KR101030322B1 - Manufacturing method of solar cell - Google Patents
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Abstract
태양 전지의 제조방법이 개시된다. 이러한 태양 전지의 제조 방법은, 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계와, 상기 제1 전극 상에 n형 불순물이 도핑된 n형 실리콘층을 형성하는 단계와, 상기 n형 실리콘층 상에 진성 실리콘층을 형성하는 단계와, 상기 진성 실리콘층 상에 p형 불순물이 도핑된 p형 실리콘층을 형성하는 단계와, 상기 p형 실리콘층 상에 투광성 도전 물질로 이루어진 제2 전극을 형성하는 단계 및 상기 제2 전극 상부에 베이스 필름 및 베이스 필름 내부에 산포된 파장 변환입자를 포함하는 파장 변환부를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 진성 실리콘층을 형성하는 단계는, 제1 주파수를 이용한 화학기상증착(CVD) 공정을 통해 상기 비정질 실리콘층을 형성하는 단계 및 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 이용한 화학기상증착 공정을 통해 상기 미세결정질 실리콘층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. A method of manufacturing a solar cell is disclosed. Such a solar cell manufacturing method includes the steps of forming a first electrode on a substrate, forming an n-type silicon layer doped with n-type impurities on the first electrode, and intrinsic on the n-type silicon layer. Forming a silicon layer, forming a p-type silicon layer doped with p-type impurities on the intrinsic silicon layer, forming a second electrode made of a light-transmitting conductive material on the p-type silicon layer; Forming a wavelength conversion part including a base film and wavelength conversion particles dispersed in the base film on the second electrode, and the forming of the intrinsic silicon layer may include chemical vapor deposition using a first frequency; Forming the amorphous silicon layer through a CVD process and forming the microcrystalline silicon layer through a chemical vapor deposition process using a second frequency higher than the first frequency. It is characterized by including the steps:
태양전지, 광흡수, 비정질실리콘, 미세정질실리콘 Solar cell, light absorption, amorphous silicon, microcrystalline silicon
Description
본 발명은 태양 전지의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세히 에너지 변환 효율이 향상된 태양 전지의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell, and more particularly to a method for manufacturing a solar cell with improved energy conversion efficiency.
최근 심각한 환경 오염 문제와 화석 에너지 고갈로 차세대 청정 에너지 개발에 대한 중요성이 증대되고 있다. 태양 에너지는 비용이 적게 들고 공해가 없으며, 영구적으로 사용할 수 있기 때문에 대체 에너지로서 각광을 받고 있다.Recently, the importance of developing the next generation of clean energy is increasing due to serious environmental pollution and depletion of fossil energy. Solar energy is in the limelight as an alternative because of its low cost, no pollution, and its permanent use.
태양 전지는 태양 에너지를 전기적으로 변환시킨 것이다. 기본적으로 태양 전지는 PN정크션 다이오드와 같은 구조로 되어 있으나 광흡수를 최대로 하고, 전자와 정공의 재결합을 최소화하도록 제작되고 있다.Solar cells are the electrical conversion of solar energy. Basically, a solar cell has the same structure as a PN junction diode, but it is manufactured to maximize light absorption and minimize recombination of electrons and holes.
태양 전지에서 광학적 에너지는 광자(photon) 에너지가 밴드갭(band gap) 에너지보다 크면 흡수될 수 있다. 흡수된 광자는 전자-정공 쌍을 발생시키고, 태양 전지 내에서는 광전류(photocurrent)가 생기게 된다. 이 광전류는 태양 전지를 가로질러 부하(load)에 연결된 전력을 전달한다.Optical energy in solar cells can be absorbed if the photon energy is greater than the band gap energy. The absorbed photons generate electron-hole pairs, resulting in photocurrent in the solar cell. This photocurrent delivers the power connected to the load across the solar cell.
변환 효율을 극대화하기 위해 광 흡수 대역을 넓히기 위해서, 입사되는 빛을 여러 개의 파장 대역으로 분리하고 각각의 파장 대역에 알맞은 태양 전지를 수평 배치하는 파장분리형 태양 전지가 등장하였다. 이러한 파장분리형 태양 전지는 다양한 물질의 태양 전지를 이용하여 각각의 파장 대역에 가장 적합한 태양 전지를 배치함으로써 광 흡수를 극대화할 수 있는 장점이 있다. 그러나 파장 분리를 위한 광학계를 사용함으로써 제작이 복잡하여 대면적으로 제작이 어렵고 대량 생산에 한계가 있다.In order to widen the light absorption band in order to maximize conversion efficiency, a wavelength-separated solar cell has been introduced that separates incident light into multiple wavelength bands and horizontally arranges solar cells suitable for each wavelength band. Such a wavelength-separated solar cell has an advantage of maximizing light absorption by disposing a solar cell most suitable for each wavelength band using solar cells of various materials. However, using the optical system for wavelength separation is difficult to manufacture in large areas due to the complex manufacturing, there is a limit to mass production.
이를 해결하기 위해서 빛의 입사 방향으로 흡수대역이 에너지가 큰 태양 전지부터 차례로 적층하는 텐덤구조의 태양 전지가 등장하였다. 그러나, 이러한 텐덤구조 태양 전지 또한 각 태양 전지 증착시 사용한 기판을 제거하거나 최대한 얇게 제작해야 하며, 하부전극을 최소화하거나 투명 전극을 사용하여 빛 투과를 최대화해야 하는 등 많은 기술적인 어려움이 있다.In order to solve this problem, a tandem solar cell in which the absorption band has a large energy in the incident direction of light is sequentially stacked. However, such a tandem solar cell also has a number of technical difficulties such as removing the substrate used to deposit each solar cell or making the thinnest as possible, minimizing the lower electrode or maximizing light transmission using a transparent electrode.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광흡수 대역을 넓히는 대신, 광을 광흡수 대역으로 변화시키고, 또한 광흡수가 일어나는 광흡수층의 광흡수를 증가시켜 에너지 변환효율을 증대시키는 태양 전지를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is a method of manufacturing a solar cell to increase the energy conversion efficiency by increasing the light absorption of the light absorbing layer to change the light to the light absorption band, instead of widening the light absorption band. To provide.
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이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 태양 전지의 제조 방법은 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계와, 상기 제1 전극 상에 n형 불순물이 도핑된 n형 실리콘층을 형성하는 단계와, 상기 n형 실리콘층 상에 진성 실리콘층을 형성하는 단계와, 상기 진성 실리콘층 상에 p형 불순물이 도핑된 p형 실리콘층을 형성하는 단계와, 상기 p형 실리콘층 상에 투광성 도전 물질로 이루어진 제2 전극을 형성하는 단계 및 상기 제2 전극 상부에 베이스 필름 및 베이스 필름 내부에 산포된 파장 변환입자를 포함하는 파장 변환부를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 진성 실리콘층을 형성하는 단계는, 제1 주파수를 이용한 화학기상증착(CVD) 공정을 통해 상기 비정질 실리콘층을 형성하는 단계 및 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 이용한 화학기상증착 공정을 통해 상기 미세결정질 실리콘층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one or more exemplary embodiments, a method of manufacturing a solar cell includes: forming a first electrode on a substrate, and an n-type silicon layer doped with n-type impurities on the first electrode. Forming an intrinsic silicon layer on the n-type silicon layer; forming a p-type silicon layer doped with p-type impurities on the intrinsic silicon layer; Forming a second electrode made of a light-transmitting conductive material, and forming a wavelength converting part including a base film and wavelength converting particles dispersed inside the base film on the second electrode, wherein the intrinsic silicon layer is formed. The forming may include forming the amorphous silicon layer through a chemical vapor deposition (CVD) process using a first frequency and using a second frequency higher than the first frequency. Through the quarter-phase deposition process characterized in that it comprises the step of forming the microcrystalline silicon layer.
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예컨대, 상기 파장 변환부를 형성하는 단계는 베이스 필름 및 베이스 필름 내부에 산포된 파장 변환입자를 포함하는 파장 변환부를 상기 제2 전극 상부에 부 착하는 단계를 포함할 수 있다. 또는 상기 파장 변환부를 형성하는 단계는 베이스 필름을 제2 전극 상부에 부착하는 단계 및 상기 베이스 필름 내부에 파장 변환입자를 산포하는 단계를 포함할 수 있다.For example, the forming of the wavelength converting part may include attaching a wavelength converting part including a base film and wavelength converting particles dispersed in the base film to an upper portion of the second electrode. Alternatively, the forming of the wavelength converting part may include attaching a base film on the second electrode and dispersing the wavelength converting particles in the base film.
예컨대, 상기 진성실리콘층은 복수의 비정질 실리콘층과 복수의 미세결정질 실리콘층이 서로 교대로 적층될 수 있다.For example, the intrinsic silicon layer may have a plurality of amorphous silicon layers and a plurality of microcrystalline silicon layers alternately stacked.
한편, 상기 제1 주파수는 2 ~ 13.56㎒이고, 상기 제2 주파수는 40 ~ 100㎒인 범위일 수 있다.Meanwhile, the first frequency may range from 2 to 13.56 MHz, and the second frequency may range from 40 to 100 MHz.
예컨대, 상기 비정질 실리콘층을 형성하는 단계에서, 실란(SiH4) 가스와 수소(H2) 가스의 비율은 1 : 0.1~1의 범위를 가질 수 있으며, 상기 실란(SiH4) 가스의 유량은 10 ~ 100sccm의 범위를 가질 수 있고, 상기 수소(H2) 가스의 유량은 10 ~ 100sccm의 범위를 가질 수 있다.For example, in the forming of the amorphous silicon layer, the ratio of the silane (SiH4) gas and the hydrogen (H2) gas may have a range of 1: 0.1 to 1, and the flow rate of the silane (SiH4) gas is 10 to 100 sccm It may have a range of, the flow rate of the hydrogen (H2) gas may have a range of 10 ~ 100sccm.
예컨대, 상기 미세결정질 실리콘층을 형성하는 단계에서, 실란(SiH4) 가스와 수소(H2) 가스의 비율은 1 : 5~30의 범위를 가질 수 있으며, 상기 실란(SiH4) 가스의 유량은 2 ~ 20sccm의 범위를 가질 수 있고, 상기 수소(H2) 가스의 유량은 40 ~ 400sccm의 범위를 가질 수 있다. 또한, 상기 미세결정질 실리콘층을 형성하는 단계에서, 공정 가스에 불화규소(SiF4)를 추가할 수 있다. 이때, 상기 실란(SiH4) 가스, 수소(H2) 가스 및 불화규소(SiF4) 가스의 비율은 1 : 5~30 : 1의 범위를 가 질 수 있다.For example, in the step of forming the microcrystalline silicon layer, the ratio of the silane (SiH4) gas and the hydrogen (H2) gas may have a range of 1: 5 to 30, the flow rate of the silane (SiH4) gas is 2 ~ It may have a range of 20sccm, the flow rate of the hydrogen (H2) gas may have a range of 40 ~ 400sccm. In addition, in the forming of the microcrystalline silicon layer, silicon fluoride (SiF 4) may be added to the process gas. In this case, the ratio of the silane (SiH4) gas, the hydrogen (H2) gas and the silicon fluoride (SiF4) gas may have a range of 1: 5 to 30: 1.
예컨대, 상기 진성 실리콘층을 형성하는 단계에서, 동일 조건의 화학기상증착 공정을 통해 상기 비정질 실리콘층 및 미세결정질 실리콘층을 동시에 형성할 수 있다. 상기 비정질 실리콘층과 상기 미세결정질 실리콘층을 동시에 형성하기 위하여 예컨대, 주파수가 40 ~ 100㎒, 실란(SiH4) 가스와 수소(H2) 가스의 비율이 1 : 5~30인 공정 조건이 수행될 수 있다.For example, in forming the intrinsic silicon layer, the amorphous silicon layer and the microcrystalline silicon layer may be simultaneously formed through a chemical vapor deposition process under the same conditions. In order to simultaneously form the amorphous silicon layer and the microcrystalline silicon layer, for example, a frequency of 40 to 100 MHz and a process condition of a ratio of silane (SiH 4) gas and hydrogen (H 2) gas 1: 5-30 may be performed. have.
예컨대, 상기 진성 실리콘층을 형성하는 단계에서는, 하나의 화학기상증착 챔버 내에서 상기 비정질 실리콘층 및 상기 미세결정질 실리콘층을 연속적으로 형성할 수 있다. 예컨대, 인라인으로 연결된 적어도 하나의 비정질 형성용 화학기상증착 챔버와 적어도 하나의 미세결정질 형성용 화학기상증착 챔버를 거치면서 단계적으로 상기 비정질 실리콘층 및 상기 미세결정질 실리콘층을 형성할 수 있다.For example, in the forming of the intrinsic silicon layer, the amorphous silicon layer and the microcrystalline silicon layer may be continuously formed in one chemical vapor deposition chamber. For example, the amorphous silicon layer and the microcrystalline silicon layer may be formed step by step through at least one amorphous chemical vapor deposition chamber and at least one microcrystalline chemical vapor deposition chamber connected in-line.
예컨대, 상기 n형 실리콘층을 형성하는 단계는, 40 ~ 100㎒의 주파수를 이용한 화학기상증착 공정을 통해 n형 미세결정질 실리콘층을 형성거나, 2 ~ 13.56㎒의 주파수를 이용한 화학기상증착 공정을 통해 n형 비정질 실리콘층을 형성할 수 있다.For example, the forming of the n-type silicon layer may include forming an n-type microcrystalline silicon layer through a chemical vapor deposition process using a frequency of 40 to 100 MHz, or using a chemical vapor deposition process using a frequency of 2 to 13.56 MHz. Through the n-type amorphous silicon layer can be formed.
예컨대, 상기 n형 실리콘층을 형성하는 단계는, 2 ~ 13.56㎒의 제1 주파수와 40 ~ 100㎒의 제2 주파수를 교대로 이용하는 화학기상증착 공정을 통해 n형 비정질 실리콘층 및 n형 미세결정질 실리콘층을 형성할 수 있다.For example, the forming of the n-type silicon layer may include an n-type amorphous silicon layer and an n-type microcrystalline layer through a chemical vapor deposition process using alternately a first frequency of 2 to 13.56 MHz and a second frequency of 40 to 100 MHz. The silicon layer can be formed.
또한, 상기 p형 실리콘층을 형성하는 단계는, 40 ~ 100㎒의 주파수를 이용한 화학기상증착 공정을 통해 p형 미세결정질 실리콘층을 형성하거나, 2 ~ 13.56㎒의 주파수를 이용한 화학기상증착 공정을 통해 p형 비정질 실리콘층을 형성할 수 있다.The forming of the p-type silicon layer may include forming a p-type microcrystalline silicon layer through a chemical vapor deposition process using a frequency of 40 to 100 MHz, or using a chemical vapor deposition process using a frequency of 2 to 13.56 MHz. Through the p-type amorphous silicon layer can be formed.
예컨대, 상기 p형 실리콘층을 형성하는 단계는, 2 ~ 13.56㎒의 제1 주파수와 40 ~ 100㎒의 제2 주파수를 교대로 이용하는 화학기상증착 공정을 통해 p형 비정질 실리콘층 및 p형 미세결정질 실리콘층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 p형 실리콘층을 형성하는 단계에서, 상기 p형 실리콘층의 밴드갭 에너지를 증가시키기 위하여 공정가스에 탄소(C)를 추가할 수 있다.For example, the forming of the p-type silicon layer may include a p-type amorphous silicon layer and a p-type microcrystalline layer through a chemical vapor deposition process using alternately a first frequency of 2 to 13.56 MHz and a second frequency of 40 to 100 MHz. The silicon layer can be formed. In addition, in the forming of the p-type silicon layer, carbon (C) may be added to the process gas to increase the band gap energy of the p-type silicon layer.
본 발명에 의한 태양 전지는 흡수가 용이하지 아니한 파장의 빛을 흡수가 용이한 파장의 빛으로 변환하는 파장 변환부를 포함함으로써, 광의 이용효율을 향상시킬 수 있다.The solar cell according to the present invention includes a wavelength conversion unit for converting light having a wavelength that is not easily absorbed into light having a wavelength that is easily absorbed, thereby improving utilization efficiency of light.
또한, 진성 실리콘층이 교대로 적층된 비정질 실리콘층과 미세결정질 실리콘층을 포함하여, 입사광의 흡수 및 반사가 여러 실리콘층들에서 반복적으로 수행되어, 결국 비정질 실리콘층 또는 미세결정질 실리콘층만을 사용하는 구조에 비하여 광전 효율이 증가하게 된다.In addition, including an amorphous silicon layer and a microcrystalline silicon layer in which an intrinsic silicon layer is alternately stacked, absorption and reflection of incident light is repeatedly performed in several silicon layers, thereby using only an amorphous silicon layer or a microcrystalline silicon layer. Photoelectric efficiency is increased compared to the structure.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해 되어야 한다.As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described in the specification, and that one or more other features It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted as ideal or overly formal in meaning unless explicitly defined in the present application Do not.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 태양 전지를 도시하는 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 태양 전지(100)는 광전 변환부(111) 및 파장 변환부(112)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the
상기 광전 변환부(111)는 태양광을 흡수하여 전기에너지로 변환시키고, 상기 파장 변환부(112)는 상기 광전 변환부(111)에서 흡수되는 파장과 다른 파장의 빛을 상기 광전 변환부(111)에서 흡수되는 파장의 빛으로 변환시켜 상기 광전 변환부에 공급함으로써, 태양광의 이용효율을 향상시킨다.The
상기 광전 변환부(111)는 제1 전극(110), n형 실리콘층(120), 진성(intrinsic) 실리콘층(30), p형 실리콘층(140) 및 제2 전극(150)을 포함한다. 상기 n형 실리콘층(120)은 상기 제1 전극(110) 상에 형성되며, n형 불순물이 도핑되어 있다. 상기 진성 실리콘층(30)은 상기 n형 실리콘층(120) 상에 형성된다. 상기 p형 실리콘층(140)은 상기 진성 실리콘층(30) 상에 형성되며, p형 불순물이 도핑되어 있다. 상기 제2 전극(150)은 상기 p형 실리콘층(140) 상에 광이 투과되는 투광성 도전 물질로 형성된다.The
보다 상세히, 제1 전극(110)은 유리, 플라스틱 등으로 이루어진 기판(160) 상에 형성된다. 제1 전극(110)은 우수한 전기 전도성과 함께 광을 반사시킬 수 있 는 광반사성을 갖는 도전성 광반사 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1 전극(110)은 은, 알루미늄, 아연, 몰리브덴 등의 단일 금속 또는 이들의 합금으로 형성되거나, 상기 단일금속 또는 합금의 산화물 등으로 형성될 수 있다.In more detail, the
n형 실리콘층(120)은 제1 전극(110) 상에 형성된다. n형 실리콘층(120)은 실질적으로 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등의 n형 불순물이 도핑되어 있는 실리콘 물질로 형성된다. n형 실리콘층(120)은 비정질(amorphous) 실리콘 및 미세결정질(micro-crystalline) 실리콘 중 적어도 하나를 포함하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, n형 실리콘층(120)은 비정질 실리콘에 n형 불순물이 도핑된 구조, 미세결정질 실리콘에 n형 불순물이 도핑된 구조, 또는 n형 불순물이 도핑된 비정질 실리콘과 미세결정질 실리콘이 적층된 구조 등을 가질 수 있다. 특히, 진성 실리콘층(30)에서 생성된 전자는 n형 실리콘층(120)을 거쳐 제1 전극(110)으로 이동하여야 하므로, n형 실리콘층(120)은 전자 이동도가 비정질 실리콘보다 상대적으로 우수한 미세결정질 실리콘으로 형성되는 것이 바람직하다. n형 실리콘층(120)은 예를 들어, 약 200 ~ 1000Å의 두께로 형성되며, 층 자체의 비저항은 약 104 ~ 105Ω-㎝ 정도로 형성된다.The n-
p형 실리콘층(140)은 진성 실리콘층(30)을 사이에 두고 n형 실리콘층(120)과 마주하도록 진성 실리콘층(30) 상에 형성된다. p형 실리콘층(140)은 실질적으로 붕소(B), 칼륨(K) 등의 p형 불순물이 도핑되어 있는 실리콘 물질로 형성된다. p형 실리콘층(140)은 비정질(amorphous) 실리콘 및 미세결정질(micro-crystalline) 실리콘 중 적어도 하나를 포함하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, p형 실리콘 층(140)은 비정질 실리콘에 p형 불순물이 도핑된 구조, 미세결정질 실리콘에 p형 불순물이 도핑된 구조, 또는 p형 불순물이 도핑된 비정질 실리콘과 미세결정질 실리콘이 적층된 구조 등을 가질 수 있다. The p-
외부로부터 입사되는 광은 p형 실리콘층(140)을 통과한 후 실질적으로 광전 변환을 일으키는 진성 실리콘층(30)에 도달된다. 따라서, 진성 실리콘층(30)에 입사되는 광의 손실을 방지하기 위하여, p형 실리콘층(140)을 통과하는 광이 p형 실리콘층(140)에서 흡수되지 않고 통과되는 것이 바람직하다. 이를 위해, p형 실리콘층(140)은 진성 실리콘층(30)과는 다른 밴드갭(band gap) 특성을 갖는 것이 바람직하여, 특히, p형 실리콘층(140)은 광이 흡수되지 않도록 진성 실리콘층(30)에 비하여 큰 밴드갭 에너지를 갖는 것이 바람직하다. 밴드갭 에너지를 증가시키기 위하여, p형 실리콘층(140)에는 탄소(C)가 더 첨가될 수 있다. p형 실리콘층(140)은 예를 들어, 약 200 ~ 1000Å 정도의 두께로 진성 실리콘층(30)에 비하여 상대적으로 얇게 형성될 수 있다.Light incident from the outside passes through the p-
제2 전극(150)은 p형 실리콘층(140) 상에 형성된다. 제2 전극(150)은 우수한 전기 전도성과 함께 광을 투과시킬 수 있는 투광성 도전 물질로 형성된다. 예를 들어, 제2 전극(150)은 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide : ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide : IZO) 등으로 형성될 수 있다.The
도 2는 도 1에서 도시된 파장 변환부의 확대 단면도이다.FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the wavelength converter illustrated in FIG. 1.
도 2를 참조하면, 파장 변환부(112)는 베이스 필름(201) 및 파장변환 입자(202)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the
상기 파장변환 입자(202)는 상기 베이스 필름(201) 내부에서 분산된다. 상기 파장변환 입자(202)는 태광양을 흡수하여 다른 파장의 빛을 생성한다. 예컨대, 상기 파장변환 입자(202)는 무기 형광물질, 유기 형광물질 등을 포함할 수 있다.The
예컨대, 상기 무기 형광물질은 Y3Al5O12 (YAG)에 세륨(cerium)을 도핑(doping)한 형광체 Y3Al5O12:Ce을 포함한다. 가넷계(garnet composition)에 의존하는 Ce3+ 발광은 광 효율의 감소없이 녹색 (~ 540 nm; YAG:Ga,Ce)에서 적색 (~ 600 nm; YAG:Gd,Ce)까지 다양하게 발광 시킬 수 있다.For example, the inorganic fluorescent substance includes phosphor Y 3 Al 5 O 12 : Ce doped with cerium in Y 3 Al 5 O 12 (YAG). Ce3 + emission depending on the garnet composition can emit light from green (~ 540 nm; YAG: Ga, Ce) to red (~ 600 nm; YAG: Gd, Ce) without decreasing the light efficiency.
또한, 심적색을 발광시키기 위하여 상기 무기 형광물질은 SrB4O7:Sm2+를 포함할 수 있다 . SM2+는 주로 적색의 파장을 나타내는데 기여한다. 특히 상기와 같은 심적색 무기 형광체는 600 nm 이하의 가시광 영역 전체를 흡수를 하여 심적색 즉, 650 nm 이상의 파장을 갖고 발광을 한다. 녹색을 발광 시키기 위한 대표적인 무기 형광체는 SrGa2S4:Eu2+ 이다. 상기와 같은 녹색 무기 형광체는 500 nm 이하의 광을 흡수하여 535nm의 주 파장을 방출한다.In addition, the inorganic fluorescent substance may include SrB 4 O 7 : Sm 2+ to emit deep red light. SM2 + mainly contributes to the red wavelength. In particular, the deep red inorganic phosphor absorbs the entire visible light region of 600 nm or less and emits light having a deep red color, that is, a wavelength of 650 nm or more. A representative inorganic phosphor for emitting green light is SrGa2S4: Eu2 +. Such a green inorganic phosphor absorbs light of 500 nm or less and emits a main wavelength of 535 nm.
또한, 청색 파장 범위와 자외선 파장 범위의 빛을 보다 흡수가 용이한 황색또는 적색파장 범위로 변환시키기 위해서, 상기 무기 형광물질은 (Sr,Ba)2SiO4:Eu, Mg4(F)GeO6:Mn4+, Sr4Al4O25:Eu2+, Y2O2S:Eu, SBO:Eu 및 YAG와 같은 가넷계, 설파이드계 형광체일 수 있다.In addition, in order to convert the light in the blue wavelength range and the ultraviolet wavelength range into a yellow or red wavelength range that is more easily absorbed, the inorganic fluorescent substance is (Sr, Ba) 2 SiO 4 : Eu, Mg 4 (F) GeO 6 It may be a garnet-based or sulfide-based phosphor such as: Mn 4+, Sr 4 Al 4 O 25 : Eu 2+, Y 2 O 2 S: Eu, SBO: Eu, and YAG.
(Sr,Ba)2SiO4:Eu는 250nm ~ 500nm 파장 범위의 빛에 여기되어 황색 발광특성 을 갖는다. Mg4(F)GeO6:Mn4+는 200nm~500nm 파장 범위의 빛에 여기되어 적색 발광 특성을 갖는 형광체이고, Sr4Al4O25:Eu2+ 는 200nm~480nm 파장 범위의 빛에 여기되어 녹색 발광 특성을 갖는 형광체이고, Y2O2S:Eu는 200nm~400nm 파장 범위의 빛에 여기되어 적색 발광 특성을 갖는 형광체이고, SBO:Eu는 200nm~500nm 파장 범위의 빛에 여기되어 녹색 발광 특성을 갖는 형광체이며, YAG는 320nm∼350nm과 400nm∼530nm 파장 범위의 빛에 여기되어 황색 발광 특성을 갖는 형광체이다.(Sr, Ba) 2 SiO 4 : Eu is excited by light in the wavelength range of 250 nm to 500 nm to have yellow light emission. Mg 4 (F) GeO 6 : Mn 4+ is a phosphor having red emission characteristics by being excited by light in the wavelength range of 200 nm to 500 nm, and Sr 4 Al 4 O 25 : Eu 2+ is excited by light in the wavelength range of 200 nm to 500 nm, thereby emitting green light. Y 2 O 2 S: Eu is a phosphor having red emission characteristics due to excitation to light in the wavelength range of 200 nm to 400 nm, and SBO: Eu is a phosphor having green emission characteristics due to excitation to light in the wavelength range of 200 nm to 500 nm, and YAG. Is a phosphor having yellow luminescence properties by being excited by light in the wavelength range of 320 nm to 350 nm and 400 nm to 530 nm.
예컨대, 유기 형광물질로는 트리스(8-퀴놀리나토)알루미늄(III)(Alq3), 큐마린6, 10-(2-벤조티아졸)-1,1,7, 7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라히드로-1 H ,5 H ,11 H -[1]벤조피라노[6,7,8-ij ]- 퀴놀리진-11-온(C545T) 및 퀴나크리돈 등은 녹색을 발광하는 대표적인 유기물질이다. 또한, 4-디시아노메틸렌-2-메틸-6-(줄로리딘-4-일-비닐)-4H-피란(DCM2), 4-(디시아노메틸렌)-2-메틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸줄로리딜-9-에닐)-4H-피란(DCJT), 4-(디시아노메틸렌)-2-터셔리부틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸줄로리딜-9-에닐)-4H-피란(DCJTB) 등이 적색을 내는 대표적인 유기 물질이다.For example, the organic fluorescent substance may be tris (8-quinolinato) aluminum (III) (Alq3), cumin 6, 10- (2-benzothiazole) -1,1,7,7-tetramethyl-2, 3,6,7-tetrahydro-1 H, 5 H, 11 H-[1] benzopyrano [6,7,8-ij] -quinolizin-11-one (C545T) and quinacridone It is a representative organic material emitting green. In addition, 4-dicyanomethylene-2-methyl-6- (zulolidin-4-yl-vinyl) -4H-pyran (DCM2), 4- (dicyanomethylene) -2-methyl-6- (1, 1,7,7-tetramethylzulolidil-9-enyl) -4H-pyran (DCJT), 4- (dicyanomethylene) -2-tertarybutyl-6- (1,1,7,7-tetra Methyljulolidyl-9-enyl) -4H-pyran (DCJTB) and the like are representative organic substances that emit red color.
또한, 상기 파장변환 입자(202)는 나노스캐일을 갖는다. 예컨대, 상기 파장변환 입자(202)는 도 1의 진성 반도체층(30)에서 가장 흡수가 잘 일어나는 빛의 파장보다 작고, 파장 변환의 대상이 되는 광의 파장보다 크도록 함으로써, 가급적 흡수가 잘 일어나는 빛은 회절되어 파장변환 입자(202)에 영향을 받지 않고 통과할 수 있도록 하고, 파장 변환의 대상이 되는 광은 상기 파장변환 입자(202)에 충돌하여 파장이 변환된다.In addition, the
상기 베이스 필름(201)은 예컨대, 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리실록산(polysiloxane) 또는 아크릴레이트 폴리머(acrylatepolymer)를 사용할 수 있다.The
도 3은 파장 변환부의 다른 예를 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing another example of the wavelength converter.
도 3에서 도시된 파장 변환부(212)는 상부 보호필름(203) 및 하부 보호필름(240)을 제외하면 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 병기하고 중복되는 설명은 생략한다.The
도 3을 참조하면, 파장 변환부(212)는 상기 베이스 필름(201)과 파장 변환입자(202)를 보호하기 위해서, 상부 보호필름(203)을 포함할 수 있으며, 선택적으로 하부 보호필름(240)을 더 포함할 수 있다. 바람직하게 상부 보호필름(203) 및 하부 보호필름(240)은 상기 베이스 필름(201) 보다 큰 경도를 갖는다.Referring to FIG. 3, the
도 4는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 태양 전지를 도시하는 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 태양 전지의 광전 변환 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다. 도 4에서 도시된 태양 전지(400)는 도 4에서 도시된 태양 전지(100)와 진성 반도체층(130)을 제외하면 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 병기하고, 중복되는 설명은 생략한다.4 is a cross-sectional view illustrating a solar cell according to another exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram for describing a photoelectric conversion mechanism of the solar cell illustrated in FIG. 4. The
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지(400)는 광전 변환부(411) 및 파장 변환부(112)를 포함한다. 상기 광전 변환부(411)는 제1 전극(110), n형 실리콘층(120), 진성 실리콘층(130), p형 실리콘층(140) 및 제2 전극(150)을 포함한다.4 and 5, a
진성 실리콘층(130)은 n형 실리콘층(120)과 p형 실리콘층(140) 사이에 형성 된다. 진성 실리콘층(130)은 광전 변환 효율을 높이기 위하여, 복수의 비정질 실리콘층(132)과 복수의 미세결정질 실리콘층(134)이 서로 교대로 적층된 구조로 형성된다. 이때, 미세결정질 실리콘층(134)은 비정질과 단결정 실리콘의 경계물질로서 수십 nm에서 수백 nm의 결정크기를 갖는 나노 스케일(nano scale)의 실리콘 결정들이 형성된 층을 의미한다. 도 4 및 도 5에는 2개의 비정질 실리콘층들(132)과 2개의 미세결정질 실리콘층들(134)이 교대로 적층된 구조가 도시되어 있으나, 실제로는 이보다 많은 수의 비정질 실리콘층들(132)과 미세결정질 실리콘층들(134)이 형성될 수 있다. 비정질 실리콘층(132)과 미세결정질 실리콘층(134)을 서로 다른 두께를 갖거나, 또는 서로 동일한 두께로 형성될 수 있다. 진성 실리콘층(130)의 두께는 비정질 실리콘층(132)과 미세결정질 실리콘층(134)의 두께 비에 따라 탄력적으로 변할 수 있으며, 예를 들어, 약 500 ~ 2000nm의 두께로 형성될 수 있다.The
일반적으로, 실리콘을 이용한 광전소자는 진성 실리콘층의 광 흡수율과 광전변환효율에 따라 광전 효율이 결정된다. 이러한 관점에서, 비정질 실리콘층(132)은 결정면을 갖지 않기 때문에 미세결정질 실리콘층(134)에 비하여 광 흡수율이 우수하다. 반면, 미세결정질 실리콘층(134)은 결정면에서 광을 반사시키기 때문에 광 흡수율은 비정질 실리콘층(132)보다 낮지만, 전자 이동도가 비정질 실리콘층(132)보다 우수하기 때문에 흡수된 광을 전기로 변환하는 광전변환효율은 비정질 실리콘층(132)보다 우수하다. 따라서, 광 흡수율이 우수한 비정질 실리콘층(132)과 광전변환효율이 우수한 미세결정질 실리콘층(134)을 모두 형성하게 되면, 진성 실리콘층(130)의 광전 효율을 향상시킬 수 있게 된다.In general, in the photoelectric device using silicon, the photoelectric efficiency is determined according to the light absorption rate and the photoelectric conversion efficiency of the intrinsic silicon layer. In this regard, since the
태양 전지(400)의 광전 변환 매커니즘을 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 우선, 광이 입사되는 p형 실리콘층(140)과 가장 근접한 제1 비정질 실리콘층(132a)은 p형 실리콘층(140)을 통과하여 입사되는 광의 일부를 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하고, 하부에 위치한 제1 미세결정질 실리콘층(134a)에서 반사된 광을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성한다.The photoelectric conversion mechanism of the
제1 미세결정질 실리콘층(134a)은 제1 비정질 실리콘층(132a)을 통과한 광의 일부를 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하고 일부의 광은 제1 비정질 실리콘층(132)으로 반사한다. 제1 미세결정질 실리콘층(134a)의 하부에 위치한 제2 비정질 실리콘층(132b)는 제1 미세결정질 실리콘층(134a)을 통과한 광의 일부를 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하고, 하부에 위치한 제2 미세결정질 실리콘층(134b)에서 반사된 광을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성한다.The first
제2 비정질 실리콘층(132b)의 하부에 위치한 제2 미세결정질 실리콘층(134b)은 제2 비정질 실리콘층(132b)을 통과한 광의 일부를 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하고 일부의 광은 제2 비정질 실리콘층(132b)으로 반사한다. The second
한편, 진성 실리콘층(130)은 높은 도핑 농도로 상하에 각각 형성된 p형 실리콘층(140)과 n형 실리콘층(120)에 의해 공핍되어 내부에 전기장이 발생된다. 따라서, 진성 실리콘층(130) 내에 생성된 전자-정공 쌍은 확산이 아닌 내부 전기장에 의한 드리프트(drift)에 의해 n형 실리콘층(120)과 p형 실리콘층(140)으로 수집되어 전류를 발생하게 된다.Meanwhile, the
이와 같이, 진성 실리콘층(130) 내에 복수의 비정질 실리콘층들(132)과 복수 의 미세결정질 실리콘층들(134)을 교대로 형성하게 되면, 입사광의 흡수 및 반사가 여러 실리콘층들에서 반복적으로 수행되어, 결국 비정질 실리콘층 또는 미세결정질 실리콘층만을 사용하는 구조에 비하여 광전 효율이 증가하게 된다.As such, when the plurality of amorphous silicon layers 132 and the plurality of microcrystalline silicon layers 134 are alternately formed in the
한편, 진성 실리콘층(130)에 형성되는 비정질 실리콘층들(132)의 두께에 따라 광 흡수율이 달라지게 된다. 하기 수학식 1의 람베르트의 법칙(Laambert's law)에 따르면, 흡수층에 입사되는 광의 세기와 투과광의 세기와의 비율의 로그값은 흡수층의 두께에 비례하게 된다.Meanwhile, the light absorption rate varies depending on the thicknesses of the amorphous silicon layers 132 formed on the
여기서, Io는 입사광의 세기, I는 투과광의 세기, μ는 흡수계수, d는 흡수층의 두께를 나타낸다.Where I o is the intensity of incident light, I is the intensity of transmitted light, μ is the absorption coefficient, and d is the thickness of the absorption layer.
하기 표 1은 입사광의 세기를 1로 했을 때, 비정질 실리콘층(흡수계수 0.8)의 두께에 따른 투과광의 세기와 광 흡수율을 나타낸 표이다.Table 1 below is a table showing the intensity and the light absorption rate of the transmitted light according to the thickness of the amorphous silicon layer (absorption coefficient 0.8) when the incident light intensity is 1.
표 1을 참조하면, 비정질 실리콘층의 두께가 약 0.3㎛ 이상에서 광 흡수율이 90% 이상으로 나타났으며, 특히, 약 0.4㎛ 이상의 두께에서는 95% 이상의 광 흡수율을 갖는 것으로 나타났다. 또한, 비정질 실리콘층의 두께가 1.0㎛일 때, 거의 100%에 가까운 광 흡수율을 갖는 것으로 나타났다. 이러한 비정질 실리콘층의 특성을 고려하면, 진성 실리콘층(130)에 형성되는 비정질 실리콘층(132)의 총 두께는 약 0.4 ~ 1.0㎛로 형성되는 것이 바람직하다.Referring to Table 1, when the thickness of the amorphous silicon layer was about 0.3 μm or more, the light absorption was found to be 90% or more. In addition, when the thickness of the amorphous silicon layer was 1.0 mu m, it was found to have a light absorption of almost 100%. In consideration of the characteristics of the amorphous silicon layer, the total thickness of the
도 6은 본 발명의 예시적인 또 다른 실시예에 의한 태양 전지를 도시하는 단면도이다. 도 6에서, 제1 전극을 제외한 나머지 구성은 도 4에 도시된 것과 동일한 구성을 가지므로, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하며, 그 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다.6 is a cross-sectional view showing a solar cell according to still another exemplary embodiment of the present invention. In FIG. 6, the remaining components except for the first electrode have the same configuration as shown in FIG. 4, and the same reference numerals are used for the same components, and detailed description thereof will be omitted.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지(600)는 광전 변환부(611) 및 파장 변환부(112)를 포함한다. 상기 광전 변환부(611)는 n형 실리콘층(120) 하부에 형성된 제1 전극(210)을 포함한다. 제1 전극(210)은 도전성 광반사 물질로 형성되며, 예를 들어, 은, 알루미늄, 아연, 몰리브덴 등의 단일 금속 또는 이들의 합금으로 형성되거나, 상기 단일금속 또는 합금의 산화물 등으로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 6, the
n형 실리콘층(120)과 접하는 제1 전극(210)의 표면에는 광반사율을 높이기 위하여, 규칙적인 패턴의 요철 구조가 형성되어 있다. 상기 요철 구조는 엠보싱 또는 굴곡 형태 등의 반사면적을 증가시킬 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다. 이러한 제1 전극(210)의 요철 구조는 레이저 가공을 통해 형성될 수 있다. 이때, 제1 전극(210)의 레이저 가공을 위해, 제1 전극(210)은 은과 거의 동일한 광반사율을 가지면서 레이저 가공성이 우수한 알루미늄 몰리브덴 옥사이드(Aluminium Molybdenum Oxide : AMO)로 형성되는 것이 바람직하다.On the surface of the
도 7은 본 발명의 예시적인 또 다른 실시예에 의한 태양 전지를 도시하는 단면도이다.7 is a sectional view showing a solar cell according to still another exemplary embodiment of the present invention.
도 7에서, 제1 전극 및 도전성 반사층을 제외한 나머지 구성은 도 4에 도시된 것과 동일하므로, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하며, 그 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다.In FIG. 7, the rest of the configuration except for the first electrode and the conductive reflective layer are the same as those shown in FIG. 4, and the same reference numerals are used for the same components, and detailed description thereof will be omitted.
도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지(700)는 광전 변환부(711) 및 파장 변환부(112)를 포함한다. 상기 광전 변환부(611)는 제1 전극(310)과 n형 실리콘층(120) 사이에 형성되는 도전성 반사층(320)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, the
도전성 반사층(320)은 n형 실리콘층(120)과 접하는 표면에 광반사 효율을 높이기 위한 규칙적인 패턴의 요철 구조가 형성될 수 있으며, 상기 요철 구조의 레이저 가공성을 높이기 위하여 알루미늄 몰리브덴 옥사이드(AMO)로 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 제1 전극(310)과 별도로 도전성 반사층(320)이 형성된 경우, 제1 전극(310)은 반드시 도전성 광반사 물질로 형성될 필요는 없으며, 투광성 도전 물질로 형성될 수도 있다. The conductive
도시되진 않았으나, 상기 도전성 반사층(320)이 형성되고, 제1 전극(310)을 통해서 전원이 인가되도록 구성하는 경우, 상기 파장 변환부(112)는 상기 제1 전극(310)과 상기 도전성 반사층(320) 사이에 배치되어 반사되는 빛의 파장을 변화시켜 광전변환부(711)에서의 광의 흡수를 증가시킬 수도 있다.Although not shown, when the conductive
한편, 도 1, 도 3 및 도 4에 도시된 태양 전지들은 기판이 제1 전극측에 형성된 구조를 가지나, 이와 달리, 기판이 제2 전극측에 형성된 구조를 가질 수도 있다.Meanwhile, the solar cells shown in FIGS. 1, 3, and 4 have a structure in which a substrate is formed on the first electrode side, but alternatively, the substrate may have a structure in which the substrate is formed on the second electrode side.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention will be described.
도 8 내지 11은 도 6에 도시된 태양 전지의 제조과정을 나타낸 단면도들이다.8 to 11 are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the solar cell shown in FIG. 6.
도 8을 참조하면, 유리, 플라스틱 등의 기판(160) 상에 제1 전극(210)을 형성한다. 제1 전극(210)은 스퍼터링(sputtering) 공정을 통해 도전성 광반사 물질을 형성한 후, 상기 도전성 광반사 물질의 표면에 규칙적인 패턴의 요철 구조를 형성하는 과정을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(210)은 은, 알루미늄, 아연, 몰리브덴 등의 단일 금속 또는 이들의 합금으로 형성되거나, 상기 단일금속 또는 합금의 산화물 등으로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 8, the
제1 전극(210)의 요철 구조는 레이저 가공을 통해 형성될 수 있다. 제1 전극(210)의 레이저 가공을 위해, 제1 전극(210)은 은과 거의 유사한 높은 광반사율을 가지면서 레이저 가공성이 우수한 알루미늄 몰리브덴 옥사이드(Aluminium Molybdenum Oxide : AMO)로 형성되는 것이 바람직하다.The uneven structure of the
도 9를 참조하면, 제1 전극(210)이 형성된 기판(160) 상에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등의 n형 불순물이 도핑된 n형 실리콘층(120)을 형성한다. n형 실리콘층(120)은 n형 비정질 실리콘층 및 n형 미세결정질 실리콘층 중 적어도 하나의 층을 포함하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, n형 실리콘층(120)은 40 ~ 100㎒의 주파수를 이용한 화학기상증착(chemical vapor deposition : 이하, CVD) 공정을 통해 n형 미세결정질 실리콘층으로 형성될 수 있다. 또한, n형 실리콘층(120)은 2 ~ 13.56㎒의 주파수를 이용한 CVD 공정을 통해 n형 비정질 실리콘층으로 형성될 수 있다. 또한, n형 실리콘층(120)은 2 ~ 13.56㎒의 제1 주파수와 40 ~ 100㎒의 제2 주파수를 교대로 이용하는 CVD 공정을 통해 n형 비정질 실리콘층과 n형 미세결정질 실리콘층이 연속적으로 적층된 구조로 형성될 수 있다. 이중에서, n형 실리콘층(120)은 광전변환효율의 향상을 위하여 전자 이동도가 높은 n형 미세결정질 실리콘층으로 형성되는 것이 바람직하다. n형 실리콘층(120)은 예를 들어, 약 200 ~ 1000Å의 두께로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 9, an n-
도 10을 참조하면, n형 실리콘층(120) 상에 복수의 비정질 실리콘층(132)과 복수의 미세결정질 실리콘층(134)이 서로 교대로 적층된 진성 실리콘층(130)을 형성한다. Referring to FIG. 10, an
비정질 실리콘층(132)과 미세결정질 실리콘층(134)은 서로 다른 공정조건을 갖는 CVD 공정을 통해 형성될 수 있다. 일반적으로, CVD 장비에서 실리콘 박막을 형성함에 있어, 주파수가 높을수록, 그리고 수소(H2) 가스의 희석율(dilution ratio)이 높을수록 미세결정질 실리콘층이 잘 형성된다. The
따라서, 비정질 실리콘층(132)은 약 2 ~ 13.56㎒의 주파수와, 실란(SiH4) 가스와 수소(H2) 가스의 비율이 1 : 0.1~1 정도인 공정조건을 통해 형성될 수 있다. 이때, 실란(SiH4) 가스의 유량은 약 10 ~ 100sccm의 범위를 가지며, 수소(H2) 가스의 유량은 약 10 ~ 100sccm의 범위를 갖는다.Accordingly, the
반면, 미세결정질 실리콘층(134)은 약 40 ~ 100㎒의 주파수와, 실란(SiH4) 가스와 수소(H2) 가스의 비율이 1 : 5~30 정도인 공정조건을 통해 형성될 수 있다. 이때, 실란(SiH4) 가스의 유량은 약 2 ~ 20sccm의 범위를 가지며, 수소(H2) 가스의 유량은 약 40 ~ 400sccm의 범위를 갖는다. 한편, 상기한 공정조건으로 미세결정질 실리콘층(134)을 형성하게 되면, 하부에 위치한 물질과의 막질 차이에 의해서 미세결정질 실리콘층(134)의 하부에 소정 두께의 비정질 실리콘층이 형성될 수 있다. 따라서, 원치않는 비정질 실리콘층의 형성을 방지하기 위하여, 실란(SiH4) 가스 및 수소(H2) 가스 외에 불화규소(SiF4) 가스를 추가할 수 있다. 이와 같이, 공정 가스에 불화규소(SiF4)를 추가하게 되면, 미세결정질 실리콘층(134)의 증착시 발생되는 비정질 실리콘층을 불화규소(SiF4)가 식각하여 원치않는 비정질 실리콘층의 생성을 방지할 수 있다. 예를 들어, 실란(SiH4) 가스, 수소(H2) 가스 및 불화규소(SiF4) 가스는 약 1 : 5~30 : 1 정도의 비율로 사용될 수 있다.On the other hand, the
서로 교대로 적층되는 비정질 실리콘층들(132)과 미세결정질 실리콘층들(134)은 하나의 CVD 챔버 내에서 주파수 및 가스 비율 등의 공정조건을 변경하면서 연속적으로 형성될 수 있다. 이와 달리, 비정질 실리콘층들(132) 및 미세결정질 실리콘층들(134)은 인라인으로 연결된 적어도 하나의 비정질 형성용 CVD 챔버와 적어도 하나의 미세결정질 형성용 CVD 챔버를 이용하여 단계적으로 형성될 수 있다.The amorphous silicon layers 132 and the microcrystalline silicon layers 134 stacked alternately with each other may be continuously formed in a single CVD chamber while changing process conditions such as a frequency and a gas ratio. Alternatively, the amorphous silicon layers 132 and the microcrystalline silicon layers 134 may be formed stepwise by using at least one amorphous CVD chamber and at least one microcrystalline CVD chamber connected inline. .
한편, 비정질 실리콘층(132) 및 미세결정질 실리콘층(134)은 동일 조건의 CVD 공정을 통해 동시에 형성될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 미세결정질 실리콘층(134)을 형성하기 위한 공정을 진행하다 보면 하부에 위치한 물질과의 막질 차이에 의해서 미세결정질 실리콘층(134) 하부에 비정질 실리콘층(132)이 자동적으로 형성될 수 있다. 따라서, 미세결정질 실리콘층(134)을 형성하는 공정 조건을 조절함으로써, 비정질 실리콘층(132)을 동시에 형성할 수 있게 된다. 예를 들어, 비정질 실리콘층(132)과 미세결정질 실리콘층(134)을 동시에 형성하기 위한 CVD 공정은, 주파수가 약 40 ~ 100㎒, 실란(SiH4) 가스와 수소(H2) 가스의 비율이 약 1 : 5~30 정도인 공정 조건으로 수행할 수 있다.Meanwhile, the
한편, 진성 실리콘층(130)에 형성되는 비정질 실리콘층들(132)의 총 두께는 광 흡수율을 고려하여 약 0.4 ~ 1.0㎛로 형성되는 것이 바람직하다. Meanwhile, the total thicknesses of the amorphous silicon layers 132 formed on the
도 11을 참조하면, 진성 실리콘층(130) 상에 붕소(B), 칼륨(K) 등의 p형 불순물이 도핑된 p형 실리콘층(140)을 형성한다. p형 실리콘층(140)은 p형 비정질 실리콘층 및 p형 미세결정질 실리콘층 중 적어도 하나의 층을 포함하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, p형 실리콘층(140)은 40 ~ 100㎒의 주파수를 이용한 CVD 공정을 통해 p형 미세결정질 실리콘층으로 형성될 수 있다. 또한, p형 실리콘층(140)은 2 ~ 13.56㎒의 주파수를 이용한 CVD 공정을 통해 p형 비정질 실리콘층으로 형성될 수 있다. 또한, p형 실리콘층(140)은 2 ~ 13.56㎒의 제1 주파수와 40 ~ 100㎒의 제2 주파수를 교대로 이용하는 CVD 공정을 통해 p형 비정질 실리콘층과 p형 미세결정질 실리콘층이 연속적으로 적층된 구조로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 11, a p-
p형 실리콘층(140)은 외부로부터 입사되는 광이 흡수되지 않도록 진성 실리콘층(130)에 비하여 큰 밴드갭 에너지를 갖는 것이 바람직하다. p형 실리콘층(140)의 광투과도를 향상시키기 위해, 고정가스에 탄소(C)를 추가하여 p형 실리콘층(140)의 밴드갭 에너지를 증가시킬 수 있다. p형 실리콘층(140)은 예를 들어, 약 200 ~ 1000Å 정도의 두께로 진성 실리콘층(130)에 비하여 상대적으로 얇게 형성된다.The p-
이후, p형 실리콘층(140) 상에 투광성 도전 물질로 이루어진 제2 전극(150)을 형성한다. 제2 전극(150)은 스퍼터링 또는 CVD 공정을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(150)은 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide : ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide : IZO) 등으로 형성될 수 있다.Thereafter, a
이어서, 연속적으로 증착된 n형 실리콘층(120), 진성 실리콘층(130), p형 실리콘층(140) 및 제2 전극(150)을 건식 및 습식 식각공정으로 일시에 식각하여 도 6에 도시된 태양 전지(600)를 제조할 수 있다. 이때, 레이저를 이용하여 식각할 수도 있다.Subsequently, the n-
상기 제2 전극(150) 상부에는 파장 변환부(112)가 형성된다. 상기 파장 변환부(112)는 베이스 필름이 도포된 후, 베이스 필름 내부에 파장변환입자(도시안됨)가 주입될 수 있으며, 파장변환입자가 산포된 베이스 필름이 상기 제2 전극(150) 상부에 부착될 수도 있다.The
한편, 제1 전극(210) 상에 n형 실리콘층(120)을 증착할 때, 계면 특성을 향상시키기 위하여, 플라즈마를 이용한 표면 개질 공정을 추가할 수 있다. 또한, 진성 실리콘층(130) 및 p형 실리콘층(140)을 증착할 때도, 각 층간의 계면 특성을 향상시키기 위하여 플라즈마를 이용한 표면 개질 공정을 추가할 수 있다.Meanwhile, when the n-
또한, 제1 전극(210)을 형성함에 있어, 제1 전극(210)은 도 1에 도시된 바와 같이, 표면이 평평한 구조로 형성할 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 기판(160) 상에 제1 전극(310)을 형성하고, 이어서 제1 전극(310) 상에 도전성 반사층(320)을 형성할 수도 있다.In addition, in forming the
한편, 기판이 제2 전극측에 형성되는 구조인 경우에는 상기한 증착 공정들을 역순으로 진행하면 된다.In the case where the substrate is formed on the second electrode side, the above deposition processes may be performed in reverse order.
이와 같이, 복수의 비정질 실리콘층들과 미세결정질 실리콘층들을 동일한 구조의 CVD 장비에서 연속적으로 증착하고, 최종족으로 증착된 실리콘층들을 일시에 식각하여 태양 전지를 제조함으로써, 제조 시간을 줄이고, 용이하게 복수의 실리콘층들을 형성할 수 있다.As described above, a plurality of amorphous silicon layers and microcrystalline silicon layers are continuously deposited in CVD equipment having the same structure, and the final group deposited silicon layers are temporarily etched to fabricate a solar cell, thereby reducing manufacturing time and making it easier. A plurality of silicon layers can be formed.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 설명 및 아래의 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical and exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the above description and the drawings below should be construed as illustrating the present invention, not limiting the technical spirit of the present invention.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 태양 전지를 도시하는 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에서 도시된 파장 변환부의 확대 단면도이다.FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the wavelength converter illustrated in FIG. 1.
도 3은 파장 변환부의 다른 예를 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing another example of the wavelength converter.
도 4는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 태양 전지를 도시하는 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a solar cell according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 5는 도 4에 도시된 태양 전지의 광전 변환 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a photoelectric conversion mechanism of the solar cell shown in FIG.
도 6은 본 발명의 예시적인 또 다른 실시예에 의한 태양 전지를 도시하는 단면도이다.6 is a cross-sectional view showing a solar cell according to still another exemplary embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 예시적인 또 다른 실시예에 의한 태양 전지를 도시하는 단면도이다.7 is a sectional view showing a solar cell according to still another exemplary embodiment of the present invention.
도 8 내지 11은 도 6에 도시된 태양 전지의 제조과정을 나타낸 단면도들이다.8 to 11 are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the solar cell shown in FIG. 6.
<주요 도면부호에 대한 간단한 설명><Short description of the major reference symbols>
100 : 태양 전지 110 : 제1 전극100
111 : 광전 변환부 112 : 파장 변환부111: photoelectric conversion section 112: wavelength conversion section
120 : n형 실리콘층 130 : 진성 실리콘층120: n-type silicon layer 130: intrinsic silicon layer
132 : 비정질 실리콘층 134 : 미세결정질 실리콘층132: amorphous silicon layer 134: microcrystalline silicon layer
140 : p형 실리콘층 150 : 제2 전극140: p-type silicon layer 150: second electrode
160 : 기판 201 : 베이스 필름160: substrate 201: base film
202 : 파장변환 입자 203 : 상부보호 필름202: wavelength conversion particles 203: upper protective film
204 : 하부보호 필름204: lower protective film
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