KR101065754B1 - 공기를 포함하는 광전소자용 기판 및 이를 이용한 태양전지 - Google Patents

공기를 포함하는 광전소자용 기판 및 이를 이용한 태양전지 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 공기를 포함하는 광전소자용 기판 및 이를 이용한 태양전지가 개시된다. 본 발명에 따른 공기를 포함하는 광전소자용 기판은 빛을 투과시키는 기판(100); 기판(100)의 일면에 형성되어 기판(100)을 투과한 빛을 반사시키는 반사층(200); 및 기판(100)과 반사층(200) 사이에 위치하여 공기가 저장되는 공간부(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
공기, 태양전지, 반사층, 요철, 굴절률

Description

공기를 포함하는 광전소자용 기판 및 이를 이용한 태양전지{SUBSTRARE FOR PHOTO ELECTRONIC DEVICE WITH AIR AND SOAR CELL USING THE SAME}
본 발명은 공기를 포함하는 광전소자용 기판 및 이를 이용한 태양전지에 관한 것이다. 보다 상세하게는 기판의 일면에 공기를 저장하는 공간을 형성하는 반사층을 구비하는 기판과, 상기 기판의 타면(일면과 반대의 면)에 광전소자가 형성된 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 태양광을 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심 소자로 그 응용 범위가 매우 넓다. 이러한 태양전지는 광전 변환 효율이 우수한 경우에도 20% 내외에 그치며 그 외 대부분의 빛은 그대로 투과되거나 반사되어 소실된다. 따라서, 많은 양의 전력을 생산하기 위해서는 대면적의 태양전지가 필요하며 이는 태양전지의 설치 장소 등에 제한을 가져오고 비용의 상승도 초래하였다. 결국, 태양전지는 향후 이러한 문제점을 해결하고 광전 변환 효율을 향상시키는 것이 핵심 과제이다.
최근에는 상기의 문제점을 해결하고자, 광 흡수층으로 비정질 실리콘을 결정화한 다결정 실리콘을 사용하는 다결정 실리콘 태양전지, 기판 상면에 요철 구조가 형성된 태양전지 등이 개발되어 왔다.
그러나, 다결정 실리콘 태양전지는 비정질 실리콘의 결정화시 상기 비정질 실리콘의 하부에 위치하는 하부전극(특히, 투명전극)이 고온 열처리에 의하여 손상됨으로써 저항이 증가되고 기판과의 부착력도 저하되어 박리되는 문제점이 있었다.
또한, 기판 상면에 요철 구조가 형성된 태양전지는 샌드 블래스팅법을 사용한 요철 구조 형성시의 식각 입자에 의해 기판 표면(특히, 글라스 기판)이 강한 물리적 충격을 받아서 손상될 수 있고, 기판 표면이 오염될 수 있으며, 이에 의해 기판과 태양전지(광전소자)와의 부착력도 저하되는 문제점이 있었다.
상술된 문제점들은 결국에 태양전지의 광전 변환 효율을 저하시킬 뿐만 아니라 태양전지의 제반 특성 및 품질의 신뢰성을 저하시키는 요인으로 작용하게 된다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 태양전지의 제반 특성 및 품질의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 광전소자용 기판과 이를 이용한 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 상기 목적은 빛을 투과시키는 기판; 상기 기판의 일면에 형성되어 상기 기판을 투과한 빛을 반사시키는 반사층; 및 상기 기판과 상기 반사층 사이에 위치하여 공기가 저장되는 공간부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전소자용 기판에 의해 달성된다.
상기 반사층은 상기 기판의 일면 가장자리부에 부착될 수 있다.
상기 공간부는 상기 반사층에 의해 다수개로 분리된 구조일 수 있다.
상기 기판의 일면에는 거칠기를 가지는 요철부가 더 형성될 수 있다.
상기 요철부의 최고점과 상기 반사층에 의해 상기 공간부가 밀폐될 수 있다.
상기 기판의 일면과 반대되는 타면에도 상기 요철부가 형성될 수 있다.
상술된 상기 광전소자용 기판의 일면과 반대되는 타면 상에 태양전지가 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 기판의 후면에 요철 구조와 공기 및 반사층을 형성하여 3 중 반사 기능을 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 저장된 공기는 외부에서 인가되는 힘으로부터 기판을 물리적으로 보호할 수도 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 기판의 양면에 형성된 요철부의 거칠기를 감소시키고 경사를 완만하게 하여 기판의 요철부 상에 형성되는 하부전극 및 반사층과의 계면 특성(부착력)을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 결정화시 열처리에 의한 하부전극의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 계면특성과 반사율을 향상시켜 태양전지의 광전 변화 효율을 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 개시된 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 설명된 다면, 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.
공기를 포함하는 기판
본 명세서에 있어서 공기를 포함하는 기판이란, 일면(상면)에 수광 다이오드, 수광 트랜지스터 및 태양전지와 같이 빛을 수광하는 광전소자가 형성되는 투명한 기판의 타면(후면)에 공기가 저장된 광전소자용 기판을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기를 포함하는 광전소자용 기판을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 공기를 포함하는 광전소자용 기판은 기판(100), 반사층(200) 및 공간부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 본 발명의 기판(100)은 광을 투과시킬 수 있는 투명 재질일 수 있는데, 일례로 유리 기판, 플라스틱 기판 또는 폴리머 기판일 수 있다.
기판(100)의 적어도 일면, 바람직하게는 양면(일면 및 상기 일면의 반대인 타면)에는 거칠기를 가지는 요철부(110)가 형성될 수 있다. 요철부(110)는 거칠기 에 의해 빛을 굴절(반사)시킬 수 있으며 형성될 다른 소자(광전소자, 반사층)와의 계면 특성(부착력)을 향상시키는 기능을 수행할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 반사층(200)은 기판(100)의 일면(하면)에 형성된 요철부(110) 상에 형성될 수 있는데, 일례로 반사층(200)은 필름 형태로 접착력에 의해 요철부(110) 상에 부착될 수 있다. 반사층(200)은 상면을 통해 기판(100)을 투과한 빛을 반사시켜 다시 기판(100) 방향으로 재투과시킬 수 있는 반사 기능을 수행할 수 있다. 반사층(200)의 재질로는 반사율이 우수한 알루미늄일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 공지된 반사율이 우수한 물질을 제한 없이 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 반사층(200)은 요철부(110)와 반사층(200) 사이에 밀폐된 다수개의 공간부(300)를 형성시키는 기능을 더 수행할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 공간부(300)는 기판(100)과 반사층(200) 사이에 형성되며, 소정의 기체가 저장되는데 일반적으로 공기(air)가 저장될 수 있다. 공간부(300)는 기판(100)을 투과한 빛을 굴절시키거나 반사시키는 기능을 수행할 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 요철부(110)의 요철 패턴(P) 사이에 형성되는 공간부(300)에는 공기가 저장될 수 있는데, 공간부(300)에 저장된 공기는 기판(100)의 굴절률(예를 들면, 유리 기판은 대략 1.7인데 반하여 공기는 1)과 서로 상이하기 때문에 보다 우수한 반사율을 얻을 수 있다. 즉, 기판(100)을 투과한 빛은 요철부(110)에 의해 1차적으로 반사될 수 있으며, 공간부(300)에 저장된 공기에 의해 2차적으로 반사될 수 있고, 다시 반사층(200)에 의해 3차적으로 반사될 수 있으므로 모두 3층의 반사층을 구비하는 효과를 얻을 수 있다.
이외에도, 공간부(300)에 저장된 공기는 외부에서 인가되는 힘으로부터 기판(100)을 물리적으로 보호하는 기능을 수행할 수도 있다.
한편, 공간부(300)는 요철부(110)의 최고점과 반사층(200)에 의해 밀폐되므로 공간부(300)는 요철 패턴(P)에 의해 서로 분리된 다수개가 형성될 수 있다. 따라서, 요철부(110)의 요철 패턴(P) 크기를 조절함으로써 기판(100)의 전체 면적에 대한 공간부(300)의 비율을 제어할 수 있으며 이에 의하여 광전소자용 기판의 반사율을 조절할 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 의한 공기를 포함하는 광전소자용 기판의 보다 상세한 설명은 도 3 이하를 참조한 상세한 설명에 의해 이해될 것이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 공기를 포함하는 광전소자용 기판을 나타내는 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 공기를 포함하는 광전소자용 기판은 기판(100), 반사층(200) 및 공간부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 본 발명의 기판(100)은 광을 투과할 수 있는 투명 재질일 수 있다. 기판(100)의 일면에는 도 1과 같이 요철부(110)를 형성할 필요 없이도 공기를 저장할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 반사층(200)은 기판(100)의 일면 또는 타면에 형성되는데, 바람직하게는 기판(100)의 가장자리부에 부착할 수 있고 중앙부에는 소정의 공 간부(300)를 형성할 수 있다. 반사층(200)은 기판(100)을 투과한 빛을 반사시켜 다시 기판(100) 방향으로 투과시킬 수 있는 반사 기능을 수행할 수 있는데, 상세한 설명은 상술된 일 실시예와 동일하다.
다음으로, 본 발명의 공간부(300)는 기판(100)과 반사층(200) 사이에 형성되며, 소정의 기체가 저장되는데 일반적으로 공기(air)가 저장될 수 있다. 공간부(300)는 기판(100)을 투과한 빛을 굴절시키거나 반사시키는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 공간부(300)에 저장된 공기는 외부에서 인가되는 힘으로부터 기판(100)을 물리적으로 보호하는 기능을 수행할 수도 있다.
공간부(300)는 다수개로 분리된 구조일 수도 있는데, 보다 상세하게 도 2b를 참조하면, 반사층(200)을 기판(100)의 다수개의 지점과 접하도록 부착시킴으로써, 기판(100)과 반사층(200) 사이에 다수의 분리된 공간부(300)를 형성할 수 있다. 이렇게 하면 기판(100)과 반사층(200)과의 부착력을 향상시킴과 동시에 기판(100)의 전체 면적에 대한 공간부(300; 즉 공기층)의 비율을 제어할 수 있으며 이에 의하여 광전소자용 기판의 반사율을 조절할 수 있으며 또한 최적의 반사율을 갖는 광전소자용 기판을 얻을 수 있다.
공기를 포함하는 요철부가 형성된 기판
이하에서는, 본 발명의 바람직한 일 실시예인 공기를 포함하는 요철부(110)가 형성된 광전 소자용 기판(100)의 구성 및 제조 공정에 대하여 상세하게 살펴보기로 한다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 의한 도 1의 기판의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 3a를 참조하면, 유리 기판과 같이 빛을 투과시킬 수 있는 기판(100)을 준비하는데, 이러한 본 발명의 제조 공정을 작용하기 전에 기판(100)의 표면 이물을 제거하기 위해 일반적인 세정 공정을 수행할 수 있다.
이어서, 기판(100)의 상기 일면 또는 타면 중 적어도 하나에 텍스쳐링(texturing) 공정을 수행하여 거칠기를 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 텍스쳐링 공정으로 샌드 블래스팅을 수행하여 기판(100) 양면(일면과 타면)에 거칠기를 가지는 요철부(110)를 형성할 수 있다. 따라서, 일면에는 계면 특성(부착력)이 양호한 광전소자가 형성될 수 있고 타면에는 공기를 저장할 수 있다. 물론 그 역일 수도 있다.
여기서, 텍스쳐링이란 태양전지에 있어서 기판에 입사되는 빛이 투과되지 못하고 기판의 경계면에서 반사되어 나타나는 광학적 손실을 방지하지 위한 것으로서, 기판의 표면을 거칠게 하여 요철 패턴을 형성하는 것이다.
또한, 샌드 블래스팅은 노즐(10)을 통해 소정의 압력(20)으로 식각 입자를 분사하는 원리일 수 있는데, 노즐(10) 또는 기판(100)이 이동하면서 기판(100)의 전면적에 걸쳐 샌드 블래스팅을 수행할 수 있다. 보다 바람직하게는, 다수개의 노즐(10)이 구비되어 대면적 기판에 효율적으로 요철부(110)를 형성할 수 있다. 본 발명에서 샌드 블래스팅은 식각 입자를 압축 공기로 분사하여 식각하는 건식 블래스팅과 액체와 함께 식각 입자를 분사하여 식각하는 습식 블래스팅을 모두 포함하 는 의미이다. 샌드 블래스팅에 사용되는 식각 입자는 모래, 작은 금속과 같이 물리적 충격으로 기판에 요철을 형성시킬 수 있는 입자를 제한 없이 사용할 수 있다. 일례로, Al2O3로 구성된 식각 입자를 이용할 수 있다.
한편, 기판(100) 양면에는 샌드 블래스팅시 발생되는 기판의 조각 또는 식각제(예를 들면, 식각 입자)와 같은 잔류물(R)이 존재할 수 있는데, 아래의 도 3b를 참조한 세정 공정에 의해 제거될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 샌드 블래스팅에 의한 텍스쳐링 공정시 정형화된 패턴을 정밀하게 형성하기 위하여 기판(100) 양면에 소정의 패턴을 가지는 마스크(미도시)가 배치될 수 있다. 이때, 감광성 물질을 이용한 공지된 PR(photoresist) 마스크 또는 금속 마스크가 사용될 수도 있다.
다음으로, 도 3b를 참조하면, 기판(100) 양면에 잔류물(R)을 제거하는 세정 공정을 수행할 수 있다. 이러한 세정 공정은 화학적인 방법으로 잔류물(R)을 제거할 수 있는 세정제를 제한 없이 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서는 순수한 물을 이용한 워터 제트(water jet)를 이용하여서도 세정 공정을 수행할 수 있다. 이러한 워터 제트는 노즐을 통해 고압으로 물을 분사함으로써, 기판(100)의 양면에 형성된 잔류물(R)을 물리적으로 제거할 수 있다. 물론 화학적인 세정과 물리적인 세정을 모두 사용할 수도 있다. 일례로, 황산(H2SO4)과 과산화수소(H2O2)의 혼합액을 사용하는 화학적 세정 방법 또는 고압의 물을 사용하는 물리적 세정 방법 중 적어도 어느 하나의 방법으로 수행할 수 있다.
다음으로, 도 3c를 참조하면, 기판(100)의 양면에 습식 식각 공정을 수행하여 요철부(110)의 거칠기 및 경사각을 조절할 수 있다. 이러한 습식 식각 공정은 기판을 식각할 수 있는 공지된 식각제를 제한 없이 사용할 수 있다. 이때, 기판(100)의 요철부(110)는 식각제의 화학적 반응에 의한 식각 작용으로 피크 투 피크(peak to peak) 값(거칠기 값)이 감소되고 요철부(110)의 경사가 완만해지게 된다. 일례로, 물(H2O)과 불산(HF)의 혼합액을 식각제로 사용할 수 있다.
다음으로, 도 3d를 참조하면, 기판(100)의 양면에 고온의 열처리 공정을 수행하여 요철부(110)의 경사각을 더 조절할 수 있다. 보다 자세하게 설명하면, 물질의 상태가 전이(변화)될 수 있는 물질 고유의 전이 온도 이상으로 열처리함으로써 기판(100)의 요철부(110)의 상태가 전이(예를 들어, 용융)되어서 완만하게 변형되게 할 수 있다. 특히, 본 발명의 열처리 과정에서 요철부(110)의 샤프(sharp)한 첨단부가 제거되어 요철부의 전체적인 경사가 더욱 완만해지게 된다.
이러한 열처리 공정은 550℃ 내지 750℃의 고온에서 수행하는 것이 바람직한데, 550℃ 이상의 고온을 처리하는 것은 일반적인 유리 기판의 전이 온도가 550℃ 이상이기 때문이며, 750 ℃ 이하로 수행하는 것은 그 이상의 고온을 처리하면 유리 기판 자체가 구부러지거나 늘어나게 되는 등 변형이 일어나서 유리 기판 상에 제조되는 소자의 신뢰성을 보장할 수 없기 때문이다. 또한, 열처리시 질소 분위기를 유지시켜 외부 공기나 수분이 유입되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 기판 제조 방법을 통해 기판(100) 표면에 거칠기 작고 완만한 경사를 가지는 요철부(110)가 양면에 형성된 기판(100)을 구현할 수 있다.
한편, 상기와 같은 기판 제조 방법에서 수행되는 각각의 단계는 기재된 순서대로 모두 수행될 수 있지만, 텍스쳐링 공정 후 필요한 단계만을 선택적으로 수행할 수 있다.
이어서, 기판(100) 일면(상면)에는 광전소자를 형성하고, 기판 타면(하면)에는 반사층(200)을 형성하는 공정을 수행할 수 있다. 이때, 상술된 도 1과 같이 기판(100)의 하면에 반사층(200)과 공간부(300)를 먼저 형성한 후 이를 이용하여 상면에 광전소자를 형성할 수 있으나, 이보다는 기판(100)의 상면에 광전소자를 형성한 후, 하면에 반사층(200)을 형성하는 것이 바람직하다. 이는 광전소자 형성시 수행되는 열처리 등의 공정에 의해 반사층(200)과 공간부(300)가 손상될 수 있기 때문이다.
따라서, 도 4 이하를 참조한 상세한 설명에서는 후술된 방법을 중심으로 설명하지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
공기를 포함하는 요철부가 형성된 기판을 이용한 태양전지
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기를 포함하는 요철구조가 형성된 기판을 이용한 태양전지의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 요철부(110)가 형성된 기판(100)을 준비한다.
이어서, 기판(100)의 일면(상면)에는 하부전극(400)을 형성하는데, 하부전극(400)의 소재는 접촉 저항이 낮으면서 투명한 성질을 갖는 투명전극인 TCO(transparent conductive oxide) 또는 금속전극을 사용할 수 있다.
이때, 투명 전극은 ITO(Indium-Tin-Oxide) AZO(ZnO:Al), GZO(ZnO:Ga), BZO(ZnO:B), SnO2(SnO2:F) 중 어느 하나일 수 있으며, 금속전극은 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 몰리텅스텐(MoW) 중 어느 하나이거나 이들의 합금인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되지 않으며 통상적인 전도성 소재를 제한 없이 사용할 수 있다.
하부전극(400)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.
다음으로, 도 4b를 참조하면, 하부전극(400) 상에는 비정질 반도체층이 적층된 광전소자(500)를 형성하는데, 일례로 3층의 비정질 실리콘층(511, 521, 531)이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다.
이때, 제1, 제2, 제3 비정질 실리콘층(511, 521, 531)의 형성 방법으로는 PECVD 또는 LPCVD와 같은 화학기상 증착법을 이용하여 형성할 수 있다.
다음으로, 도 4c를 참조하면, 제1, 제2, 제3 비정질 실리콘층(511, 521, 531)을 열처리하여 결정화하는 과정을 수행할 수 있다. 즉, 제1 비정질 실리콘층(511)은 제1 다결정 실리콘층(510)으로, 제2 비정질 실리콘층(521)은 제2 다결정 실리콘층(520)으로, 제3 비정질 실리콘층(531)은 제3 다결정 실리콘층(530)으로 각 각 결정화한다. 결국, 하부전극(400) 상에는 제1, 제2, 제3 다결정 실리콘층(510, 520, 530)으로 구성되는 광전소자(500)가 형성된다.
광전소자(500)는 다결정 실리콘층이 적층된 구조로 빛이 수광되어 발생되는 광기전력으로 전력을 생산할 수 있는 p형, i형, n형의 다결정 실리콘층이 순서대로 적층된 p-i-n 다이오드의 구조일 수 있다. 여기서 i형은 불순물이 도핑되지 않은 진성(intrinsic)을 의미한다. 또한, 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.
이때, 제1, 제2, 제3 비정질 실리콘층(511, 521, 531)의 결정화 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. 상기의 비정질 실리콘의 결정화 방법은 공지의 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 본 명세서에서는 생략하기로 한다.
한편, 상기에서는 제1, 제2, 제3 비정질 실리콘층(511, 521, 531)을 모두 형성한 후에 이들 층을 동시에 결정화시키는 것으로 설명하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 하나의 비정질 실리콘층 마다 결정화 공정을 별도로 진행할 수 있으며, 또한 두 개의 비정질 실리콘층은 동시에 결정화 공정을 진 행하고 나머지 하나의 비정질 실리콘층은 별도로 결정화 공정을 진행할 수도 있다.
또한, 도시되지는 않았지만 광전소자(500)는 다결정 실리콘의 성질을 보다 향상시키기 위하여 결함 제거 공정을 추가로 진행할 수 있다. 본 발명에서는 다결정 실리콘층을 고온 열처리하거나 수소 플라즈마 처리하여 다결정 실리콘층 내에 존재하는 결함(예를 들어, 불순물 및 댕글링 본드 등)을 제거할 수 있다.
다음으로, 도 4d를 참조하면, 이상에서 설명된 광전소자(500) 상에 다른 광전소자(600)가 더 형성될 수 있는데, 이러한 광전소자(600)는 비정질 반도체층이 적층된 구조로, 일례로 3층의 비정질 실리콘층(610, 620, 630)이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다. 이때, 제1, 제2, 제3 비정질 실리콘층(610, 620, 630)의 형성 방법으로는 PECVD 또는 LPCVD와 같은 화학기상 증착법을 이용하여 형성할 수 있다.
이어서, 광전소자(600) 상에는 투명 전도성 재질의 상부전극(700)을 형성할 수 있다. 상부전극(700)의 소재는 ITO(Indium-Tin-Oxide) AZO(ZnO:Al), GZO(ZnO:Ga), BZO(ZnO:B), FTO(SnO2:F) 중 어느 하나인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상부전극(700)의 형성 방법으로는 스퍼터링과 같은 물리기상 증착법 및 LPCVD, PECVD, MOCVD와 같은 화학기상 증착법 등을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 기판(100)에 형성된 요철부(110)의 거칠기를 감소시키고 경사를 완만하게 하여, 기판(100)의 상면 요철부(110) 상에 형성되는 하부전극(400)과의 계면 특성(부착력)을 향상시킬 수 있다.
한편, 도시되어 있지 않지만, 제3 다결정 실리콘층(530)과 제1 비정질 실리콘층(610) 사이에는 투명 전도성 재질의 연결층(버퍼층)이 추가로 형성될 수 있다. 이때, 연결층은 광을 투과시킬 수 있는 ITO(Indium-Tin-Oxide) AZO(ZnO:Al), GZO(ZnO:Ga), BZO(ZnO:B), SnO2(SnO2:F) 중 어느 하나일 수 있다. 이러한 연결층은 제3 다결정 실리콘층(530)과 제1 비정질 실리콘층(610)간에 터널 접합(Tunnel Junction)이 이루어지게 하여서 그 결과 태양전지의 보다 양호한 광전 변환 효율을 기대할 수 있게 된다.
이상의 상세한 설명에서는 광전소자(500, 600)로 적층된 탠덤(tandem) 구조를 일 예로 설명하였지만 필요에 따라 광전소자를 이중 이상으로 적층시킬 수도 있다. 광전소자(500, 600)는 또한, p-i-n 형이 아닌 p-n 형을 사용할 수도 있다.
마지막으로, 기판(100)의 하면에는 태양광의 손실을 줄일 수 있는 반사층(200)을 형성할 수 있다. 반사층(200)은 도 1을 참조한 이상의 상세한 설명에서 설명된 바와 같이, 기판(100)의 하면에 형성된 요철부(110) 상에 형성되기 때문에, 요철부(110)의 요철 패턴(P) 사이에 형성되는 공간부(300)에 공기를 저장하여 기판(100)을 투과한 빛을 반사시키는 기능을 수행할 수 있다.
결국, 본 발명에 의한 기판(100)의 양면에 형성된 요철부(110)는 잔류물을 제거하고 요철 구조를 완만하게 하여 기판(100)의 요철부(110) 상에 형성되는 광전소자(500)와 반사층(200)의 손상을 방지할 수 있으며, 기판(100)과 광전소자(500)및 반사층(200)간의 계면 특성(부착력)을 향상시킬 수 있다. 또한, 기판(100)의 반사층(200) 사이의 공간부(300)에는 기판(100)의 굴절률과 상이한 공기가 저장되어 있어 기판(100)을 투과한 빛은 요철부(110), 공간부(300)에 저장된 공기 및 반사층(200)에 의해 3중 반사됨으로써 반사율이 향상되고 태양전지의 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
이상의 상세한 설명에서 본 발명은 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기를 포함하는 광전소자용 기판을 나타내는 단면도이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 공기를 포함하는 광전소자용 기판을 나타내는 단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 의한 도 1의 광전소자용 기판의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기를 포함하는 요철구조가 형성된 기판을 이용한 태양전지의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 기판
110: 요철부
200: 반사층
300: 공간부
400: 하부전극
500, 600: 광전소자
700: 상부전극

Claims (7)

  1. 빛을 투과시키는 기판;
    상기 기판의 일면에 형성되는 반사층; 및
    상기 기판과 상기 반사층 사이에 위치하여 공기가 저장되는 공간부
    를 포함하되,
    상기 기판을 투과한 빛은 상기 반사층 및 상기 공기에 의하여 반사되는 것을 특징으로 하는 광전 소자용 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은 상기 기판의 일면 가장자리부에 부착되는 것을 특징으로 하는 광전 소자용 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공간부는 상기 반사층에 의해 다수개로 분리된 구조인 것을 특징으로 하는 광전 소자용 기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 일면에는 거칠기를 가지는 요철부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 소자용 기판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 요철부의 최고점과 상기 반사층에 의해 상기 공간부가 밀폐되는 것을 특징으로 하는 광전 소자용 기판.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 기판의 일면과 반대되는 타면에도 상기 요철부가 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 소자용 기판.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 광전 소자용 기판의 일면과 반대되는 타면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
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