KR101108245B1 - 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법 - Google Patents

화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이종 기판 접합 기술을 이용한 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법은 인듐(In)을 포함하는 3원소 화합물로 이루어지며, 인듐의 함량을 증가시키면서 성장시켜 기판 상에 다단 버퍼층을 형성하고, 상기 다단 버퍼층의 최상부 조정과 동일하게 유지하며 성장시켜 타겟 버퍼층을 형성하여 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층 상에 희생층을 형성하는 단계; 상기 희생층 상에 태양 전지 구조체를 형성하는 단계; 상기 태양 전지 구조체 상에 지지막을 형성하는 단계; 상기 희생층을 선택적으로 식각하여 태양 전지 구조체를 기판과 분리하는 단계; 및 분리된 태양 전지 구조체를 이종의 호스트 기판에 접합시키는 단계;를 포함하여, 태양 전지 구조체에 이종의 기판을 적용하는 것이 가능하여 원하는 조합의 에너지 흡수층을 선택하는 것이 가능하다.

Description

화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법{Method for fabricating compound semiconductor solar cell}
본 발명은 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이종 기판 접합 기술을 이용한 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 화합물 반도체, 특히 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체를 이용한 태양 전지는 직접 천이형 밴드 갭을 가져, 간접 천이형 밴드갭을 갖는 실리콘 태양 전지에 비하여 광 흡수율이 높으며, 태양 전지에 입사되는 태양 에너지 또한 더 잘 흡수하는 장점을 가지고 있다.
그러나, 상기의 화합물 반도체 태양 전지는 기판과의 격자 정합 조건(Lattice-matching condition)의 제약이 따른다. 이러한 격자 정합 조건의 제약은 특히 텐덤 태양 전지와 같은 적층형 태양 전지에서 주로 발생한다.
텐덤 태양 전지의 경우 상부 태양 전지와 하부 태양 전지의 에너지 밴드갭이 각각 1.5eV와 0.9eV를 가질 때, 태양 전지는 이론적으로 최대 40%의 효율을 달성할 수 있으나, 물질계 특성상 에너지 밴드갭의 변화는 격자 상수의 변화를 가져오며, 이는 결정 결함(Crystalline defect)을 초래한다. 특히, 텐덤 태양 전지는 일반적으로 사용하는 GaAs 재질의 기판과 격자 부정합을 초래하여 태양 전지 소자의 파괴에 따른 신뢰성에 큰 문제가 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 기술적 과제는 이종 기판 접합 기술을 이용한 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법은 인듐(In)을 포함하는 3원소 화합물로 이루어지며, 인듐의 함량을 증가시키면서 성장시켜 기판 상에 다단 버퍼층을 형성하고, 상기 다단 버퍼층의 최상부 조정과 동일하게 유지하며 성장시켜 타겟 버퍼층을 형성하여 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층 상에 희생층을 형성하는 단계; 상기 희생층 상에 태양 전지 구조체를 형성하는 단계; 상기 태양 전지 구조체 상에 지지막을 형성하는 단계; 상기 희생층을 선택적으로 식각하여 태양 전지 구조체를 기판과 분리하는 단계; 및 분리된 태양 전지 구조체를 이종의 호스트 기판에 접합시키는 단계;를 포함한다.
상기 버퍼층은 InGaAs, InAlAs 및 InAlP 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 희생층은 알루미늄을 함유하는 3원소 화합물로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 상기 희생층은 AlxGa1 - xAs(0.8≤x≤1)로 이루어질 수 있다.
상기 태양 전지 구조체는 다중 접합 태양 전지일 수 있다.
상기 태양 전지 구조체는 0.93eV 내지 1.2eV의 흡수 에너지 밴드갭을 갖으며, 상기 호스트 기판 상에 배치되는 제 1 태양 전지셀; 상기 제 1 태양 전지셀 상에 형성된 터널 접합층; 및 상기 터널 접합층 상에 형성되며, 1.4eV 내지 1.7eV의 흡수 에너지 밴드갭을 갖는 제 2 태양 전지셀;을 포함할 수 있다.
상기 태양 전지 구조체는 0.36eV 내지 1.43eV의 흡수 에너지 밴드갭을 갖는 단일의 태양 전지셀로 이루어질 수 있다.
상기 지지막을 형성하는 단계는 상기 태양 전지 구조체 상에 점착성을 용이하게 하는 폴리머층을 형성하는 단계; 및 상기 폴리머층 상에 상기 태양 전지 구조체를 지지하는 지지층을 형성하는 단계;를 포함한다.
분리된 태양 전지 구조체를 이종의 호스트 기판에 접합시키는 단계는 상기 태양 전지 구조체 및 이종의 호스트 기판 사이의 반데르 발스 힘을 이용할 수 있다.
상기 분리된 태양 전지 구조체를 호스트 기판에 접합시킨 후, 상기 지지막을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법은 기판 상에 성장 방향으로 상기 기판과 격자 부정합 정도가 증가하는 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층 상에 상기 버퍼층의 최상부와 격자 부정합인 희생층을 형성하는 단계; 상기 희생층 상에 다중 접합 태양 전지로 이루어지는 태양 전지 구조체를 형성하는 단계; 상기 태양 전지 구조체 상에 지지막을 형성하는 단계; 상기 희생층을 선택적으로 식각하여 태양 전지 구조체를 기판과 분리하는 단계; 및 분리된 태양 전지 구조체를 이종의 호스트 기판에 접합시키는 단계;를 포함한다.
상기 버퍼층을 형성하는 단계는 최하부가 상기 기판과 격자 정합을 이루며, 상부로 갈수록 격자 상수가 증가하여 격자 부정합 정도가 증가하도록 성장하는 다단 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 다단 버퍼층의 최상부와 동일한 격자상수를 가지는 타겟 버퍼층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 희생층은 상기 타겟 버퍼층과 격자상수가 다르며, 알루미늄을 함유하는 3원소 화합물로 이루질 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명은 메타모픽 버퍼층을 사용하는 박막 분리 기술을 채택하여 태양 전지 구조체에 이종의 기판을 접합할 수 있는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법을 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명은 원하는 조합의 에너지 흡수층을 선택적으로 적용하는 것이 가능하며, 태양 전지 내에서 화합물 반도체가 차지하는 부피를 최소화할 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 화합물 반도체 태양 전지의 제조에 사용되는 태양 전지 구조체를 설명하기 위한 단면도.
본 발명의 특징 및 작용들은 첨부도면을 참조하여 이하에서 설명되는 실시예들을 통해 명백하게 드러나게 될 것이다.
첨부된 도면과 연관하여 이하에서 개시되는 상세한 설명은 발명의 바람직한 실시예들을 설명할 의도로서 행해진 것이고, 발명이 실행될 수 있는 형태들만을 나타내는 것은 아니다. 본 발명의 사상이나 범위에 포함된 동일한 또한 등가의 기능들이 다른 실시예들에 의해서도 달성될 수 있음을 주지해야 한다. 또한, 도면에 개시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대한 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다. 그리고, 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성 요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 화합물 반도체 태양 전지의 제조에 사용되는 태양 전지 구조체를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법에 따라 제조된 태양 전지는 임의의 호스트 기판(500) 상에 배치된 태양 전지 구조체(130)를 구비한다. 이때, 상기 태양 전지 구조체(130)는 단일의 태양 전지셀 또는 적층형의 다중 접합 태양 전지로 이루어질 수 있다.
상기 태양 전지 구조체(130)가 단일의 태양 전지셀로 이루어지는 경우에는, 상기 태양 전지 구조체(130)의 흡수 에너지 밴드갭은 0.36eV 내지 1.43eV이거나, 또는 0.36eV 내지 1.34eV일 수 있다. 이는 본 발명의 실시예에 따른 화합물 반도체 태양 전지의 제조시 최초에 사용되는 기판의 종류에 따른 것으로, 최초 사용되는 기판이 GaAs로 이루어지는 경우에 상기 태양 전지 구조체(130)의 흡수 에너지 밴드갭은 0.36eV 내지 1.43eV일 수 있으며, 최초 사용되는 기판이 InP로 이루어지는 경우에 상기 태양 전지 구조체(130)의 흡수 에너지 밴드갭은 0.36eV 내지 1.34eV일 수 있다.
또한, 상기 태양 전지 구조체(130)가 적층형의 다중 접합 태양 전지로 이루어지는 경우에는, 2중 접합 태양 전지, 3중 접합 태양 전지 및 4중 접합 태양 전지 중 어느 하나와 같이, 적층된 형태의 태양 전지를 의미하며, 본 발명에서는 적층된 태양 전지셀의 수에 제한을 두지는 않는다.
예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 화합물 반도체 태양 전지에 적용되는 태양 전지 구조체(130)는 2중 접합 태양 전지로 이루어질 수 있으며, 상기 2중 접합 태양 전지는 상기 호스트 기판(500) 상의 제 1 태양 전지셀(131)과, 상기 제 1 태양 전지셀(131) 상에 형성된 터널 접합층(133)과, 상기 터널 접합층(133) 상에 형성된 제 2 태양 전지셀(135)을 구비한다.
이때 상기 제 1 태양 전지셀(131)과 제 2 태양 전지셀(135)은 격자 상수가 일치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 1 태양 전지셀(131)의 흡수 에너지 밴드갭은 0.93eV 내지 1.2eV이며, 상기 제 2 태양 전지셀(135)의 1.4eV 내지 1.7eV인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법을 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
우선, 도 1에서와 같이, 기판(100) 상에 버퍼층(110)을 형성한다.
상기 기판(100)은 다양한 화합물 반도체 물질로 이루어질 수 있으나, GaAs 및 InP 중 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 이후에 형성되는 태양 전지 구조체(130)에 따라 선택하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(100)으로 GaAs를 사용하는 경우에는 상기 태양 전지 구조체(130)의 제 1 태양 전지셀(131)은 InGaAs로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 기판(100)으로 InP를 사용하는 경우에는 상기 태양 전지 구조체(130)의 제 1 태양 전지셀(131)은 InAsP로 이루어질 수 있다.
상기 버퍼층(110)은 메타모픽 버퍼층(metamorphic buffer layer)으로, 적층 구조를 가진다. 즉, 상기 버퍼층(110)은 제 1 버퍼층으로 다단 버퍼층(110a)과, 상기 다단 버퍼층 상의 제 2 버퍼층으로 타겟 버퍼층(110b)을 구비한다.
또한, 상기 버퍼층(110)은 인듐(In)을 포함하는 3원소 화합물, 예를 들면, InGaAs, InAlAs, InAlP 및 이의 등가물 중 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 다단 버퍼층(110a)은 인듐(In)의 조성을 변화시키면서 성장시켜 형성하며, 최초 인듐(In)의 함량이 낮은 상태에서부터 시작하여 원하는 인듐(In)의 함량, 즉 이후에 형성되는 타겟 버퍼층(110b)의 조성과 동일해지는 시점에서 성장을 중지시킨다. 이때, 상기 다단 버퍼층(110a) 최하부는 상기 기판(100)의 격자 상수와 동일한 격자 상수를 가지며, 다단 버퍼층(110a) 최상부는 타겟 버퍼층(110b)과 동일한 격자 상수를 가진다. 즉, 상기 다단 버퍼층(110a)의 최하부는 상기 기판(100)과 격자 정합을 이루며, 다단 버퍼층(110a)의 최상부는 상기 타겟 버퍼층(110b)와 격자 정합을 이루며, 다단 버퍼층(110a)의 최하부에서 최상부로 갈수록 격자 상수가 증가하게 된다. 따라서, 상기 다단 버퍼층(110a)은 점차 상기 기판(100)과 격자 부정합을 이루게 된다.
이러한 다단 버퍼층(110a)의 성장 방법은 선형법(linear) 및 비선형법(nonlinear)으로 구분된다.
상기 선형법은 다단 버퍼층(110a)의 성장 초기단계부터 마지막 단계까지 점진적인 격자부정합의 형태를 가지도록 한다. 즉, 격자부정합의 변화량은 시간에 따라서 일정하게 증가한다.
상기 비선형법은 컨벡스법(convex) 및 컨케이브법(concave)으로 구분된다. 상기 컨벡스법은 다단 버퍼층(110a)의 성장 초기 단계부터 급격한 인듐(In)의 조성 변화에 의하여 격자 상수가 급격하게 변하여 격자 부정합을 이루고, 격자부정합의 변화량은 시간에 따라서 스퀘어 루트(square root) 형태를 가지게 된다. 컨케이브법은 상기 컨벡스법과는 달리 다단 버퍼층(110a)의 다단 버퍼층(110a)의 성장 마지막 단계에서 급격하게 격자 부정합을 이루는 격자부정합의 변화량은 시간에 따라서 상승 포물선(parabola)의 형태를 이룬다.
상기 타겟 버퍼층(110b)은 상기 다단 버퍼층(110a)을 형성한 후, 상기 다단 버퍼층(110a) 최상부와 조성을 동일하게 유지하면서 1㎛ 이하의 두께로 형성한다. 즉, 상기 타겟 버퍼층(110b)은 상기 다단 버퍼층(110a) 최상부의 격자 상수와 동일한 격자 상수를 가지며, 상기 기판(100)과는 격자 부정합의 관계에 있다.
상기 다단 버퍼층(110a) 및 타겟 버퍼층(110b) 을 포함하는 버퍼층(110) 을 형성한 후, 상기 버퍼층(110) 상에 희생층(120) 을 형성한다. 상기 희생층(120) 은 상기 타겟 버퍼층(110b)과 격자 부정합 관계에 있다. 이러한 희생층(120)은 알루미늄( Al)이 함유된 3원소 화합물일 수 있으며, 바람직하게는 상기 희생층(120)은 Al x Ga 1-x As(x≥0.8)로 이루어질 수 있다. 이는 일반적인 식각 용액으로 사용되는 DI 워터(deionized water)에 HF (( hydrofluoric acid )가 희석된 용액이 알루미늄( Al )을 효과적으로 식각할 수 있기 때문이다. 즉, 상기 희생층(120) 의 선택적 식각을 위하여 알루미늄( Al )의 함량이 높은 물질을 이용하여 선택적 식각이 가능한 희생층(120) 을 형성한 것이다.
또한, 상기 희생층(120)은 상기 버퍼층(110)과 격자 부정합을 이루어, 상기 버퍼층(110) 및 기판(100) 사이의 격자 부정합에 따른 디스로케이션(dislocation) 과 같은 결정 결함( crystalline defect )을 연속되는 것을 방지하기 위하여 5㎚ 이하의 두께로 형성된다. 이는 상기 희생층(120)의 두께가 5㎚를 초과하는 경우 상기 버퍼층(110)에 의한 디스로케이션과 같은 결정 결함이 연속되는 것은 방지하나, 이후에 생성되는 태양 전지 구조체(130)과 격자 부정합을 이루게 되어, 태양 전지 구조체(130)의 손상을 발생시킬 수 있기 때문이다.
상기 희생층(120)을 형성한 후, 상기 희생층(120) 상에 박막 형태의 태양 전지 구조체(130)를 형성한다. 상기 태양 전지 구조체(130)는 화합물 반도체로 이루어지는 단일의 태양 전지 또는 복수의 화합물 반도체로 이루어지는 다중 접합 태양 전지로 이루어질 수 있다. 상기 다중 접합 태양 전지는 적층된 박막 태양 전지의 수에 따라 2중 접합 태양 전지, 3중 접합 태양 전지 및 4중 접합 태양 전지와 같이 적층된 형태의 태양 전지를 의미하며, 본 발명에서는 적층의 수에 제한을 두지 않는다.
예를 들면, 상기 박막 형태의 태양 전지 구조체(130)는 도 6에 도시된 바와 같이, 2개의 태양 전지가 적층된 2중 접합 태양 전지로 이루어질 수 있다.
상기 2중 접합 태양 전지는 상기 희생층(120) 상의 제 1 태양 전지셀(131)과, 제 1 태양 전지셀(131) 상에 형성된 터널 접합층(133)과, 상기 터널 접합층(133) 상에 형성된 제 2 태양 전지셀(135)을 구비하는 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 태양 전지 구조체(130)로 다중 접합 태양 전지를 사용하는 경우에는 각 태양 전지의 에너지 흡수층을 선택적으로 사용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상기 2중 접합 태양 전지의 경우 제 1 태양 전지셀(131)은 에너지 흡수층으로 0.93eV 내지 1.2eV의 흡수 에너지 밴드갭을 가지는 물질을 이용하여 구성할 수 있으며, 제 2 태양 전지셀(135)은 에너지 흡수층으로 1.4eV 내지 1.7eV의 흡수 에너지 밴드갭을 가지는 물질을 이용하여 구성할 수 있다.
이러한, 상기 2중 접합 태양 전지로 이루어지는 태양 전지 구조체(130)를 보다 상세히 설명하면, 우선, 제 1 태양 전지셀(131)은 상기 희생층(120) 상에 p+형의 InGaP BSF층(131a)(back surface field layer)이 형성되고, 상기 BSF 상에는 p형의 InGaAs 베이스층(131b), n형의 InGaAs 에미터층(131c) 및 n+형의 InGaP FSF층(131d)(front surface field layer)이 순차 적층되어 형성된다.
그리고, 상기 제 1 태양 전지셀(131) 상에는 터널 접합층(133)이 형성된다. 상기 터널 접합층(133)은 고농도의 도펀트가 도핑된 제 1 터널 접합층(133a) 및 제 2 터널 접합층(133b)을 포함한다. 이때, 상기 제 1 터널 접합층(133a)은 n형 도펀트가 도핑된 n++형의 InGaAs층일 수 있으며, 상기 제 2 터널 접합층(133b)은 p형 도펀트가 도핑된 p++형의 InGaAs층일 수 있다. 이러한 상기 터널 접합층(133)은 상기 제 1 태양 전지셀(131) 및 제 2 태양 전지셀(135) 경계면에서 p-n 접합이 형성되어 발생하는 에너지 장벽으로 인하여 전자 및 정공의 움직임의 저해 및 방해의 원인이 되는 공핍층의 생성 및 확산을 방지한다. 즉, 상기 제 1 태양 전지셀(131) 상의 제 1 터널 접합층(133a)은 높은 농도의 n형 도핑을 나타내며, 상기 제 2 태양 전지셀(135) 하부의 제 2 터널 접합층(133b)은 높은 농도의 p형 도핑을 나타내므로, 제 1 태양 전지셀(131) 및 제 2 태양 전지셀(135) 사이의 경계면에 높은 농도로 도핑된 p+-n+ 접합이 발생하며, 이로 인하여 에너지 장벽이 낮아져 전자 및 정공의 이동이 용이하게 발생할 수 있다.
상기 터널 접합층(133)을 형성한 후에는 상기 제 2 태양 전지셀(135)을 상기 터널 접합층(133) 상에 형성한다. 상기 제 2 태양 전지셀(135)은 p-타입의 InAlP BSF층(135a), p-타입의 InGaP 베이스층(135b), n+-타입의 InGaP 에미터층(135c) 및 n-타입의 InAlP 윈도우층(135d)이 순차 적층되어 형성된다.
상기 태양 전지 구조체(130)를 형성한 후, 도 2에서와 같이, 상기 태양 전지 구조체(130)를 지지하고, 상기 태양 전지 구조체(130)의 박막 분리 과정에서 발생할 수 있는 변형에 의한 태양 전지 구조체(130)의 손상을 방지하기 위한 지지막(300)을 상기 태양 전지 구조체(130) 상에 형성한다.
이때, 상기 지지막(300)은 폴리머층(310) 및 상기 폴리머층(310) 상에 형성된 지지층(320) 구조로 이루어질 수 있다. 상기 폴리머층(310)은 상기 태양 전지 구조체(130)의 표면과 점착이 용이한 폴리디메틸글루타리미드(Polydimethylglutarimide)과 같이, 점착성을 용이하게 하는 소재로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 지지층(320)은 분리된 태양 전지 구조체(130)를 지탱 또는 지지할 수 있도록 수 마이크로미터 두께로 형성된 고무(rubber) 및 비스아자이드(bisazide) 중 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 지지막(300)을 형성한 후, 도 3에서와 같이, 상기 희생층(120)을 식각하여 상기 태양 전지 구조체(130)를 버퍼층(110) 및 기판(100)으로부터 분리한다.
이를 보다 상세히 설명하면, 우선, DI 워터(deionized water)에 HF((hydrofluoric acid)가 12.5wt%로 희석된 용액을 이용하여 상기 희생층(120)을 선택적으로 식각하여 상기 태양 전지 구조체(130)를 분리한다. 한편, 상기에서는 DI 워터에 HF가 희석된 용액을 이용하여 상기 희생층(120)을 식각하는 것을 예를 들어 설명하였으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. 다만, 상기 희생층(120)을 선택적으로 식각할 수 있는 용액을 사용하여 희생층(120)을 식각하면 족할 것이다.
상기 태양 전지 구조체(130)가 분리되면, 상기 버퍼층(110)이 형성된 기판(100)은 태양 전지 구조체(130)의 제조에 재사용하는 것이 가능하다.
상기 태양 전지 구조체(130)를 분리한 후,상기 태양 전지 구조체(130)에 잔류하는 희생층(120) 물질의 제거와 태양 전지 구조체(130)의 세척을 위하여 DI 워터(deionized water)에 상기 태양 전지 구조체(130)를 디핑(dipping)시킨다.
상기 태양 전지 구조체(130)가 DI 워터에 디핑되면, 상기 태양 전지 구조체(130) 표면에 잔류하는 일부 희생층(120) 물질이 제거되며, 상기 태양 전지 구조체(130)의 표면 세척이 이루어진다.
상기 태양 전지 구조체(130)를 분리한 후, 도 4에서와 같이, 상기 태양 전지 구조체(130)를 임의의 호스트 기판(500)과 접합시킨다.
이때, 상기 태양 전지 구조체(130)의 표면은 상기 DI 워터가 도포되어 있으며, 상기 호스트 기판(500) 표면을 플라즈마 처리를 통하여 친수성을 가지므로, 상기 태양 전지 구조체(130)와 호스트 기판(500)은 반데르 발스 본딩(Van der Waals bonding)에 의하여 접합되는 것이다.
상기 태양 전지 구조체(130)를 임의의 호스트 기판(500)에 접합시킨 후, 도 5에서와 같이, 상기 태양 전지 구조체(130) 주변에 잔류하는 DI 워터를 증발시키고, 상기 지지막(300)을 제거하여 이종의 호스트 기판(500)이 접합된 화합물 반도체 태양 전지를 제조할 수 있다.
이때, 상기 호스트 기판(500)은 상기 태양 전지 구조체(130) 형성을 위한 초기 기판과는 다른 소재로, 실리콘, 세라믹, 플라스틱 또는 유연성이 있는 소재로 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명에서는 상기 호스트 기판(500)으로 그 재질을 한정하는 것은 아니며, 상기 기판(100)과 재질이 다르면 족할 것이다.
100; 기판 110; 버퍼층
120; 희생층 130; 태양 전지 구조체
300; 지지막 500; 호스트 기판

Claims (16)

  1. 인듐(In)을 포함하는 3원소 화합물로 이루어지며, 인듐의 함량을 증가시키면서 성장시켜 기판 상에 다단 버퍼층을 형성하고, 상기 다단 버퍼층의 최상부 조정과 동일하게 유지하며 성장시켜 타겟 버퍼층을 형성하여 버퍼층을 형성하는 단계;
    상기 버퍼층 상에 희생층을 형성하는 단계;
    상기 희생층 상에 태양 전지 구조체를 형성하는 단계;
    상기 태양 전지 구조체 상에 지지막을 형성하는 단계;
    상기 희생층을 선택적으로 식각하여 태양 전지 구조체를 기판과 분리하는 단계; 및
    분리된 태양 전지 구조체를 이종의 호스트 기판에 접합시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 버퍼층은 InGaAs, InAlAs 및 InAlP 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 희생층은 상기 타겟 버퍼층과 격자 부정합인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 희생층의 두께는 3nm 내지 5㎚인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 희생층은 AlxGa1 - xAs(0.8≤x≤1)로 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 태양 전지 구조체는 다중 접합 태양 전지인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 태양 전지 구조체는
    0.93eV 내지 1.2eV의 흡수 에너지 밴드갭을 갖으며, 상기 호스트 기판 상에 배치되는 제 1 태양 전지셀;
    상기 제 1 태양 전지셀 상에 형성된 터널 접합층; 및
    상기 터널 접합층 상에 형성되며, 1.4eV 내지 1.7eV의 흡수 에너지 밴드갭을 갖는 제 2 태양 전지셀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 태양 전지 구조체는 0.36eV 내지 1.43eV의 흡수 에너지 밴드갭을 갖는 단일의 태양 전지셀로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 지지막을 형성하는 단계는
    상기 태양 전지 구조체 상에 점착성을 용이하게 하는 폴리머층을 형성하는 단계; 및
    상기 폴리머층 상에 상기 태양 전지 구조체를 지지하는 지지층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    분리된 태양 전지 구조체를 이종의 호스트 기판에 접합시키는 단계는
    상기 태양 전지 구조체 및 이종의 호스트 기판 사이의 반데르 발스 힘을 이용하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 분리된 태양 전지 구조체를 호스트 기판에 접합시킨 후, 상기 지지막을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  12. 기판 상에 성장 방향으로 상기 기판과 격자 부정합 정도가 증가하는 버퍼층을 형성하는 단계;
    상기 버퍼층 상에 상기 버퍼층의 최상부와 격자 정합인 희생층을 형성하는 단계;
    상기 희생층 상에 다중 접합 태양 전지로 이루어지는 태양 전지 구조체를 형성하는 단계;
    상기 태양 전지 구조체 상에 지지막을 형성하는 단계;
    상기 희생층을 선택적으로 식각하여 태양 전지 구조체를 기판과 분리하는 단계; 및
    분리된 태양 전지 구조체를 이종의 호스트 기판에 접합시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 버퍼층을 형성하는 단계는
    최하부가 상기 기판과 격자 정합을 이루며, 상부로 갈수록 격자 상수가 증가하여 격자 부정합 정도가 증가하도록 성장하는 다단 버퍼층을 형성하는 단계; 및
    상기 다단 버퍼층의 최상부와 동일한 격자상수를 가지는 타겟 버퍼층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 희생층은 상기 타겟 버퍼층과 격자상수가 다르며, 알루미늄을 함유하는 3원소 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 희생층의 두께는 3nm 내지 5㎚인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 태양 전지 구조체는
    0.93eV 내지 1.2eV의 흡수 에너지 밴드갭을 갖으며, 상기 호스트 기판 상에 배치되는 제 1 태양 전지셀;
    상기 제 1 태양 전지셀 상에 형성된 터널 접합층; 및
    상기 터널 접합층 상에 형성되며, 1.4eV 내지 1.7eV의 흡수 에너지 밴드갭을 갖는 제 2 태양 전지셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 태양 전지의 제조 방법.
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