KR101070160B1 - 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지는 태양광을 흡수하여 전기를 발생시키는 태양 전지부; 상기 태양 전지부의 상면 및 하면 중 적어도 일면에 형성되며, 비공유 전자쌍을 가지는 작용기(-Y)와 알콕시기(-OR)를 가지는 화합물의 축합반응에 의하여 형성된 표면 처리층; 및 상기 표면 처리층의 비공유 전자쌍을 가지는 작용기(-Y)와 결합된 금속 전극층;을 포함한다. 본 발명에 따른 태양 전지는 에너지 변환 효율이 우수한 특성을 갖는다.
Description
본 발명은 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에너지변환 효율이 우수한 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생성하는 전지로서, 친환경적이고 에너지원인 태양 에너지가 무한할 뿐만 아니라 수명이 길다는 장점이 있다.
태양 전지는 구성하는 물질에 따라 무기 태양전지 및 유기 태양전지로 분류될 수 있다.
무기 태양전지는 실리콘 태양 전지(silicon solar cell), 화합물 반도체 태양전지(compound semiconductor solar cell)등이 있으며, 실리콘 태양 전지가 주류를 이루고 있다.
일반적인 실리콘 태양 전지는 p형과 n형의 서로 다른 도전성 타입(conductive type)을 가지는 반도체로 이루어진 기판(substrate), 에미터부(emitter layer) 및 기판과 에미터부 위에 각각 형성된 전극을 구비한다. 이때, 기판과 에미터부의 계면에는 p-n 접합이 형성되어 있다.
이러한 태양 전지에 태양 광이 입사되면, 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 n형 또는 p형의 불순물이 도핑된 반도체에서 전자와 정공이 발생한다. 광기전력 효과에 의해 발생된 전자와 정공은 각각 n형의 에미터부와 p형의 기판 쪽으로 끌어 당겨져 각각 기판 및 에미터부에 전기적으로 연결된 전극에 의해 수집되고, 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
유기 태양전지는 전자주게 물질인 전도성 고분자와 전자받게 물질인 C60 유도체의 복합체로 구성될 수 있다. 유기 태양전지로는 나노결정 산화물 입자 표면에 염료가 흡착된 형태의 염료 감응형 태양전지 또는 유리 폴리머 태양전지가 있다.
태양전지의 구성 물질에 따른 분류 외에 태양전지의 구조에 따른 분류를 할 수 있는데, 이 경우 태양 전지는 크게 웨이퍼 구조(벌크 실리콘 태양전지), 박막구조(화합물, 실리콘 박막 및 유기 폴리머 태양전지 등) 및 광전기 화학구조(염료 감응형 태양전지)로 분류될 수 있다.
염료 감응형 태양전지는 나노소재를 이용하여 극대화된 표면적을 갖는 필름의 표면에 광흡수층인 유기염료를 흡착하는 기술을 이용하고 있다. 염료 감응형 태양전지는 에너지 변환 효율이 비정질 실리콘 태양전지에 버금갈 정도로 높고 제조단가가 매우 저렴하다.
염료 감응형 태양전지의 원리는 다음과 같다. 염료 감응형 태양전지의 표면에 염료 분자가 화학적으로 흡착된 n-형 나노입자 반도체 산화물 전극에 태양 광(가시광선)이 흡수되면 염료 분자는 전자-정공 쌍을 생성하며, 전자는 반도체 산화물의 전도띠로 주입된다. 반도체 산화물 전극으로 주입된 전자는 나노입자간 계면을 통하여 투명 전도성 막으로 전달되어 전류를 발생시키게 된다. 염료 분자에 생성된 홀은 산화-환원 전해질에 의해 전자를 받아 다시 환원되어 염료 감응형 태양전지 작동 과정이 완성된다.
태양전지의 에너지 변환 효율은 약 15%로써, 화력 발전과 같은 타에너지에 의한 발전 설비의 변환 효율에 비하여 크게 낮다. 실리콘 단결정 태양전지가 개발된 이래, 후면 전계층 등과 같이 태양전지의 고효율화를 위한 연구들이 계속 진행되고 있다.
본 발명은 에너지 변환 효율이 우수한 태양전지 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태는 태양광을 흡수하여 전기를 발생시키는 태양 전지부; 상기 태양 전지부의 상면 및 하면 중 적어도 일면에 형성되며, 비공유 전자쌍을 가지는 작용기(-Y)와 알콕시기(-OR)를 가지는 화합물의 축합반응에 의하여 형성된 표면 처리층; 및 상기 표면 처리층의 비공유 전자쌍을 가지는 작용기(-Y)와 결합된 금속 전극층;을 포함하는 태양전지를 제공한다.
상기 표면 처리층은 상기 태양 전지부의 일면에 존재하는 수산기(-OH)와 상기 알콕시기(-OR)의 화합결합에 의하여 형성될 수 있다.
상기 비공유 전자쌍을 가지는 작용기(-Y)는 아미노, 메르캅토 또는 이미다졸일 수 있다.
상기 알콕시기(-OR)는 탄소수 1 내지 8의 알콕시기일 수 있다.
상기 비공유 전자쌍을 가지는 작용기(-Y)와 알콕시기(-OR)를 가지는 화합물은 Y-Si-(OR)3, Y-Zr-(OR)3, Y-Ti-(OR)3 또는 Y-Al-(OR)2일 수 있다.
상기 태양 전지부의 상면 및 하면 중 적어도 일면은 수산기 활성화 처리가 되어 있을 수 있다.
상기 표면 처리층은 단분자층일 수 있다.
상기 태양 전지부는 단결정계 실리콘, 다결정계 실리콘, 비정질 실리콘, 단결정 및 비정질 혼합의 실리콘, CuInSe2, CuGaInSe2, GaAs 또는 유기물로 이루어진 광 흡수층을 포함할 수 있다.
상기 금속 전극층은 금속 페이스트로 형성될 수 있다.
상기 태양 전지부는 후면 반사 전극막 및 전면 반사 방지막 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 태양광을 흡수하여 전기를 발생시키는 태양 전지부를 마련하는 단계; 상기 태양 전지부의 상면 및 하면 중 적어도 일면에 비공유 전자쌍을 가지는 작용기(-Y)와 알콕시기(-OR)를 가지는 화합물을 축합반응하여 표면 처리층을 형성하는 단계; 및 상기 표면 처리층에 금속 전극층을 형성하는 단계; 를 포함하는 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 표면 처리층은 상기 태양 전지부의 일면에 존재하는 수산기와 상기 알콕시기의 화합결합에 의하여 형성될 수 있다.
상기 표면 처리층의 형성은 자기 조립법(Self-assembly monolayer), LB(Langmuir-Blodgett)법, LS(langmuir schaefer)법, 딥 코팅(dip coating)법 또는 스핀 코팅(spin coating)법으로 수행될 수 있다.
상기 표면 처리층은 자기 조립법(Self-assembly monolayer)에 의하여 단분자층으로 형성될 수 있다.
상기 비공유 전자쌍을 가지는 작용기(-Y)는 아미노, 메르캅토 또는 이미다졸일 수 있다.
상기 알콕시기(-OR)는 탄소수 1 내지 8의 알콕시기일 수 있다.
상기 표면 처리층을 형성하는 단계 이전에 상기 태양 전지부의 상면 및 하면 중 적어도 일면에 수산기 활성화 처리를 수행할 수 있다.
상기 비공유 전자쌍을 가지는 작용기(-Y)와 알콕시기(-OR)를 가지는 화합물은 Y-Si-(OR)3, Y-Zr-(OR)3, Y-Ti-(OR)3 또는 Y-Al-(OR)2 일 수 있다.
상기 금속 전극층은 금속 페이스트로 형성될 수 있다.
상기 금속 전극층의 형성은 스크린 프린팅, 그라비아 인쇄, 플랙소 인쇄, 오프셋 인쇄, 잉크 젯 인쇄 또는 롤투롤 방법에 의하여 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면 태양 전지부에 형성된 표면 처리층에 의하여 금속 전극과태양 전지부의 접착력이 우수해진다. 접착력이 우수해짐에 따라 접촉 저항을 낮추어 태양전지의 효율이 향상될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 표면 처리층은 광 투과율을 저하시키지 않는다.
또한, 본 발명에 따르면 금속 페이스트의 소결시 금속 페이스트가 표면 처리층과 강하게 결합하여 수평 방향의 수축을 방지하여 금속 전극층의 변형이 방지된다. 또한, 금속 전극층의 건조과정에서 금속 페이스트의 사용된 나노입자의 이동을 방지하여 금속 전극층의 퍼짐성을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양전지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리층의 형성과정을 개략적으로 나타내는 모식도이다.
도 3a 및 도 3b는 비교예에 따른 태양 전지의 테이프 테스팅 결과를 나타내는 표면 사진이다.
도 4a 및 도 4b는 실시예에 따른 태양 전지의 테이프 테스팅 결과를 나타내는 표면 사진이다.
도 5는 비교예에 따라 200℃에서 60분 동안 소결한 태양 전지의 표면 사진이고, 도 6은 실시예에 따라 200℃에서 60분 동안 소결한 태양 전지의 표면 사진이다.
도 7는 비교예에 따라 200℃에서 60분 동안 소결한 태양 전지의 표면 사진이고, 도 8은 실시예에 따라 200℃에서 60분 동안 소결한 태양 전지의 표면 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리층의 형성과정을 개략적으로 나타내는 모식도이다.
도 3a 및 도 3b는 비교예에 따른 태양 전지의 테이프 테스팅 결과를 나타내는 표면 사진이다.
도 4a 및 도 4b는 실시예에 따른 태양 전지의 테이프 테스팅 결과를 나타내는 표면 사진이다.
도 5는 비교예에 따라 200℃에서 60분 동안 소결한 태양 전지의 표면 사진이고, 도 6은 실시예에 따라 200℃에서 60분 동안 소결한 태양 전지의 표면 사진이다.
도 7는 비교예에 따라 200℃에서 60분 동안 소결한 태양 전지의 표면 사진이고, 도 8은 실시예에 따라 200℃에서 60분 동안 소결한 태양 전지의 표면 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다. 다만, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 태양전지는 태양광을 흡수하여 전기를 발생시키는 태양 전지부(10); 상기 태양 전지부의 상면에 형성된 표면처리층(20); 및 상기 표면 처리층 상에 형성된 전극층(30)을 포함한다.
상기 태양 전지부(10)는 태양광을 흡수하여 전기를 발생시키는 것으로, 특별히 제한되지 않으며, 광 흡수층을 구성하는 물질에 따라 무기 태양전지 또는 유기 태양전지일 수 있다.
상기 무기 태양전지는 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면 실리콘 태양전지, 화합물 태양전지 일 수 있다.
상기 실리콘 태양전지는 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면 단결정계 실리콘 태양 전지, 다결정계 실리콘 태양전지, 비정질 실리콘 태양전지, 또는 단결정 및 비정질 혼합의 실리콘 태양전지일 수 있다.
상기 화합물 반도체 태양전지는 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, CuInSe2 태양 전지(CIGS Cells), CuGaInSe2 태양전지(CIGS Cells), GaAs 태양전지 또는 CdTe 태양전지 일 수 있다.
또한, 유기 태양전지는 이에 제한되는 것은 아니나, 염료 감응형 태양전지 또는 유리 폴리머 태양전지일 수 있다.
본 실시형태에 따른 태양 전지부(10)는 상기 광 흡수층 상에 형성된 보호층, 후면 반사 전극막 또는 전면 반사 전극막 등을 포함할 수 있다.
상기 보호층은 광 흡수층의 상면 및 하면에 형성되어 태양 전지의 효율을 향상시킬 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 상기 보호층은 SiOx 또는 SiOxNy로 형성될 수 있다.
상기 후면 반사 전극막은 광 흡수층의 하면에 형성될 수 있으며, 입사된 태양광을 반사하여 광효율을 높이면서 전기의 전도도를 향상시킬 수 있다. 후면 반사 전극막은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ZnO:Al를 사용할 수 있다.
상기 전면 반사 전극막은 광 흡수층의 상면에 형성될 수 있으며, 입사되는 태양광이 반사되지 않도록 하여 태양 전지의 효율을 높이는 막으로, ITO(Indium Tin Oxide)를 사용할 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 표면 처리층(20)은 상기 태양 전지부(10)의 상면에 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않으며, 태양 전지부(10)의 하면에도 형성되고, 상기 표면 처리층 상에 하면 전극이 형성될 수 있다.
상기 표면처리층(20)은 비공유 전자쌍을 가지는 작용기(Y)와 알콕시기(-OR)를 가지는 화합물의 축합반응에 의하여 형성될 수 있다.
상기 작용기(Y)는 금속과 결합할 수 있는 비공유 전자쌍을 가지는 작용기로써, 이에 제한되는 것은 아니나, 예를들면 아미노, 메르캅토 또는 이미다졸 등의 작용기일 수 있다.
상기 작용기(Y)는 금속 전극층을 형성하는 금속과 결합하여 금속 전극층의 결합력을 향상시킬 수 있다.
또한, 알콕시기(-OR)는 이에 제한되는 것은 아니나, 탄소수 1 내지 8의 알콕시기일 수 있다. 상기 알콕시기는 태양 전지부와 결합하는 것으로, 특히 태양 전지부의 표면에 형성된 수산기(-OH, hydroxyl group)과 용이하게 화학결합을 형성할 수 있다.
상기 작용기(Y)와 알콕시기를 가지는 화합물은 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, Y-Si-(OR)3, Y-Zr-(OR)3, Y-Ti-(OR)3 또는 Y-Al-(OR)2일 수 있다.
상기 Y-Si-(OR)3는 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, (3-아미노프로필)트리에톡시실란, ((3-Aminopropyl)triethoxysilane), N-(3-트리에톡시실릴프로필)-4,5-디하이드로이미다졸(N-(3-triethoxysilylpropyl)-4,5-dihydroimidazole), 3-(2-아미노에틸아미노)프로필트리메톡시실란(3-(2-aminoethylamino) propyltrimethoxysilane, 3-(2-아미노에틸아미노) 프로필트리에톡시실란(3-(2-aminoethylamino) propyltriethoxysilane, 메르캅토프로필-트리메톡시실란(mercaptopropyl-trimethoxysilane), 메트캅토프로필-트리에톡시실란(mercaptopropyl-triethoxysilane) 등이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리층의 형성과정을 개략적으로 나타내는 모식도이다.
도 2를 참조하면, 비공유 전자쌍을 가지는 작용기(Y)와 알콕시기(-OR)를 가지는 화합물 Y-Si-(OR)3는 태양 전지부(10)의 일면에서 축합 반응을 수행하여 실레인 결합을 갖는 표면 처리층을 형성할 수 있다.
상기 Y-Si-(OR)3는 공기 중에서 불안정하여 가수 분해에 의하여 알콕시기(-OR)가 수산기(-OH)로 치환될 수 있다. 상기 수산기간에 축합반응 또는 알콕시기 간의 축합반응에 의하여 실레인 결합을 형성함과 동시에 태양 전지부(10)의 표면에 존재하는 수산기(-OH)와 화학 결합을 형성할 수 있다.
이에 제한되는 것은 아니나, 태양 전지부의 일면은 전면 반사 방지막이거나 광 흡수층일 수 있다.
또한, 상기 태양 전지부는 상면 및 하면 중 적어도 일면에 수산기를 활성화하기 위한 처리가 되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 표면 처리층(20)은 자기 조립법(Self assembled monolayer)에 의하여 형성된 단분자층일 수 있다.
단분자층으로 이루어진 표면 처리층(20)은 얇은 두께를 형성하여 태양 전지의 광 특성을 저하시키지 않는다.
본 실시형태에 따르면, 상기 표면 처리층(20)상에 금속 전극층(30)이 형성될 수 있으며, 상기 금속 전극층(30)은 상기 표면 처리층의 작용기(Y)와 결합되어 있다. 상기 작용기(Y)는 비공유 전자쌍을 가지는 것으로 금속 과의 결합력이 우수하다.
상기 금속 전극층(30)은 금속 나노입자 또는 금속 마이크로 입자를 포함하는 금속 페이스트로 형성될 수 있다. 상기 금속은 Ag, Au, Cu, Ni 등 일 수 있다.
상기 금속 전극층과 태양 전지부의 결합력은 오믹 컨택(ohmic contact)을 결정하여 태양 전지의 효율을 결정하는 중요 요소이다.
일부에서는 금속 전극과 태양 전지부의 결합력을 향상시키기 위하여 접착력이 우수한 페이스트를 개발하고 있다.
일반적으로, 금속 페이스트 배합시 접착력 향상을 위하여 유기 바인더 또는 무기 바인더 등의 첨가물들이 사용된다. 그러나, 이러한 첨가물은 소결 후에도 금속 전극 내부에 남아서 전기적 특성 및 태양 전지의 효율을 저하시킨다.
그러나, 본 실시형태에 따르면 태양 전지부에 금속 전극과의 친화력을 가지는 물질로 표면 처리층을 형성하여 금속 전극과의 접착력을 개선하였다. 이러한 접착력의 개선에 의하여 접촉 저항을 낮추어 태양전지의 효율을 향상시키는 결과를 가져왔다. 또한, 본 발명에 따른 표면 처리층은 광 투과율을 저하시키지 않는다.
일반적으로, 금속 페이스트에 의하여 형성된 금속 전극층은 소결 과정을 거치면서 수축이 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 금속 페이스트의 소결시 금속 페이스트가 표면 처리층과 강하게 결합하여 수평 방향의 수축을 방지하여 금속 전극층의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 금속 전극층의 건조과정에서 금속 페이스트의 사용된 나노입자의 이동을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명한다.
우선, 태양광을 흡수하여 전기를 발생시키는 태양 전지부를 마련하고, 상기 태양 전지부의 상면 및 하면 중 적어도 일면에 표면 처리층을 형성할 수 있다.
상기 표면 처리층은 비공유 전자쌍을 가지는 작용기(-Y)와 알콕시기(-OR)를 가지는 화합물을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 화합물은 상술한 바와 같으며, 보다 구체적으로는 Y-Si-(OR)3, Y-Zr-(OR)3, Y-Ti-(OR)3 또는 Y-Al-(OR)2일 수 있다.
이때, 상기 화합물의 알콕시기(-OR)의 일부는 축합반응을 수행하고, 일부는 태양 전지부의 수산기와 반응하여 태양 전지부의 일면에 표면 처리층이 형성될 수 있다.
상기 표면 처리층의 형성은 이에 제한되는 것은 아니나, 자기 조립법(Self-assembly monolayer), LB(Langmuir-Blodgett)법, LS(langmuir schaefer)법, 딥 코팅(dip coating)법 또는 스핀 코팅(spin coating)법을 이용할 수 있다.
상기 자기 조립법은 비공유 전자쌍을 가지는 작용기와 알콕시기를 가지는 화합물을 포함하는 용액을 제조하고, 상기 용액에 태양 전지부를 침지하여 수행될 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 상기 용액의 농도는 0.001 내지 0.1M일 수 있고, 상기 용액의 용매는 에탄올, 메탄올, 또는 톨루엔 등의 유기 용제를 사용할 수 있으며, 침지 시간은 5 내지 60분일 수 있다.
또한, 상기 태양 전지부는 상면 및 하면 중 적어도 일면에 수산기 활성화하처리를 수행할 수 있다.
이후, 상기 표면 처리층 상에 금속 전극층을 형성할 수 있다. 본 실시형태에 따르면, 상기 표면 처리층(20)상에 금속 전극층(30)이 형성될 수 있으며, 상기 금속 전극층(30)은 상기 표면 처리층의 작용기(Y)와 결합되어 있다. 상기 작용기(Y)는 비공유 전자쌍을 가지는 것으로 금속과의 결합력이 우수하다.
상기 금속 전극층(30)은 금속 나노입자 또는 금속 마이크로 입자를 포함하는 전극 페이스트로 형성될 수 있다. 상기 금속은 Ag, Au, Cu, Ni 등 일 수 있다.
상기 금속 전극층(30)은 스크린 프린팅, 그라비아 인쇄, 플랙소 인쇄, 오프셋 인쇄, 잉크 젯 인쇄 또는 롤투롤 방법으로 형성될 수 있다.
이후, 상기 금속 전극층(30)을 소결하여 태양 전지를 제조할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교에를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 이는 발명의 구체적인 이해를 돕기 위한 것으로 본 발명의 범위가 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따라, ITO 전면 반사 방지막이 형성된 태양 전지부 상에 아미노 실란(amino silane)으로 표면 처리층을 형성한 후 구리 페이스트로 스크린 프린팅에 의하여 금속 전극층을 형성하고, 이를 소성하여 태양 전지를 제조하였다.
또한 비교예로 상기 표면 처리층을 형성하지 않고, ITO 전면 반사 방지막상에 구리 페이스트로 스크린 프린팅에 의하여 금속 전극층을 형성한 후 태양 전지를 제조하였다.
1) 에너지 변환 효율
상기 실시예 및 비교예에 따른 태양 전지의 광 특성을 조사한 결과, 실시예에 따른 태양 전지의 에너지 변환 효율은 18.6%이고, 비교예에 따른 태양 전지의 에너지 변환 효율은 18.1%로써, 실시예에 따른 태양 전지는 비교예에 따른 태양 전지에 비하여 에너지 변환 효율이 0.5% 향상되었다.
2) 접착력 및 저항 특성
상기 실시예 및 비교예에 따른 태양 전지의 접착략을 시험하기 위하여 테이스 테스트를 수행하고, 저항을 측정하였다.
도 3a 및 도 3b는 상기 비교예에 따라 표면 처리층을 형성하지 않고, 금속 전극층을 형성한 후 각각 200℃에서 30분 및 60분 동안 소결한 태양 전지의 표면 사진이다.
도 4a 및 도 4b는 상기 실시예에 따라 표면 처리층을 형성하고, 금속 전극층을 형성한 후 각각 200℃에서 30분 및 60분 동안 소결한 태양 전지의 표면 사진이다.
또한, 비교예에 따라 200℃에서 30분 및 60분 동안 소결한 태양 전지의 저항은 각각 29Ω/M 및 8.5Ω/M였고, 실시예에 따라 200℃에서 30분 및 60분 동안 소결한 태양 전지의 저항은 각각 28Ω/M 및 8.9Ω/M였다.
도 3a, 도 3b, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 200℃에서 30분에 소결한 경우 테이프 테스트에 의한 금속 전극층의 손실에 치아기 크지 않으나, 200℃에서 60분에 소결한 경우에는 비교예에 따른 경우 테이프 테스트에 의한 금속 전극층의 손실이 컸다.
3) 수축특성
도 5는 상기 비교예에 따라 200℃에서 60분 동안 소결한 태양 전지의 표면 사진이고, 도 6은 상기 실시예에 따라 200℃에서 60분 동안 소결한 태양 전지의 표면 사진이다.
도 5를 참조하면, 구리 나노입자가 소결 과정을 거치면서 수축이 일어남을 알 수 있다. 그러나, 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 태양 전지는 금속 페이스트의 소결시 금속 페이스트가 표면 처리층과 강하게 결합하여 수직 방향의 수축은 일어나나 수평 방향의 수축은 거의 발생하지 않은 것을 확인할 수 있었다.
4) 퍼짐성 제어
도 7는 상기 비교예에 따라 200℃에서 60분 동안 소결한 태양 전지의 표면 사진이고, 도 8은 상기 실시예에 따라 200℃에서 60분 동안 소결한 태양 전지의 표면 사진이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 비교예에 따른 태양 전지는 건조과정에서 페이스트의 용매가 원하지 않는 방향으로 이동하여 금속 페이스트에 사용된 나노입자가 퍼져 있었다. 그러나, 도 8을 참조하면, 나노입자의 이동이 거의 일어나지 않아 금속 전극의 퍼짐성이 제어됨을 확인하였다.
5) 광특성 변화(광 투과율 측정)
상기 비교예 및 실시예에 따른 태양전지의 광 투과율을 측정하여 이의 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 실시예 | 광 투과율 | 비교예 | 광 투과율 |
| 1 | 83.55 | 1 | 83.60 |
| 2 | 83.56 | 2 | 83.61 |
| 3 | 83.49 | 3 | 83.63 |
| 4 | 83.60 | 4 | 83.65 |
| 5 | 83.60 | 5 | 83.58 |
| 6 | 83.63 | 6 | 83.59 |
| 평균 | 83.57 | 평균 | 83.61 |
상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 표면 처리층을 형성하더라도 광 투과율이 저하되지 않음을 알 수 있었다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
10: 태양 전지부 20: 표면 처리층
30: 전극층
30: 전극층
Claims (20)
- 태양광을 흡수하여 전기를 발생시키는 태양 전지부;
상기 태양 전지부의 상면 및 하면 중 적어도 일면에 형성되며, 비공유 전자쌍을 가지는 작용기(-Y)와 알콕시기(-OR)를 가지는 화합물의 축합반응에 의하여 형성된 표면 처리층; 및
상기 표면 처리층의 비공유 전자쌍을 가지는 작용기(-Y)와 결합된 금속 전극층;
을 포함하는 태양전지.
- 제1항에 있어서,
상기 표면 처리층은 상기 태양 전지부의 일면에 존재하는 수산기(-OH)와 상기 알콕시기(-OR)의 화합결합에 의하여 형성된 태양전지.
- 제1항에 있어서,
상기 비공유 전자쌍을 가지는 작용기(-Y)는 아미노, 메르캅토 또는 이미다졸인 태양전지.
- 제1항에 있어서,
상기 알콕시기(-OR)는 탄소수 1 내지 8의 알콕시기인 태양전지.
- 제1항에 있어서,
상기 비공유 전자쌍을 가지는 작용기(-Y)와 알콕시기(-OR)를 가지는 화합물은 Y-Si-(OR)3, Y-Zr-(OR)3, Y-Ti-(OR)3 또는 Y-Al-(OR)2인 태양전지.
- 제1항에 있어서,
상기 태양 전지부의 상면 및 하면 중 적어도 일면은 수산기 활성화 처리가 되어 있는 태양전지.
- 제1항에 있어서,
상기 표면 처리층은 단분자층인 태양전지.
- 제1항에 있어서,
상기 태양 전지부는 단결정계 실리콘, 다결정계 실리콘, 비정질 실리콘, 단결정 및 비정질 혼합의 실리콘, CuInSe2, CuGaInSe2, GaAs 또는 유기물로 이루어진 광 흡수층을 포함하는 태양 전지.
- 제1항에 있어서,
상기 금속 전극층은 금속 페이스트로 형성된 태양전지.
- 제1항에 있어서,
상기 태양 전지부는 후면 반사 전극막 및 전면 반사 전극막 중 하나이상을 포함하는 태양전지.
- 태양광을 흡수하여 전기를 발생시키는 태양 전지부를 마련하는 단계;
상기 태양 전지부의 상면 및 하면 중 적어도 일면에 비공유 전자쌍을 가지는 작용기(-Y)와 알콕시기(-OR)를 가지는 화합물을 축합반응하여 표면 처리층을 형성하는 단계; 및
상기 표면 처리층에 금속 전극층을 형성하는 단계;
를 포함하는 태양전지의 제조방법.
- 제11항에 있어서,
상기 표면 처리층은 상기 태양 전지부의 일면에 존재하는 수산기와 상기 알콕시기의 화합결합에 의하여 형성되는 태양 전지의 제조방법.
- 제11항에 있어서,
상기 표면 처리층의 형성은 자기 조립법(Self-assembly monolayer), LB(Langmuir-Blodgett)법, LS(langmuir schaefer)법, 딥 코팅(dip coating)법 또는 스핀 코팅(spin coating)법으로 수행되는 태양 전지의 제조방법.
- 제11항에 있어서,
상기 표면 처리층은 자기 조립법(Self-assembly monolayer)에 의하여 단분자층으로 형성되는 태양 전지의 제조방법.
- 제11항에 있어서,
상기 비공유 전자쌍을 가지는 작용기(-Y)는 아미노, 메르캅토 또는 이미다졸인 태양전지의 제조방법.
- 제11항에 있어서,
상기 알콕시기(-OR)는 탄소수 1 내지 8의 알콕시기인 태양전지의 제조방법.
- 제11항에 있어서,
상기 표면 처리층을 형성하는 단계 이전에 상기 태양 전지부의 상면 및 하면 중 적어도 일면에 수산기 활성화 처리를 수행하는 태양전지의 제조방법.
- 제11항에 있어서,
상기 비공유 전자쌍을 가지는 작용기(-Y)와 알콕시기(-OR)를 가지는 화합물은 Y-Si-(OR)3, Y-Zr-(OR)3, Y-Ti-(OR)3 또는 Y-Al-(OR)2인 태양전지의 제조방법.
- 제11항에 있어서,
상기 금속 전극층은 금속 페이스트로 형성되는 태양 전지의 제조방법.
- 제11항에 있어서,
상기 금속 전극층의 형성은 스크린 프린팅, 그라비아 인쇄, 플랙소 인쇄, 오프셋 인쇄, 잉크 젯 인쇄 또는 롤투롤 방법에 의하여 수행되는 태양 전지의 제조방법.
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