KR100996751B1 - Anti-reflection film formation method of solar cell - Google Patents
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Abstract
태양전지의 반사방지막 형성 방법에 관하여 개시한다. A method of forming an antireflection film of a solar cell is disclosed.
본 발명에 따른 태양전지의 반사방지막 형성 방법은 (a)태양전지의 수광부 표면에 절연체 조성물을 도포하는 단계; (b)모스아이 패턴(Moth-eye pattern)에 대응하는 반대패턴이 형성된 템플릿으로 상기 절연체 조성물을 압착한 상태에서 상기 절연체 조성물을 경화시켜, 상기 태양전지의 수광부 표면에 모스아이 패턴을 형성하는 단계; (c)상기 템플릿을 분리하는 단계; 및 (d)상기 태양전지의 수광부 표면에 형성된 모스아이 패턴을 어닐링(annealing)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. Method for forming an anti-reflection film of a solar cell according to the invention comprises the steps of (a) applying an insulator composition on the surface of the light receiving portion of the solar cell; (b) forming a moth eye pattern on the surface of the light receiving unit of the solar cell by curing the insulator composition in a state in which the insulator composition is pressed with a template having an opposite pattern corresponding to a moth-eye pattern. ; (c) separating the template; And (d) annealing the moth-eye pattern formed on the surface of the light receiving unit of the solar cell.
본 발명에 따른 태양전지의 반사방지막 형성 방법은 간단한 나노 임프린트 리소그래피 방법으로 태양전지의 표면에 모스아이 구조를 갖는 반사방지막을 형성할 수 있으며, 본 발명에 의해 제조된 반사방지막은 모스아이 패턴을 통하여 태양전지 표면에서의 빛의 반사를 감소시켜 광투과 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. The anti-reflection film forming method of the solar cell according to the present invention can form an anti-reflection film having a moth-eye structure on the surface of the solar cell by a simple nanoimprint lithography method, the anti-reflection film prepared by the present invention through a moth-eye pattern There is an advantage to increase the light transmission efficiency by reducing the reflection of light on the surface of the solar cell.
Description
본 발명은 태양전지의 광투과 효율을 높이기 위한 반사방지막(Anti Reflection Coating) 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노 임프린트 리소그래피(nano imprint lithography) 기술을 이용하여 태양전지의 표면에 수백 나노 사이즈의 모스아이 패턴(moth-eye pattern)을 갖는 반사방지막을 형성함으로써, 태양전지 표면 등에서의 반사를 최소한으로 줄일 수 있는 태양전지의 반사방지막 형성 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming an anti reflection coating for improving light transmission efficiency of a solar cell, and more specifically, to a surface of a solar cell using nano imprint lithography technology. By forming an anti-reflection film having a moth-eye pattern, the present invention relates to a method of forming an anti-reflection film of a solar cell that can minimize reflection on the solar cell surface or the like.
최근 석유나 석탄과 같은 화석 에너지 자원의 고갈이 예측되고, 환경에 대한 관심이 높아지면서 이들을 대체할 대체에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 무한하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목 받고 있다. Recently, the depletion of fossil energy resources such as petroleum and coal is predicted, and as interest in the environment increases, interest in alternative energy to replace them is increasing. Among them, solar cells are attracting attention because they have unlimited energy resources and no problems with environmental pollution.
태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시 키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양빛(photons)을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지가 있다. 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지를 의미하며, 본 발명 역시 태양광 전지(이하 태양전지라 한다)에 관한 것이다. Solar cells include solar cells that generate steam required to rotate turbines using solar heat, and solar cells that convert photons into electrical energy using properties of semiconductors. A solar cell generally means a solar cell, and the present invention also relates to a solar cell (hereinafter referred to as a solar cell).
태양전지의 효율 상승을 위하여, 최근에는 p-n접합에 의한 광기전력 효과(photovoltaic effect)를 최적화하여 효율 상승을 위한 다양한 방법이 개발되고 있다. 전자-홀 생성을 위한 p-n 접합 구조의 최적화 방법, 생성된 전자의 누설을 방지하기 위한 표면 패시베이션 방법, 전자수집효율 상승을 위한 전극형성방법의 최적화 방법, 전면 반사방지막 형성 방법 등 태양전지 효율 상승을 위하여 다각도의 연구가 진행되고 있다. In order to increase the efficiency of solar cells, recently, various methods for increasing efficiency by optimizing the photovoltaic effect by p-n junction have been developed. Increasing solar cell efficiency includes optimization of pn junction structure for electron-hole generation, surface passivation method to prevent leakage of generated electrons, optimization of electrode formation method to increase electron collection efficiency, and formation of front anti-reflection film. For this purpose, various studies are underway.
일반적으로 태양전지에서 광 포획량을 증가시키기 위하여 태양전지 표면에 반사방지막을 형성한다. 반사방지막을 형성하는 방법으로는, 화학기상증착(CVD) 방법을 이용하여 태양전지의 수광부 상에 질화실리콘(SiNx)을 증착하고, 플라즈마를 사용한 건식 식각법이나 습식 식각법으로 질화실리콘(SiNx)을 패터닝하여 반사방지막을 형성하는 방법을 대표적인 예로 들 수 있다. 건식 식각법과 습식 식각법 중에서, 태양전지의 낮은 제조 단가를 위해 주로 습식 식각법이 이용되고 있다. In general, an antireflection film is formed on the surface of the solar cell in order to increase the amount of light trapped in the solar cell. As a method of forming an anti-reflection film, silicon nitride (SiNx) is deposited on a light receiving unit of a solar cell using a chemical vapor deposition (CVD) method, and silicon nitride (SiNx) by dry etching or wet etching using plasma. A method of forming the anti-reflection film by patterning is a typical example. Among the dry etching method and the wet etching method, the wet etching method is mainly used for the low manufacturing cost of solar cells.
상기의 반사방지막 형성 방법들로 형성된 반사방지막은 패턴 폭이 상대적으로 넓어 600nm 파장의 영역에서만 투과율 상승을 나타내고 그 외의 파장대 영역은 변화가 없거나 오히려 더 낮은 투과율을 나타내는 문제점이 있다. The anti-reflection film formed by the above-described anti-reflection film formation methods has a problem that the pattern width is relatively wide, resulting in an increase in transmittance only in the region of 600 nm wavelength, and the other wavelength band shows no change or rather a low transmittance.
또한, 상기 CVD 방법에 의한 질화실리콘(SiNx) 증착은 인체에 유해한 화학물질을 사용하고, 시설비 및 유지비용이 높고 상대적으로 넓은 공간을 차지하는 단점 이 있다. 특히, 유해 화학물질의 사용은 청정에너지 개발을 위한 태양전지 개발 목표에 모순되며, 높은 공정비용은 낮은 생산원가를 지향하는 태양전지 생산 목표에 있어 가장 큰 문제점 중의 하나이다. In addition, silicon nitride (SiNx) deposition by the CVD method uses a chemical that is harmful to the human body, has a disadvantage of high facility cost and maintenance cost and occupy a relatively large space. In particular, the use of hazardous chemicals contradicts the goal of solar cell development for clean energy development, and high process cost is one of the biggest problems in the goal of solar cell production aiming at low production cost.
본 발명의 목적은 나노 임프린트 리소그래피 방법(nano imprint lithography)을 이용하여 태양전지의 수광부 표면에 모스아이 패턴(moth-eye pattern)을 갖는 반사방지막을 형성하는 방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a method for forming an anti-reflection film having a moth-eye pattern on the surface of the light receiving portion of the solar cell using nano imprint lithography.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법을 통하여 형성된 방사방지막을 포함하여, 모스아이 패턴에 의해 표면에서 반사를 줄이고, 광투과율을 높일 수 있는 태양전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a solar cell including a radiation prevention film formed through the above method, by reducing the reflection on the surface by the moth-eye pattern, and can increase the light transmittance.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지의 반사방지막 g형성 방법은 (a)태양전지의 수광부 표면에 절연체 조성물을 도포하는 단계; (b)모스아이 패턴(Moth-eye pattern)에 대응하는 반대패턴이 형성된 템플릿으로 상기 절연체 조성물을 압착한 상태에서 상기 절연체 조성물을 경화시켜, 상기 태양전지의 수광부 표면에 모스아이 패턴을 형성하는 단계; (c)상기 템플릿을 분리하는 단계; 및 (d)상기 태양전지의 수광부 표면에 형성된 모스아이 패턴을 어닐링(annealing)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. Method for forming an anti-reflection film g of a solar cell according to the present invention for achieving the above object is (a) applying an insulator composition on the surface of the light receiving portion of the solar cell; (b) forming a moth eye pattern on the surface of the light receiving unit of the solar cell by curing the insulator composition in a state in which the insulator composition is pressed with a template having an opposite pattern corresponding to a moth-eye pattern. ; (c) separating the template; And (d) annealing the moth-eye pattern formed on the surface of the light receiving unit of the solar cell.
본 발명에 따른 태양전지의 반사방지막 형성 방법은 간단한 나노 임프린트 리소그래피 공정을 이용하여 태양전지 표면에 모스아이 패턴을 갖는 반사방지막을 형성할 수 있으며, 본 발명에 의해 제조된 반사방지막은 모스아이 패턴에 의해 태양전지 표면에서의 빛의 반사를 감소시키고, 광투과 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. The anti-reflection film forming method of the solar cell according to the present invention can form an anti-reflection film having a moth-eye pattern on the surface of the solar cell using a simple nanoimprint lithography process, the anti-reflection film prepared by the present invention is a moth-eye pattern As a result, it is possible to reduce the reflection of light on the surface of the solar cell and to increase the light transmission efficiency.
또한, 종래 실리콘 기반의 식각 기술로 형성된 반사방지막은 600nm 파장 근처에서만 광투과 효율이 높았으나, 본 발명에 따른 태양전지의 반사방지막 형성 방법은 나노급의 모스아이 패턴을 형성하게 됨으로써 보다 넓은 파장대에서 투과율 상승 효과를 얻을 수 있다. In addition, the anti-reflection film formed by the conventional silicon-based etching technology has a high light transmittance only near the 600 nm wavelength, the anti-reflection film forming method of the solar cell according to the present invention forms a nano-scale MoS eye pattern in a wider wavelength range The transmittance | permeability synergistic effect can be acquired.
또한, 본 발명은 고분자 템플릿을 이용한 나노 임프린트 리소그래피 공정을 이용할 수 있으므로, 평면 형태의 태양전지 표면 뿐만 아니라 역 피라미드 구조 등의 3차원 구조의 태양전지 표면 상에서도 적용될 수 있는 장점이 있다. In addition, since the present invention can use a nanoimprint lithography process using a polymer template, there is an advantage that can be applied not only to the planar solar cell surface but also to the solar cell surface having a three-dimensional structure such as an inverted pyramid structure.
또한, 기존의 고비용 공정과는 달리, 매우 저렴하고 간단한 나노 임프린트 리소그래피 공정을 이용함으로써, 태양전지의 제조단가를 낮출 수 있으며, 친환경적인 공정을 통하여 태양전지 사용의 목적에 부합하는 장점이 있다. In addition, unlike the existing high cost process, by using a very inexpensive and simple nanoimprint lithography process, it is possible to lower the manufacturing cost of the solar cell, there is an advantage that meets the purpose of using the solar cell through an environmentally friendly process.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, only the present embodiments to make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지의 반사방지막 형성 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of forming an anti-reflection film of a solar cell according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
모스아이(Moth-eye) 효과는 1967년 C. G. Bernhard에 의해 처음 소개되었으며, 나방의 눈 등에 나타나는 저반사 효과를 일컫는다. 나방의 눈 표면은 수백 나노급의 미세 원뿔형 돌기로 덮여 있다. 이러한 구조는 점진적인 굴절률 변화를 야기하여, 반사의 기본 조건인 매질 굴절률의 급격한 변화를 방지함으로써 반사를 방지하게 된다. 이와 같은 모스아이 효과는, 오늘날 태양전지의 반사방지막 등에 널리 응용되고 있다. The Moth-eye effect was first introduced by C. G. Bernhard in 1967, and refers to the low-reflection effect on the eyes of moths. The moth's eye surface is covered with hundreds of nanoscale microconic bumps. Such a structure causes a gradual change in refractive index, thereby preventing reflection by preventing a sudden change in the refractive index of the medium, which is the basic condition of reflection. Such a moth-eye effect is widely applied to anti-reflection films of solar cells.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지의 반사방지막 형성 방법을 나타내는 순서도이고, 도 2는 도 1의 각 단계를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1에 도시된 각 단계를 설명함에 있어 도 2를 참조하기로 한다. 1 is a flowchart illustrating a method of forming an anti-reflection film of a solar cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 schematically illustrates each step of FIG. 1. In the description of each step illustrated in FIG. 1, reference will be made to FIG. 2.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 태양전지의 반사방지막 형성 방법은 절연체 조성물 도포 단계(S110), 모스아이 패턴 형성 단계(S120), 템플릿 분리 단계(S130) 및 어닐링 단계(S140)를 포함하여 이루어진다.Referring to Figure 1, the anti-reflection film forming method of the solar cell according to the present invention includes an insulator composition coating step (S110), Moss eye pattern forming step (S120), template separation step (S130) and annealing step (S140) Is done.
절연체 조성물 도포 단계(S110)에서는 태양전지의 수광부(210) 표면에 반사방지막 형성용 절연체 조성물(220)을 도포한다. In the insulator composition applying step (S110), an insulator composition for forming an antireflection film is coated on the surface of the
실리콘 기반의 태양전지 등에서 질화실리콘(SiNx)이 반사방지막의 재질로 널리 이용된다. 따라서, 반사방지막 형성용 절연체 조성물(220)은 상기 질화실리콘(SiNx)을 포함하는 조성물이 될 수 있다. 물론, 반사방지막 형성용 절연체 조성물(220)은 태양전지의 수광부(210)의 재질이나 굴절률에 따라 TiO2 나 다른 물질을 포함하는 조성물이 될 수 있다. In silicon-based solar cells, silicon nitride (SiNx) is widely used as an antireflection film material. Therefore, the
질화실리콘(SiNx)이 반사방지막의 재질로 이용할 경우, 본 발명에 따른 절연체 조성물(220)은 질화실리콘을 포함하는 조성물, 예를 들면 질화실리콘 나노입자가 용제에 분산된 조성물(SiNx nano particle solution)이나 질화실리콘을 포함하는 졸(sol) 상태의 조성물(SiNx-sol solution) 등이 될 수 있다. When silicon nitride (SiNx) is used as the material of the anti-reflection film, the
나노 임프린트 리소그래피 공정을 위해서는 절연체 조성물이 일정 수준 이상의 유동성을 가져야 한다. 따라서, 상기 절연체 조성물(220)은 0.3~100cps의 점도를 갖는 것이 바람직하다. 점도가 0.3cps 미만일 경우, 반사방지막으로 이용될 절연체의 함량비가 너무 낮은 문제점이 있고, 점도가 100cps를 초과하면 유동성이 떨어져 나노 임프린트 리소그래피 공정이 잘 이루어지지 않는 문제점이 있다. Nanoimprint lithography processes require the insulator composition to have a certain level of fluidity. Therefore, the
절연체 조성물(220)에서 절연체의 농도는 0.1~10M 정도가 될 수 있으며, 이 경우 절연체 조성물은 0.3~100cps의 점도를 가져, 나노 임프린트 리소그래피 공정에 적당한 점도를 갖게 된다. The concentration of the insulator in the
절연체 조성물(200)에서 용제(solvent)는 에탄올, DMF(Dimethylforamide) , 톨루엔 등과 같은 유기 용매나 물이 될 수 있다. 이러한 용제는 절연체의 표면처리 등에 따라 다르게 사용할 수 있다. 다만, 너무 쉽게 증발할 경우 절연체 조성물의 도포나 나노 임프린트 리소그래피 공정 등의 어려움이 있으므로, 끓는점이 적어도 60℃ 이상인 용제를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 절연체 나노입자를 분산시킨 조성물의 경우 특별한 안정제를 요하지 않으나, 알콕사이드 계열의 졸 솔루션(sol solution)의 경우 DEA(diethanolamine) 같은 안정제를 첨가하는 것이 바람직하다. 반사방지막으로 TiO2를 이용할 경우, 절연체 조성물은 일 예로, 에탄올 33.64ml에 알콕사이드 계열의 TiO2 전구체로 테트라올소티나네이트(tetraorthotitanate) 8.56ml 및 안정제로서 DEA(diethanolamine) 4.8ml를 첨가하고, 2시간 정도 교반 후, 여기에 물 0.45ml와 에탄올 5ml가 혼합된 혼합용액을 한 방울씩 드롭(drop)하는 방법이나 기타 다른 방법으로 매우 천천히 혼합한 후, 수시간 교반하여 TiO2 졸 솔루션(sol solution)이 제조될 수 있다. The solvent in the insulator composition 200 may be an organic solvent such as ethanol, dimethylforamide (DMF), toluene, or water. Such solvents may be used differently depending on the surface treatment of the insulator. However, if it evaporates too easily, it may be difficult to apply an insulator composition or a nanoimprint lithography process. Therefore, it is preferable to use a solvent having a boiling point of at least 60 ° C or higher. In addition, the composition in which the insulator nanoparticles are dispersed does not require a special stabilizer, but in the case of an alkoxide-based sol solution, a stabilizer such as DEA (diethanolamine) is preferably added. In the case of using TiO 2 as an anti-reflection film, an insulator composition is, for example, 33.64 ml of ethanol and 8.56 ml of tetraorthotitanate as an alkoxide-based TiO 2 precursor and 4.8 ml of DEA (diethanolamine) as a stabilizer are added for 2 hours. After stirring about a little, the mixed solution containing 0.45 ml of water and 5 ml of ethanol was mixed dropwise or by other means, and then mixed very slowly, followed by stirring for several hours to form a TiO 2 sol solution. Can be prepared.
모스아이 패턴 형성 단계(S120)에서는 나노 임프린트 리소그래피(nano-imprint lithography) 공정을 이용한다. 구체적으로는 모스아이 패턴(Moth-eye pattern)에 대응하는 반대패턴이 형성된 템플릿(230)으로 절연체 조성물(220)을 압착(press)하여 템플릿(230)의 패턴에 절연체 조성물(220)이 충진되도록 한다. 이후, 템플릿으로 절연체 조성물을 압착한 상태에서 절연체 조성물(220)을 경화시킨 다. In the mos-eye pattern forming step (S120), a nano-imprint lithography process is used. Specifically, the
이를 통해, 절연체 조성물(220)에 포함된 용제가 제거되어 태양전지의 수광부(210) 상에는 절연체 막(222)이 남게 되고, 절연체 막(222) 표면에는 대략 100~500nm 정도의 패턴 폭을 갖는 모스아이 패턴이 형성되게 된다. As a result, the solvent included in the
모스아이 패턴의 형성은 상기의 템플릿(230)에 의한 압착과 절연체 조성물(220)의 경화를 고려하여, 1~10atm 정도의 압력 및 50~200℃ 정도의 온도에서 대략 10~60분 동안 이루어질 수 있다. 이러한 공정 분위기 변수는 절연체 조성물(220)에 포함된 용제(solvent)의 종류에 따라서 조절할 수 있다. The formation of the moth eye pattern may be performed for about 10 to 60 minutes at a pressure of about 1 to 10 atm and a temperature of about 50 to 200 ° C. in consideration of the crimping by the
모스아이 패턴에 대응하는 반대패턴이 형성된 템플릿(230)은 금속 재질이나 고분자 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 나노 임프린트 리소그래피 공정의 특성상 템플릿에 물리적 힘이 가해지게 되고, 템플릿을 여러번 계속 이용하게 되면 템플릿 표면의 마모가 발생하여, 템플릿을 교체하여 주어야 한다. 따라서, 저비용으로 간단하게 제작할 수 있는 템플릿을 이용하는 것이 바람직하며, 금속 재질의 템플릿보다 고분자 재질의 템플릿이 패턴 형성 등의 제작이 용이하고, 패턴 형성 등의 제작에 필요한 비용도 상대적으로 적게 소요되므로, 고분자 재질의 템플릿을 이용하는 것이 더 바람직하다.The
본 발명에서, 템플릿(230)에 이용될 수 있는 고분자로는 폴리카보네이트(PC), 폴리디메틸아크릴레이트(PUA), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리올레핀, 폴리염화비닐(PVC), 폴리 메틸 메타크릴레이트, 폴리 메틸 아크릴레이트, 폴리스티렌, 니트로셀룰로오스, 아세틸셀룰로오스, 폴레에틸렌 테레프탈레이트, ABS 수지, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리 에테르 술폰, 폴리비닐 아세탈, 폴리 에테르 케톤, 폴리우레탄 등의 핫 엠보싱에 의해 쉽게 패턴 형성이 가능한 열가소성 고분자나 폴리디메틸실록산(PDMS) 및 h-PDMS 등의 실록산계 고분자 등을 예시할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. In the present invention, the polymer that can be used in the
템플릿(230)의 제조 방법은 도 3 및 도 4에서 후술하기로 한다.The manufacturing method of the
템플릿 분리 단계(S130)에서는 템플릿(230)을 모스아이 패턴이 형성된 절연체 막(222)으로부터 분리한다. In the template separation step S130, the
절연체 막(22)로부터 템플릿(230)의 분리를 원활하게 하기 위하여, 모스아이 패턴 형성 단계(S120)에서 절연체 조성물(220)과 접촉하는 템플릿의 표면에는 이형층이 형성되어 있는 것이 바람직하다. In order to facilitate the separation of the
템플릿이 금속 재질인 경우, 이형층은 그라파이트(Graphite) 재질로 이루어질 수 있다. If the template is a metal material, the release layer may be made of a graphite (Graphite) material.
반면, 템플릿이 고분자 재질인 경우, 이형층은 단분자의 크기가 수 nm 정도인 실란 계열의 자기조립단분자막(Self Assembled Monolayer, SAM)으로 이루어질 수 있다. 이 경우 이형층은 템플릿 표면에 스퍼터링 방식 등으로 5~20nm의 두께로 형성되는 실리콘 옥사이드 계열 물질층 및 상기 실리콘 옥사이드 계열 물질층 상에 액상 또는 기상의 SAM(Self Assembled Monolayer) 코팅으로 형성되는 이형물질층으로 이루어질 수 있다. On the other hand, when the template is a polymer material, the release layer may be composed of a silane-based self-assembled monolayer (SAM) having a monomolecular size of several nm. In this case, the release layer is a silicon oxide-based material layer formed to a thickness of 5 to 20nm on the surface of the template by sputtering or the like, and a release material formed by a liquid or gaseous self-embedded monolayer (SAM) coating on the silicon oxide-based material layer. It can consist of layers.
상기 실리콘 옥사이드 계열 물질층은 대표적으로 SiO2를 들 수 있으며, 실란 계열의 이형물질층의 결합을 용이하게 하기 위하여 형성된다. The silicon oxide based material layer may be representative of SiO 2 , and is formed to facilitate bonding of the silane based release material layer.
이형물질층은 (heptadecafluoro-1,1,2,2-tetra-hydrodecyl)trichlorosilane, Cl3Si(C2H4)C8F17 와 같은 실란 계열 물질이 될 수 있다. 실란 계열의 물질 간에는 반데르발스 힘과 정전기력(electrostatic force)만이 작용하여, 상기의 실란 계열의 물질을 실리콘 옥사이드 계열 물질 위에 SAM 코팅하면, 코팅으로 인한 표면 에너지 변화가 크고, 다양한 기능성을 가질 수 있어서 원활한 이형이 가능하게 된다. The release material layer may be a silane-based material such as (heptadecafluoro-1,1,2,2-tetra-hydrodecyl) trichlorosilane and Cl 3 Si (C 2 H 4 ) C 8 F 17 . Only van der Waals forces and electrostatic forces act between the silane-based materials. If the silane-based material is SAM coated on the silicon oxide-based material, the surface energy change due to the coating may be large and various functionalities may be obtained. Smooth release is possible.
어닐링 단계(S140)에서는 태양전지의 수광부(210) 상에 형성된 모스아이 패턴, 구체적으로는 절연체 막(222)을 어닐링(annealing)한다. In the annealing step (S140), an MOS eye pattern formed on the
어닐링을 하는 목적은 반사방지막을 형성하는 물질들의 결합 강화 등을 들 수 있는데, 예를 들어 절연체 조성물로 SiNx nano particle solution을 이용한 경우, 어닐링을 통하여 나노입자들 사이에 넥킹(necking)을 형성하여, 나노입자들이 서로 유기적으로 연결될 수 있다. 다른 예로 절연체 조성물로 SiNx-sol solution을 이용한 경우, 나노 임프린트 리소그래피 공정을 통하여 질화실리콘은 겔 상태(SiNx-gel)가 되고, 어닐링을 통하여 완전한 고체 상태의 질화실리콘(SiNx)을 이루게 된다. The purpose of the annealing may include strengthening the bonding of the materials forming the antireflection film. For example, when SiNx nano particle solution is used as the insulator composition, necking is formed between the nanoparticles through annealing. Nanoparticles can be organically linked to each other. As another example, when SiNx-sol solution is used as the insulator composition, silicon nitride becomes a gel state (SiNx-gel) through a nanoimprint lithography process, and silicon nitride in a completely solid state (SiNx) is formed through annealing.
어닐링은 100~1000℃ 정도의 온도에서 이루어질 수 있다. 어닐링 온도는 절연체를 이루는 입자들의 사이즈, 산소, 질소, 진공 등의 조건에 따라서 달라질 수 있다. 예로, 절연체를 이루는 입자들의 사이즈가 작을수록 어닐링 온도를 낮게 할 수 있다. 이러한 점이나 산소, 질소, 진공 등의 어닐링 조건 등을 고려하여 어닐링 온도를 결정할 수 있다. 전술한 TiO2 졸 솔루션을 이용한 경우, 400~600℃에서 어닐링이 이루어질 수 있다. Annealing may be performed at a temperature of about 100 ~ 1000 ℃. The annealing temperature may vary depending on the size of the particles forming the insulator, oxygen, nitrogen, vacuum, and the like. For example, the smaller the size of the particles forming the insulator, the lower the annealing temperature. The annealing temperature can be determined in consideration of this point and annealing conditions such as oxygen, nitrogen, and vacuum. When the TiO 2 sol solution described above is used, annealing may be performed at 400 to 600 ° C.
도 3은 본 발명에 이용되는 템플릿을 제조하는 방법의 일 예를 개략적으로 도시한 것으로, 도 3을 참조하면, 템플릿(230)은 다음과 같이 핫 엠보싱(hot embossing) 공정을 이용하여 간단하게 제조될 수 있다.FIG. 3 schematically illustrates an example of a method for manufacturing a template used in the present invention. Referring to FIG. 3, the
우선, 표면에 모스아이 패턴이 형성된 마스터 템플릿(310)을 고분자 시트(320) 상에 위치시킨다. First, the
마스터 템플릿(310)은 고온과 고압에서도 충분히 견딜 수 있는 재질로 된 것으로, 고분자보다 녹는점이 훨씬 높은 SiC, SiO2, Si3N4, Al2O3, MgO, Si, Ni 등의 물질로 된 것을 이용할 수 있다. The
마스터 템플릿에 형성되는 모스아이 패턴은 여러 가지 방법으로 제조할 수 있다. 일례로, MgO 파우더, Al2O3 파우더 및 직경이 200nm ~ 300nm 정도의 SiO2 나노 파우더(Nano Powder)가 혼합된 분말체를 가압한 후, HF와 같이 SiO2만을 등방성 에칭(Isotropic Etching)할 수 있는 식각제로 SiO2만을 선택적으로 에칭한 후, 소결 공정을 거치면 모스아이 패턴이 형성된 템플릿이 제조될 수 있다. 다른 예로, 알루 미늄 양극산화(Anodized Aluminium Oxide) 방법을 이용하여, 모스아이 패턴이 형성된 알루미늄 산화물 표면을 얻을 수도 있다. The moth-eye pattern formed on the master template can be manufactured by various methods. For example, after pressurizing a powder mixed with MgO powder, Al 2 O 3 powder and SiO 2 nano powder having a diameter of about 200 nm to 300 nm, only isotropic etching of SiO 2 such as HF is performed. After selectively etching only SiO 2 with an etchant that can be sintered, a template in which a moth-eye pattern is formed may be manufactured. As another example, an aluminum oxide surface having a moth-eye pattern may be obtained by using an anodized aluminum oxide method.
본 발명에서 모스아이 패턴을 갖는 반사방지막은 마스터 템플릿에 형성된 모스아이 패턴으로부터 얻어진다. 따라서, 본 발명에 따른 방법으로 형성된 모스아이 패턴을 갖는 반사방지막의 광투과율은 마스터 템플릿(310)에 형성된 모스아이 패턴의 크기 및 모양에 의해 결정된다. In the present invention, the anti-reflection film having a moth eye pattern is obtained from the moth eye pattern formed on the master template. Therefore, the light transmittance of the anti-reflection film having the moth-eye pattern formed by the method according to the present invention is determined by the size and shape of the moth-eye pattern formed on the
핫 엠보싱 공정에 적용될 수 있는 고분자 시트의 재질로는 폴리카보네이트(PC), 폴리디메틸아크릴레이트(PUA), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리올레핀, 폴리염화비닐(PVC), 폴리 메틸 메타크릴레이트, 폴리 메틸 아크릴레이트, 폴리스티렌, 니트로셀룰로오스, 아세틸셀룰로오스, 폴레에틸렌 테레프탈레이트, ABS 수지, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리 에테르 술폰, 폴리비닐 아세탈, 폴리 에테르 케톤, 폴리우레탄 등의 열에 강한 열가소성 고분자가 될 수 있다. The material of the polymer sheet that can be applied to the hot embossing process is polycarbonate (PC), polydimethyl acrylate (PUA), ethylene vinyl acetate (EVA), polyethylene, polypropylene, polyolefin, polyvinyl chloride (PVC), poly methyl Heat-resistant thermoplastics such as methacrylate, poly methyl acrylate, polystyrene, nitrocellulose, acetyl cellulose, polyethylene terephthalate, ABS resin, polyamide, polyimide, polyether sulfone, polyvinyl acetal, polyether ketone, polyurethane It can be a polymer.
마스터 템플릿 준비 후, 마스터 템플릿(310)으로 고분자 시트(320)를 핫 엠보싱(hot embossing)하여, 마스터 템플릿(310)에 형성된 패턴을 고분자 시트(320) 표면에 전사한다. After preparing the master template, the
핫 엠보싱은 고분자 시트의 유리전이온도(Tg)보다 높은 온도에서 이루어지는 것이 바람직하다. 일반적으로 열가소성 고분자는 유리전이온도 이상의 온도에서 유연해지기 때문에, 고분자 시트(320)의 유리전이온도 이상에서는 핫 엠보싱이 쉽게 이루어질 수 있다. Hot embossing is preferably performed at a temperature higher than the glass transition temperature (Tg) of the polymer sheet. In general, since the thermoplastic polymer becomes flexible at a temperature above the glass transition temperature, hot embossing may be easily performed at the glass transition temperature of the
패턴 전사 후, 마스터 템플릿(310)을 분리하면 모스아이 패턴에 대응하는 반대패턴이 형성된 고분자 템플릿(322)이 제조된다. After the pattern transfer, when the
실리콘카바이드(SiC) 등의 물질로 이루어진 마스터 템플릿은 고분자 시트와 열팽창률이 다르기 때문에, 핫 엠보싱 공정 후의 냉각시 고분자 시트로부터 쉽게 분리할 수 있다. 다만, 유리전이온도(Tg) 이상에서 고분자 시트가 마스터 템플릿에 들러붙어 버릴 수도 있으므로, 미리 마스터 템플릿에 표면을 그라파이트(Graphite) 등과 같은 이형물질로 코팅하는 것이 바람직하다. Since the master template made of a material such as silicon carbide (SiC) differs from the polymer sheet, the master template can be easily separated from the polymer sheet upon cooling after the hot embossing process. However, since the polymer sheet may stick to the master template at or above the glass transition temperature (Tg), it is preferable to coat the surface with a release material such as graphite on the master template in advance.
도 4는 본 발명에 이용되는 템플릿을 제조하는 방법의 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다. 4 schematically illustrates another example of a method for manufacturing a template used in the present invention.
도 4를 참조하면, 템플릿(230)은 다음과 같은 순서로 제조될 수 있다.Referring to FIG. 4, the
우선, 모스아이 패턴이 형성된 마스터 템플릿(410) 상에 폴리디메틸실록산(PDMS) 또는 h-PDMS와 같은 실록산(Siloxane) 계열 물질이 포함된 조성물(420)을 도포한다. 이때, 용제(solvent)는 에탄올, DMF(Dimethylforamide) , 톨루엔 등과 같은 유기 용매나 물이 될 수 있으며, 실록산 계열 물질은 0.1~10M의 농도로 포함되어 있을 수 있다. First, a
이후, 열을 가하여 실록산 계열 물질을 포함하는 조성물(420)을 경화시키면, 조성물에 포함된 용제는 제거되어 실록산 계열의 시트(422)의 형태가 되고, 실록산 계열의 시트(422)의 표면에는 마스터 템플릿(410)의 패턴에 반대되는 형태로 패턴이 형성되게 된다. 이후, 마스터 템플릿(410)을 분리하면 모스아이 패턴에 대응하 는 반대패턴이 형성된 실록산 계열의 고분자 템플릿(422)이 완성된다. Then, when heat is applied to cure the
도 5는 평면 형태의 수광부 상에 태양전지의 반사방지막이 형성된 예를 개략적으로 도시한 것이고, 도 6은 역 피라미드 형태의 수광부 상에 태양전지의 반사방지막이 형성된 예를 개략적으로 도시한 것이다.FIG. 5 schematically illustrates an example in which an antireflection film of a solar cell is formed on a planar light receiving part, and FIG. 6 schematically illustrates an example in which an antireflection film of a solar cell is formed on a light receiving part of an inverted pyramid shape.
본 발명에 따른 태양전지의 반사방지막 형성 방법은 도 5에 도시된 예와 같이 일반적인 평면 형태의 수광부 상에 반사방지막(510)을 형성하는데 적용될 수 있으며, 또한 고분자 템플릿과 같은 유연한 재질의 템플릿을 이용하므로 도 6에 도시된 예와 같은 역 피라미드 형태의 수광부 상에 반사방지막(610)을 형성하는 경우에도 적용될 수 있다. The anti-reflection film forming method of the solar cell according to the present invention can be applied to form the
특히, 도 6에 도시된 예의 경우, 수광부가 역 피라미드 구조를 가짐에 따라 도 5에 도시된 평탄한 구조를 갖는 수광부에 비하여 표면적을 확대할 수 있으며, 여기에 본 발명에 따른 모스아이 패턴이 형성된 반사방지막(610)이 형성되는 경우, 광 투과 효율을 크게 향상시킬 수 있다. Particularly, in the case of the example shown in FIG. 6, as the light receiving unit has an inverted pyramid structure, the surface area can be enlarged as compared with the light receiving unit having the flat structure shown in FIG. When the
본 발명에 따른 태양전지의 반사방지막 형성방법은 나노 임프린트 리소그래피 공정을 이용하므로, 수광부의 형태나 재질, 결정구조 등에 영향을 거의 받지 않는다. 따라서, 상기와 같이, 평탄한 형태의 수광부(도 5) 뿐만 아니라 역 피라미드 구조의 수광부(도 6) 상에 적용될 수 있고, 단결정 실리콘을 비롯한 다결정 실리콘, 박막형 실리콘 및 비정질 실리콘 태양전지에 이르기까지 다양하게 적용될 수 있다. Since the anti-reflection film forming method of the solar cell according to the present invention uses a nanoimprint lithography process, it is hardly affected by the shape, material, crystal structure, etc. of the light receiving portion. Thus, as described above, it can be applied not only to the light-receiving portion (FIG. 5) of the flat form but also to the light-receiving portion (FIG. 6) of the inverted pyramid structure, and can be applied to polycrystalline silicon, thin-film silicon, and amorphous silicon solar cell including monocrystalline silicon. Can be applied.
도 7은 모스아이 패턴을 형성하였을 때와 그렇지 않을 때의 광투과율 비교를 나타내는 그래프이다. FIG. 7 is a graph showing a comparison of light transmittance with and without forming a moth-eye pattern. FIG.
도 7을 참조하면 PVC(Polyvinyl chloride) 필름에 모스아이 패턴을 형성하였을 경우, 그렇지 않은 경우보다 넓은 파장대에서 광투과율(transmittance)이 훨씬 더 높음을 알 수 있다. 또한, PVC 필름의 한 면에 모스아이 패턴을 형성한 경우보다 PVC 필름의 양 면에 모스아이 패턴을 형성한 경우에 광 투과율이 더 높음을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, when the moth-eye pattern is formed on the polyvinyl chloride (PVC) film, it can be seen that the transmittance is much higher in a wider wavelength band than otherwise. In addition, it can be seen that the light transmittance is higher when the moth-eye pattern is formed on both sides of the PVC film than when the moth-eye pattern is formed on one side of the PVC film.
이는 본 발명에 따른 방법으로 형성된 태양전지 반사방지막에도 마찬가지로 적용될 수 있다. 즉, 태양전지의 표면에 모스아이 패턴을 갖는 반사방지막을 형성하였을 때가 그렇지 않을 때보다 광투과 효율이 높고, 그 결과 태양전지의 광 특성 또한 향상되게 된다. The same can be applied to the solar cell antireflection film formed by the method according to the invention. That is, when the anti-reflection film having the moth-eye pattern is formed on the surface of the solar cell, light transmission efficiency is higher than when it is not, and as a result, the optical characteristics of the solar cell are also improved.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지의 반사방지막 형성 방법은 간단한 나노 임프린트 리소그래피 방법을 이용하여 태양전지 표면에 모스아이 패턴을 갖는 반사방지막을 형성할 수 있다. 따라서, 형성된 반사방지막은 모스아이 패턴을 통해 태양전지 표면에서의 빛의 반사를 감소시켜, 태양전지 표면에서의 광투과 효율을 높일 수 있다. As described above, the method for forming an antireflection film of a solar cell according to the present invention can form an antireflection film having a moth-eye pattern on the surface of the solar cell by using a simple nanoimprint lithography method. Therefore, the anti-reflection film formed may reduce light reflection on the surface of the solar cell through a moth-eye pattern, thereby increasing light transmission efficiency on the surface of the solar cell.
이상에서는 본 발명의 일 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다. Although the above has been described with reference to one embodiment of the present invention, various changes and modifications can be made at the level of those skilled in the art. Such changes and modifications may belong to the present invention without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention will be determined by the claims described below.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지의 반사방지막 형성 방법을 나타내는 순서도이다. 1 is a flowchart illustrating a method of forming an anti-reflection film of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 각 단계를 개략적으로 도시한 것이다. FIG. 2 schematically illustrates each step of FIG. 1.
도 3은 본 발명에 이용되는 템플릿을 제조하는 방법의 일 예를 개략적으로 도시한 것이다. 3 schematically illustrates an example of a method for manufacturing a template used in the present invention.
도 4는 본 발명에 이용되는 템플릿을 제조하는 방법의 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다. 4 schematically illustrates another example of a method for manufacturing a template used in the present invention.
도 5는 평면 형태의 수광부 상에 태양전지의 반사방지막이 형성된 예를 개략적으로 도시한 것이다. FIG. 5 schematically illustrates an example in which an anti-reflection film of a solar cell is formed on a light receiving unit having a planar shape.
도 6은 역 피라미드 형태의 수광부 상에 태양전지의 반사방지막이 형성된 예를 개략적으로 도시한 것이다.6 schematically illustrates an example in which an anti-reflection film of a solar cell is formed on a light receiving unit having an inverted pyramid shape.
도 7은 모스아이 패턴을 형성하였을 때와 그렇지 않을 때의 광투과율 비교를 나타내는 그래프이다. FIG. 7 is a graph showing a comparison of light transmittance with and without forming a moth-eye pattern. FIG.
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