KR100322709B1 - 자체전압인가형태양전지및그태양전지를채용한모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자체전압인가형 태양전지 및 그 태양전지를 채용한 모듈에 관한 것으로서, 반도체 기판과, 절연층을 통하여 상기 반도체 기판내에 형성된 하나이상의 홈(groove)에 전도성 금속을 도금하여 형성한 전면전극과 후면전극이 구비되어 있고, 상기 반도체 기판 후면의 절연층 상부에 전도성 전압인가 물질층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자체전압인가형 태양전지 및 그 태양전지를 채용한 모듈이 개시되어 있다. 본 발명에 의하면, 종래의 방법보다 BSF 형성에 따른 캐리어들의 재결합 손실이 감소하고 개방전압 및 장파장에서의 양자효율이 증가되는 효과가 우수하며, 이로써 전지의 변화효율이 매우 향상된다.
Description
본 발명은 자체전압인가형 태양전지 및 그 태양전지를 채용한 모듈에 관한 것으로서, 상세하기로는 전지 후면에서의 캐리어 재결합 손실이 적고 개방전압 및 장파장부근에서의 양자효율이 증가됨으로써 변환효율이 향상된 자체전압인가형 태양전지 및 그 태양전지를 채용한 모듈에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 광 기전력 효과를 이용한 것으로서, p형 반도체와 n형 반도체를 조합하여 만든다. p형 반도체와 n형 반도체가 접한 부분(pn 접합부)에 빛이 들어오면, 빛 에너지에 의하여 반도체 내부에서 마이너스의 전하(전자)와 플러스의 전하(정공)가 발생한다.
일반적으로 반도체에 밴드 갭 에너지 이하의 빛이 들어가면 반도체내의 전자들과 약하게 상호작용하고, 밴드 갭이상의 빛이 들어가면 공유결합내의 전자를 여기시켜 캐리어(carrier)(전자 또는 정공)를 생성한다.
빛에 의하여 형성된 캐리어들은 재결합과정을 통하여 정상상태로 돌아온다. 캐리어들이 생성된 후 정상상태로 돌아오는데 소요되는 시간을 캐리어 수명(carrier lifetime)이라고 한다.
빛에너지에 의해 발생된 전자와 정공은 내부의 전계에 의하여 각각 n형 반도체측과 p형 반도체측으로 이동하여 양쪽의 전극부에 모아진다.
이러한 두 개의 전극을 도선으로 연결하면 전류가 흐르고 외부에서 전력으로 이용할 수 있게 된다.
일반적으로 광흡수층 전체에 전계를 가하면 빛에 의해 여기된 캐리어들의 수명이 증가된다. 광흡수층에서의 전계는 벌크 영역에서의 도핑 프로파일(doping profile)을 조절함으로서 형성시킬 수 있는데, 이 방법은 실리콘을 성장시키면서 도펀트(dopant)량을 조절할 수 있는 경우는 적용될 수 있지만, 기존의 반도체 기판을 이용하여 태양전지를 제조하는 경우에는 적용하기가 매우 어렵다.
통상적으로 전계 효과는 전지의 후면보다는 p-n 접합쪽으로 갈수록 그 효과가 더 클 것으로 기대되며, 후면전계(Back Surface Field, 이하 BSF)는 전극 후면에 도펀트(dopant)를 확산시켜서 형성한다. 전지의 후면에 전계가 형성되면 빛에 의해 여기된 캐리어들을 반사시켜서 재결합 손실을 줄이고 개방전압 및 장파장에서의 양자효율을 증가시킬 수 있다.
함몰전극형 태양전지(Buried Contact Solar Cell, 이하 BCSC)는 제1도에 도시된 바와 같은 구조를 가지며, 그 제조과정에서 일반적으로 전지의 후면에 전계를 형성하기 위하여 알루미늄을 증착한 후 소결하여 후면전극 (5)를 형성한다. 여기에서 (1)은 반도체 기판 상부 표면, (2)는 전면전극, (3)은 홈(groove), (4)는 반도체 기판을 나타낸다.
상기와 같이 BSF를 형성하는 경우, 알루미늄 소결시 장시간동안 고온에서 열처리하므로 알루미늄이 고용체를 형성하면서 후면부분의 실리콘이 심한 손상을 입기 때문에 이로 인하여 후면에서의 캐리어들이 재결합되어 그 손실이 매우 크다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여 후면에도 홈을 형성하여 전극을 형성하고 나머지 부분을 인으로 도핑하여 플로팅 접합(floating junction)을 형성함으로써 전지 후면에서의 캐리어들의 재결합을 감소시키고자 하였다. 이를 적용한 전지가 양면 함몰전극형 태양전지(Bifacial Buried Contact Solar Cell, 이하 BBCSC)이다.
제2도에는 상기 BBCSC의 구조가 도시되어 있는데, 후면전극 (5)와 플로팅 접합(floating junction) (6)의 단락 경로(shunt path)가 생겨서 후면전계 형성에 따른 효과가 기대한 만큼 크지 못했다.
상기에서 살펴 본 바와 같이, 종래의 BCSC, BBCSC 등에서의 BSF층이나 플로팅 접합은 기대한 만큼의 효과를 나타내지 못했다.
그러므로 상기 문제점을 해결하여 본 발명의 목적은 전지 후면에서의 캐리어 재결합 손실이 적고 개방전압 및 장파장부근에서의 양자효율이 증가됨으로써 변환효율이 향상된 자체전압인가형 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 자체전압인가형 태양전지를 채용한 모듈을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 반도체 기판과, 절연층을 통하여 상기 반도체 기판내에 형성된 하나이상의 홈(groove)에 전도성 금속을 도금하여 형성한 전면전극과 후면전극이 구비되어 있고, 상기 반도체 기판 후면의 절연층 상부에 전도성 전압인가 물질층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자체전압인가형 태양전지가 제공된다.
상기 전도성 전압인가 물질층은 알루미늄, 구리, 은, 티타늄, 팔라듐, 철 등의 전도성 금속 및 그 산화물과, 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO2), 산화인듐틴(ITO) 등의 전도성 투명산화물중에서 선택된 물질로 이루어져 있다.
상기 전면전극과 후면전극을 형성하는 전도성 금속은 니켈, 구리, 은중에서 선택된다.
본 발명의 다른 목적은 유리판, 에틸비닐아세테이트 공중합체판, 태양전지, 절연체판, 에틸비닐아세테이트 공중합체판 및 테들러가 순차적으로 구비되어 있는 태양전지 모듈에 있어서,
상기 태양전지가 본 발명의 자체전압인가형 태양전지인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈을 제공함으로서 달성된다.
상기 절연판과 에틸비닐아세테이트 공중합체판사이에는 금속판이 있어서, 모듈에서 나오는 전압 또는 외부전압을 걸어서 전계를 형성시킬 수 있다.
본 발명의 자체 전압인가형 태양전지를 제3도를 참조로 하여 설명하면 다음과 같다.
피라미드 구조가 형성된 반도체 기판 (4)의 전면 (2)에는 산화막을 통하여 반도체 기판내에 형성된 하나이상의 홈(3)에 전도성 금속을 도금하여 형성한 전면 전극 (2)가 형성되어 있다.
평탄화된 표면구조를 갖는 반도체 기판 (4) 후면에는 전면에서와 마찬가지로 절연층 (8)을 통하여 형성된 하나이상의 홈에 전도성 금속을 도금하여 형성한 후면전극 (5)가 형성되어 있다. 절연층 (8) 상부에는 전도성 전압인가 물질층 (7)이 코팅되어 있다.
제3도에 도시된 바와 같이 전지 후면에 절연층인 양질의 실리콘 산화물층을 입히고 그 위에 알루미늄, 구리, 은 등의 전도성 금속 또는 후면에 입사되는 빛을 이용하고자 하는 경우에는 산화주석, 산화아연, 인듐틴 산화물과 같은 전도성 투명산화물을 코팅하여 전도성 전압인가 물질층 (9)를 형성하고 태양전지 작동시 발생된 전압을 걸어주면 p형 부분에 정공이 축적됨으로써 BSF를 형성할 수 있다. 가하는 전압이 약한 경우에는 태양전지를 직렬로 연결하여 전압을 증가시키면서 후면에 전계를 걸어주면 된다.
제4도는 본 발명의 태양전지를 채용한 모듈의 구조를 나타낸 도면으로서, 전지의 후면에 금속이나 기타 전도성판을 부착하여 모듈에서 나오는 전압 또는 외부전압을 걸어줌으로써 전지의 후면에 전계를 가하는 것이다. 여기에서 (11)은 유리판, (12)은 EVA판, (13)은 본 발명의 자체전압 인가형 태양전지, (14)은 EVA 또는 절연체판이고 (15)는 금속판 또는 기타 전도성판, (16)은 테들러를 나타낸다.
태양전지 모듈 제조시, 상기와 같이 전지의 후면에 전계를 걸어주면 전지 전체에 걸쳐서 캐리아들의 수명이 증가되는 효과가 있기 때문에 질이 낮은 실리콘 기판 또는 두께가 얇은 기판을 사용하여도 무방하다. 또한 태양전지 모듈 제조시 금속판을 사용함으로써 태양전지의 제조공정을 단순화시킬 수 있다.
제5도는 종래의 BCSC에서의 에너지대(帶) 도면(energy band diagram)이고, 제6도는 본 발명의 전지에서의 에너지대 도면을 나타낸 도면이다. 여기에서 (17)은 전도대, (18)은 페르미 준위, (19)는 가전자대, (20)은 전성에너지 준위이다.
상기 에너지대 도면을 비교검토한 결과, 본 발명의 전지를 사용한 경우가 종래의 BCSC보다 전지 후면에서의 캐리어의 손실이 감소됨을 알 수 있다.
본 발명에 의하면, 종래의 방법보다 BSF 형성에 따른 캐리어들의 재결합 손실이 감소하고 개방전압 및 장파장에서의 양자효율이 증가되는 효과가 증가하며, 이로써 전지의 변환효율이 매우 향상된다. 본 발명의 전지는 전지 후면에서의 캐리어들의 재결합으로 인한 손실이 후막형보다 더 큰 영향을 미칠 것으로 예상되는 박막형 태양전지에서 유용하게 사용될 수 있다.
제1도는 함몰전극형 태양전지의 구조를 나타낸 도면이고,
제2도는 양면 함몰전극형 태양전지의 구조를 나타낸 도면이고,
제3도는 본 발명의 자체전압인가형 태양전지의 구조를 나타낸 도면이고,
제4도는 본 발명의 자체전압인가형 태양전지를 채용한 모듈의 구조를 나타낸 도면이고,
제5도는 함몰전극형 태양전지의 에너지대 도면이고,
제6도는 본 발명의 자체전압인가형 태양전지의 에너지대 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 부호의 설명
1, 상부 표면 2. 전면전극
3. 홈 4. 반도체 기판
5. 후면전극 6. 플로팅 접합
7. 산화막 8. 절연층
9. 전도성 전압인가 물질층 10. 부하
11. 유리판
12. 에틸비닐아세테이트 공중합체(이하, EVA)판
13. 태양전지 14. EVA 또는 절연체판
15. 금속판 또는 기타 전도성판 16. 테들러(tedlar)
17. 전도대(Conduction band) 18. 페르미 준위(Fermi level)
19. 가(價)전자대(Valence band)
20. 진성 에너지 준위(Intrinsic energy level)
Claims (6)
- 반도체 기판과, 절연층을 통하여 상기 반도체 기판내에 형성된 하나이상의 홈(groove)에 전도성 금속을 도금하여 형성한 전면전극과 후면전극이 구비되어 있고, 상기 반도체 기판 후면의 절연층 상부에 전도성 전압인가 물질층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자체전압인가형 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 전도성 전압인가 물질층의 구성물질이 알루미늄, 구리, 은, 철, 티타늄, 팔라듐 및 그 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 자체전압인가형 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 전도성 전압인가 물질층의 구성물질이 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO2), 산화인듐틴(ITO)으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 자체전압인가형 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 전극을 형성하는 전도성 금속이 니켈, 구리, 은으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 자체전압인가형 태양전지.
- 유리판, 에틸비닐아세테이트 공중합체판, 태양전지, 절연체판, 에틸비닐아세테이트 공중합체판 및 테들러가 순차적으로 구비되어 있는 태양전지 모듈에 있어서,상기 태양전지가 제1항내지 제4항중 어느 한 항에 따른 자체전압인가형 태양전지인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
- 제5항에 있어서, 상기 절연판과 에틸비닐아세테이트 공중합체판사이에 금속판을 채용하고 있는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
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- 1995-10-16 KR KR1019950035666A patent/KR100322709B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR100680654B1 (ko) * | 2006-08-07 | 2007-02-08 | 해성쏠라(주) | 발광소자가 일체형으로 구비된 태양전지모듈 |
| KR20130122147A (ko) * | 2012-04-30 | 2013-11-07 | 주성엔지니어링(주) | 태양 전지 및 그 제조 방법 |
| KR101940074B1 (ko) | 2012-04-30 | 2019-04-10 | 주성엔지니어링(주) | 태양 전지 및 그 제조 방법 |
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