KR101071412B1 - The patterned transparent electrode by lift-off and the solar cell using the same - Google Patents
The patterned transparent electrode by lift-off and the solar cell using the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR101071412B1 KR101071412B1 KR1020090118925A KR20090118925A KR101071412B1 KR 101071412 B1 KR101071412 B1 KR 101071412B1 KR 1020090118925 A KR1020090118925 A KR 1020090118925A KR 20090118925 A KR20090118925 A KR 20090118925A KR 101071412 B1 KR101071412 B1 KR 101071412B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- transparent electrode
- solar cell
- pattern
- lift
- electrode layer
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 42
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 37
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 30
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims abstract description 26
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 8
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 claims description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 claims description 4
- 238000004380 ashing Methods 0.000 claims description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 3
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 19
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 12
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 11
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 7
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 7
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 6
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 6
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 4
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012943 hotmelt Substances 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 4
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- GPRLSGONYQIRFK-MNYXATJNSA-N triton Chemical compound [3H+] GPRLSGONYQIRFK-MNYXATJNSA-N 0.000 description 3
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 2
- GIWQSPITLQVMSG-UHFFFAOYSA-N 1,2-dimethylimidazole Chemical compound CC1=NC=CN1C GIWQSPITLQVMSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SWWLEHMBKPSRSI-UHFFFAOYSA-N 1-hexyl-2,3-dimethylimidazol-3-ium Chemical compound CCCCCCN1C=C[N+](C)=C1C SWWLEHMBKPSRSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VMISXESAJBVFNH-UHFFFAOYSA-N 2-(4-carboxypyridin-2-yl)pyridine-4-carboxylic acid;ruthenium(2+);diisothiocyanate Chemical compound [Ru+2].[N-]=C=S.[N-]=C=S.OC(=O)C1=CC=NC(C=2N=CC=C(C=2)C(O)=O)=C1.OC(=O)C1=CC=NC(C=2N=CC=C(C=2)C(O)=O)=C1 VMISXESAJBVFNH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QKPVEISEHYYHRH-UHFFFAOYSA-N 2-methoxyacetonitrile Chemical compound COCC#N QKPVEISEHYYHRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YSHMQTRICHYLGF-UHFFFAOYSA-N 4-tert-butylpyridine Chemical compound CC(C)(C)C1=CC=NC=C1 YSHMQTRICHYLGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WMTWCORTUZCIJR-UHFFFAOYSA-J C(CCC)[N+](CCCC)(CCCC)CCCC.C(CCC)[N+](CCCC)(CCCC)CCCC.[Ru+2].N1=C(C=C(C=C1)C(=O)[O-])C1=NC=CC(=C1)C(=O)[O-].N1=C(C=C(C=C1)C(=O)[O-])C1=NC=CC(=C1)C(=O)[O-] Chemical compound C(CCC)[N+](CCCC)(CCCC)CCCC.C(CCC)[N+](CCCC)(CCCC)CCCC.[Ru+2].N1=C(C=C(C=C1)C(=O)[O-])C1=NC=CC(=C1)C(=O)[O-].N1=C(C=C(C=C1)C(=O)[O-])C1=NC=CC(=C1)C(=O)[O-] WMTWCORTUZCIJR-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N [Cu].[Se].[Se].[In] Chemical compound [Cu].[Se].[Se].[In] KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AZWHFTKIBIQKCA-UHFFFAOYSA-N [Sn+2]=O.[O-2].[In+3] Chemical compound [Sn+2]=O.[O-2].[In+3] AZWHFTKIBIQKCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002318 adhesion promoter Substances 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- DTPCFIHYWYONMD-UHFFFAOYSA-N decaethylene glycol Polymers OCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCO DTPCFIHYWYONMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000001810 isothiocyanato group Chemical group *N=C=S 0.000 description 1
- HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M lithium iodide Chemical compound [Li+].[I-] HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- QHGNHLZPVBIIPX-UHFFFAOYSA-N tin(ii) oxide Chemical class [Sn]=O QHGNHLZPVBIIPX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- OYQCBJZGELKKPM-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Zn+2].[O-2].[In+3] OYQCBJZGELKKPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022466—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
- H01B5/14—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form comprising conductive layers or films on insulating-supports
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/80—Constructional details
- H10K30/81—Electrodes
- H10K30/82—Transparent electrodes, e.g. indium tin oxide [ITO] electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 리프트오프 공정에 의해 패턴이 형성된 투명전극 및 이를 이용한 태양전지에 관한 것으로, 구체적으로 기판 상에 투명전극층을 증착하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 제조된 투명전극층 위에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계(단계 2); 상기 단계 2에서 제조된 포토레지스트 패턴이 형성된 투명전극층 상에 박막 투명전극층을 추가로 증착하는 단계(단계 3); 및 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계(단계 4)를 포함하는 리프트오프 공정을 이용하여 패턴이 형성된 투명전극 및 이를 이용한 태양전지에 관한 것이다. 본 발명에 의한 투명전극은 리프트오프 공정에 의해 패턴이 용이하게 형성되어 종래 투명전극에 비하여 표면적 및 광흡수층 부피를 증가시키며, 태양전지 제조시 패턴이 형성된 투명전극 내에 광흡수층이 증착됨으로써 빛의 산란을 감소시켜 태양광 전환효율이 증가된 태양전지를 제조할 수 있다.The present invention relates to a transparent electrode having a pattern formed by a lift-off process and a solar cell using the same, specifically, depositing a transparent electrode layer on a substrate (step 1); Forming a photoresist pattern on the transparent electrode layer prepared in step 1 (step 2); Further depositing a thin film transparent electrode layer on the transparent electrode layer on which the photoresist pattern prepared in step 2 is formed (step 3); And a transparent electrode having a pattern formed by using a lift-off process including removing the photoresist pattern (step 4) and a solar cell using the same. The transparent electrode according to the present invention has a pattern formed easily by a lift-off process to increase the surface area and the light absorbing layer volume compared to the conventional transparent electrode, and scattering light by depositing the light absorbing layer in the patterned transparent electrode when manufacturing a solar cell By reducing the solar cell can be manufactured with increased solar conversion efficiency.
태양전지, 투명전극, 투명전극구조, 표면적, 태양광 전환효율 Solar cell, transparent electrode, transparent electrode structure, surface area, solar conversion efficiency
Description
본 발명은 리프트오프 공정에 의해 패턴이 형성된 투명전극 및 이를 이용한 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a transparent electrode having a pattern formed by a lift-off process and a solar cell using the same.
최근 심각한 환경 오염 문제와 화석 에너지 고갈로 차세대 청정 에너지 개발에 대한 중요성이 증대되고 있다. 그 중에서 태양전지는 공해가 적고, 자원이 무한적이며 반 영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 기대되고 있다.Recently, the importance of developing the next generation of clean energy is increasing due to serious environmental pollution and depletion of fossil energy. Among them, solar cells are expected to be an energy source that can solve future energy problems due to the low pollution, infinite resources and semi-permanent lifespan.
태양전지(solar cell)란, 태양광 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 반도체 소자로서, 사용되는 광전변환소재의 종류 및 형태에 따라 결정질 실리콘, 비정질 실리콘, 화합물 반도체, 유기물, 염료감응형 태양전지 등으로 분류된다. A solar cell is a semiconductor device that converts solar energy directly into electrical energy. The solar cell is a crystalline silicon, an amorphous silicon, a compound semiconductor, an organic material, a dye-sensitized solar cell, etc., depending on the type and form of the photoelectric conversion material used. Classified as
이중, 현재 상용화되어 보급되고 있는 태양전지는 90%이상이 단결정 및 다결정 실리콘 웨이퍼를 이용한 것으로 이를 "제1세대 태양전지"라 한다. 이러한 결정질 실리콘 태양전지는 1980년대부터 꾸준한 기술개발을 통한 효율향상과 원가절감으로 태양광 시장을 형성해 왔으며, 지난 수년간 연평균 50%에 가까운 성장세를 이어오고 있다. 이러한 수요증가는 향후에도 그 성장 기조를 유지할 것으로 전망되나, 원재료인 실리콘 소재가 기존 결정질 태양전지의 제조원가에서 차지하는 비중이 약 60%에 이르기 때문에 실리콘 가격상승에 따른 충격에 민감하고 태양광 발전 산업의 가격경쟁력 확보에 걸림돌이 되고 있다. 실제 태양전지용 폴리실리콘 가격은 지난 2003년 kg당 23달러에서 2008년 초엔 250달러대로 10배 이상 폭등하면서 태양전지 제조 단가가 증가하는 문제가 발생하였다. 이러한 이유로 결정질 실리콘 태양전지보다 제조 단가가 낮고, 원자재 소모가 적고, 재료 공급이 원활한 박막형 태양전지에 대한 관심이 증가하고 있으며, 이러한 박막형 태양전지에는 박막 실리콘 태양전지, 박막 화합물 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기고분자 태양전지 등이 있다. 박막 실리콘 태양전지와 박막 화합물 태양전지등은 지속적인 연구개발에 의하여 일정수준의 전환효율을 보이고 있으나 염료감응 태양전지와 유기고분자 태양전지등은 낮은 제조 단가에도 불구하고 낮은 전환 효율(3-10% 이하)이 산업화에 걸림돌이 되고 있다. 따라서, 현재의 낮은 전환 효율을 개선할 필요가 있다.Of these, more than 90% of the commercially available solar cells use single crystal and polycrystalline silicon wafers, which are called "first generation solar cells." The crystalline silicon solar cell has been forming the solar market by improving efficiency and reducing costs through steady technology development since the 1980s, and has been growing at an average annual rate of 50% over the past several years. Such demand growth is expected to maintain its growth trend in the future, but since silicon, which is a raw material, accounts for about 60% of the manufacturing cost of crystalline solar cells, it is sensitive to the impact of rising silicon prices and It is an obstacle to securing price competitiveness. In fact, the price of polysilicon for solar cells soared more than 10 times from US $ 23 / kg in 2003 to US $ 250 in early 2008, causing the solar cell manufacturing cost to increase. For this reason, there is increasing interest in thin-film solar cells, which are lower in manufacturing cost, consume less raw materials, and have a smoother supply of materials than crystalline silicon solar cells. Batteries, organic polymer solar cells, and the like. Thin-film silicon solar cells and thin-film compound solar cells show a certain level of conversion efficiency through continuous research and development, but dye-sensitized solar cells and organic polymer solar cells have low conversion efficiency (3-10% or less) despite low manufacturing cost. ) Is an obstacle to industrialization. Therefore, there is a need to improve the current low conversion efficiency.
한편, 투명전극(transparent electrodes)이란, 가시광영역의 빛을 투과하면서도 전기전도성을 가지는 기능성 박막전극으로 다양한 박막태양전지에서 공통적으 로 사용되는 핵심소재이다. 현재 사용되는 대부분의 투명전극용 박막소재는 금속 산화물로 구성된 n형 반도체 재료들로서, 투명 전도성 산화물(transparent conducting oxide; TCO)이라고 한다. 상기 투명 전도성 산화물로는 징크옥사이드(ZnO), 틴옥사이드(SnO), 인듐옥사이드-틴옥사이드(In2O3-SnO: ITO), 불소첨가 틴옥사이드(fluorinated SnO: FTO), 인듐옥사이드-징크옥사이드(In2O3-ZnO: IZO) 등의 산화물을 사용하고 있다.On the other hand, the transparent electrode (transparent electrode) is a functional thin film electrode that transmits light in the visible light region and has electrical conductivity, and is a core material commonly used in various thin film solar cells. Most of the thin film materials for transparent electrodes currently used are n-type semiconductor materials composed of metal oxides and are called transparent conducting oxides (TCOs). The transparent conductive oxide may include zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO), indium oxide-tin oxide (In 2 O 3 -SnO: ITO), fluorinated tin oxide (FTO), indium oxide-zinc oxide (in 2 O 3 -ZnO: IZO ) and using an oxide, such as.
태양전지에 적용되는 투명전극의 경우는 태양광을 전기로 전환하는 효율이 가장 중요하므로 그 응용분야의 특성상 전도성 물질이 높은 광투과도와 함께 낮은 비저항을 갖는 것이 필수적인 요소가 되고 있다. 따라서 고효율의 태양전지를 개발하기 위해서는 투명 기지에 증착되는 전도성 물질 층이 낮은 비저항을 가지면서 투광도가 높고, 이에 부가하여 종래에 비하여 낮은 표면 조도를 가지는 것이 필수적이다.In the case of a transparent electrode applied to a solar cell, the efficiency of converting sunlight into electricity is the most important. Therefore, it is essential for the conductive material to have a low resistivity along with a high light transmittance due to its characteristics. Therefore, in order to develop a high efficiency solar cell, it is essential that the conductive material layer deposited on the transparent base has a low specific resistance and high light transmittance, and in addition, has a low surface roughness as compared with the related art.
일반적으로, 투명전극은 유리 기판에 상기 투명 전도성 산화물(TCO)을 증착함으로써 제조할 수 있는데, 박막증착에 가장 널리 활용되는 물리기상증착(PVD)방식을 이용하면 생성된 TCO막 표면이 평탄하기 때문에, 태양전지로 입사되는 빛이 반사되어 광흡수율이 저하되는 문제가 있다.In general, the transparent electrode may be manufactured by depositing the transparent conductive oxide (TCO) on a glass substrate, because the surface of the TCO film is flat when the physical vapor deposition (PVD) method is most widely used for thin film deposition. The light incident on the solar cell is reflected and the light absorption rate is lowered.
이에, 본 발명자들은 상기 문제를 해결하기 위하여 연구하던 중, 리프트오프(lift-off) 공정에 의해 패턴이 형성된 투명전극을 구비한 태양전지에서 태양광 을 흡수하는 표면적, 광흡수층의 부피가 증가하고 빛의 산란이 감소하여 태양광 전환효율이 증가하는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.Therefore, the present inventors while studying to solve the above problems, the surface area of the solar cell having a transparent electrode patterned by a lift-off process, the volume of the light absorbing layer is increased and It was confirmed that the scattering of light is reduced to increase the solar conversion efficiency and completed the present invention.
본 발명의 목적은 리프트오프 공정을 이용하여 패턴이 형성된 투명전극을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a transparent electrode patterned using a lift-off process.
본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법으로 제조된 태양광 전환효율이 향상된 투명전극을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a transparent electrode having improved solar conversion efficiency manufactured by the manufacturing method.
본 발명의 다른 목적은 상기 투명전극을 이용한 태양전지를 제공하는데 있다.Another object of the present invention to provide a solar cell using the transparent electrode.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the above object, the present invention
기판 상에 투명전극층을 증착하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 제조된 투명전극층 위에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계(단계 2); 상기 단계 2에서 제조된 포토레지스트 패턴이 형성된 투명전극층 상에 박막 투명전극층을 추가로 증착하는 단계(단계 3); 및 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계(단계 4)를 포함하는 리프트오프 공정을 이용하여 패턴이 형성된 투명전극을 제조하는 방법을 제공한다.Depositing a transparent electrode layer on the substrate (step 1); Forming a photoresist pattern on the transparent electrode layer prepared in step 1 (step 2); Further depositing a thin film transparent electrode layer on the transparent electrode layer on which the photoresist pattern prepared in
또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 패턴이 형성된 투명전극을 제공한다.In addition, the present invention provides a transparent electrode having a pattern formed by the manufacturing method.
나아가, 본 발명은 상기 패턴이 형성된 투명전극을 구비한 태양전지를 제공한다.Furthermore, the present invention provides a solar cell having a transparent electrode having the pattern formed thereon.
본 발명에 의한 투명전극은 리프트오프 공정에 의해 패턴이 용이하게 형성되어 종래 투명전극에 비하여 표면적 및 광흡수층 부피를 증가시키며, 태양전지 제조시 패턴이 형성된 투명전극 내에 광흡수층이 증착됨으로써 빛의 산란을 감소시켜 태양광 전환효율이 증가된 태양전지를 제조할 수 있다.The transparent electrode according to the present invention has a pattern formed easily by a lift-off process to increase the surface area and the light absorbing layer volume compared to the conventional transparent electrode, and scattering light by depositing the light absorbing layer in the patterned transparent electrode when manufacturing a solar cell By reducing the solar cell can be manufactured with increased solar conversion efficiency.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명은 도 1에 나타낸 바와 같이, 기판 상에 투명전극층을 증착하는 단계(단계 1); As shown in Figure 1 , the present invention comprises the steps of depositing a transparent electrode layer on a substrate (step 1);
상기 단계 1에서 제조된 투명전극층 위에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계(단계 2); Forming a photoresist pattern on the transparent electrode layer prepared in step 1 (step 2);
상기 단계 2에서 제조된 포토레지스트 패턴이 형성된 투명전극층 상에 박막 투명전극층을 추가로 증착하는 단계(단계 3); 및 Further depositing a thin film transparent electrode layer on the transparent electrode layer on which the photoresist pattern prepared in
상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계(단계 4)를 포함하는 리프트오프 공정을 이용하여 패턴이 형성된 투명전극을 제조하는 방법을 제공한다.Provided is a method of manufacturing a transparent electrode on which a pattern is formed using a liftoff process including removing the photoresist pattern (step 4).
먼저, 단계 1은 기판 상에 투명전극층을 증착하는 단계이다.First,
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 투명전극층에 사용되는 물질은 당업계에서 통상적으로 사용되는 ZnO, In2O3, SnO2, ITO, FTO, AZO, IZO 등을 사용할 수 있으며, 상기 투명전극층을 형성하는 방법으로는 직류 마그네트론 스퍼터링, 라디오 주파수 마그네트론 스퍼터링 등의 물리증착법(PVD), 졸-겔(Sol-Gel)법 등을 포함하는 용액증착법, 증발법, 화학증착법 및 기상증착법 등을 이용하여 박막으로 증착할 수 있다.In the manufacturing method according to the present invention, the material used for the transparent electrode layer may be ZnO, In 2 O 3 , SnO 2 , ITO, FTO, AZO, IZO, etc. commonly used in the art, the transparent electrode layer As a method of forming a solution, a solution deposition method including a physical vapor deposition method (PVD), a sol-gel method, etc., such as a direct current magnetron sputtering and a radio frequency magnetron sputtering, is used by using an evaporation method, a chemical vapor deposition method, and a vapor deposition method. It can be deposited in a thin film.
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 단계 1의 투명전극층은 완성된 투명전극의 최종 두께에 따라 조절할 수 있다. 이때, 투명전극의 최종 두께는 100~350 nm인 것이 바람직한 바, 만일 최종 두께가 100 nm 미만이면 충분한 패턴이 이루어질 수 없고, 350 nm를 초과하면 광흡수층 및 전해질 양이 감소하여 태양전지 효율이 저하되는 문제가 있다.In the manufacturing method according to the present invention, the transparent electrode layer of
일례로 투명전극의 최종 두께가 100~200 nm인 경우, 상기 단계 1의 투명전극층은 투명전극의 최종 두께에 대하여 10~50%의 두께로 형성하는 것이 바람직하며, 투명전극의 최종 두께가 200~350 nm인 경우에는 투명전극의 최종 두께에 대하여 20~70%의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 만일 상기 투명전극층이 투명전극의 최종 두께에 대하여 10% 미만이면 전기가 충분히 흐르지 못하는 문제가 있고, 70%보다 두꺼우면 태양광 전환효율의 개선이 미미하게 될 수 있다.For example, when the final thickness of the transparent electrode is 100 ~ 200 nm, the transparent electrode layer of the
다음으로, 단계 2는 상기 단계 1에서 제조된 투명전극층 위에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계이다.Next,
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 단계 2는 리소그래피(lithography) 공정이라고도 하며, 일반적으로 반도체 공정에서 미세 패터닝을 형성시키는 방법으로, 빛에 민감한 포토레지스트를 단계 1에서 제조된 투명전극층 위에 코팅한 후에 적절한 마스크(mask) 또는 레티클(reticle)과 노광장치(stepper)를 이용하여 상기 투명전극층 위에 패터닝을 하는 공정이다. 패턴의 크기와 모양은 마스크 또는 레티클에 설계된 패턴의 크기와 모양에 따라서 형성할 수 있다.In the manufacturing method according to the present invention,
다음으로, 단계 3은 상기 단계 2에서 제조된 포토레지스트 패턴이 형성된 투명전극층 상에 박막 투명전극층을 추가로 증착하는 단계이다.Next,
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 투명전극층 증착 방법은 상기 단계 1에서 언급한 직류 마그네트론 스퍼터링, 라디오 주파수 마그네트론 스퍼터링 등의 물리증착법(PVD), 졸-겔(Sol-Gel)법 등을 포함하는 용액증착법, 화학증착법 및 기상증착법 등을 이용할 수 있다. 이때, 단계 1에서 증착된 투명전극의 두께를 고려하여 본 단계에서는 투명전극의 최종 두께의 나머지 두께를 증착한다.In the manufacturing method according to the present invention, the transparent electrode layer deposition method includes physical vapor deposition (PVD), sol-gel (Sol-Gel) method, such as DC magnetron sputtering, radio frequency magnetron sputtering mentioned in
다음으로, 단계 4는 상기 단계 2에서 제조된 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계이다.Next, step 4 is to remove the photoresist pattern prepared in
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 단계 4는 스트리핑(stripping) 공정이라고도 하며, 상기 단계 2에서 제조된 포토레지스트 패턴을 제거하는 공정이 다.In the manufacturing method according to the present invention, the step 4 is also referred to as a stripping (stripping) process, it is a process of removing the photoresist pattern prepared in the
상기 포토레지스트 패턴의 두께는 형성되는 투명전극 박막의 두께보다 두꺼워 외부에 노출되어 있으므로 상기 포토레지스트 패턴은 스트리퍼(stripper) 용액 또는 O2 애싱법으로 제거할 수 있으며, 아세톤 등의 유기용매를 이용하여 제거할 수도 있다.Since the thickness of the photoresist pattern is greater than the thickness of the transparent electrode thin film to be formed and exposed to the outside, the photoresist pattern may be removed by a stripper solution or O 2 ashing method, using an organic solvent such as acetone. You can also remove it.
이와 같은 제조방법을 통하여 최종적으로 패턴이 형성된 투명전극을 제조할 수 있다.Through such a manufacturing method, a transparent electrode on which a pattern is finally formed may be manufactured.
상기 투명전극은 패턴이 형성되어, 상기 패턴의 깊이가 깊을수록 태양전지 내부에 구비되는 광흡수층 및 전해질의 양 및 전극의 표면적을 증가시키고(도 2 및 도 3 참조), 빛의 산란을 감소시켜서 태양광 전환효율을 증가시킬 수 있다(표 1 및 도 4 참조).The transparent electrode is formed of a pattern, the deeper the depth of the pattern increases the amount of light absorbing layer and electrolyte provided in the solar cell and the surface area of the electrode (see Figs . 2 and 3 ), reducing the scattering of light It is possible to increase the solar conversion efficiency (see Table 1 and Figure 4 ).
또한, 본 발명은 상기 패턴이 형성된 투명전극이 구비된 고효율 태양전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a high efficiency solar cell provided with a transparent electrode having the pattern formed.
본 발명에 따른 태양전지는 패턴이 형성된 투명전극을 사용하여 투명전극의 표면적을 넓히고, 광흡수층 및 전해질의 부피를 증가시키고 동시에 패턴이 형성된 투명전극 안에 광흡수층을 증착시킴으로써 빛의 산란을 감소시켜 입사된 빛을 효율적 이용하여 고효율을 얻을 수 있으며, 이러한 태양전지로는 투명전극을 구비하는 염료감응형 태양전지, 유기분자 태양전지, 실리콘 박막형 태양전지 또는 화합물 반도체 박막형 태양전지를 사용할 수 있다.The solar cell according to the present invention increases the surface area of the transparent electrode using a patterned transparent electrode, increases the volume of the light absorbing layer and the electrolyte, and simultaneously reduces light scattering by depositing the light absorbing layer in the patterned transparent electrode. High efficiency can be obtained by utilizing the light efficiently. As the solar cell, a dye-sensitized solar cell, an organic molecular solar cell, a silicon thin film solar cell or a compound semiconductor thin film solar cell having a transparent electrode can be used.
본 발명의 일실시형태에 따른 태양전지에 있어서, 상기 태양전지가 염료감응형 태양전지인 경우, 상기 태양전지는In the solar cell according to an embodiment of the present invention, when the solar cell is a dye-sensitized solar cell, the solar cell
패턴이 형성되지 않은 투명전극에 촉매박막전극을 증착시킨 후, 구멍을 형성시켜 상부전극을 제조하는 단계(단계 A);Depositing a catalyst thin film electrode on a transparent electrode on which a pattern is not formed, and then forming a hole to prepare an upper electrode (step A);
상기 패턴이 형성된 투명전극에 광흡수층을 증착하여 하부전극을 제조하는 단계(단계 B);Preparing a lower electrode by depositing a light absorption layer on the transparent electrode on which the pattern is formed (step B);
상기 단계 B의 하부전극에 상기 단계 A의 상부전극을 양면테이프로 고정시키는 단계(단계 C); 및Fixing the upper electrode of the step A to the lower electrode of the step B with a double-sided tape (step C); And
상기 상부전극에 형성되어 있는 구멍을 통해 전해액을 주입시키고, 밀봉하는 단계(단계 D)를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다. It can be prepared by a method comprising the step of injecting and sealing the electrolyte through the hole formed in the upper electrode (step D).
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법에 있어서, 단계 A는 패턴이 형성되지 않은 투명전극에 촉매박막전극을 증착시킨 후, 구멍을 형성시켜 상부전극을 제조하는 단계이다. In the method of manufacturing a solar cell according to the present invention, step A is a step of manufacturing an upper electrode by forming a hole after depositing a catalyst thin film electrode on a transparent electrode having no pattern.
상기 구멍은 태양전지를 밀봉하기 위하여 고온 용융 호일을 삽입할 공간이다. 상기 구멍은 드릴로 제조할 수 있으며, 그 직경이 0.5~3 mm인 것이 바람직하다. 이때, 상기 구멍의 직경이 3 mm을 초과하면 밀봉시키기 어려운 문제가 있고, 0.5 mm 미만이면 상기 고온 용융 호일이 삽입되지 않는 문제가 있다. The hole is a space into which the hot melt foil is inserted to seal the solar cell. The hole may be manufactured by a drill, the diameter of which is preferably 0.5 to 3 mm. At this time, if the diameter of the hole exceeds 3 mm there is a problem that is difficult to seal, if less than 0.5 mm there is a problem that the hot melt foil is not inserted.
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법에 있어서, 단계 B는 상기 패턴이 형성된 투명전극에 광흡수층을 증착하여 하부전극을 제조하는 단계이다. In the method of manufacturing a solar cell according to the present invention, step B is a step of manufacturing a lower electrode by depositing a light absorption layer on the transparent electrode on which the pattern is formed.
상기 광흡수층은 하부전극상에 증착되어, 태양광을 흡수하여 광전자를 여기시켜 투명전극으로 보내는 층이다. 이때, 광흡수층 증착은 마그네트론 스퍼터링, 졸-겔(Sol-Gel)법 등을 포함하는 용액증착법, 기상증착법 또는 화학적 도포법인 것이 바람직하다. 광흡수층은 일반적으로 단결정, 다결정, 비정질 실리콘, 카드뮴설파이드(CdS), 구리인듐다이셀레나이드(CuInSe2), 산화 티타늄 입자, 산화니오븀(Nb2O5) 염료 또는 이의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 광흡수층 물질에 따라 마그네트론 스퍼터링, 졸-겔(Sol-Gel)법 등을 포함하는 용액증착법, 기상증착법 또는 화학적 도포법 중 하나를 선택하여 사용할 수 있다. The light absorbing layer is deposited on the lower electrode, absorbs sunlight, excites photoelectrons, and sends the light to the transparent electrode. At this time, the light absorption layer deposition is preferably a solution deposition method, a vapor deposition method or a chemical coating method including a magnetron sputtering, Sol-Gel method and the like. The light absorbing layer may generally use single crystal, polycrystalline, amorphous silicon, cadmium sulfide (CdS), copper indium diselenide (CuInSe 2 ), titanium oxide particles, niobium oxide (Nb 2 O 5 ) dye, or mixtures thereof. According to the light absorption layer material, one of a solution deposition method including a magnetron sputtering, a sol-gel method, a vapor deposition method, or a chemical coating method may be used.
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법에 있어서, 단계 C는 상기 단계 B의 하부전극에 상기 단계 A의 상부전극을 양면테이프로 고정시키는 단계이다. In the method of manufacturing a solar cell according to the present invention, step C is a step of fixing the upper electrode of the step A to the lower electrode of the step B with a double-sided tape.
상기 단계 C는 상, 하부 전극을 조립하여 고정시키는 단계로, 전해질이 주입될 공간이 확보시키고, 전극과 테이프 사이에 빈공간 없이 고정시킨다. 이때, 상기 단계에서 전극과 테이프 사이에 빈공간이 있으면 전해액이 누수될 수 있는 문제가 있다. The step C is a step of assembling and fixing the upper and lower electrodes, to secure a space for the electrolyte is injected, and to fix without a void space between the electrode and the tape. At this time, if there is a blank space between the electrode and the tape in the step there is a problem that the electrolyte may leak.
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 단계 D는 상기 상부전극에 형성되어 있는 구멍을 통해 전해액을 주입시키고, 밀봉하는 단계이다.In the method of manufacturing a solar cell according to the present invention, the step D is a step of injecting and sealing an electrolyte through a hole formed in the upper electrode.
상기 단계 D는 상기 단계 C에서 상, 하부 전극이 고정된 태양전지에 상기 단계 A에서 형성된 구멍으로 전해액을 주입시키고, 상기 전해액이 누수되지 않도록 밀봉하는 단계이다.In the step D, the electrolyte is injected into the hole formed in the step A into the solar cell in which the upper and lower electrodes are fixed in the step C, and the electrolyte is sealed to prevent leakage.
상기 단계 D의 밀봉은 고온 용융 밀봉 호일(hot melt sealing foil)을 넣고 열전도테이프(thermal tape)로 부착하여 인두를 사용하여 열전도테이프의 후면을 짧은 시간 동안 수 회 가열하여 이루어진다. 이때, 열전도테이프를 통해 전해진 인두의 열은 삽입된 고온 용융 밀봉 호일을 용융시켜 상부전극에 형성된 구멍을 막아, 전해액이 누수되는 것을 방지할 수 있다.The sealing of step D is performed by inserting a hot melt sealing foil and attaching it with a thermal tape to heat the back surface of the heat conductive tape several times using a iron. At this time, the heat of the iron delivered through the heat conduction tape melts the inserted hot melt sealing foil to block holes formed in the upper electrode, thereby preventing the electrolyte from leaking.
이하, 본 발명의 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, the embodiment of the present invention will be described in more detail. However, the following examples are merely to illustrate the invention, but the content of the present invention is not limited by the following examples.
<< 제조예Manufacturing example 1> 1> 폴리에틸렌글리콜을Polyethylene glycol 이용한 산화티타늄 페이스트의 제조 Preparation of Titanium Oxide Paste
산화티타늄 입자(Degussa P25, 80% anatase-2-% rutile) 0.5 g을 탈이온수 1.5~2 ml와 혼합한 후, 막자사발을 이용하여 약 10분 동안 갈았다. 다음으로 아세틸아세톤(acetylacetone) 0.2 ml, 아세트산(acetic acid) 0.2 ml, 분자량이 20 000 인 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG) 0.15 g과 분자량이 500 000인 PEG 0.5 g을 순차적으로 혼합시키고, 상기 각각의 용액을 첨가할 때마다 약 15~20분 정도 갈았다. 마지막으로 에탄올(absolute ethanol)을 첨가하여 점도를 조절하고 20분 동안 갈아서 산화티타늄 페이스트를 제조하였다.0.5 g of titanium oxide particles (Degussa P25, 80% anatase-2-% rutile) were mixed with 1.5-2 ml of deionized water, and ground for about 10 minutes using a mortar and pestle. Next, 0.2 ml of acetylacetone, 0.2 ml of acetic acid, 0.15 g of polyethylene glycol (PEG) having a molecular weight of 20 000, and 0.5 g of PEG having a molecular weight of 500 000 were mixed sequentially, respectively. Grind about 15-20 minutes each time you add a solution. Finally, ethanol (absolute ethanol) was added to adjust the viscosity and grind for 20 minutes to prepare a titanium oxide paste.
<< 제조예Manufacturing example 2> 2> 트리톤을Triton 이용한 산화티타늄 페이스트의 제조 Preparation of Titanium Oxide Paste
산화티타늄 입자 1 g을 탈이온수 3 ml와 혼합하여 30분 동안 교반시킨 후에 아세틸아세톤, 아세트산, 트리톤(Triton, Polyoxyethylene(10) isooctlyphenyl ether, Mw = 646.85 g/mol)을 순차적으로 첨가하였다. 이때, 각 용액을 첨가할 때 마다 각각 30분씩 교반시켰다. 에탄올을 첨가하여 점도를 조절하고 균일기(homogenizer)를 이용하여 15분 동안 교반하여 산화티타늄 페이스트를 제조하였다. After 1 g of titanium oxide particles were mixed with 3 ml of deionized water and stirred for 30 minutes, acetylacetone, acetic acid and triton (Triton, Polyoxyethylene (10) isooctlyphenyl ether, Mw = 646.85 g / mol) were sequentially added. At this time, each addition of the solution was stirred for 30 minutes each. Titanium oxide paste was prepared by adjusting the viscosity by adding ethanol and stirring for 15 minutes using a homogenizer.
<< 제조예Manufacturing example 3> 염료의 제조 3> Preparation of Dye
시스-비스(이소티오시아네이토)비스(2,2'-바이피리딜-4,4'-디카르복실레이토)-루테늄(Ⅱ)비스-테트라부틸암모늄(cis-bis(isothiocyanato)bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylato)-ruthenium(Ⅱ) bis-tetrabutylammonium,(N719)) 35 mg을 에탄올 100 ml에 용해시킨 0.3 mM의 용액을 50 ℃로 가열된 핫플레이트(hot plate)에서 12 시간 동안 강하게 교반시켜 염료를 제조하였다. 상기 염료 용액은 상온(25 ℃)에서 빛이 차단된 상자에 보관하면서 사용하였다.Cis-bis (isothiocyanato) bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate) -ruthenium (II) bis-tetrabutylammonium (cis-bis (isothiocyanato) bis ( 2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylato) -ruthenium (II) bis-tetrabutylammonium, (N719)) A 0.3 mM solution of 35 mg dissolved in 100 ml of ethanol was heated to 50 ° C. plate was stirred vigorously for 12 hours to prepare a dye. The dye solution was used while stored in a light-blocked box at room temperature (25 ℃).
<< 제조예Manufacturing example 4> 전해질 용액의 제조 4> Preparation of electrolyte solution
요오드화리튬(LiI) 133.84 mg, 요오드(I2) 126.905 g, 4-터트-부틸피리딘(4-tert-butylpyridine) 0.73245 ml 및 1-헥실-2,3-디메틸-이미다졸륨(1-hexyl-2, 3-dimethyl-imidazolium) 1.8492 g을 메톡시아세토니트릴(methoxyacetonitrile)에 첨가하여 3 시간 동안 강하게 혼합시켰다. 133.84 mg of lithium iodide (LiI), 126.905 g of iodine (I 2 ), 0.73245 ml of 4-tert-butylpyridine and 1-hexyl-2,3-dimethyl-imidazolium (1-hexyl- 1.8492 g of 2, 3-dimethyl-imidazolium) was added to methoxyacetonitrile and mixed vigorously for 3 hours.
<< 실시예Example 1> 1> 리프트오프Lift-off 공정을 이용한 패턴이 형성된 투명전극의 제조 Fabrication of Transparent Electrode with Pattern Using Process
단계 1: 투명전극을 증착하는 단계Step 1: depositing the transparent electrode
유리기판을 In2O3:IZO의 비율이 9:1인 타겟과 7.5 cm가 떨어진 곳에 위치시킨 후, 공정압력 3 mTorr에서 순수한 아르곤 50 sccm을 흘려주면서 70 W rf 마그네트론 파워로 투명전극을 증착시켰다. 이때, 증착되는 투명전극의 두께는 150 nm으로서 최종 두께의 50%이다.The glass substrate was placed 7.5 cm away from a target having a ratio of 9: 1 of In 2 O 3 : IZO, and a transparent electrode was deposited at 70 W rf magnetron power while flowing 50 sccm of pure argon at a process pressure of 3 mTorr. . At this time, the thickness of the deposited transparent electrode is 150 nm, 50% of the final thickness.
단계 2: Step 2: 포토레지스트Photoresist 패턴을 형성하는 단계 Forming a pattern
상기 단계 1에서 증착된 투명전극에 3 ㎛ 폭의 종횡 선패턴을 형성하기 위하여, 투명전극 위에 투명전극의 접착력을 향상시킬 수 있는 접착 촉진제(adhesion promoter)시약을 도포하고, 포토레지스트(photoresister) 물질을 약 1.2 ㎛두께로 코팅한 후에, 핫 플레이트 위에서 90~95 ℃에서 60~90초 동안 가열하여 유기용매의 일부를 제거하였다(soft baking). 이후, 패턴이 인쇄된 부분을 광원의 조사장치인 마스크 얼라이너(mask aligner) 또는 노광장치(stepper)를 사용하여 일정 시간(exposure time) 빛에 노출시킨 후 빛에 현상액(developer)로 감광된 포토리지스터를 제거하여 투명전극 상에 포토레지스트 패턴을 형성하였다. In order to form a 3 μm wide vertical and horizontal line pattern on the transparent electrode deposited in
단계 3: 투명전극을 Step 3: remove the transparent electrode 재증착하는Redeposited 단계 step
다음으로, 유리기판을 In2O3:IZO의 비율이 9:1인 타겟과 7.5 cm가 떨어진 곳에 위치시킨 후, 공정압력 3 mTorr에서 순수한 아르곤 50 sccm을 흘려주면서 70 W rf 마그네트론 파워로 투명전극을 증착시켰다. 이때, 증착된 전극의 두께는 최종 두께의 50%이고, 150 nm이었다. Next, the glass substrate is placed 7.5 cm away from a target having a ratio of 9: 1 of In 2 O 3 : IZO, and then 50 sccm of pure argon is flowed at a process pressure of 3 mTorr, and the transparent electrode is powered by 70 W rf magnetron power. Was deposited. At this time, the thickness of the deposited electrode was 50% of the final thickness and was 150 nm.
단계 4: Step 4: 포토레지스트Photoresist 패턴을 제거하는 단계 Steps to Remove a Pattern
포토레지스트 패턴의 두께(~1200 nm)가 형성되는 박막의 두께(300 nm)보다 매우 높아 외부에 노출되어 있으므로 잔존하는 포토레지스트 물질을 스트리퍼(stripper) 용액 또는 O2 애싱(ashing)법으로 제거할 수 있으나, 투명전극을 보호하기 위하여 아세톤 용액을 이용하여 간단히 제거함으로써 패턴이 형성된 투명전극을 제조하였다.Since the thickness of the photoresist pattern (~ 1200 nm) is much higher than the thickness of the formed thin film (300 nm), the remaining photoresist material can be removed by stripper solution or O 2 ashing method. However, in order to protect the transparent electrode, a transparent electrode having a pattern formed by simply removing the acetone solution was prepared.
<< 실시예Example 2> 2>
단계 1에서 박막의 증착두께를 210 nm, 단계 3에서 박막의 증착두께를 90 nm로 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하여 패턴이 형성된 투명전극을 제조하였다. A transparent electrode having a pattern was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the deposition thickness of the thin film in
<< 실시예Example 3> 3>
단계 1에서 박막의 증착두께를 100 nm, 단계 2에서 박막의 증착두께를 100 nm로 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하여 패턴이 형성된 투명전극을 제조하였다. A transparent electrode having a pattern was prepared in the same manner as in Example 1 except that the deposition thickness of the thin film was 100 nm in
<< 비교예Comparative example 1> 패턴이 형성되지 않은 투명전극의 제조 1> Fabrication of Transparent Electrode without Pattern
상기 실시예 1의 단계 1만을 수행하여 두께가 300 nm이고 패턴이 형성되지 않은 투명전극을 제조하였다.By performing only
<< 실시예Example 4> 패턴이 형성된 전극이 구비된 태양전지의 제조 4> Fabrication of Solar Cell with Patterned Electrode
단계 A: 상부전극을 제조하는 단계Step A: preparing an upper electrode
패턴이 형성되지 않은 투명전극(비교예 1)에 백금을 증착시킨 후, 백금이 증착된 투명전극에 드릴로 구멍을 형성시켜 상부전극을 제조하였다.After depositing platinum on the transparent electrode (Comparative Example 1), the pattern is not formed, an upper electrode was prepared by forming a hole in the transparent electrode on which platinum was deposited.
단계 B: 하부전극을 제조하는 단계Step B: preparing a lower electrode
실시예 1에서 제조된 패턴이 형성된 전극층 상에 제조예 1에서 제조된 산화 티타늄을 코팅하고, 100 ℃에서 20 분 동안 가열하여 산화 티타늄내 수분을 증발시켰다. 다음으로, 50 ℃에서 5분 동안 가열한 후 상기 제조예 3에서 제조된 염료 0.3 mM에 24 시간 동안 침지시켰다. 이후 에탄올로 세척하여 산화티타늄에 흡착되지 않은 염료를 제거하고 질소가스 내에서 건조시켜 하부전극을 제조하였다. The titanium oxide prepared in Preparation Example 1 was coated on the patterned electrode layer prepared in Example 1, and heated at 100 ° C. for 20 minutes to evaporate moisture in the titanium oxide. Next, the mixture was heated at 50 ° C. for 5 minutes and then immersed in 0.3 mM of the dye prepared in Preparation Example 3 for 24 hours. After washing with ethanol to remove the dye not adsorbed on titanium oxide and dried in nitrogen gas to prepare a lower electrode.
단계 C: 하부전극에 상부전극을 Step C: Place the upper electrode on the lower electrode 고정시키는Fixed 단계 step
상기 단계 B에서 제조된 하부전극에 상기 단계 A에서 제조된 상부전극을 양면테이프(카본테이프)로 고정시켰다. The upper electrode prepared in step A was fixed to the lower electrode manufactured in step B with a double-sided tape (carbon tape).
단계 D: 전해액 주입 후 밀봉하는 단계Step D: Sealing After Injecting Electrolyte
상기 제조예 4에서 제조된 전해액을 상부전극에 형성되어 있는 구멍을 통해 주입시킨 후, 상기 구멍에 고온 용융 밀봉 호일을 넣고 열전도테이프를 부착한 다음 가열하여 밀봉함으로써 본 발명에 따른 태양전지를 제조하였다.After injecting the electrolyte solution prepared in Preparation Example 4 through a hole formed in the upper electrode, a high temperature molten sealing foil was put in the hole, a heat conductive tape was attached, and heat sealed to manufacture a solar cell according to the present invention. .
<< 실시예Example 5> 5>
단계 B에 있어서, 실시예 2에서 제조된 투명전극을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일한 방법으로 수행하여 태양전지를 제조하였다.In step B, a solar cell was manufactured in the same manner as in Example 4, except that the transparent electrode prepared in Example 2 was used.
<< 실시예Example 6> 6>
단계 B에 있어서, 실시예 3에서 제조된 투명전극을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일한 방법으로 수행하여 태양전지를 제조하였다.In step B, a solar cell was manufactured in the same manner as in Example 4, except that the transparent electrode prepared in Example 3 was used.
<< 비교예Comparative example 2> 패턴이 형성되지 않은 투명전극이 구비된 태양전지의 제조 2> Fabrication of Solar Cell with Transparent Electrode without Pattern
단계 B에 있어서, 비교예 1에서 제조된 투명전극을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일한 방법으로 수행하여 태양전지를 제조하였다.In step B, a solar cell was manufactured in the same manner as in Example 4, except that the transparent electrode prepared in Comparative Example 1 was used.
<< 실험예Experimental Example 1> 전자주사현미경 관찰 1> Electron scanning microscope
실시예 4, 5 및 비교예 2에서 제조된 태양전지 내의 하부기판의 투명전극의 단면을 전자주사현미경(S-4300, Hitachi)으로 분석하여 도 3에 나타내었다.Examples 4,5 and Comparative Example 2 shows a cross-section of the transparent electrode of the lower substrate in the solar cell manufactured by the 3 by analyzing the scanning electron microscope (S-4300, Hitachi).
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 패턴이 형성된 투명전극(실시예 4 및 5)이 비교예 2의 패턴이 형성되지 않은 투명전극에 비하여 표면적이 증가하고 광흡수층 부피 또한 증가하는 것으로 나타났다(점선원 내 참조).As shown in FIG . 3 , the transparent electrodes (Examples 4 and 5) having the pattern formed according to the present invention had increased surface area and increased light absorbing layer volume as compared with the transparent electrodes having no pattern of Comparative Example 2. Appeared in the dashed circle.
<< 실험예Experimental Example 2> 2> 태양광sunlight 전환율 측정 Conversion rate measurement
본 발명에 따라 제조된 패턴이 형성된 투명전극의 태양광 전환효율을 알아보기 위하여, 실시예 4, 5 및 비교예 2에서 제조된 태양전지의 태양광 전환효율을 측정하여 하기 표 1 및 도 4에 나타내었다.In order to determine the photovoltaic conversion efficiency of the transparent electrode with a pattern formed according to the present invention, by measuring the photovoltaic conversion efficiency of the solar cells prepared in Examples 4, 5 and Comparative Example 2 in Table 1 and FIG . Indicated.
(mV)Open Voltage (Voc)
(mV)
(mA/cm2)Short circuit current density (Jsc)
(mA / cm 2 )
(%)Fill factor (FF)
(%)
(%)Conversion efficiency
(%)
표 1 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 패턴이 형성된 투명전극을 구비한 태양전지가 패턴이 형성되지 않은 일반 투명전극을 구비한 태양전지보다 전환효율이 높은 것을 확인하였으며, 실시예 4의 경우 약 25% 이상 전환효율이 증가하는 것을 확인하였다.As shown in Table 1 and Figure 4 , it was confirmed that the solar cell having a transparent electrode with a pattern formed according to the present invention has a higher conversion efficiency than the solar cell with a general transparent electrode without a pattern is formed, carried out In the case of Example 4, it was confirmed that the conversion efficiency increased by about 25% or more.
따라서, 본 발명에 의한 투명전극은 리프트오프 공정에 의해 패턴이 용이하게 형성되어 종래 투명전극에 비하여 표면적 및 광흡수층 부피를 증가시키며, 태양전지 제조시 패턴이 형성된 투명전극 내에 광흡수층이 증착됨으로써 빛의 산란을 감소시켜 태양광 전환효율이 증가된 태양전지를 제조할 수 있다.Therefore, the transparent electrode according to the present invention has a pattern formed easily by a lift-off process to increase the surface area and the light absorbing layer volume compared to the conventional transparent electrode, and the light absorbing layer is deposited in the patterned transparent electrode in the manufacturing of solar cells By reducing the scattering of the solar cell can be manufactured with increased solar conversion efficiency.
도 1은 본 발명에 따른 리프트오프 공정을 이용한 패턴이 형성된 투명전극의 제조방법을 나타내는 개념도이다. 1 is a conceptual diagram illustrating a method of manufacturing a transparent electrode having a pattern using a lift-off process according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 패턴이 형성된 투명전극과 기존의 패턴이 형성되지 않은 투명전극에 광흡수층 증착시 부피차를 나타낸 개념도이다. 2 is a conceptual diagram illustrating a volume difference when a light absorption layer is deposited on a transparent electrode having a pattern formed according to the present invention and a transparent electrode on which a conventional pattern is not formed.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 패턴이 형성된 투명전극의 단면을 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다((a) 비교예 2, (b) 실시예 4, (c) 실시예 5). 3 is a photograph taken with a scanning electron microscope of a cross-section of a transparent electrode having a pattern formed according to the present invention ((a) Comparative Example 2, (b) Example 4, (c) Example 5).
도 4는 본 발명에 따라 제조된 패턴이 형성된 투명전극을 구비한 태양전지의 태양광 전환효율을 측정한 그래프이다. Figure 4 is a graph measuring the solar conversion efficiency of the solar cell having a transparent electrode with a pattern formed according to the present invention.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090118925A KR101071412B1 (en) | 2009-12-03 | 2009-12-03 | The patterned transparent electrode by lift-off and the solar cell using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090118925A KR101071412B1 (en) | 2009-12-03 | 2009-12-03 | The patterned transparent electrode by lift-off and the solar cell using the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20110062259A KR20110062259A (en) | 2011-06-10 |
KR101071412B1 true KR101071412B1 (en) | 2011-10-07 |
Family
ID=44396472
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020090118925A KR101071412B1 (en) | 2009-12-03 | 2009-12-03 | The patterned transparent electrode by lift-off and the solar cell using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101071412B1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100663714B1 (en) | 2005-12-29 | 2007-01-03 | 성균관대학교산학협력단 | Method of forming a composition for synthesizing ito and method of patterning ito synthesized from said composition |
KR100819062B1 (en) | 2007-03-19 | 2008-04-03 | 한국전자통신연구원 | Synthesis method of indium tin oxide(ito) electron-beam resist and pattern formation method of ito using the same |
-
2009
- 2009-12-03 KR KR1020090118925A patent/KR101071412B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100663714B1 (en) | 2005-12-29 | 2007-01-03 | 성균관대학교산학협력단 | Method of forming a composition for synthesizing ito and method of patterning ito synthesized from said composition |
KR100819062B1 (en) | 2007-03-19 | 2008-04-03 | 한국전자통신연구원 | Synthesis method of indium tin oxide(ito) electron-beam resist and pattern formation method of ito using the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20110062259A (en) | 2011-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Liu et al. | 17.46% efficient and highly stable carbon-based planar perovskite solar cells employing Ni-doped rutile TiO2 as electron transport layer | |
Chen et al. | Effect of BCP buffer layer on eliminating charge accumulation for high performance of inverted perovskite solar cells | |
Liao et al. | Lead-free inverted planar formamidinium tin triiodide perovskite solar cells achieving power conversion efficiencies up to 6.22% | |
Ke et al. | Cooperative tin oxide fullerene electron selective layers for high-performance planar perovskite solar cells | |
KR101707050B1 (en) | Preparation for method of perovskite absorber layer and perovskite solar cells comprising the perovskite absorber layer thereby | |
CN106057919A (en) | Solar cell with metal grid fabricated by electroplating | |
JP2000285977A (en) | Photoelectric conversion element and photocell | |
Liu et al. | Thickness-dependent photovoltaic performance of TiO2 blocking layer for perovskite solar cells | |
Peng et al. | Hybrid organic-inorganic perovskites open a new era for low-cost, high efficiency solar cells | |
Hu et al. | Low temperature fabrication of ZnO compact layer for high performance plastic dye-sensitized ZnO solar cells | |
Ma et al. | Double Side Interfacial Optimization for Low‐Temperature Stable CsPbI2Br Perovskite Solar Cells with High Efficiency Beyond 16% | |
Duan et al. | Surface modification of SnO2 blocking layers for hysteresis elimination of MAPbI3 photovoltaics | |
EP1667275A1 (en) | Dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell module | |
JP2004146421A (en) | Photoelectric converter and solar cell | |
Li et al. | Room-temperature sputtered aluminum-doped zinc oxide for semitransparent perovskite solar cells | |
KR20100020756A (en) | The patterned transparent electrode and the solar cell using the same | |
JP2012004206A (en) | Photoelectric conversion element and solar battery | |
JP4392769B2 (en) | Photoelectric conversion element, solar cell and solar cell module | |
CN113782677A (en) | Solar cell device and manufacturing method thereof | |
US20120024369A1 (en) | Photo-chemical solar cell with nanoneedle electrode and method manufacturing the same | |
Srivastava et al. | Highly efficient sandwich structured Perovskite solar cell using PEDOT: PSS in room ambient conditions | |
KR20170000422A (en) | Method for preparing Perovskite Solar Cell using 1,8-diiodooctane | |
Xia et al. | Improving the interfacial contact between CH3NH3PbI3–xClx and Au by LiTFSI solution treatment for efficient photoelectric devices | |
KR101071412B1 (en) | The patterned transparent electrode by lift-off and the solar cell using the same | |
KR101791801B1 (en) | Perovskite solar cells containing N-type semiconductors modified with chalcogens, and fabricating method therof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140612 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150626 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160602 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |