KR101189686B1 - 실리콘 양자점에 의한 광활성층 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지 또는 발광 다이오드용 광활성층 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게, 본 발명에 따른 광활성층은 실리콘화합물인 매질 내부에 도전형 불순물을 함유하는 다수개의 실리콘 양자점이 형성된 실리콘양자점층과 상기 실리콘 양자점과 동일한 도전형 불순물을 함유하는 다결정 실리콘층인 전도층이 교번 적층된 특징이 있다.

Description

실리콘 양자점에 의한 광활성층 및 이의 제조방법{Photo Active Layer by Silicon Quantum Dot and the Fabrication Method thereof}
본 발명은 실리콘 양자점 태양전지 또는 양자점 발광 다이오드에 구비되는 광활성층 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게, 높은 전기전도도를 가져 저항에 의한 광전 효율의 감소가 방지되고, 매우 두꺼운 후막 형태로 제조가 가능한 광활성층 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
태양전지 산업은 제조단가와 효율을 고려하여 1세대, 2세대, 3세대로 구분한다. 1세대 태양전지는 지난 수십년간 발전되어 온 결정질 실리콘 태양전지로 현재 전 태양전지의 80% 이상을 차지하고 있다. 2세대 태양전지는 효율은 비교적 높지만 제조단가가 비싼 실리콘 태양전지의 단점을 보완하기 위한 태양전지로 비정질 실리콘, 화합물 및 유기 박막 등의 박막 태양전지를 의미하며, 3세대 태양전지는 저비용으로 고효율을 얻기 위한 태양전지로 나노구조 및 양자점을 활용한 신개념 태양전지를 의미한다.
1세대 태양전지인 실리콘 태양전지는 이미 기술적 한계에 도달되어 있어 현재는 주로 2세대 박막태양전지 연구 개발이 활발히 진행되고 있으나 조속한 태양전지 그리드패리티 도달을 위해서는 저비용 고효율의 3세대 태양전지의 개발이 요구된다.
가능성 있는 3세대 태양전지의 하나로 실리콘 양자점 태양전지가 제안되었는데 이론적으로 단일접합의 경우 29%, 다중접합의 경우 47.5%의 고효율이 예상되고 있다.
그러나 현재까지 이러한 이론적 효율에 전혀 근접하지 못하고 있어 그 원인을 찾기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
고효율에 도달되지 못하는 큰 원인 중의 하나로, 양자점을 둘러싸고 있는 매질인 SiO2 및 Si3N4 등의 전기전도도가 매우 낮은 점을 들 수 있으며, 이에 따라 극히 얇은 광흡수층만이 사용 가능하여 태양전지의 효율을 감소시키고 있다.
본 출원인은 이를 해결하고자 양자점 기반 태양전지에 대한 연구를 심화한 결과, 광흡수층의 두께를 두껍게 하여도 전기전도도의 저하가 발생하지 않으며, 두꺼운 후막의 형태로 제조 가능한 새로운 구조의 광활성층을 제안하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 우수한 전기전도도를 갖는 광활성층 및 이의 제조방법을 제공하는 것으로, 상세하게, 광전류가 원활히 흐르며 두께의 제약이 없는 신규한 구조의 실리콘 양자점 광활성층 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 태양광을 수광하여 광전류를 생성하는 수광층의 두께 제약이 없으며, 저항에 의해 광전류의 손실이 방지되는 고효율의 태양전지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 전기전도도가 우수하여 전류(또는 전압)의 인가시 높은 효율로 광이 생성되는 발광다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 광활성층은 실리콘화합물인 매질 내부에 도전형 불순물을 함유하는 다수개의 실리콘 양자점이 형성된 실리콘양자점층과 상기 실리콘 양자점과 동일한 도전형 불순물을 함유하는 다결정 실리콘층인 전도층이 교번 적층된 특징이 있다.
상기 실리콘양자점층의 두께는 70 nm 이하인 특징이 있으며, 상세하게, 상기 실리콘양자점층의 두께는 40 nm 내지 70 nm 이다. 상기 전도층의 두께는 5 nm 내지 10 nm 인 특징이 있다.
바람직하게, 상기 광활성층의 최하부 및 최상부에는 각각 상기 실리콘양자점층이 형성된다. 이에 따라, 상기 광활성층이 구비된 태양전지는 상기 광활성층의 최하부에 구비된 상기 실리콘양자점층이 실리콘 기판과 접하며, 상기 광활성층의 최상부에 구비된 상기 실리콘양자점층이 태양전지의 전면전극과 접하게 된다.
상기 매질은 실리콘질화물, 실리콘산화물 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하다. 바람직하게, 상기 매질은 상기 실리콘 양자점에 함유된 도전형 불순물과 동일형의 도전형 불순물을 함유한다.
본 발명에 따른 광활성층의 제조방법은 실리콘 화합물인 매질 내부에 제1도전형 불순물을 함유하는 실리콘 양자점이 형성된 실리콘양자점층을 형성하는 실리콘양자점층 형성단계; 및 상기 실리콘양자점층 상부에 제1도전형불순물을 함유하는 다결정체의 실리콘층인 전도층을 형성하는 전도층 형성단계;를 포함하며, 상기 실리콘양자점층 형성단계와 상기 전도층 형성단계가 교번 수행되어, 상기 제1도전형 불순물과 상보적인 불순물인 제2도전형 불순물을 함유하는 실리콘 기판 상부로, 상기 실리콘양자점층과 상기 전도층이 교번 적층된 광활성층을 제조하는 특징이 있다.
특징적으로, 상기 실리콘양자점층의 두께는 70 nm 이하이며, 상세하게, 상기 실리콘양자점층의 두께는 40 nm 내지 70 nm 이다.
상기 실리콘양자점층 형성단계와 상기 전도층 형성단계의 교번 수행시, 상기 광활성층의 최상부에 상기 실리콘양자점층이 형성되도록 교번 수행의 마지막 단계가 상기 실리콘 양자점층 형성단계인 특징이 있으며, 이에 따라, 상기 광활성층의 최하부 및 최상부에는 각각 상기 실리콘양자점층이 형성된 특징이 있다.
본 발명에 따른 태양전지는 상술한 광활성층; 상기 광활성층 하부에 위치하며, 상기 광활성층에 함유된 도전형 불순물에 대해 상보적 불순물을 함유하는 실리콘 기판; 및 상기 광활성층 상부에 형성된 상부전극 및 상기 실리콘 기판 하부에 형성된 하부전극;을 포함하는 특징이 있다.
본 발명에 따른 발광 다이오드(LED; Light Emitting Diode)는 상술한 광활성층; 상기 광활성층 하부에 위치하며, 상기 광활성층에 함유된 도전형 불순물에 대해 상보적 불순물을 함유하는 실리콘층; 및 상기 광활성층 상부에 형성된 상부전극 및 상기 상보적 불순물을 함유하는 실리콘층 하부에 형성된 하부전극;을 포함하는 특징이 있다.
본 발명에 따른 광활성층은 우수한 전기전도도를 가져 태양광에 의해 생성되는 광전류 또는 외부에서 인가되는 전류(전압)가 원활히 흘러 높은 광전효율을 갖는 장점이 있으며, 광활성층의 두께 제약이 없는 장점이 있다.
본 발명에 따른 광활성층 제조방법은 고도의 리쏘그라피 공정이나 에피텍샬 공정을 사용치 않고, 증착 및 열처리의 간단하고 용이한 공정을 통해 두께의 제약이 없으며 차징이 방지된 광활성층의 제조가 가능한 장점이 있다.
본 발명에 따른 태양전지는 태양광에 의해 생성되는 광전류가 원활히 흘러 높은 광전효율을 갖는 장점이 있으며, 태양광을 수광하여 광전자-광정공 쌍을 생성하는 광활성층의 두께 제약이 없는 장점이 있으며, 두꺼운 광활성층에 의해 매우 큰 광량을 흡수하는 장점이 있다.
본 발명에 따른 발광 다이오드는 우수한 전기전도도를 가져 저항에 의한 전류(외부 전류)의 소모가 방지되어 높은 광전 효율을 갖는 장점이 있으며, 저항에 의한 발열이 방지되는 장점이 있으며, 두께의 제약이 없어 매우 넓은 영역에서 발광이 가능한 특징이 있으며, 발광 영역의 크기를 용이하게 설계할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 광활성층의 단면을 도시한 일 예이며,
도 2는 실리콘양자점층만이 구비된 태양전지의 실리콘양자점층 두께에 따른 광전효율을 측정 도시한 도면이며,
도 3은 실리콘양자점층의 이차이온질량분석법에 의한 깊이분포분석을 측정 도시한 도면이며,
도 4는 본 발명에 따른 광활성층의 이차이온질량분석법에 의한 깊이분포분석을 측정 도시한 도면이며,
도 5는 본 발명에 따른 태양전지의 단면을 도시한 일 예이며,
도 6은 본 발명에 따른 발광다이오드의 단면을 도시한 일 예이며,
도 7은 본 발명에 따른 광활성층의 제조방법을 도시한 일 예이며,
도 8은 본 발명에 따른 광활성층의 제조방법을 도시한 다른 예이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 매질 2 : 실리콘 양자점
10 : 실리콘양자점층 20 : 전도층
100 : 광활성층 200 : 실리콘 기판
310, 320 : 상부전극 400 : 하부전극
11 : 복합적층층 12 : 비양론화합물층
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 광활성층 및 이의 제조방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명을 상술함에 있어, 광활성층은 태양광을 포함한 광의 수광에 의해 광전자-광정공 쌍이 생성되는 수광 기재(substance)의 의미를 포함하며, 전류 또는 전압의 인가에 의해 광활성층의 실리콘 양자점에서 광이 생성되는 발광 기재의 의미를 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 광활성층의 단면을 도시한 일 예로, 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 광활성층(100)은 실리콘화합물인 매질(1) 내부에 도전형 불순물을 함유하는 다수개의 실리콘 양자점(2)이 형성된 실리콘양자점층(10)과 상기 매질(1)과 동일한 도전형 불순물을 함유하는 다결정체의 실리콘층인 전도층(20)이 교번 적층된 특징이 있다.
상기 실리콘 양자점(2)에 함유된 도전형 불순물은 정공을 생성하는 p형 불순물 또는 전자를 생성하는 n형 불순물을 포함한다.
상기 매질은 실리콘질화물, 실리콘산화물, 또는 이들의 혼합물이며, 상기 매질은 상기 실리콘 양자점(2)에 함유된 도전형 불순물과 동일한 형의 도전형 불순물이 도핑된 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 상기 매질(1)에 함유된 도전형 불순물, 상기 실리콘 양자점(2)에 함유된 도전형 불순물 및 상기 전도층(20)에 함유된 도전형 불순물은 동일한 도전형인 특징이 있으며, 일 예로, 상기 매질(1), 상기 실리콘 양자점(2) 및 상기 전도층(20)은 각각 p형 불순물을 함유하거나, 상기 매질(1), 상기 실리콘 양자점(2) 및 상기 전도층(20)은 각각 n형 불순물을 함유한다.
상기 전도층(20)은 상기 실리콘양자점층(10)과 동일형의 불순물을 함유하는 다결정 실리콘 막인 특징이 있다. 일 예로, 상기 실리콘양자점(2)이 p형 불순물을 함유하는 경우, 상기 전도층(20) 또한 p형 불순물을 함유하며, 상기 실리콘양자점(2)이 n형 불순물을 함유하는 경우, 상기 전도층(20) 또한 n형 불순물을 함유한다. 상기 4족 실리콘을 일 예로, 상기 p형 불순물은 B, Al 등을 들 수 있으며, 상기 n형 불순물은 P, As 등을 들 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 상기 광활성층(100)은 상기 실리콘양자점층(10)에 함유된 도전형 불순물과 동일한 형의 도전형 불순물을 함유하는 다결정의 실리콘 막인 전도층(20)이 상기 광활성층(100)과 교번되어 구비된 특징이 있다.
바람직하게, 상기 광활성층(100)은 n(n≥2인 자연수)개의 상기 실리콘양자점층(10) 및 n-1(n≥2인 자연수)개의 상기 전도층(20)을 포함하며, 상기 광활성층(100)의 최상부 및 최하부에 상기 실리콘양자점층(10)이 위치하며, 상기 n개의 실리콘양자점층(10)중 서로 인접하는 두 실리콘양자점층(10) 사이에 상기 전도층(20)이 구비된다. 이는 광활성층(100)이 높은 전기전도도를 가지면서도 상기 실리콘양자점층(10)의 총 두께를 증가시켜 태양광의 흡수 또는 실리콘 양자점에 의한 발광을 최대화하기 위함이다.
상기 실리콘양자점층(10)과 동일형의 불순물을 함유하며 다수개의 실리콘 그레인(grain)들이 입계를 이루는 상기 전도층(20)은 상기 광활성층(100)의 전기전도도를 향상시켜 광전효율을 증가시킨다.
상세하게, 상기 실리콘양자점층(10)은 태양광의 수광에 의해 상기 실리콘 양자점(2)에서 광전하가 생성되어도, 상기 실리콘 양자점(2)을 포함한 실리콘양자점층(10)의 전기 전도도가 낮아, 광전류의 흐름이 저하된다. 이에 따라, 종래에는 실리콘양자점층(10)을 두껍게 형성할 수 없는 한계에 의해 태양전지의 효율이 낮은 한계가 있었다.
실질적인 일 예로, 도 2는 상기 다결정 실리콘층인 전도층이 구비되지 않고 실리콘양자점층만이 구비된 실리콘 태양전지의 실리콘양자점층(매질: 실리콘 산화물) 두께에 따른 광전효율을 도시한 것으로, 도 2에 도시한 바와 같이, 실리콘양자점층의 두께가 100 nm일 때, 가장 높은 효율을 보이며, 두께가 증가함에 따라 효율이 감소함을 알 수 있다.
도 3은 200 nm 두께를 갖는 실리콘양자점층(매질: 실리콘 산화물)의 이차이온질량분석법에 의한 깊이 분포 분석 결과를 도시한 것으로, 분석 초기부터 차징(charging)에 의해 이온세기가 크게 감소함을 알 수 있으며, 스퍼터링된 깊이가 100 nm(실리콘양자점층의 두께 : 100 nm)에 이르러야 이온세기가 증가하기 시작하여 스퍼터링 깊이가 130 nm(실리콘양자점층의 두께 : 70 nm)에 이르러야 차징이 없어지며 이온세기가 안정적으로 증가된 값을 가짐을, 즉, 실리콘양자점층의 두께가 70 nm 이상에서는 매질에 의한 전기전도도의 감소가 발생함을 알 수 있다.
도 3의 결과로부터, 도 2의 두께 증가에 따른 광전효율의 감소는 실리콘양자점층의 두께가 증가함에 따른 전기전도도 감소에 의한 것임을 알 수 있다.
도 4는 도 1과 유사한 구조로, 1.3 kΩ/square의 면저항을 갖는 10 nm 두께의 다결정 실리콘 실리콘층 및 50 nm 두께의 실리콘양자점층이 교번 적층되어 형성된 230 nm 두께의 광활성층의 이차이온질량분석법에 의한 깊이분포분석 결과를 도시한 것으로, 도 4에서 알 수 있듯이 광활성층이 230 nm 두께임에도 차징이 형성되지 않음을 알 수 있다. 도 4의 분석 결과에서, 다결정 실리콘층에서 산소의 이온세기가 감소하며 이에 따라 실리콘의 이온세기도 함께 감소하는 데, 이는 매질 효과에 기인한 것으로 다결정 실리콘층이 잘 형성되었음을 의미한다.
도 2 내지 도 4는 태양광의 수광에 의한 광전류의 흐름을 관점으로 한 것이나, 역으로, 전류 또는 전압의 인가에 의한 광활성층에서의 발광 또한 도 2 내지 도 4의 결과와 유사함은 물론이다.
도 4의 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 광활성층(100)은 전도성 불순물을 함유하는 다결정 실리콘인 상기 전도층(20)이 인접하는 실리콘양자점층(10) 사이에 구비됨으로써, 원활한 전류의 흐름이 유도되며, 광활성층(100)에 구비된 실리콘양자점층(10)의 총 두께를 증가시켜도 광활성층(100)이 매우 우수한 전기전도도를 갖게 된다.
본 발명에 있어, 상기 광활성층(100)은 70 nm 이하의 두께를 갖는 실리콘양자점층(10)과 상기 전도층(20)이 적층된 구조를 갖는 특징이 있다. 상기 실리콘양자점층(10)의 두께(tQD)는 매질에 의한 전기전도도 저하가 방지되어, 실리콘양자점층(10) 자체가 우수한 전기전도도를 갖는 두께이다. 바람직하게, 실리콘양자점층(10) 자체의 우수한 전기전도도 및 각 실리콘양자점층(10)에 의한 태양광 수광 능력의 최대화 또는 발광 부피의 최대화 측면에서 상기 실리콘양자점층(10)의 두께는 40 nm 내지 70 nm인 것이 바람직하다.
상기 광활성층(100)에는 다수개의 실리콘양자점층(10)이 구비되어, 태양광의 수광 능력 또는 전류에 의한 발광 능력을 최대화하면서도, 서로 인접하는 두 실리콘양자점층(10) 사이에 전도층(20)을 구비함으로써 전기전도도 저하가 방지되게 된다.
인접하는 두 실리콘양자점층(10) 사이에 저저항 경로를 제공하며, 태양광을 흡수하지 못하거나 발광하지 못하는 데드존(dead zone) 영역을 최소화하기 위해, 상기 전도층(20)의 두께는 5 nm 내지 10 nm인 것이 바람직하다. 이때, 상기 전도층(20)은 다결정구조 및 도전형 불순물 도핑에 의해 1 kΩ/square 내지 20 kΩ/square의 면저항을 갖는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 상기 전도층(20)이 상기 실리콘양자점층(10) 사이에 구비됨에 따라, 상기 광활성층(100)은 두께와 무관하게 우수한 전기전도도를 가진다. 본 발명에 따른 상기 광활성층(100)은 그 두께에 제약이 없으며, 태양광의 수광능력(또는 발광 영역)을 최대화하며 활용 분야에 따른 태양전지(발광 다이오드)의 설계에 의해 결정되게 된다. 일 예로, 상기 광활성층(100)의 두께는 100 nm 내지 1,000 nm일 수 있다.
도 5는 상술한 광활성층(100)이 구비된 본 발명에 따른 태양전지의 단면을 도시한 일 예로, 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지는 상기 광활성층(100)에 함유된 도전형 불순물에 대해 상보적 불순물을 함유하는 실리콘 기판(200); 상기 실리콘 기판(200) 상부에 위치하는 광활성층(100); 상기 광활성층(100)상부에 위치하는 상부전극(310, 320) 및 상기 실리콘 기판(200)의 하부에 위치하는 하부전극(400)을 포함하는 특징이 있다.
상기 광활성층(100)의 실리콘 양자점(2) 및 전도층(20)에 함유된 도전형 불순물이 p형인 경우, 상기 실리콘 기판(200)은 n형 불순물이 도핑된 기판이며, 상기 광활성층(100)의 실리콘 양자점(2) 및 전도층(20)에 함유된 도전형 불순물이 n형인 경우, 상기 실리콘 기판(200)은 p형 불순물이 도핑된 기판이다.
상기 상부전극(310, 320)은 투명전극막(310) 및 상기 투명전극막(310)상부의 금속 패드(320)의 구조를 갖는 것이 바람직하며, 상기 투명전극막(310)은 상기 광활성층(100) 표면 전 영역 상부에 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 상부전극 및 상기 하부전극은 도전성 금속 페이스트를 이용한 스크린 프린팅, 스텐실 프린팅등의 통상의 프린팅 방법 또는 PVD/CVD를 이용한 증착을 이용하여 제조된다.
도 6은 본 발명에 따른 발광 다이오드의 단면을 도시한 도면으로, 상부전극을 제외하고, 도 5와 유사한 구조를 갖는다. 상세하게, 본 발명에 따른 발광 다이오드는 상술한 광활성층(100), 상기 광활성층(100) 하부에 위치하며, 상기 광활성층에 함유된 도전형 불순물에 대해 상보적 불순물을 함유하는 실리콘층(200) 및 상기 광활성층(100) 상부에 형성된 상부전극(310) 및 상기 상보적 불순물을 함유하는 실리콘층 하부에 형성된 하부전극(400)을 포함하는 특징이 있다. 도 6의 상기 상부전극(310) 및 상기 하부전극(400)은 전기소자에서 통상적으로 사용되는 전도성 금속 물질의 증착 또는 인쇄에 의해 형성되며, 상기 전도성 금속 물질의 일 예로, 금, 은, 알루미늄, 구리 등을 들 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 광활성층의 제조방법에 대해 상술한다. 본 발명에 따른 광활성층(100)의 제조방법은 실리콘 화합물인 매질 내부에 제1도전형 불순물을 함유하는 실리콘 양자점이 형성된 실리콘양자점층을 형성하는 실리콘양자점층 형성단계; 및 상기 실리콘양자점층 상부에 제1도전형 불순물을 함유하는 다결정체의 실리콘층인 전도층을 형성하는 전도층 형성단계;를 포함하며, 상기 실리콘양자점층 형성단계와 상기 전도층 형성단계가 교번 수행되어, 상기 제1도전형 불순물과 상보적인 불순물인 제2도전형 불순물을 함유하는 실리콘 기판 상부로, 상기 실리콘양자점층과 상기 전도층이 교번 적층된 광활성층을 제조하는 특징이 있다.
도 7은 본 발명에 따른 광활성층의 제조방법을 도시한 일 공정도로, 도 7에 도시한 바와 같이, 제2도전형 불순물을 함유하는 실리콘 기판(200) 상부에 제1도전형 불순물이 도핑된 실리콘질화물, 실리콘산화물 또는 이들의 혼합물의 매질층(3);과 양자점 형성용 실리콘층(4);을 번갈아 증착하여 다층 박막구조의 복합적층층(11)을 형성하고, 상기 복합적층층(11) 상부로 상기 매질층(3)과 동일한 도전형 불순물인 제1도전형 불순물이 도핑된 다결정체의 실리콘층을 증착하여 전도층(20)을 형성한다.
상기 양자점 형성용 실리콘층(4)은 다결정 실리콘; 또는 산소나 질소가 부족한 비화학양론비를 갖는 실리콘산화물, 실리콘질화물, 또는 이들의 혼합물;의 박막인 것이 바람직하다. 이때, 상기 양자점 형성용 실리콘층(4) 또한 상기 매질층(3)과 유사하게 제1도전형 불순물이 도핑될 수 있음은 물론이다.
복합적층층(11) 및 상기 전도층(20)은 각각 통상의 반도체 공정에서 박막 형성에 사용되는 화학적 증착, 물리적 증착, 물리-화학적 증착, 플라즈마 증착, 원자층 증착 또는 열 기화 증착을 이용하여 수행될 수 있다.
이후, 상기 매질층(3)과 상기 양자점 형성용 실리콘층(4)의 반복 적층에 의한 복합적층층(11) 형성단계 및 상기 복합적층층(11) 상부에 상기 매질층(3)과 동일한 도전형 불순물인 제1도전형 불순물이 도핑된 다결정 실리콘층인 전도층(20)을 형성하는 전도층 형성단계가 교번되어 반복 수행된다.
바람직하게, 상기 복합적층층(11) 형성단계와 상기 전도층(20) 형성단계의 반복 수행시, 마지막으로 상기 복합적층층(11) 형성단계가 수행되어, 상기 광활성층의 최 상부에 실리콘양자점층(10)이 형성되도록 한다.
상기 복합적층층(11)을 형성하기 위한 증착시, 상기 매질층(3) 및 양자점 형성용 실리콘층(4)의 두께를 각각 나노미터 오더(order)가 되도록 증착하는 것이 바람직하며, 매질에 둘러싸인 실리콘 양자점을 균일하고 효과적으로 형성하기 위해, 상기 매질층(3) 및 양자점 형성용 실리콘층(4)의 두께가 서로 독립적으로 1 내지 5 nm가 되도록 증착하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 실리콘양자점층(10) 자체의 우수한 전기전도도 및 각 실리콘양자점층(10)에 의한 태양광 수광 능력의 최대화 또는 발광 영역의 최대화 측면에서 상기 복합적층층(11)의 두께는 40 nm 내지 70 nm인 것이 바람직하다.
상기 열처리에 대해 안정적으로 막형상을 유지하고, 인접하는 두 실리콘양자점층(10) 사이에 저저항 경로를 제공하며, 태양광을 흡수하지 못하거나 발광하지 못하는 데드존(dead zone) 영역을 최소화하기 위해, 상기 전도층(20)은 5 nm 내지 10 nm 두께로 증착되는 것이 바람직하다.
상기 복합적층층(11)과 상기 전도층(20)이 적층된 다층막을 형성 한 후, 상기 다층막을 열처리 및 수소화 처리하여 본 발명에 따른 광활성층(100)을 제조한다.
상기 열처리에 의해 상기 복합적층층(11)은 매질(1)내 제1도전형 불순물로 도핑된 다수개의 실리콘 양자점(2)이 형성되어 실리콘양자점층(10)으로 제조된다. 상세하게, 상기 열처리를 통해 복합적층층(11)의 양자점 형성용 실리콘층(4)은 응력완화 및 계면 에너지의 최소화를 구동력으로 매질층(3)을 구성하는 매질 물질에 둘러싸인 실리콘 양자점(2) 어레이 형상으로 변화되어 실리콘양자점층(10)이 제조된다. 상기 열처리에 의해 실리콘양자점층(10)을 형성한 후, 수소분위기에서 재 열처리하여 상기 실리콘 양자점(2)의 비결합 전자들을 수소와 결합시킨다.
상기 열처리는 매질의 종류, 반도체 박막의 종류, 제조하고자 하는 양자점의 크기 및 밀도에 따라 결정되어야 한다. 상기 반도체 양자점의 제조시 열처리 온도가 너무 낮아지는 경우 물질 이동이 어려워 반도체 양자점 형상을 얻기 어려우며, 열처리 온도가 너무 높아지는 경우 반도체 양자점의 크기가 매우 불균일해질 위험 및 양자구속효과(Quantum confinement effect)가 미미한 조립 입자가 생성될 위험이 있다.
실리콘 양자점(132)을 형성시키기 위한 상기 열처리는 실리콘산화물, 바람직하게 산화실리콘(SiO2)이 매질인 경우 1000 내지 1200 oC에서 수행되며, 실리콘질화물, 바람직하게 질화실리콘(Si3N4)이 매질의 경우 800 내지 1200 oC에서 수행되는 것이 바람직하며, 상기 열처리는 10 내지 30분 동안 수행되는 것이 바람직하다.
이후, 수소 분위기에서 열처리하여 상기 양자점의 비결합 전자를 수소와 결합시키는 수소화단계가 수행된다. 상기 수소화단계의 열처리온도는 양자점의 종류에 따라 결정되어야 하며, 상기 반도체 양자점이 실리콘 양자점인 경우 포밍가스(forming gas; 95% Ar - 5% H2)를 이용한 수소분위기 하 600 내지 700oC 온도에서 30분 내지 90분간 열처리하는 것이 바람직하다. 복합적층층 또는 후술하는 비양론실리콘화합물층을 이용한 실리콘양자점층의 제조방법의 보다 상세한 내용은 본 출원인의 대한민국공개특허 2010-0027016호 또는 2010-0019722호를 참고한다.
도 8은 본 발명에 따른 광활성층의 제조방법을 도시한 다른 일 공정도로, 도 8에 도시한 바와 같이, 제2도전형 불순물을 함유하는 실리콘 기판(200) 상부에 제1도전형 불순물이 도핑되며 산소나 질소가 부족한 비화학양론비를 갖는 실리콘산화물, 실리콘질화물, 또는 이들의 혼합물을 함유하는 비양론화합물층(12)을 증착하고, 상기 비양론화합물층(12) 상부로 제1도전형 불순물이 도핑된 다결정 실리콘층을 증착하여 전도층(20)을 형성한다.
이후, 상기 제1도전형 불순물이 도핑되며 산소나 질소가 부족한 비화학양론비를 갖는 실리콘산화물, 실리콘질화물, 또는 이들의 혼합물을 함유하는 비양론화합물층(12)을 형성하는 비양론화합물층 형성단계와 제1도전형 불순물이 도핑된 다결정 실리콘층인 전도층(20)을 형성하는 전도층 형성단계가 교번되어 반복 수행된다.
바람직하게, 상기 비양론실리콘화합물층(12) 형성단계와 상기 전도층(20) 형성단계의 반복 수행시, 마지막으로 상기 비양론실리콘화합물층(12) 형성단계가 수행되어, 상기 광활성층의 최 상부에 실리콘양자점층(10)이 형성되도록 한다.
상기 실리콘양자점층(10) 자체의 우수한 전기전도도 및 각 실리콘양자점층(10)에 의한 태양광 수광 능력의 최대화 또는 발광 능력의 최대화 측면에서 상기 비양론실리콘화합물층(12)의 두께는 40 nm 내지 70 nm인 것이 바람직하다.
상기 열처리에 대해 안정적으로 막형상을 유지하고, 인접하는 두 실리콘양자점층(10) 사이에 저저항 경로를 제공하며, 태양광을 흡수하지 못하거나 발광하지 못하는 데드존(dead zone) 영역을 최소화하기 위해, 상기 전도층(20)은 5 nm 내지 10 nm 두께로 증착되는 것이 바람직하다.
상기 전도층은 통상의 반도체 공정에서 박막 형성에 사용되는 화학적 증착, 물리적 증착, 물리-화학적 증착, 플라즈마 증착, 원자층 증착 또는 열 기화 증착을 이용하여 수행될 수 있다.
상기 비양론화합물층(12)은 PVD(Physical Vapor Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition) 또는 ALD(Atomic Layer Deposition)를 포함하는 증착 공정에 의해 형성되며, 증착 공정시 반도체물질의 전구체(일 예로 실리콘 전구체)와 산소 또는 질소의 비를 제어하여 화학양론비를 벗어난 정도를 제어할 수 있다.
상기 비양론화합물층(12)은 화학양론비를 기준으로 결합에 필요한 산소 또는 질소량에서 50%(화학양론비를 기준으로 한 atomic%) 이내로 부족한 실리콘산화물 또는 실리콘질화물;을 포함하며, 상기 비양론실리콘화합물층(12)은 두께 방향으로 산소 또는 질소량의 구배(gradient)가 형성된 것을 포함한다.
실리콘이 반도체 물질인 일 예로, 화학양론비를 기준으로 결합에 필요한 산소 또는 질소량에서 50%(atomic%) 이내로 부족한 실리콘산화물은 SiO2(화학양론비) 내지 SiO(50% deficiency)의 조성을 가지며, 실리콘질화물은 Si3N4(화학양론비) 내지 Si3N2(50% deficiency)의 조성을 갖는다.
실리콘양자점층의 형성을 위한 열처리 시 비양론실리콘화합물층(12)은 화학양론비에서 벗어난 조성을 구동력(driving force)로 실리콘산화물, 실리콘질화물, 또는 이들의 혼합물인 매질 내에 제1불순물로 도핑된 실리콘 양자점이 형성되게 된다.
상기 비양론화합물층(12)과 상기 전도층(20)이 교번 적층된 다층막을 형성 한 후, 도 8을 기반으로 상술한 바와 유사하게 상기 다층막을 열처리 및 수소화 처리하여 본 발명에 따른 광활성층(100)을 제조한다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 실리콘화합물인 매질에 도전형 불순물을 함유하는 다수개의 실리콘 양자점이 함입된 실리콘양자점층;과 상기 실리콘 양자점과 동일한 도전형 불순물을 함유하는 다결정 실리콘층인 전도층;이 교번 적층된 광활성층.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 실리콘양자점층의 두께는 40nm 내지 70 nm인 것을 특징으로 하는 광활성층.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 광활성층의 최하부 및 최상부에는 각각 상기 실리콘양자점층이 형성된 것을 특징으로 하는 광활성층.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전도층의 두께는 5 nm 내지 10 nm 인 것을 특징으로 하는 광활성층.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 매질은 실리콘질화물, 실리콘산화물 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 광활성층.
  6. 제 1항 내지 제 5항에서 선택된 어느 한 항의 광활성층;
    상기 광활성층 하부에 위치하며, 상기 광활성층에 함유된 도전형 불순물에 대해 상보적 불순물을 함유하는 실리콘 기판; 및
    상기 광활성층 상부에 형성된 상부전극 및 상기 실리콘 기판 하부에 형성된 하부전극;
    을 포함하는 태양전지.
  7. 제 1항 내지 제 5항에서 선택된 어느 한 항의 광활성층;
    상기 광활성층 하부에 위치하며, 상기 광활성층에 함유된 도전형 불순물에 대해 상보적 불순물을 함유하는 실리콘층; 및
    상기 광활성층 상부에 형성된 상부전극 및 상기 상보적 불순물을 함유하는 실리콘층 하부에 형성된 하부전극;
    을 포함하는 발광다이오드(LED; Light Emitting Diode).
  8. 실리콘화합물인 매질 내부에 제1도전형 불순물을 함유하는 실리콘 양자점이 형성된 실리콘양자점층을 형성하는, 실리콘양자점층 형성단계; 및 상기 실리콘양자점층 상부에 제1도전형불순물을 함유하는 다결정 실리콘층인 전도층을 형성하는, 전도층 형성단계;를 포함하며,
    상기 실리콘양자점층 형성단계와 상기 전도층 형성단계가 교번 수행되어, 상기 제1도전형 불순물과 상보적인 불순물인 제2도전형 불순물을 함유하는 실리콘 기판 상부로, 상기 실리콘양자점층과 상기 전도층이 교번 적층된 광활성층을 제조하는 광활성층의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 실리콘양자점층의 두께는 40nm 내지 70 nm인 것을 특징으로 하는 광활성층의 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 광활성층의 최하부 및 최상부에는 각각 상기 실리콘양자점층이 형성된 것을 특징으로 하는 광활성층의 제조방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 전도층의 두께는 5 nm 내지 10 nm인 것을 특징으로 하는 광활성층의 제조방법.
KR1020110025425A 2011-03-22 2011-03-22 실리콘 양자점에 의한 광활성층 및 이의 제조방법 KR101189686B1 (ko)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101670286B1 (ko) * 2015-08-25 2016-10-28 한국표준과학연구원 양자점 광활성층 및 이의 제조방법
US10529879B2 (en) 2017-12-18 2020-01-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Photoelectric conversion device including quantum dot layers

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102012388B1 (ko) * 2013-03-13 2019-08-20 삼성전자주식회사 태양 전지
KR101558801B1 (ko) * 2014-08-21 2015-10-12 경희대학교 산학협력단 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조를 이용한 포토 다이오드 및 그 제조방법
JP2019514016A (ja) * 2016-04-19 2019-05-30 トリナミクス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 少なくとも１個の物体を光学的に検出する検出器
US10192976B2 (en) 2016-04-28 2019-01-29 The Trustees Of Princeton University Semiconductor quantum dot device and method for forming a scalable linear array of quantum dots
CN107785447B (zh) * 2016-08-25 2020-03-31 比亚迪股份有限公司 一种晶体硅太阳能电池及其制备方法
CN116364815A (zh) * 2021-06-23 2023-06-30 安徽省东超科技有限公司 量子点单元的加工方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010509772A (ja) * 2006-11-13 2010-03-25 ザ トラスティーズ オブ プリンストン ユニヴァシティ エネルギー囲み障壁に埋設された量子ドットを有する中間バンド感光性デバイス

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09102596A (ja) * 1995-10-04 1997-04-15 Fujitsu Ltd 量子ドットの製造方法及び量子ドット装置
DE10104193A1 (de) * 2001-01-31 2002-08-01 Max Planck Gesellschaft Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur mit Siliziumclustern und/oder -nanokristallen und eine Halbleiterstruktur dieser Art
US7074630B2 (en) * 2003-05-20 2006-07-11 United Microelectronics Corp. Method of forming light emitter layer
JP2007535806A (ja) * 2004-04-30 2007-12-06 ニューサウス・イノヴェイションズ・ピーティーワイ・リミテッド 人工アモルファス半導体および太陽電池への適用
JP4392052B2 (ja) * 2008-03-26 2009-12-24 国立大学法人広島大学 発光素子およびその製造方法
KR101005803B1 (ko) 2008-08-11 2011-01-05 한국표준과학연구원 양자점나노선 어레이 태양광 소자 및 그 제조 방법
KR101060014B1 (ko) 2008-08-28 2011-08-26 한국표준과학연구원 양자점 태양광 소자 및 그 제조방법
KR101060229B1 (ko) * 2008-12-12 2011-08-29 포항공과대학교 산학협력단 양자점 덴드리머를 이용한 광전변환소자
WO2010110888A1 (en) * 2009-03-23 2010-09-30 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Quantum confinement solar cell fabriacated by atomic layer deposition
US20120067416A1 (en) * 2009-06-12 2012-03-22 Seung-Yeop Myong Photovoltaic Device
KR101758866B1 (ko) * 2010-06-18 2017-07-17 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 광전 변환 장치 및 광전 변환 장치용 에너지 변환층
JP5704899B2 (ja) * 2010-11-16 2015-04-22 キヤノン株式会社 シリコン発光素子に用いる活性層およびその活性層の製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010509772A (ja) * 2006-11-13 2010-03-25 ザ トラスティーズ オブ プリンストン ユニヴァシティ エネルギー囲み障壁に埋設された量子ドットを有する中間バンド感光性デバイス

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101670286B1 (ko) * 2015-08-25 2016-10-28 한국표준과학연구원 양자점 광활성층 및 이의 제조방법
US10062799B2 (en) 2015-08-25 2018-08-28 Korea Research Institute Of Standards And Science Quantum-dot photoactive-layer and method for manufacture thereof
US10529879B2 (en) 2017-12-18 2020-01-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Photoelectric conversion device including quantum dot layers

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