdTe: Cadmium Telluride, 카드뮴, 텔루라이드 화합물), CIGS/CIS 태양전지(CIGS: Copper-Indium-Gallum-Selenide, 구리-인듐-갈륨-셀레늄 화합물, CIS: Copper-Indium-Selenide), 염료감응 태양전지로 구분된다. Such solar cells are silicon solar cells, CdTe solar cells (CdTe: Cadmium Telluride, cadmium, telluride compounds), CIGS / CIS solar cells (CIGS: Copper-Indium-Gallum-Selenide, copper) Indium-gallium-selenium compounds, CIS: Copper-Indium-Selenide, and dye-sensitized solar cells.
이 중 CIGS/CIS 태양전지는 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄 화합물/구리, 인듐, 셀레늄 화합물로 광전층을 형성한 것으로, 최근 공급 부족에 따라 가격이 급등한 인듐을 포함하고 있어 생산원가에 의해 수율이 감소되는 문제점이 있다. CdTe 태양전지는 카드뮴, 텔루라이드 화합물로 광전층을 형성한 것으로, 희소 원료이면서 공해를 유발하는 카드뮴을 포함하고 있어 대량생산에 용이하지 않고 공해성을 갖는 문제점이 있다. 염료감응 태양전지는 나노스케일의 입자 표면에 결합된 염료(DYE) 및 전해질(electrolyte)을 이용하여 광전층을 형성한 것이다. 그리고, 실리콘 태양전지는, 실리콘 태양전지는 비정질 실리콘(Amorphous Silicon)으로 광전층을 형성한 것으로, 용이하게 취득될 수 있고 인체유해성이 없는 실리콘을 기반으로 하고 있어, 차세대 태양전지로 각광받고 있다. Among them, CIGS / CIS solar cell is a photoelectric layer formed of copper, indium, gallium, selenium compound / copper, indium, selenium compound, and contains indium, which has increased in price due to the recent shortage of supply. There is a problem that is reduced. CdTe solar cell is a photoelectric layer formed of a cadmium, telluride compound, containing a rare raw material and causing cadmium, there is a problem that is not easy to mass production and has pollution. Dye-sensitized solar cells form a photoelectric layer using a dye (DYE) and an electrolyte (electrolyte) bonded to the nanoscale particle surface. In addition, the silicon solar cell is a photovoltaic layer formed of amorphous silicon (Amorphous Silicon), and can be easily obtained and is based on silicon that is not harmful to humans, and thus has been in the spotlight as the next generation solar cell.
실리콘 태양전지는 결정질 실리콘으로 형성되는 광전층을 포함하는 1세대와, 비정질 실리콘(amorphous-Si) 또는 마이크로 크리스탈 실리콘(micro c-Si)으로 형성되는 광전층을 포함하는 2세대로 구분될 수 있다.Silicon solar cells may be classified into a first generation including a photoelectric layer formed of crystalline silicon and a second generation including a photoelectric layer formed of amorphous silicon (amorphous-Si) or micro crystalline silicon (micro c-Si). .
1세대 실리콘 태양전지는 넓은 파장영역의 광을 흡수할 수 있어, 현재까지 개발된 태양전지 중 가장 높은 광전변환효율(여기서, "광전변환효율"은 박막태양전지에 의해 입사된 광에너지가 전기에너지로 변환되는 비율을 의미함)을 나타내므로, 널리 이용되고 있다. 그러나, 1세대 실리콘 태양전지는 고가의 웨이퍼(wafer)를 이용하여 제조되기 때문에, 높은 제조비용으로 인해 수율이 낮은 단점이 있다. First-generation silicon solar cells can absorb light in a wide wavelength range, so the highest photoelectric conversion efficiency (here, "photoelectric conversion efficiency") of the solar cells developed so far is that the light energy incident by the thin film solar cell is electric energy. It means that the ratio is converted to), so it is widely used. However, since the first generation silicon solar cells are manufactured using expensive wafers, the yield is low due to high manufacturing costs.
반면, 2세대 태양전지인 박막태양전지는 고가의 웨이퍼 대신, 저가의 유리, 금속판 또는 플라스틱 등으로 이루어진 기판을 이용하여, 1세대 태양전지보다 제조비용이 낮고 제조공정이 용이하므로 대량생산에 적합한 장점이 있다. On the other hand, the thin film solar cell, the second generation solar cell, has a lower manufacturing cost and easier manufacturing process than the first generation solar cell using a substrate made of low-cost glass, metal plate, or plastic instead of expensive wafer, which is suitable for mass production. There is this.
그러나, 박막태양전지의 광전층은 수 ㎛ 두께의 박막 형태로 이루어져서, 광포획율(여기서, "광포획율"은 입사된 광이 광전층에 흡수되는 비율을 의미함)이 낮은 단점이 있다. 또한, 광전층이 비정질실리콘 또는 마이크로 결정질 실리콘 등으로 형성되어 결정질 실리콘보다 많은 결정결함을 포함함에 따라, 낮은 전하이동도에 의해 전자 및 정공이 이송 중에 소실되는 양이 증가하는 단점이 있다. 이러한 단점들로 인해, 종래의 박막태양전지는 광전변환효율을 향상시키기 어려운 문제점이 있다.However, since the photoelectric layer of the thin film solar cell is formed in the form of a thin film having a thickness of several μm, the light capture rate (here, “light capture rate” means a rate at which incident light is absorbed in the photoelectric layer) has a disadvantage. In addition, as the photoelectric layer is formed of amorphous silicon, microcrystalline silicon, or the like and includes more crystal defects than crystalline silicon, the amount of electrons and holes lost during transport due to low charge mobility increases. Due to these disadvantages, the conventional thin film solar cell has a problem that it is difficult to improve the photoelectric conversion efficiency.
본 발명은 광전변환효율을 향상시킬 수 있는 광전소자 및 그의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide an optoelectronic device and a manufacturing method thereof capable of improving the photoelectric conversion efficiency.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 투과성을 갖도록 마련되는 기판; 상기 기판 상에, 불규칙하게 배열되는 뾰족한 요철 형태로 패턴되는 상면을 갖는 요철층 및 상기 요철층 상에 복수의 렌즈 형태로 형성되는 완충층을 포함하고, 투과성 및 도전성을 갖도록 형성되는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 복수의 반도체층으로 형성되고, 상기 기판과 상기 제1 전극을 투과한 광을 흡수하여 전자-정공쌍을 생성하는 광전층; 및 상기 광전층 상에 도전성을 갖도록 형성되는 제2 전극을 포함하는 광전소자를 제공한다.In order to solve this problem, the present invention is a substrate provided to have a transparency; A first electrode on the substrate, the first electrode including a concave-convex layer having an upper surface patterned in an irregularly arranged concave-convex shape and a buffer layer formed in the form of a plurality of lenses on the concave-convex layer and having permeability and conductivity; A photoelectric layer formed of a plurality of semiconductor layers on the first electrode and absorbing light transmitted through the substrate and the first electrode to generate an electron-hole pair; And a second electrode formed on the photoelectric layer to have conductivity.
그리고, 본 발명은 불규칙하게 배열되는 뾰족한 요철 형태로 패턴되는 상면을 갖는 요철층과 상기 요철층 상에 복수의 렌즈 형태를 갖는 완충층을 포함하고, 투과성 및 도전성을 갖는 제1 전극을 기판 상에 형성하는 단계; 상기 제1 전극 상에 복수의 반도체층을 적층하여, 상기 기판과 상기 제1 전극을 투과한 광을 흡수하여 전자-정공쌍을 생성하는 광전층을 형성하는 단계; 및 상기 광전층 상에 도전성을 갖는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 광전소자의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention includes a concave-convex layer having an upper surface patterned in the form of irregular concave-convex and a buffer layer having a plurality of lens forms on the concave-convex layer, and forming a first electrode having permeability and conductivity on the substrate Making; Stacking a plurality of semiconductor layers on the first electrode to form a photoelectric layer absorbing light transmitted through the substrate and the first electrode to generate an electron-hole pair; And forming a conductive second electrode on the photoelectric layer.
본 발명에 따르면, 기판과 광전층 사이에 배치되는 제1 전극은 요철층과 완충층을 포함하는 구조로 형성된다. 여기서, 요철층은 기판 상에 투명도전성물질로 형성되고, 불규칙하게 배열되는 뾰족한 요철 형태로 패턴되는 상면을 포함한다. 그리고 완충층은 요철층 상에 복수의 렌즈 형태로 응집된 전도성고분자로 형성된다.According to the present invention, the first electrode disposed between the substrate and the photoelectric layer is formed in a structure including an uneven layer and a buffer layer. Here, the uneven layer is formed of a transparent conductive material on the substrate, and includes an upper surface that is patterned in the form of a sharp uneven irregular shape. The buffer layer is formed of conductive polymers aggregated in the form of a plurality of lenses on the uneven layer.
여기서, 요철층과 광전층 사이에 완충층이 배치됨에 따라, 뾰족한 요철 형태를 갖는 요철층의 상면이 아닌 완만한 렌즈 형태의 완충층 상에 광전층이 형성되므로, 뾰족한 요철 형태의 성장면으로 인한 광전층의 결정결함이 방지될 수 있다. 이와 같이 광전층 내의 결정결함이 감소됨에 따라, 광전층의 전하이동도가 향상될 수 있어, 이동 중에 소실되는 전하의 양이 감소될 수 있으므로, 광전변환효율이 향상될 수 있다.Here, as the buffer layer is disposed between the uneven layer and the photoelectric layer, the photoelectric layer is formed on the buffer layer in the form of a gentle lens instead of the upper surface of the uneven layer having the sharp uneven shape, and thus the photoelectric layer due to the sharp uneven growth surface. Decision defects can be prevented. As the crystal defects in the photoelectric layer are reduced in this way, the charge mobility of the photoelectric layer may be improved, and thus the amount of charge lost during the movement may be reduced, and thus the photoelectric conversion efficiency may be improved.
그리고, 요철층과 완충층 사이의 계면 및 완충층과 광전층 사이의 계면 각각이 요철형태로 이루어짐에 따라, 각 계면에서 광이 불규칙하게 굴절 또는 산란될 수 있다. 그러므로, 광전층의 광포획량이 증가될 수 있어, 광전변환효율이 향상될 수 있다.As the interface between the uneven layer and the buffer layer and the interface between the buffer layer and the photoelectric layer each have an uneven shape, light may be irregularly refracted or scattered at each interface. Therefore, the light trapping amount of the photoelectric layer can be increased, and the photoelectric conversion efficiency can be improved.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광전소자를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 요철층의 상면을 나타낸 이미지이다.
도 3은 뾰족한 요철을 포함하는 성장면 상에 성장된 반도체물질의 결정결함을 나타낸 이미지이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 광전소자 내부의 광경로를 나타낸 것이다.
도 4b는 비교군의 광경로를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광전소자의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 도 5에 도시된 제1 전극을 형성하는 단계를 나타낸 순서도이다.
도 7a 내지 도 7f는 도 5 및 도 6에 도시된 광전소자의 제조방법을 나타낸 공정도이다.1 is a cross-sectional view showing an optoelectronic device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an image showing an upper surface of the uneven layer shown in FIG. 1.
3 is an image showing crystal defects of a semiconductor material grown on a growth surface including sharp unevenness.
4A illustrates an optical path inside an optoelectronic device according to an embodiment of the present invention.
Figure 4b shows the light path of the comparison group.
5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an optoelectronic device according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a step of forming the first electrode illustrated in FIG. 5.
7A to 7F are process diagrams illustrating a method of manufacturing the optoelectronic devices shown in FIGS. 5 and 6.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 광전소자 및 그의 제조방법에 대하여, 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an optoelectronic device and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광전소자(100)는 투과성을 갖도록 마련되는 기판(110), 기판(110) 상에 투과성 및 도전성을 갖도록 형성되는 제1 전극(120), 제1 전극(120) 상에 복수의 반도체층으로 형성되고, 기판(110)과 제1 전극(120)을 투과한 광을 흡수하여 전자-정공쌍을 생성하는 광전층(130) 및 광전층(130) 상에 도전성을 갖도록 형성되는 제2 전극(140)을 포함한다. (여기서, "상부" 또는 "~ 상에"는 도 1에서 하부 또는 하측으로 도시됨) As shown in FIG. 1, the
기판(110)은 광을 투과하는 투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 마련되며, 필름 등과 같이 유연성 및 투과성을 갖는 재료로 마련될 수도 있다.The
제1 전극(120)은 광(LIGHT)이 투과될 수 있고 광전층(130)에서 생성된 정공 또는 전자의 이동경로가 될 수 있도록, 투과성 및 도전성을 갖는 물질로 형성된다. The
그리고, 제1 전극(120)은 불규칙하게 배열되는 뾰족한 요철형태로 패턴되는 상면을 갖는 요철층(121) 및 요철층(121) 상에 복수의 렌즈 형태로 형성되는 완충층(122)을 포함한다. 이에 대해서는, 이하에서 상세히 설명하기로 한다.In addition, the
광전층(130)은 제1 전극(120) 상에 수 ㎛ 내지 500㎛ 두께의 박막으로 형성된다. 그리고, 광전층(130)은 p-형 반도체와 n-형 반도체가 접합된 구조(이하, "p-n 접합"으로 지칭함) 또는 p-형 반도체와 n-형 반도체 사이에 i-형 반도체가 끼워진 구조(이하, "p-i-n 접합"으로 지칭함)를 하나 이상 포함하는 복수의 반도체층으로 이루어진다. The
예를 들어, 광전층(130)은 하나의 p-i-n 접합으로 이루어진 형태("싱글(single) 구조"로도 지칭함), 두 개의 p-i-n 접합이 적층된 형태("텐덤(tandem) 구조"로도 지칭함) 또는 세 개의 p-i-n 접합이 적층된 형태("트리플(triple)구조"로도 지칭함)로 형성될 수 있다. 여기서, 적어도 하나의 p-i-n 접합은 서로 다른 파장영역의 광을 흡수하도록 형성될 수 있다. 이때, 광전층(130)을 구성하는 p-i-n 접합의 개수가 증가될수록, 광전층(130)이 흡수하는 광의 파장영역이 넓어질 수 있어, 광전변환효율의 향상에 기여할 수 있다. For example,
광전층(130)은 비정질 실리콘(a-Si: amorphous Silicon), 비정질 실리콘-게르마늄(a-Si:Ge) 및 마이크로 결정질 실리콘(uc-Si: micro crystalline Silicon) 중 적어도 하나로 형성된다. 예를 들어, 텐덤구조의 광전층(130)에 있어서, 두 개의 p-i-n 접합 중 하나는 400㎚ - 600㎚ 파장영역의 광에 민감한 비정질 실리콘(a-Si)으로 형성하고, 다른 하나는 700㎚ - 800㎚ 파장영역의 광에 민감한 마이크로결정질 실리콘(uc-Si)으로 형성할 수 있다.The
그리고, 도 1에 상세히 도시되어 있지 않으나, 광전층(130)을 구성하는 복수의 반도체층 중 적어도 일부는, 제1 전극(120)의 완충층(122) 상면의 요철형태가 전사되어, 완충층(122)보다 완만한 요철 형태로 패턴되는 상면을 가질 수 있다.Although not shown in detail in FIG. 1, at least a portion of the plurality of semiconductor layers constituting the
제2 전극(140)은 도전성을 갖도록 형성된다. 즉, 제2 전극(140)은 제1 전극(120)과 마찬가지로 투명도전성물질로 형성될 수 있고, 또는 도전성 및 반사성을 갖는 금속(metal)로 형성될 수도 있다. The
제2 전극(140)이 제1 전극(120)과 같이 투명도전성물질로 형성되는 경우, 도 1에 상세히 도시되어 있지 않으나, 광전소자(100)는 제2 전극(140) 상에 반사성을 갖는 금속으로 형성되는 반사층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 또는, 광전층(130)과 제2 전극(140) 사이의 굴절율 차이에 의해, 광전층(130)을 투과한 광이 다시 광전층(130)으로 반사될 수도 있다.When the
이와 같이, 반사성을 갖도록 형성되는 제2 전극(140) 또는 제2 전극(140) 상에 반사성을 갖도록 형성되는 반사층(미도시) 또는 광전층(130)과 제2 전극(140) 사이의 굴절율 차이에 의해, 광전층(130)을 투과한 광이 반사되어, 다시 광전층(130)으로 입사됨에 따라, 광전층(130)의 광포획율이 증가될 수 있고, 그로 인해 광전변환효율이 향상될 수 있다.As such, a difference in refractive index between the
이어서, 본 발명의 실시예에 따른 제1 전극(120)에 대해 더욱 상세히 설명한다.Next, the
앞서 언급한 바와 같이, 제1 전극(120)은 요철층(121)과 완충층(122)을 포함한다.As mentioned above, the
도 2에 도시된 바와 같이, 요철층(121)은 균일하지 않은 크기 및 뾰족한 형태를 갖는 복수의 요철들이 불규칙 배열 또는 중첩되는 형태로 패턴되는 상면을 가진다. 그리고, 요철층(121)은 SnO2, ZnO, In2O3 및 TiO2 중 어느 하나의 금속산화물 및 상기 금속산화물에 F, Sn, Al, Fe, Ga 및 Nb 중 적어도 하나의 불순물이 도핑된 물질로 선택되어, 도전성 및 투과성을 갖는다. As shown in FIG. 2, the
그리고, 요철층(121)에 의한 광의 투과율 저하를 최소화하기 위하여, 요철층(121)은 기판(110)보다 높은 굴절율을 갖도록 형성될 수 있다. In addition, in order to minimize the decrease in transmittance of light by the
완충층(122)은 요철층(121) 상에 복수의 렌즈형태로 형성된다. 이때, 복수의 렌즈형태는 요철층(121)의 상부 방향으로 볼록한 반구 형태 또는 구 형태를 의미한다. 그리고, 복수의 렌즈형태는 규칙적으로 배열될 수 있고, 서로 중첩하도록 배열될 수도 있다. The
완충층(122)은 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene) 및 폴리설퍼니트리드(poly sulfur nitride) 중 어느 하나의 전도성고분자물질로 선택되어, 도전성 및 투과성을 갖는다. 이때, 완충층(122)은 액상 상태에서 도포된 전도성고분자물질을 가열하여 복수의 렌즈형태로 응집시켜서 형성된다. 또는, 완충층(122)은 마스크를 이용한 노광공정을 이용하여 도포된 전도성고분자물질을 복수의 렌즈형태로 패턴하여 형성될 수도 있다. The
그리고, 완충층(122)에 의한 광의 투과율 저하를 최소화하기 위하여, 완충층(122)은 요철층(121)보다 높고 광전층(130)보다 낮은 굴절율을 갖도록 형성될 수 있다.In addition, in order to minimize the decrease in transmittance of light by the
한편, 광전층(130)을 형성하기 위한 반도체물질의 성장면으로 뾰족한 요철형태를 갖는 요철층(121)의 상면을 이용하는 경우, 즉, 요철층(121) 상에 직접 반도체물질을 성장시키면, 요철층(121)의 뾰족한 요철 형태에 의해 반도체물질이 성장방향이 기판(110)에 비스듬해지고 각 영역별로 성장방향이 달라지게 된다. 이에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 뾰족한 요철 형태의 성장면에 성장된 반도체물질은 많은 결정결함을 포함하게 된다. 특히, 마이크로 결정질 실리콘(uc-Si)의 경우 성장면에 수직한 방향으로 성장되는데, 이때 요철층(121)과 같이, 성장면이 뾰족한 요철형태를 띄게 되면, 마이크로 결정질 실리콘이 요철의 사면에 수직한 방향으로 성장되면서 많은 결정결함이 발생하게 된다.On the other hand, when using the upper surface of the concave-
이러한 결정결함은 전하이동도(여기서, "전하이동도"는 정공 또는 전자가 이동하는 속도를 의미함)를 저하시켜서, 광전층(130)에서 생성된 전자 및 정공의 많은 양이 서로 다른 방향의 전극(120, 140)을 통해 외부로 이송되는 동안 소실되게 한다. 즉, 결정결함은 광전층(130)에서 생성된 전하들을 소실시켜서, 광전변환효율을 저하시키는 원인이 된다. These crystal defects lower the charge mobility (here, "charge mobility" means the speed at which holes or electrons move), so that a large amount of electrons and holes generated in the
그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 광전층(130)은, 요철층(121)의 상면이 아닌, 완만한 복수의 렌즈형이 배열되는 형태를 갖는 완충층(122) 상에 형성된다. 이에 따라, 광전층(130)은 뾰족한 영역을 포함하지 않는 완충층(122)의 상면에서 성장되는 반도체물질로 형성되므로, 광전층(130)에 발생되는 결정결함이 종래보다 감소될 수 있다. 그로 인해, 결정결함에 의한 광전층의 전기적특성 저하가 최소화될 수 있어, 광전변환효율이 향상될 수 있다.However, according to the exemplary embodiment of the present invention, the
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 전극(120)이 서로 다른 요철 형태를 띄는 요철층(121)과 완충층(122)의 적층구조로 이루어짐에 따라, 각 층간의 계면에서 광이 굴절 또는 산란된다. In addition, according to the embodiment of the present invention, as the
즉, 도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 기판(110)을 투과한 광(LIGHT)은 불규칙하게 배열되는 뾰족한 요철 형태로 패턴되는 요철층(121)의 상면에서 먼저 불규칙하게 굴절 또는 산란된 후, 다시 복수의 렌즈형태를 갖는 완충층(122)에서 불규칙하게 굴절 또는 산란된다. 그로 인해, 광이 광전층(130)으로 입사되는 면적이 증가되는 효과가 발생되어, 광전층(130)이 광을 포획할 수 있는 기회가 증가될 수 있다.That is, as shown in Figure 4a, according to an embodiment of the present invention, the light (LIGHT) transmitted through the
이에 반해, 도 4b에 도시된 바와 같이, 뾰족한 요철형태로 패턴되는 상면을 갖는 투명도전성물질로만 형성된 제1 전극(12)을 포함하는 비교군(10)의 경우, 기판(11)을 투과한 광(LIGHT)이 뾰족한 요철 형태를 갖는 제1 전극(12) 상면과 광전층(13) 사이의 계면에서만 굴절 또는 산란된다. In contrast, as shown in FIG. 4B, in the case of the
이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 광(LIGHT)이 광전층(120)으로 입사되기까지 요철층(121) 및 완충층(122)에 의해 2차례에 거쳐 굴절 또는 산란된다. 그러므로, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 전극(120)의 광산란율(Haze에 대응됨)이 비교군(10)의 제1 전극(12)보다 높아져서, 광전층(130)이 광을 포획할 수 있는 기회가 비교군(10)보다 높게 증가될 수 있고, 그로 인해, 광전변환효율이 향상될 수 있다.As described above, according to the exemplary embodiment of the present invention, the light LIGHT is refracted or scattered by two times by the
다음, 본 발명의 실시예에 따른 광전소자의 제조방법에 대하여 설명한다.Next, a method of manufacturing an optoelectronic device according to an embodiment of the present invention will be described.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광전소자의 제조방법은, 기판 상에 요철층과 완충층을 포함하는 제1 전극을 형성하는 단계(S100), 제1 전극 상에 광전층을 형성하는 단계(S110) 및 광전층 상에 제2 전극을 형성하는 단계(S120)를 포함한다.As shown in FIG. 5, in the method of manufacturing an optoelectronic device according to an embodiment of the present invention, forming a first electrode including an uneven layer and a buffer layer on a substrate (S100), and forming a photoelectric layer on the first electrode. Forming a second electrode on the photoelectric layer (S110);
그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 전극을 형성하는 단계(S100)는 기판 상에 투명도전성물질을 적층하여 제1 재료층을 형성하는 단계(S101), 제1 재료층의 상면을 불규칙하게 배열되는 뾰족한 요철 형태로 패턴하여 요철층을 형성하는 단계(S102), 요철층 상에 전도성고분자물질을 적층하여 제2 재료층을 형성하는 단계(S103) 및 제2 재료층을 복수의 렌즈 형태로 패턴하여 완충층을 형성하는 단계(S104)를 포함한다. And, as shown in Figure 6, the step of forming the first electrode (S100) is a step of forming a first material layer by laminating a transparent conductive material on a substrate (S101), irregular top surface of the first material layer Forming a concave-convex layer by patterning the concave-convex concave-convex shape (S102), laminating a conductive polymer material on the concave-convex layer to form a second material layer (S103), and forming the second material layer in the form of a plurality of lenses. Patterning to form a buffer layer (S104).
도 7a에 도시된 바와 같이, 투과성을 갖는 기판(110)을 마련하고, 기판(110) 상에 투명도전성물질을 적층하여 제1 재료층(121m)을 형성한다. (S101) 여기서, 제1 재료층(121m)은 SnO2, ZnO, In2O3 및 TiO2 중 어느 하나의 금속산화물 및 상기 금속산화물에 F, Sn, Al, Fe, Ga 및 Nb 중 적어도 하나의 불순물이 도핑된 물질로 선택된다. 그리고, 제1 재료층(121m)의 형성은 진공증착방식으로 실시될 수 있다.As shown in FIG. 7A, a
도 7b에 도시된 바와 같이, 제1 재료층(121m)의 상면을 불규칙하게 배열되는 뾰족한 요철 형태로 패턴하여 요철층(121)을 형성한다. (S102) 이때, 제1 재료층(121m)의 패턴은 이방성 식각 특성을 갖는 습식식각 공정으로 실시될 수 있다. As shown in FIG. 7B, the upper surface of the first material layer 121m is patterned in the form of pointed irregularities irregularly arranged to form the
이어서, 도 7c에 도시된 바와 같이, 요철층(121) 상에 전도성고분자물질을 적층하여 제2 재료층(122m)을 형성한다. (S103) 여기서, 제2 재료층(122m)은 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene) 및 폴리설퍼니트리드(poly sulfur nitride) 중 어느 하나의 전도성고분자물질로 선택된다. Subsequently, as illustrated in FIG. 7C, the conductive polymer material is stacked on the
그리고, 제2 재료층(122m)의 형성은, 액상의 전도성고분자물질을 도포하는 방식으로 실시될 수 있다. 이때, 전도성고분자물질의 도포는 스핀코팅(Spin Coating), 슬릿코팅(Slit Coating), 잉크젯프린팅(Ink Jet Printing) 및 인프린팅(In panel Printing) 중 어느 하나로 실시될 수 있다.The
다음, 도 7d에 도시된 바와 같이, 제2 재료층(122m)을 복수의 렌즈 형태로 패턴하여 완충층(122)을 형성함에 따라, 제1 전극(120)이 형성된다. (S104) 이때, 제2 재료층(122m)의 패턴은 마스크(200)를 이용한 노광공정으로 실시될 수 있다. Next, as shown in FIG. 7D, as the
또는, 별도로 도시되어 있지 않으나, 제2 재료층(122m)의 패턴은 가열을 통해 액상의 전도성고분자물질을 응집시켜 실시될 수도 있다. Alternatively, although not separately illustrated, the pattern of the
이어서, 도 7e에 도시된 바와 같이, 제1 전극(120) 상에 복수의 반도체층을 적층하여 광전층(130)을 형성하고(S110), 도 7f에 도시된 바와 같이, 광전층(130) 상에 도전성을 갖는 제2 전극(140)을 형성한다. (S120) Subsequently, as illustrated in FIG. 7E, a plurality of semiconductor layers are stacked on the
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes may be made without departing from the technical spirit of the present invention.
100: 광전소자 110: 기판
120: 제1 전극 121: 요철층
122: 완충층 130: 광전층
140: 제2 전극 200: 마스크100: photoelectric device 110: substrate
120: first electrode 121: uneven layer
122: buffer layer 130: photoelectric layer
140: second electrode 200: mask
Claims (11)
상기 기판 상에, 불규칙하게 배열되는 뾰족한 요철 형태로 패턴되는 상면을 갖는 요철층 및 상기 요철층 상에 복수의 렌즈 형태로 형성되는 완충층을 포함하고, 투과성 및 도전성을 갖도록 형성되는 제1 전극;
상기 제1 전극 상에 복수의 반도체층으로 형성되고, 상기 기판과 상기 제1 전극을 투과한 광을 흡수하여 전자-정공쌍을 생성하는 광전층; 및
상기 광전층 상에 도전성을 갖도록 형성되는 제2 전극을 포함하는 광전소자.A substrate provided to have transparency;
A first electrode on the substrate, the first electrode including a concave-convex layer having an upper surface patterned in an irregularly arranged concave-convex shape and a buffer layer formed in the form of a plurality of lenses on the concave-convex layer and having permeability and conductivity;
A photoelectric layer formed of a plurality of semiconductor layers on the first electrode and absorbing light transmitted through the substrate and the first electrode to generate an electron-hole pair; And
And a second electrode formed to have conductivity on the photoelectric layer.
상기 제1 전극 상에 복수의 반도체층을 적층하여, 상기 기판과 상기 제1 전극을 투과한 광을 흡수하여 전자-정공쌍을 생성하는 광전층을 형성하는 단계; 및
상기 광전층 상에 도전성을 갖는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 광전소자의 제조방법.Forming a first electrode having a permeability and a conductive layer having a plurality of lens shapes on the concave-convex layer having an upper surface patterned in an irregularly arranged sharp concave-convex shape, and having permeability and conductivity on the substrate;
Stacking a plurality of semiconductor layers on the first electrode to form a photoelectric layer absorbing light transmitted through the substrate and the first electrode to generate an electron-hole pair; And
Forming a conductive second electrode on the photoelectric layer.
상기 제1 전극을 형성하는 단계는,
상기 기판 상에 투명도전성물질을 적층하여 제1 재료층을 형성하는 단계;
상기 제1 재료층의 상면을 불규칙하게 배열되는 뾰족한 요철 형태로 패턴하여, 상기 요철층을 형성하는 단계;
상기 요철층 상에 전도성고분자물질을 적층하여 제2 재료층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 재료층을 복수의 렌즈 형태로 패턴하여, 상기 완충층을 형성하는 단계를 포함하는 광전소자의 제조방법.The method of claim 6,
Forming the first electrode,
Stacking a transparent conductive material on the substrate to form a first material layer;
Patterning the upper surface of the first material layer in the form of pointed irregularities irregularly arranged to form the irregularities layer;
Stacking a conductive polymer material on the uneven layer to form a second material layer; And
Patterning the second material layer in the form of a plurality of lenses to form the buffer layer.
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