KR101065749B1 - 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

태양전지 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 태양전지는 기판(100); 기판(100) 상에 형성되며 다수개의 다결정 반도체층(211, 221, 231)이 적층된 다결정 광전소자(200); 다결정 광전소자(200) 상에 형성되며 다수개의 비정질 반도체층(310, 320, 330)이 적층된 제1 비정질 광전소자(300); 제1 비정질 광전소자(300) 상에 형성되며 다수개의 비정질 반도체층(410, 420, 430)이 적층된 제2 비정질 광전소자(400); 및 제2 비정질 광전소자(400) 상에 형성되는 상부전극(500)을 포함하는 것을 특징한다.
태양전지, 에너지 밴드 갭, 다결정, 삼중 접합, 탠덤

Description

태양전지 및 그 제조방법{SOLAR CELL AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적층되는 순서에 따라 적합한 에너지 밴드 갭을 가지는 삼중 접합의 탠덤형 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래의 일반적인 태양전지는 단일 접합형으로 구성되어 있어 많은 양의 전력을 생산하기 위해서는 대면적의 태양전지가 필요하였다. 하지만, 이와 같은 태양전지의 면적 증가는 설치 장소에 제한을 가져오고, 비용의 상승도 초래하게 된다. 또한, 단일 접합형 태양전지 중 광전 변환 효율이 가장 우수한 태양전지의 경우에도 20% 내외에 그치며 대부분의 빛은 그대로 투과되거나 반사되어 소실된다.
이러한 문제점을 극복하고자, 광전소자를 적층한 탠덤(tandem) 구조의 태양전지가 제안되었다. 이러한, 탠덤 구조의 태양전지는 동일한 기판 면적에서 보다 많은 양의 전기를 생산할 수 있어 종래의 단일 접합형 태양전지보다 향상된 광전 변환 효율을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
예를 들어, Saitoh 등은 플라즈마 화학기상 증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD)을 사용하여 p-i-n형 비정질 실리콘(amorphous Si: a-Si)/미소 결정질 실리콘(microcrystalline Si: μc-Si)의 탠덤형 실리콘 태양전지를 제조하였고, 이때 1cm2 면적에서 초기화 변환 효율은 9.4%, 안정화된 변환 효율은 8.5%이었다.
그러나, Saitoh 등이 개발한 탠덤형 실리콘 태양전지는 PECVD를 이용하여 미소 결정질 실리콘을 형성할 때 낮은 증착 압력과 높은 증착 파워 조건이 요구된다. 따라서, PECVD 공정 시간이 너무 길어지고 PECVD 공정 조건도 맞추기 어려워 생산성이 낮은 문제점이 있었다.
또한, 종래의 탠덤형의 태양전지는 주로 이중 접합의 구조로 구현되었기 때문에 하부 광전소자와 상부 광전소자가 가지는 전도대역(conduction band)과 가전자대역(valence band) 사이의 에너지 밴드 갭(energy band gap)의 차이가 커서 다양한 파장대의 광을 수광하는 능력이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 장파장대를 수광하는 에너지 밴드 갭이 작은 하부 광전소자에 비해 단파장대를 수광하는 에너지 밴드 갭이 큰 상부 광전소자의 광전 변환 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다양한 파장의 빛을 수광할 수 있는 삼중 접합의 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 광전소자의 에너지 밴드 갭이 선형적으로 증가되도록 적층한 삼중 접합의 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 광전소자 중 에너지 밴드 갭이 큰 광전소자를 이중으로 적층한 삼중 접합의 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 고품질의 다결정 반도체층으로 삼중 접합 중 가장 작은 에너지 밴드 갭을 가지는 광전소자를 형성할 수 있는 삼중 접합의 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 기판; 상기 기판 상에 형성되며 다수개의 다결정 반도체층이 적층된 다결정 광전소자; 상기 다결정 광전소자 상에 형성되며 다수개의 비정질 반도체층이 적층된 제1 비정질 광전소자; 상기 제1 비정질 광전소자 상에 형성되며 다수개의 비정질 반도체층이 적층된 제2 비정질 광전소자; 및 상기 제2 비정질 광전소자 상에 형성되는 상부전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 (a) 기판 상에 다수개의 다결정 반도체층을 적 층하여 다결정 광전소자를 형성하는 단계; (b) 상기 다결정 광전소자 상에 다수개의 비정질 반도체층을 적층하여 제1 비정질 광전소자를 형성하는 단계; (c) 상기 제1 비정질 광전소자 상에 다수개의 비정질 반도체층을 적층하여 제2 비정질 광전소자를 형성하는 단계; 및 (d) 상기 제2 비정질 광전소자 상에 상부전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법에 의해 달성된다.
이때, 상기 제1 비정질 광전소자 및 상기 제2 비정질 광전소자의 에너지 밴드 갭(energy band gap)은 동일할 수 있다.
상기 다결정 광전소자, 상기 제1 비정질 광전소자 및 상기 제2 비정질 광전소자는 적층 순서에 따라 선형적으로 증가되는 에너지 밴드 갭(energy band gap)을 가질 수 있다.
상기 다결정 광전소자는 폴리 실리콘 또는 폴리 실리콘 게르마늄 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 제1 비정질 광전소자는 비정질 실리콘 또는 비정질 실리콘 게르마늄 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 제2 비정질 광전소자는 비정질 실리콘 또는 비정질 실리콘 카바이드 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 다결정 반도체층은 SPC(Solid Phase Crystallization), ELA(Excimer Laser Annealing), SLS(Sequential Lateral Solidification), MIC(Metal Induced Crystallization), 및 MILC(Metal Induced Lateral Crystallization) 중 어느 하나의 방법으로 결정화될 수 있다.
상기 기판과 상기 다결정 광전소자 사이에는 하부전극이 더 형성될 수 있다.
상기 다결정 광전소자와 상기 제1 비정질 광전소자 사이와, 상기 제1 비정질 광전소자와 상기 제2 비정질 광전소자 사이 중 어느 하나 이상에는 투명전도체인 연결층이 더 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 적층되는 순서에 따라 광전소자의 에너지 밴드 갭이 선형적으로 증가됨으로써, 서로 다른 파장의 빛을 수광하여, 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 광전소자 중 에너지 밴드 갭이 큰 광전소자를 이중으로 적층하여 단파장대의 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 고품질의 다결정 반도체층으로 삼중 접합 중 가장 작은 에너지 밴드 갭을 가지는 광전소자를 형성함으로써, 열화를 방지하고 광전 변환 효율을 더 향상시킬 수 있다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시 된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
[본 발명의 바람직한 실시예]
본 명세서에 있어서, 탠덤형 태양전지란, 광전소자가 삼중 접합(triple junction)으로 적층된 구조를 의미할 수 있다. 이하의 상세한 설명에서는 삼중 접합을 중심으로 설명하지만, 본 발명에 따른 탠덤형 태양전지가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 삼중 이상을 포함하는 포괄적인 개념일 수 있다.
탠덤형 태양전지의 구성
도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탠덤형 태양전지의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 다수개의 단위셀 영역(광전 변환이 수행되는 영역)과 단위셀 영역 사이에 위치하는 다수개의 배선영역(배선이 이루어지는 영역) 을 포함하는 기판 중 단위셀 영역을 중심으로 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 기판(100)을 준비한다. 기판(100)의 재질은 광학적으로 투명 재질 또는 불투명 재질 모두 가능한데, 전기적인 특성으로는 유리, 플라스틱과 같은 절연성 재질 또는 실리콘, 금속과 같은 전도성 재질을 제한 없이 사용할 수 있다.
이때, 전도성 재질로 기판(100)을 형성하면, 이후 형성될 하부전극(110)의 기능을 수행할 수 있으므로 하부전극(110)을 형성하지 않을 수도 있다. 이러한 기판(100)은 이후 고온의 결정화 공정에서 기판(100)의 휨 현상을 견딜 수 있는 강성을 가지면서 상부에 형성될 광전소자(예를 들면, 실리콘)와 열팽창 계수가 유사한 금속 또는 금속 합금을 사용할 수 있다. 일례로, SUS(Stainless Steel), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 몰리브덴-텅스텐 합금(MoW) 또는 인바(Invar; Fe-Ni 합금)일 수 있다.
한편, 기판(100)의 표면은 텍스쳐링(texturing) 처리될 수도 있다. 본 발명에서 텍스쳐링이란, 태양전지의 기판 표면에 입사되는 빛이 반사되어 광학적으로 손실됨으로써 그 특성이 저하되는 현상을 방지하지 위한 것이다. 즉, 기판의 표면을 거칠게 만드는 것으로, 기판 표면에 요철 형상의 패턴을 형성하는 것을 말한다. 텍스쳐링으로 기판의 표면이 거칠어지면 표면에서 한번 반사된 빛이 태양전지 방향으로 재반사될 수 있으므로 빛이 손실되는 것을 감소시킬 수 있고, 광 포획량이 증가되어 태양전지의 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
대표적인 텍스쳐링 방법으로 샌드 블래스팅 방법을 사용할 수 있다. 샌드 블래스 팅은 식각 입자를 압축 공기로 분사하여 식각하는 건식 블래스팅과 액체와 함께 식각 입자를 분사하여 식각하는 습식 블래스팅을 모두 포함하는 것이다. 한편, 본 발명의 샌드 블래스팅에 사용되는 식각 입자는 모래, 작은 금속과 같이 물리적 충격으로 기판에 요철을 형성시킬 수 있는 입자를 제한 없이 사용할 수 있다.
이어서, 기판(100) 상에는 전도성 재질의 하부전극(110)을 형성할 수 있다. 하부전극(110)의 소재는 접촉 저항이 낮으면서 고온 공정을 진행하더라도 전기적 특성이 저하되지 않는 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 몰리텅스텐(MoW) 중 어느 하나이거나 이들의 합금인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되지 않으며, 통상적인 전도성 소재인 구리, 알루미늄, 티타늄 등 및 이들의 합금을 포함할 수 있다. 하부전극(110)의 형성 방법으로는 열 증착법(thermal evaporation), 전자빔 증착법(E-beam evaporation), 스퍼터링(sputtering)과 같은 물리기상 증착법(physical vapor deposition; PVD) 및 LPCVD, PECVD, 금속유기 화학기상 증착법(metal organic chemical vapor deposition; MOCVD)과 같은 화학기상 증착법(chemical vapor deposition; CVD)을 포함할 수 있다.
한편, 하부전극(110) 상에는 투명전도성 재질의 반사층(미도시)을 추가로 형성할 수도 있다. 즉, 반사층은 하부전극(110)과 후에 형성될 다결정 광전소자(200) 사이에 위치한다. 반사층은 하부전극(110)과 전기적으로 연결되면서도 기판(100)의 상측에서 입사되는 태양광을 반사시켜 태양전지의 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다. 반사층은 ZnO에 Al이 소량 첨가된 AZO(ZnO:Al)인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되지 않으며 통상적인 투명 전도성 소재인 ITO(Indium Tin Oxide), ZnO(Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), SnO에 F가 소량 도핑된 FSO(SnO:F) 등을 포함할 수 있다. 반사층의 형성 방법으로는 스퍼터링과 같은 물리기상 증착법 및 LPCVD, PECVD, MOCVD와 같은 화학기상 증착법 등을 포함할 수 있다. 또한, 하부전극(110)의 표면은 기판(100)의 표면과 마찬가지로 태양전지의 광전 변환 효율을 향상시키기 위하여 상술한 바 있는 텍스쳐링 처리될 수 있다. 이미 설명된 바와 같이 전도성 재질로 기판(100)을 사용할 경우에는 하부전극(110)을 형성하지 않을 수도 있다.
다음으로, 하부전극(110) 상에는 광전소자(200, 300, 400)를 삼중 접합으로 적층하여 본 발명의 일 실시예에 따른 탠덤형 태양전지를 구현할 수 있다. 이때, 광전소자는 다수개의 반도체층이 적층된 구조일 수 있는데, p형과 n형의 반도체층이 적층되거나 p형, i형, n형의 반도체층이 적층될 수 있다.
즉, 하부전극(110) 상에는 다결정 광전소자(200)를 형성하고, 이어서 다결정 광전소자(200) 상에는 제1 비정질 광전소자(300)를 형성하고, 이어서 제1 비정질 광전소자(300) 상에는 제2 비정질 광전소자(400)를 형성하여 하나의 탠덤 구조를 구성할 수 있다. 이때, 광전소자(200, 300, 400)의 형성 방법으로는 PECVD 또는 LPCVD와 같은 화학기상 증착법을 이용하여 형성할 수 있는데, 광전소자(200, 300, 400) 마다의 보다 상세한 형성방법을 살펴보면, 다음과 같다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 다결정 광전소자(200)를 형성하는 방법을 살펴보면, 하부전극(110) 상에 제1 비정질 반도체층(210)을 형성하고, 이어서 제1 비정질 반도체층(210) 상에는 제2 비정질 반도체층(220)을 형성하고, 이어서 제2 비정질 반도체층(220) 상에는 제3 비정질 반도체층(230)을 형성할 수 있다.
이어서, 제1, 제2, 제3 비정질 반도체층(210, 220, 230)을 결정화하는 과정을 수행할 수 있다. 즉, 제1 비정질 반도체층(210)은 제1 다결정 반도체층 (211)으로, 제2 비정질 반도체층(220)은 제2 다결정 반도체층(221)으로, 제3 비정질 반도체층(230)은 제3 다결정 반도체층(231)으로 각각 결정화할 수 있다.
이때, 결정화하는 방법은 SPC(solid phase crystallization), ELA(excimer laser annealing), SLS(sequential lateral solidification), MIC(metal induced crystallization), 및 MILC(metal induced lateral crystallization) 중 어느 하나의 방법을 사용할 수 있다. 비정질 반도체의 결정화 방법은 공지의 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 본 명세서에서는 생략하기로 한다.
한편, 상기에서는 하부 제1, 제2, 제3 비정질 반도체층(210, 220, 230)을 모두 형성한 후에 이들 층을 동시에 결정화시키는 것으로 설명하고 있으나 반드시 에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 하나의 비정질 반도체층 마다 결정화 공정을 별도로 진행할 수 있으며, 또한 두개의 비정질 반도체층은 동시에 결정화 공정을 진행하고 나머지 하나의 비정질 반도체층은 별도로 결정화 공정을 진행할 수도 있다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 제1 비정질 광전소자(300)를 형성하는 방법을 살펴보면, 다결정 광전소자(200) 상에 제1 비정질 반도체층(310)을 형성하고, 이어서 제1 비정질 반도체층(310) 상에는 제2 비정질 반도체층(320)을 형성하고, 이어서 제2 비정질 반도체층(320) 상에는 제3 비정질 반도체층(330)을 형성할 수 있다. 결국, 다결정 광전소자(200) 상에는 제1, 제2, 제3 비정질 반도체층(310, 320, 330)으로 구성되는 제1 비정질 광전소자(300)가 형성될 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하여, 제2 비정질 광전소자(400)를 형성하는 방법을 살펴보면, 제1 비정질 광전소자(300) 상에 제1 비정질 반도체층(410)을 형성하고, 이어서 제1 비정질 반도체층(410) 상에는 제2 비정질 반도체층(420)을 형성하고, 이어서 제2 비정질 반도체층(420) 상에는 제3 비정질 반도체층(430)을 형성할 수 있다. 결국, 제1 비정질 광전소자(300) 상에는 제1, 제2, 제3 비정질 반도체층(410, 420, 430)으로 구성되는 제2 비정질 광전소자(400)가 형성될 수 있다.
이상에서 설명된 다결정 광전소자(200), 제1 비정질 광전소자(300) 및 제2 비정질 광전소자(400) 마다의 반도체층은 광이 수광되어 발생되는 광기전력으로 전력을 생산할 수 있는 p형, i형, n형의 반도체층이 순서대로 적층된 p-i-n 다이오드의 구조일 수 있다. 이때, p+, i, n+형의 반도체층이 순서대로 적층된 것이 더 바람직하다. 여기서 i형은 불순물이 도핑되지 않은 진성(intrinsic)을 의미한다. 또한, +와 -의 의미는 도핑 농도의 상대적인 차이를 나타내며 +가 -보다 고농도의 도핑 농도를 가짐을 의미한다. 예를 들어, n+가 n-보다 하이 도핑되어 있음을 의미한다. 또한, + 또는 -의 표시가 없는 경우에는 도핑 농도의 특별한 제한이 없음을 의미한다.
또한, 다결정 광전소자(200), 제1 비정질 광전소자(300) 및 제2 비정질 광전소자(400) 마다의 반도체층은 광이 수광되어 발생되는 광기전력으로 전력을 생산할 수 있는 n형, i형, p형의 반도체가 순서대로 적층된 n-i-p 다이오드의 구조일 수 있다. 이때, n+, i, p+형의 반도체층이 순서대로 적층된 것이 더 바람직하다.
또한, 다결정 광전소자(200), 제1 비정질 광전소자(300) 및 제2 비정질 광전소자(400) 마다의 반도체층은 광이 수광되어 발생되는 광기전력으로 전력을 생산할 수 있는 p형, p형, n형의 반도체가 순서대로 적층된 p-p-n 다이오드의 구조일 수 있다. 이때, p+, p-, n+형의 반도체층이 순서대로 적층된 것이 더 바람직하다.
또한, 다결정 광전소자(200), 제1 비정질 광전소자(300) 및 제2 비정질 광전소자(400) 마다의 반도체층은 광이 수광되어 발생되는 광기전력으로 전력을 생산할 수 있는 n형, n형, p형의 반도체가 순서대로 적층된 n-n-p 다이오드의 구조일 수 있다. 이때, n+, n-, p+형의 반도체층이 순서대로 적층된 것이 더 바람직하다.
한편, n형 또는 p형 도핑은 비정질 실리콘층 형성시에 불순물을 인시츄(in situ) 방식으로 도핑하는 것이 바람직하다. p형 도핑시 불순물로서는 보론(B)을 n형 도핑시 불순물로서는 인(P) 또는 비소(As)를 사용하는 것이 일반적이나, 이에 한정되는 것은 아니며 공지된 기술을 제한 없이 사용할 수 있다.
또한, 다결정, 제1 비정질 및 제2 비정질 광전소자(200, 300, 400)에 대해서는 비정질 반도체층 내에 존재하는 결함(예를 들어, 불순물 및 댕글링 본드 등)을 제거하고 제반 특성을 보다 향상시키기 위하여 수소화 처리를 수행할 수 있다.
마지막으로, 도 6을 참조하면, 제2 비정질 광전소자(400) 상에는 전도성 재질의 상부전극(500)을 형성할 수 있다. 상부전극(500)의 소재는 투명 전도성 재질인 ITO, ZnO, IZO, AZO(ZnO:Al), FSO(SnO:F) 중 어느 하나인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상부전극(500)의 형성 방법으로는 스퍼터링과 같 은 물리기상 증착법 및 LPCVD, PECVD, MOCVD와 같은 화학기상 증착법 등을 포함할 수 있다.
이로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 삼중 접합의 탠덤형 태양전지를 형성할 수 있다. 한편, 도시되어 있지 않지만, 다결정 광전소자(200)와 제1 비정질 광전소자(300) 사이 또는 제1 비정질 광전소자(300)와 제2 비정질 광전소자(400) 사이 중 어느 하나 이상에는 투명전도체인 연결층 추가로 형성될 수 있다. 이러한 연결층은 광전소자 사이에 터널 접합(tunnel junction)이 이루어지게 하여 태양전지의 보다 양호한 광전 변환 효율을 기대할 수 있게 된다. 연결층의 소재로는 ITO, ZnO, IZO, AZO(ZnO:Al), FSO(SnO:F) 중 어느 하나인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 연결층의 형성 방법으로는 스퍼터링과 같은 물리기상 증착법 및 LPCVD, PECVD, MOCVD와 같은 화학기상 증착법 등을 포함할 수 있다.
탠덤형 태양전지의 에너지 밴드 갭
본 발명의 일 실시예에 따른 탠덤형 태양전지에 있어서, 다결정, 제1 비정질, 제2 비정질 광전소자(200, 300, 400)는 바람직하게는, 다음과 같은 에너지 밴드 갭 타입을 가질 수 있다.
먼저, 다결정, 제1 비정질, 제2 비정질 광전소자(200, 300, 400)는 에너지 밴드 갭이 “다결정 < 제1 비정질 = 제2 비정질”의 관계를 가지도록 형성할 수 있는데, 이는 다결정 광전소자(200)의 에너지 밴드 갭이 가장 작고 다른 제1 비정질, 제2 비정질 광전소자(300, 400)는 동일(또는 유사)한 형태이다. 일례로, 폴리 실리콘(p-Si), 비정질 실리콘(a-Si), 비정질 실리콘(a-Si)일 수 있다.
이와 같이, 다결정 광전소자(200)에 비해 에너지 밴드 갭이 큰 제1 비정질, 제2 비정질 광전소자(300, 400)를 이중으로 적층하여, 단파장대를 수광하는 에너지 밴드 갭이 큰 광전소자의 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 다결정, 제1 비정질, 제2 비정질 광전소자(200, 300, 400)는 에너지 밴드 갭이 “다결정 < 제1 비정질 < 제2 비정질”의 관계를 가지도록 형성할 수 있는데, 이는 다결정 광전소자(200)와 제1 비정질 광전소자(300) 간의 에너지 밴드 갭 차이와 제1 비정질 광전소자(300)와 제2 비정질 광전소자(400) 간의 에너지 밴드 갭 차이가 서로 동일하거나 유사한 형태이다. 일례로, 폴리 실리콘 게르마늄(p-SiGe), 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe), 비정질 실리콘 카바이드(a-SiC)일 수 있는데, 보다 바람직하게는 폴리 실리콘(p-Si), 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe), 비정질 실리콘(a-Si)일 수 있다.
이와 같이, 다결정, 제1 비정질, 제2 비정질 광전소자(200, 300, 400)의 에너지 밴드 갭이 적층 순서에 따라 선형적으로 증가되도록 형성함으로써, 다양한 파장대의 광을 용이하게 수광하여 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명된 탠덤형 태양전지는 삼중 접합 중 가장 작은 에너지 밴드 갭을 가지는 광전소자를 다결정 광전소자(200)로 형성함으로써, 미소 결정질 실리콘을 채용하는 기존의 탠덤형 태양전지보다 열화(aging) 특성이 우수(열화가 잘 진행되지 않는)하고 장파장대의 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 실리콘의 특성상 비정질 실리콘은 열화 특성이 좋지 못하고, 미소 결정질 실리콘과는 달리 다결정 실리콘 내에는 비정질 실리콘이 거의 존재하지 않기 때문에, 본 발명의 탠덤 형 태양전지는 사용함에 따라 특성이 잘 저하되지 않는다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탠덤형 태양전지의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
<주요 도면 부호에 관한 간단한 설명>
100: 기판
110: 하부전극
200: 다결정 광전소자
211: 제1 다결정 반도체층
221: 제2 다결정 반도체층
231: 제3 다결정 반도체층
300: 제1 비정질 광전소자
400: 제2 비정질 광전소자
210, 310, 410: 제1 비정질 반도체층
220, 320, 420: 제2 비정질 반도체층
230, 330, 430: 제3 비정질 반도체층
500: 상부전극

Claims (18)

  1. 삭제
  2. 기판;
    상기 기판 상에 형성되는 하부전극;
    상기 하부전극 상에 형성되며 다수개의 다결정 반도체층이 적층된 다결정 광전소자;
    상기 다결정 광전소자 상에 형성되며 다수개의 비정질 반도체층이 적층된 제1 비정질 광전소자;
    상기 제1 비정질 광전소자 상에 형성되며 다수개의 비정질 반도체층이 적층된 제2 비정질 광전소자; 및
    상기 제2 비정질 광전소자 상에 형성되는 상부전극
    을 포함하되,
    상기 다결정 광전소자의 에너지 밴드 갭(energy band gap)이 가장 작고, 상기 제1 비정질 광전소자 및 상기 제2 비정질 광전소자의 에너지 밴드 갭(energy band gap)은 동일한 것을 특징으로 하는 태양전지.
  3. 기판;
    상기 기판 상에 형성되는 하부전극;
    상기 하부전극 상에 형성되며 다수개의 다결정 반도체층이 적층된 다결정 광전소자;
    상기 다결정 광전소자 상에 형성되며 다수개의 비정질 반도체층이 적층된 제1 비정질 광전소자;
    상기 제1 비정질 광전소자 상에 형성되며 다수개의 비정질 반도체층이 적층된 제2 비정질 광전소자; 및
    상기 제2 비정질 광전소자 상에 형성되는 상부전극
    을 포함하되,
    상기 다결정 광전소자, 상기 제1 비정질 광전소자 및 상기 제2 비정질 광전소자는 적층 순서에 따라 선형적으로 증가되는 에너지 밴드 갭(energy band gap)을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 다결정 광전소자는 폴리 실리콘 또는 폴리 실리콘 게르마늄 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 비정질 광전소자는 비정질 실리콘 또는 비정질 실리콘 게르마늄 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제2 비정질 광전소자는 비정질 실리콘 또는 비정질 실리콘 카바이드 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 다결정 반도체층은 SPC(Solid Phase Crystallization), ELA(Excimer Laser Annealing), SLS(Sequential Lateral Solidification), MIC(Metal Induced Crystallization), 및 MILC(Metal Induced Lateral Crystallization) 중 어느 하나의 방법으로 결정화된 것을 특징으로 하는 태양전지.
  8. 삭제
  9. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 다결정 광전소자와 상기 제1 비정질 광전소자 사이와, 상기 제1 비정질 광전소자와 상기 제2 비정질 광전소자 사이 중 어느 하나 이상에는 투명전도체인 연결층이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  10. 삭제
  11. (a) 기판 상에 하부전극을 형성하는 단계;
    (b) 상기 하부전극 상에 다수개의 다결정 반도체층을 적층하여 다결정 광전소자를 형성하는 단계;
    (c) 상기 다결정 광전소자 상에 다수개의 비정질 반도체층을 적층하여 제1 비정질 광전소자를 형성하는 단계;
    (d) 상기 제1 비정질 광전소자 상에 다수개의 비정질 반도체층을 적층하여 제2 비정질 광전소자를 형성하는 단계; 및
    (e) 상기 제2 비정질 광전소자 상에 상부전극을 형성하는 단계
    를 포함하되,
    상기 다결정 광전소자의 에너지 밴드 갭(energy band gap)이 가장 작고, 상기 제1 비정질 광전소자 및 상기 제2 비정질 광전소자의 에너지 밴드 갭(energy band gap)은 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  12. (a) 기판 상에 하부전극을 형성하는 단계;
    (b) 상기 하부전극 상에 다수개의 다결정 반도체층을 적층하여 다결정 광전소자를 형성하는 단계;
    (c) 상기 다결정 광전소자 상에 다수개의 비정질 반도체층을 적층하여 제1 비정질 광전소자를 형성하는 단계;
    (d) 상기 제1 비정질 광전소자 상에 다수개의 비정질 반도체층을 적층하여 제2 비정질 광전소자를 형성하는 단계; 및
    (e) 상기 제2 비정질 광전소자 상에 상부전극을 형성하는 단계
    를 포함하되,
    상기 다결정 광전소자, 상기 제1 비정질 광전소자 및 상기 제2 비정질 광전소자는 적층 순서에 따라 선형적으로 증가되는 에너지 밴드 갭(energy band gap)을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 다결정 광전소자는 폴리 실리콘 또는 폴리 실리콘 게르마늄 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제1 비정질 광전소자는 비정질 실리콘 또는 비정질 실리콘 게르마늄 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  15. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제2 비정질 광전소자는 비정질 실리콘 또는 비정질 실리콘 카바이드 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  16. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 다결정 반도체층은 SPC(Solid Phase Crystallization), ELA(Excimer Laser Annealing), SLS(Sequential Lateral Solidification), MIC(Metal Induced Crystallization), 및 MILC(Metal Induced Lateral Crystallization) 중 어느 하나의 방법으로 결정화하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  17. 삭제
  18. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 다결정 광전소자와 상기 제1 비정질 광전소자 사이와, 상기 제1 비정질 광전소자와 상기 제2 비정질 광전소자 사이 중 어느 하나 이상에는 투명전도체인 연결층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
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