KR101203116B1 - Solar cell comprising an epitaxially grown semiconductor layer and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 태양 전지는 i) 기판과 기판의 판면 위에 위치하고 상호 이격된 복수의 도전성 구조체들을 포함하는 제1 전극, ii) 복수의 도전성 구조체들을 덮으면서 적층되고, 에피택셜하게 성장한 복수의 반도체층들, iii) 복수의 반도체층들을 덮는 제2 전극, 및 iv) 제2 전극을 덮는 수지 고정층을 포함한다. 복수의 반도체층들은, i) 제1 전극과 접하는 제1 반도체층, 및 ii) 제1 반도체층 위에 위치하고 제2 전극과 접하는 제2 반도체층을 포함한다. 제1 반도체층은 불균일한 두께를 가진다.The present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof. The solar cell comprises i) a first electrode comprising a substrate and a plurality of conductive structures located on a plate surface of the substrate and spaced apart from each other, ii) a plurality of semiconductor layers stacked overlying and covering the plurality of conductive structures, iii) A second electrode covering the plurality of semiconductor layers, and iv) a resin pinned layer covering the second electrode. The plurality of semiconductor layers includes: i) a first semiconductor layer in contact with the first electrode, and ii) a second semiconductor layer located on the first semiconductor layer and in contact with the second electrode. The first semiconductor layer has a nonuniform thickness.
Description
본 발명은 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 에피택셜하게 성장한 반도체층들을 포함하는 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a solar cell including epitaxially grown semiconductor layers and a method of manufacturing the same.
최근 들어 자원 고갈 및 자원 가격 상승으로 인해 청정 에너지의 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 청정 에너지로는 태양 에너지, 풍력 에너지, 조력 에너지 등을 그 예로 들 수 있다. 특히, 태양 에너지를 효율적으로 이용하기 위해 태양 전지의 연구 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.Recently, due to resource depletion and rising resource prices, clean energy research and development has been actively conducted. Examples of clean energy include solar energy, wind energy and tidal energy. In particular, research and development of solar cells are being made continuously in order to use solar energy efficiently.
태양 전지는 태양의 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 장치이다. 태양 전지에 태양광을 비추면 태양 전지의 내부에서 전자 및 정공이 발생한다. 발생된 전자 및 정공은 태양 전지에 포함된 P극 및 N극으로 이동하고, P극 및 N극 사이에 전위치가 발생하여 전류가 흐른다.Solar cells are devices that convert the sun's light energy into electrical energy. When sunlight shines on a solar cell, electrons and holes are generated inside the solar cell. The generated electrons and holes move to the P pole and the N pole included in the solar cell, and the electric current flows because all positions occur between the P pole and the N pole.
간단한 공정을 이용하여 제조할 수 있으면서 광전변환효율 및 광흡수율이 우수한 태양 전지를 제공하고자 한다. 또한, 전술한 태양 전지의 제조 방법을 제공하고자 한다.It is to provide a solar cell that can be manufactured using a simple process and excellent in photoelectric conversion efficiency and light absorption. It is also an object of the present invention to provide a method of manufacturing the solar cell.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지는, i) 기판과 기판의 판면 위에 위치하고 상호 이격된 복수의 도전성 구조체들을 포함하는 제1 전극, ii) 복수의 도전성 구조체들을 덮으면서 적층되고, 에피택셜하게 성장한 복수의 반도체층들, iii) 복수의 반도체층들을 덮는 제2 전극, 및 iv) 제2 전극을 덮는 수지 고정층을 포함한다. 복수의 반도체층들은, i) 제1 전극과 접하는 제1 반도체층, 및 ii) 제1 반도체층 위에 위치하고 제2 전극과 접하는 제2 반도체층을 포함한다. 제1 반도체층은 불균일한 두께를 가진다.A solar cell according to an embodiment of the present invention comprises: i) a first electrode comprising a substrate and a plurality of conductive structures disposed on a plate surface of the substrate and spaced apart from each other, ii) being laminated while covering a plurality of conductive structures, and epitaxially A plurality of grown semiconductor layers, iii) a second electrode covering the plurality of semiconductor layers, and iv) a resin fixing layer covering the second electrode. The plurality of semiconductor layers includes: i) a first semiconductor layer in contact with the first electrode, and ii) a second semiconductor layer located on the first semiconductor layer and in contact with the second electrode. The first semiconductor layer has a nonuniform thickness.
제1 반도체층은 복수의 공공들을 포함할 수 있다. 제1 반도체층과 제1 전극과의 접합 강도는 제2 반도체층과 제2 전극과의 접합 강도보다 클 수 있다. 제1 반도체층과 제1 전극과의 접합 강도는 100N/cm2 내지 1000N/cm2일 수 있다.The first semiconductor layer may include a plurality of voids. The bonding strength between the first semiconductor layer and the first electrode may be greater than the bonding strength between the second semiconductor layer and the second electrode. A first bond strength between the semiconductor layer and the first electrode may be 100N / cm 2 to 1000N / cm 2.
복수의 도전성 구조체들은, i) 복수의 제1 도전성 구조체들, 및 ii) 제1 도전성 구조체의 폭보다 큰 폭을 가지는 제2 도전성 구조체를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지는 제2 도전성 구조체 위에 형성되고 제2 전극과 접하는 제3 전극을 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지는 제2 도전성 구조체가 뻗은 방향과 교차하는 방향으로 판면 위에 위치한 복수의 제3 도전성 구조체들을 포함하고, 복수의 제3 도전성 구조체들은 상호 이격되고, 격벽 형상을 가질 수 있다.The plurality of conductive structures may include i) a plurality of first conductive structures, and ii) a second conductive structure having a width greater than the width of the first conductive structure. The solar cell according to the exemplary embodiment of the present invention may further include a third electrode formed on the second conductive structure and in contact with the second electrode. The solar cell according to the exemplary embodiment of the present invention includes a plurality of third conductive structures positioned on the plate surface in a direction crossing the direction in which the second conductive structure extends, and the plurality of third conductive structures are spaced apart from each other and have a partition shape. Can have
제1 반도체층은 p형 반도체층이고, 제2 반도체층은 n형 반도체층일 수 있다. 제1 전극은 제2 전극보다 불투명할 수 있다.The first semiconductor layer may be a p-type semiconductor layer, and the second semiconductor layer may be an n-type semiconductor layer. The first electrode may be opaque than the second electrode.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은, i) 기판과 기판의 판면 위에 위치하고 상호 이격된 복수의 구조체들을 포함하는 템플레이트(template)를 제공하는 단계, ii) 템플레이트를 덮는 제1 에피택셜층을 제공하는 단계, iii) 제1 에피택셜층을 다공성층으로 변환하는 단계, iv) 다공성층 위에 제2 에피택셜층을 제공하는 단계, v) 제2 에피택셜층을 복수의 반도체층들로 변환하는 단계, vi) 복수의 반도체층들 위에 도전체를 제공하는 단계, vii) 도전체를 덮는 수지 고정층을 제공하는 단계, viii) 다공성층을 제거하는 단계, 및 ix) 복수의 반도체층들 아래에 또다른 도전체를 제공하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention, i) providing a template comprising a substrate and a plurality of structures located on a plate surface of the substrate and spaced apart from each other, ii) a first epi covering the template Providing a tactile layer, iii) converting the first epitaxial layer into a porous layer, iv) providing a second epitaxial layer over the porous layer, v) converting the second epitaxial layer into a plurality of semiconductor layers Converting to, vi) providing a conductor over the plurality of semiconductor layers, vii) providing a resin pinning layer covering the conductor, viii) removing the porous layer, and ix) the plurality of semiconductor layers Providing another conductor below.
다공성층을 제거하는 단계는, i) 템플레이트의 하부에 홀을 형성하여 다공성층을 외부 노출시키는 단계, 및 ii) 홀에 에칭액을 주입하여 다공성층을 식각하는 단계를 포함할 수 있다. 다공성층을 외부 노출시키는 단계에서, 홀을 복수의 구조체들이 뻗은 방향과 나란한 방향을 따라 복수의 구조체들의 이격 공간에 대응하는 위치에 형성할 수 있다. 제1 에피택셜층을 다공성층으로 변환하는 단계에서, 다공성층의 공극률은 10% 내지 70%일 수 있다. 제2 에피택셜층을 제공하는 단계와 제2 에피택셜층을 복수의 반도체층들로 변환하는 단계가 동시에 이루어질 수 있다.Removing the porous layer may include: i) forming a hole in the lower portion of the template to expose the porous layer to the outside, and ii) etching the porous layer by injecting an etchant into the hole. In the exposing the porous layer to the outside, the hole may be formed at a position corresponding to the spaced space of the plurality of structures along a direction parallel to the direction in which the plurality of structures extends. In the step of converting the first epitaxial layer to the porous layer, the porosity of the porous layer may be 10% to 70%. Providing a second epitaxial layer and converting the second epitaxial layer into a plurality of semiconductor layers may be simultaneously performed.
템플레이트를 제공하는 단계는 복수의 구조체들을 제공하는 단계를 포함하고, 복수의 구조체들을 제공하는 단계는, i) 상호 이격된 제1 구조체들을 제공하는 단계, 및 ii) 제1 구조체들과 이격되고, 제1 구조체의 폭보다 큰 폭을 가지는 제2 구조체를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 구조체들은 막대 형상을 가지고, 제2 구조체들은 격벽 형상을 가질 수 있다.Providing the template includes providing a plurality of structures, wherein providing the plurality of structures comprises: i) providing first spaced apart structures, and ii) spaced apart from the first structures, Providing a second structure having a width greater than the width of the first structure. The first structures may have a rod shape, and the second structures may have a partition wall shape.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제2 구조체가 뻗은 방향과 교차하는 방향으로 뻗고, 격벽 형상을 가지는 복수의 제3 구조체들을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 복수의 반도체층들 위에 도전체를 제공하는 단계와 도전체를 덮는 수지 고정층을 제공하는 단계 사이에 도전체와 연결된 외부 인출 도전체를 제2 구조체 위에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention may further include providing a plurality of third structures extending in a direction crossing the direction in which the second structure extends and having a partition wall shape. According to an exemplary embodiment of the present invention, a method of manufacturing a solar cell includes a second outgoing conductor connected to a conductor between providing a conductor on a plurality of semiconductor layers and providing a resin fixing layer covering the conductor. It may further comprise providing over the structure.
제2 에피택셜층을 복수의 반도체층들로 변환하는 단계는, i) p형 반도체층을 제공하는 단계, 및 ii) p형 반도체층 위에 n형 반도체층을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 다공성층을 제거하는 단계 및 또다른 도전체를 제공하는 단계 사이에 템플레이트를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또다른 도전체를 제공하는 단계에서, 제2 도전체를 무전해 도금하여 형성하고, 제2 도전체는 기판 및 기판 위에 위치한 복수의 도전성 구조체들을 포함할 수 있다.Converting the second epitaxial layer into a plurality of semiconductor layers may include i) providing a p-type semiconductor layer, and ii) providing an n-type semiconductor layer over the p-type semiconductor layer. The method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention may further include removing a template between removing the porous layer and providing another conductor. In providing another conductor, the second conductor may be formed by electroless plating, and the second conductor may include a substrate and a plurality of conductive structures located on the substrate.
다공성층 및 복수의 반도체층들을 이용하여 광전변환효율이 우수한 태양 전지를 제조할 수 있다. 또한, 템플레이트 및 무전해 에칭법을 이용하여 태양 전지를 간단하게 제조할 수 있다.The solar cell having excellent photoelectric conversion efficiency may be manufactured using the porous layer and the plurality of semiconductor layers. In addition, a solar cell can be produced simply by using a template and an electroless etching method.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따라 자른 태양 전지의 평면도이다.
도 3은 도 1의 태양 전지의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 4 내지 도 11은 도 1의 태양 전지의 제조 방법을 순서대로 나타낸 도면들이다.1 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the solar cell taken along the line II-II of FIG. 1.
3 is a schematic flowchart of a method of manufacturing the solar cell of FIG. 1.
4 to 11 are views sequentially showing the method of manufacturing the solar cell of FIG.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.If any part is referred to as being "on" another part, it may be directly on the other part or may be accompanied by another part therebetween. In contrast, when a part is mentioned as "directly above" another part, no other part is intervened in between.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. As used herein, the singular forms “a,” “an,” and “the” include plural forms as well, unless the phrases clearly indicate the opposite. As used herein, the term "comprising" embodies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element, and / or component, and other specific characteristics, region, integer, step, operation, element, component, and / or group. It does not exclude the presence or addition of.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 좀더 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90°회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.Terms representing relative space, such as "below "," above ", and the like, may be used to more easily describe the relationship to another portion of a portion shown in the figures. These terms are intended to include other meanings or acts of the apparatus in use, as well as intended meanings in the drawings. For example, when inverting a device in the figures, certain parts that are described as being "below" other parts are described as being "above " other parts. Thus, an exemplary term "below" includes both up and down directions. The device can be rotated 90 degrees or rotated at different angles, and the term indicating the relative space is interpreted accordingly.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Commonly used predefined terms are further interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the present disclosure, and are not to be construed as ideal or very formal meanings unless defined otherwise.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지(100)의 개략적인 단면 구조를 나타낸다. 도 1의 확대원에는 제1 반도체층(21)을 확대하여 그 단면 구조를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 태양 전지(100)의 단면 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 태양 전지(100)의 단면 구조를 다른 형태로 변형할 수 있다.1 shows a schematic cross-sectional structure of a
도 1에 도시한 바와 같이, 태양 전지(100)는, 제1 전극(10), 반도체층들(21, 23), 제2 전극(30) 및 수지 고정층(40)을 포함한다. 태양 전지(100)는 제3 전극(50)을 더 포함하며, 필요에 따라 다른 소자들을 더 포함할 수 있다.As illustrated in FIG. 1, the
제1 전극(10), 제2 전극(30) 및 제3 전극(50)은 수동 소자에 연결되어 태양 전지(100)에서 생성된 전력을 외부로 내보낸다. 도 1에는 도시하지 않았지만 인출 배선을 제3 전극(50)에 연결하여 수동 소자와 연결할 수 있다. 광은 제2 전극(30)을 통하여 입사되므로, 제2 전극(30)은 ITO(indium tin oxide, 인듐 틴 옥사이드)층 등의 소재를 사용하여 투명 도전층으로 제조한다. 한편, 제3 전극(50)의 소재로는 금속, 예를 들면 은, 알루미늄, 니켈 또는 구리 등을 사용할 수 있다. 따라서 제3 전극(50)은 제2 전극(30)으로부터 효율적으로 전자 또는 공공을 모을 수 있다. 제3 전극(50)은 페이스트 도포법, 물리적기상증착법, 전기도금 또는 무전해도금 등의 방법으로 형성할 수 있다.The
도 1에 도시한 바와 같이, 제1 전극은 기판(101)과 복수의 도전성 구조체들(103)을 포함한다. 복수의 도전성 구조체들(103)은 기판(101)의 판면(1011) 위에서 z축 방향으로 뻗어서 형성된다. 복수의 도전성 구조체들(103)의 평균 폭은 10nm 내지 500nm일 수 있다. 여기서, 도전성 구조체(103)를 xy 평면에 나란한 방향으로 자른 단면이 원형일 수 있으므로, 폭은 직경을 포함하는 의미로 해석된다. 도전성 구조체(103)의 평균 폭이 너무 작은 경우, 태양 전지(100)의 구조가 견고하지 못하다. 반대로, 도전성 구조체(103)의 평균 폭이 너무 큰 경우, 광을 가두기에 부적합하다. 따라서 전술한 범위로 도전성 구조체(103)의 평균 폭을 설정할 수 있다. 그 결과, 복수의 도전성 구조체들(103)과 그 위에 형성되는 복수의 반도체층들(21, 23)이 코어쉘 구조를 형성하므로, 광을 효율적으로 잘 가두어서 기전력 발생을 최대화할 수 있다.As shown in FIG. 1, the first electrode includes a
한편, 도전성 구조체(103)의 평균 높이는 100nm 내지 100μm일 수 있다. 도전성 구조체(103)의 평균 높이가 너무 큰 경우, 태양 전지(100)의 구조가 견고하지 못하다. 반대로, 도전성 구조체(103)의 평균 높이가 너무 작은 경우, 광을 태양 전지(100)의 내부까지 깊숙하게 끌어들이지 못하여 기전력 발생 효율이 저하된다. 따라서 전술한 범위로 도전성 구조체(103)의 평균 높이를 조절한다.On the other hand, the average height of the
도전성 구조체(103)는 제1 도전성 구조체(1031) 및 제2 도전성 구조체(1033)를 포함한다. 제2 도전성 구조체(1033)의 폭은 제1 도전성 구조체(1031)의 폭보다 크다. 따라서 제2 도전성 구조체(1033)는 태양 전지(100)의 구조를 견고하게 유지시킨다. 따라서 태양 전지(100)의 내구성을 향상시킬 수 있다. The
도 1에 도시한 바와 같이, 상대적으로 넓은 폭을 가지는 제2 도전성 구조체(1033) 위에 제3 전극(50)이 형성된다. 따라서 제2 전극(30)과 접하는 제3 전극(50)을 안정적으로 태양 전지(100)의 내부에 고정할 수 있다. 따라서 태양 전지(100)의 전기적 연결에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.As shown in FIG. 1, a
제1 전극(10)은 수지 고정층(40), 제2 전극(30) 및 복수의 반도체층들(21, 23)을 투과한 광을 다시 리턴시켜서 복수의 반도체층들(21, 23)에서의 기전력 발생을 최대화한다. 이를 위하여 제1 전극(10)은 반사가 잘 이루어지는 알루미늄 등의 금속을 무전해 도금하여 제조할 수 있다. 즉, 제1 전극(10)은 제2 전극(30)보다 불투명하게 형성된다. 따라서 광은 제1 전극(10)을 통과하지 못하고, 제1 전극(10)에 의해 전반사되어 반도체층들(21, 23)에 의해 전력으로 변환된다.The
제1 전극(10) 위에는 반도체층들(21, 23)이 위치한다. 반도체층들(21, 23)은 제1 반도체층(21) 및 제2 반도체층(23)을 포함한다. 제1 반도체층(21)은 제1 전극(10)과 접하고, 제2 반도체층(23)은 제2 전극(30)과 접한다. 반도체층들(21, 23)은 에피택셜하게 성장되면서 도핑되어 높은 광전변환효율을 가진다. 도핑 농도를 조절하여 상호간에 농도차가 있는 반도체층들(21, 23)을 제조할 수 있다. 예를 들면, 제1 반도체층(21)을 p형으로 도핑하는 경우, 제2 반도체층(23)은 n형으로 도핑할 수 있다. 따라서 제1 반도체층(21) 및 제2 반도체층(23)의 pn 접합이 이루어진다. The semiconductor layers 21 and 23 are positioned on the
한편, 도 1에는 도시하지 않았지만, p++형 반도체층, p+형 반도체층, p형 반도체층, 진성층, n형 반도체층, n+형 반도체층, n++형 반도체층 등을 순차적으로 적층함으로써 밴드갭을 최소화하면서, 도핑 농도 구배를 형성할 수 있다. 그 결과, 태양 전지(100)의 광전변환효율을 크게 증가시킬 수 있다.Although not shown in FIG. 1, a band gap is formed by sequentially stacking a p ++ type semiconductor layer, a p + type semiconductor layer, a p type semiconductor layer, an intrinsic layer, an n type semiconductor layer, an n + type semiconductor layer, an n ++ type semiconductor layer, and the like. While minimizing, a doping concentration gradient can be formed. As a result, the photoelectric conversion efficiency of the
제2 전극(30)은 제2 반도체층(23) 위에 형성된다. 증착 등의 방법에 의해 제2 전극(30)을 제2 반도체층(23) 위에 형성할 수 있다. 제2 전극(30)은 제3 전극(50)과 전기적으로 연결되므로, 생성된 전력을 제3 전극(50)을 통하여 태양 전지(100)의 외부로 보낸다.The
도 1에 도시한 바와 같이, 수지 고정층(40)은 제2 전극(30)을 덮어서 형성된다. 수지 고정층(40)은 제1 도전성 구조체(1031) 및 제2 도전성 구조체(1033)의 이격 공간에 충전된다. 따라서 수지 고정층(40)은 태양 전지(100)의 구조를 더욱 안정화시킬 수 있다. 수지 고정층(40)은 PDMS(polydimethylsiloxane, 폴리디메틸실록산) 등으로 형성할 수 있다.As shown in FIG. 1, the
도 1의 확대원에 도시한 바와 같이, 제1 전극(10)과 접하는 제1 반도체층(21)은 z축 방향으로 불균일한 두께를 가진다. 또한, 제1 반도체층(21)은 복수의 공공들(211)을 포함한다. 제1 반도체층(21)의 하면에 인접했던 다공성층(19)(도 5에 도시, 이하 동일)을 식각한 후 제1 전극(10)을 무전해 도금하여 제1 반도체층(21)에 부착한다. 따라서 도 1의 확대원에 도시한 제1 반도체층(21)의 단면 구조가 나타난다. 즉, 에칭 구조상 다공성층이 완벽하게 식각되어 제거되기 어렵다. 따라서 다공성층(19)의 일부가 여전히 제1 반도체층(21)에 잔존한다. As shown in the enlarged circle of FIG. 1, the
다공성층(19)은 부분적으로 존재하므로, 다공성층(19)이 제1 반도체층(21)과 합체된 것으로 볼 수 있다. 그 결과, 다공성층(19)으로 인해 제1 반도체층(21)의 하부는 복수의 공공들(211)을 포함하고, 불균일한 두께를 가진다. 따라서 제1 전극(10)은 제1 반도체층(21)에 잘 부착될 수 있다. 즉, 제1 반도체층(21)의 하부 표면이 불규칙한 형상을 가지므로, 제1 전극(10)은 제1 반도체층(21)에 잘 부착된다.Since the
제1 반도체층(21)과 제1 전극(10)과의 접합 강도는 제2 반도체층(23)과 제2 전극(30)과의 접합 강도보다 크다. 여기서, 제1 반도체층(21)과 제1 전극(10)과의 접합 강도는 100N/cm2 내지 1000N/cm2 일 수 있다. 제1 반도체층(21)과 제1 전극(10)과의 접합 강도가 너무 작은 경우, 제1 전극(10)이 제1 반도체층(21)에 잘 부착되지 않을 수 있다. 또한, 제1 전극(10)을 무전해 도금하여 형성하는 경우, 그 제법상 제1 반도체층(21)과 제1 전극(10)과의 접합 강도가 1000N/cm2 를 초과할 수 없다. 따라서 제1 반도체층(21)과 제1 전극(10)과의 접합 강도는 전술한 범위를 만족한다. The bonding strength between the
한편, 제1 반도체층(21)내의 복수의 공공들(211)은 입사광을 산란 또는 반사시켜서 제1 반도체층(21) 및 제2 반도체층(23)의 광흡수율을 향상시킨다. 복수의 공공들(211)은 300nm 내지 2000nm 영역의 파장을 효율적으로 흡수한다. 그 결과, 제1 반도체층(21)의 하단에 존재하는 복수의 공공들(211)이 존재하는 제1 반도체층(21)과 복수의 공공들(211)이 존재하지 않는 제1 반도체층(21) 사이에 상대적인 굴절 계수차가 발생하므로, 입사광은 제1 반도체층(21)을 투과하지 못하고 반사된다. 따라서 반사된 광은 제1 반도체층(21)과 제2 반도체층(23)을 다시 지나면서 전력으로 변환될 수 있다. 요약하자면, 복수의 공공들(211)은 입사광을 산란 또는 반사시켜서 제1 반도체층(21)과 제2 반도체층(23)에 흡수되도록 돕는다.Meanwhile, the plurality of
전술한 제1 전극(10)의 형성 과정은 도 3, 도 10 및 도 11을 통하여 추후에 좀더 상세하게 설명한다. The above-described process of forming the
도 2는 도 1의 II-II선을 따라 자른 태양 전지(100)의 단면 구조, 즉 그 부분 평면 구조를 나타낸다. 도 2의 태양 전지(100)의 단면 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 태양 전지(100)의 단면 구조를 다른 형태로 변형할 수도 있다.FIG. 2 illustrates a cross-sectional structure of the
도 2에 도시한 바와 같이, 태양 전지(100)는 제1 도전성 구조체(1031), 제2 도전성 구조체(1033) 및 제3 도전성 구조체(1035)를 포함한다. 이외에 필요에 따라 태양 전지(100)는 다른 도전성 구조체를 더 포함할 수도 있다. 실질적으로, 제1 도전성 구조체(1031)는 z축 방향으로 뻗은 막대 형상을 가지고, 제2 도전성 구조체(1033) 및 제3 도전성 구조체(1035)는 격벽 형상을 가진다. 따라서 제2 도전성 구조체(1033) 및 제3 도전성 구조체(1035)에 의해 태양 전지(100)의 구조를 안정적으로 유지할 수 있다.As shown in FIG. 2, the
도 2에 도시한 바와 같이, 제2 도전성 구조체(1033)는 y축 방향으로 뻗어 있고, 복수의 제3 도전성 구조체들(1035)는 x축 방향으로 뻗어 있다. 여기서, 복수의 제3 도전성 구조체들(1035)은 상호 이격되어 기판(101)(도 1에 도시)의 판면(1011)(도 1에 도시) 위에 위치한다. 복수의 제3 도전성 구조체들(1035)는 제2 도전성 구조체(1033)와 교차하는 방향으로 위치하므로, 태양 전지(100)의 구조를 견고하게 유지시킨다. 이하에서는 도 3 내지 도 11을 통하여 도 1의 태양 전지(100)의 제조 방법을 좀더 상세하게 설명한다.As shown in FIG. 2, the second
도 3은 도 1의 태양 전지(100)의 제조 방법에 대한 순서도를 개략적으로 나타내고, 도 4 내지 도 11은 도 1의 태양 전지(100)의 제조 방법의 각 단계들을 개략적으로 나타낸 도면들이다. 이하에서는 도 3과 함께 도 4 내지 도 11을 참조하여 태양 전지(100)의 제조 방법을 순서대로 설명한다. 이러한 태양 전지(100)의 제조 방법은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 태양 전지(100)의 제조 방법을 상이하게 변형할 수 있다.FIG. 3 schematically shows a flowchart of the manufacturing method of the
먼저, 도 3의 단계(S10)에서는 태양 전지를 제조하기 위한 템플레이트(60)를 제공한다. (도 4에 도시) 템플레이트(60)는 유기물 또는 무기물 등의 소재로 제조할 수 있다. 템플레이트(60)는 기판(601)과 복수의 구조체들(603)을 포함한다. 복수의 구조체들(603)은 상호 이격되어 기판(601)의 판면(6011) 위에 위치한다. 복수의 구조체들(603)은 제1 구조체들(6031) 및 제2 구조체(6033)를 제공하여 제조된다. 여기서, 제2 구조체(6033)의 폭은 상호 이격된 제1 구조체들(6031)의 폭보다 크다. 여기서, 폭은 x축 방향에 평행한 제1 구조체(6031) 및 제2 구조체(6033)의 길이를 의미한다. 제2 구조체(6033)를 통하여 태양 전지를 안정적으로 지지할 수 있다.First, in step S10 of FIG. 3, a
다음으로, 도 3의 단계(S20)에서는 제1 에피택셜층을 제공하고, 단계(S30)에서는 이를 다공성층(19)으로 변환시킨다. (도 5에 도시) 단계(S20) 및 단계(S30)는 템플레이트(60)을 반복적으로 사용하기 위하여 수행된다. 즉, 템플레이트(60)를 분리한 후 그 위에 새로운 제1 에피택셜층을 형성하여 템플레이트(60)를 재사용할 수 있도록 템플레이트(60) 위에 다공성층(19)을 제공한다. 그러나 다공성층(19)이 형성되면서 템플레이트(60)의 실리콘이 소모되어 본래의 템플레이트(60)의 구조를 유지하기 어렵다. 따라서 단계(S20) 및 단계(S30)를 통하여 템플레이트(60)를 손상시키지 않으면서 다공성층(19)을 잘 증착할 수 있도록 단계(S20)에서 새로운 실리콘을 증착하여 제1 에피택셜층을 제공한다. 단계(S30)에서는 전기화학적 식각 또는 무전해 식각에 의해 제1 에피택셜층을 다공성층(19)으로 변환시킴으로써 템플레이트(60)의 실리콘이 소모되지 않도록 하여 템플레이트(60)의 구조 변형을 최소화한다.Next, in step S20 of FIG. 3, a first epitaxial layer is provided, and in step S30, the first epitaxial layer is converted into a
도 5에 도시한 바와 같이, 다공성층(19)은 템플레이트(60) 위에 위치한다. 다공성층(19)은 실리콘 등으로 제조할 수 있으며 불연속적으로 형성된다. 다공성층(19)의 두께는 약 10㎛ 이하일 수 있다. 다공성층(19)은 템플레이트(60) 위에 실리콘을 증착 및 에칭시켜서 형성할 수 있다.As shown in FIG. 5, the
템플레이트(60) 위에 형성된 제1 에피택셜층이 변환된 다공성층(19)은 다수의 공공들을 포함한다. 따라서 에칭액으로 다공성층(19)을 식각하는 경우, 공공들로 인해 다공성층(19)은 다른 층에 비해 잘 식각된다. 따라서 다른 층에 영향을 주지 않으면서 다공성층(19)만 제거할 수 있다. The
다공성층(19)의 공극률은 10% 내지 70%일 수 있다. 다공성층(19)의 공극율이 너무 높은 경우, 다공성층(19)이 템플레이트(60)로부터 쉽게 박리될 수 있다. 또한, 다공성층(19)의 공극율이 너무 낮은 경우, 에칭에 의해 다공성층(19)만 제거하기 어려워져서 주위의 소자들도 함께 제거될 수 있다.The porosity of the
도 3의 단계(S40)에서는 다공성층(19) 위에 제2 에피택셜층을 제공하고, 단계(S50)에서는 제2 에피택셜층을 복수의 반도체층들(21, 23)으로 변환한다. (도 6에 도시)In operation S40 of FIG. 3, a second epitaxial layer is provided on the
즉, 도 6에 도시한 바와 같이, 다공성층(19) 위에 에피택셜하게 성장되면서 도핑된 제1 반도체층(21) 및 제2 반도체층(23)을 형성할 수 있다. 여기서, 제1 반도체층(21)은 p형 반도체층으로 제공될 수 있고, 제2 반도체층(23)은 n형 반도체층으로 제공될 수 있다. 따라서 제1 반도체층(21) 및 제2 반도체층(23)은 pn 접합을 형성하여 광에 의해 기전력을 발생시키도록 기능한다. 여기서, 단계(S40) 및 단계(S50)은 동시에 이루어질 수 있으므로, 태양 전지의 제조 시간을 크게 단축하면서 공정을 단순화할 수 있다.That is, as shown in FIG. 6, the doped
도 3의 단계(S60)에서는 복수의 반도체층들(21, 23) 위에 제2 전극(30)을 제공한다. (도 7에 도시) 제2 전극(30)은 도전체로서 기능하여 복수의 반도체층들(21, 23)에서 발생한 전력을 외부로 인출시킨다. 한편, 도 3에는 도시하지 않았지만, 제2 전극(30) 위에 제3 전극(50)을 제공할 수 있다. (도 8에 도시) 여기서, 제3 전극(50)은 외부 인출 도전체로서 기능한다. 제3 전극(50)은 제2 구조체(6033) 위에 위치하여 안정적으로 형성된다.In operation S60 of FIG. 3, the
도 3의 단계(S70)에서는 수지 고정층(50)을 제공하여 도전체인 제2 전극(30) 및 제3 전극(50)을 덮는다. (도 9에 도시) 수지 고정층(50)을 이용해 태양 전지의 구조를 견고하게 하면서 제2 전극(30) 및 제3 전극(50)을 외부와 절연시킨다.In step S70 of FIG. 3, the
다음으로, 도 3의 단계(S80)에서는 템플레이트(60)의 하부에 홀(609)을 형성한다. 홀(609)은 다공성층(19)(도 9에 도시, 이하 동일)을 외부 노출시킨다. 홀(609)은 복수의 구조체들(6031, 6033)의 이격 공간에 대응하는 위치에 형성된다. 따라서 에칭에 의해 제거될 다공성층(19)과의 거리를 최소화할 수 있다. 그리고 홀(609)은 복수의 구조체들(6031, 6033)이 뻗은 z축 방향과 나란한 방향을 따라 형성된다. 홀(609)의 위치는 템플레이트(60)을 얼라인하여 설정할 수 있다. Next, in step S80 of FIG. 3, a
도 10에 도시한 바와 같이, 홀(609)을 통하여 에칭액을 주입함으로써 다공성층(19)을 제거할 수 있다. 여기서, 다공성층(19)은 복수의 공공들을 포함하므로, 주위 소자에 비해 훨씬 빠르게 에칭된다. 에칭액은 다공성층(19)이 뻗은 방향을 따라 전파되므로, 다공성층(19)만 제거할 수 있다.As shown in FIG. 10, the
다음으로, 도 11에 도시한 바와 같이, 다공성층(19)을 제거하였으므로, 복수의 반도체층들(21, 23)과 이격된 템플레이트(60)(도 10)를 제거할 수 있다. 따라서 복수의 반도체층들(21, 23)이 외부로 노출된다.Next, as shown in FIG. 11, since the
도 3의 단계(S90)에서는 복수의 반도체층들(21, 23) 아래에 제1 전극(10)(도 1에 도시, 이하 동일)을 제공한다. 여기서, 제1 전극(10)은 도전체로서 기능하며, 무전해 도금법에 의해 제공될 수 있다. 그 결과, 태양 전지(100)(도 1에 도시)를 제조할 수 있다.In operation S90 of FIG. 3, a first electrode 10 (shown below in FIG. 1) is provided under the plurality of semiconductor layers 21 and 23. Here, the
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the following claims.
10. 30, 50. 전극 19. 다공성층
21, 23. 반도체층 40. 수지 고정층
211. 공공 1031, 1033. 도전성 구조체
60. 템플레이트 609. 홀
100. 태양 전지 1011. 판면10. 30, 50.
21, 23.
211. Public 1031, 1033. Conductive Structure
60.Template 609.Hole
100.
Claims (20)
상기 복수의 도전성 구조체들을 덮으면서 적층되고, 에피택셜하게 성장한 복수의 반도체층들,
상기 복수의 반도체층들을 덮는 제2 전극, 및
상기 제2 전극을 덮는 수지 고정층
을 포함하고,
상기 복수의 반도체층들은,
상기 제1 전극과 접하는 제1 반도체층, 및
상기 제1 반도체층 위에 위치하고 상기 제2 전극과 접하는 제2 반도체층
을 포함하고,
상기 제1 반도체층은 불균일한 두께를 가지는 태양 전지.A first electrode comprising a plurality of conductive structures spaced apart from each other,
A plurality of semiconductor layers stacked to cover the plurality of conductive structures and grown epitaxially,
A second electrode covering the plurality of semiconductor layers, and
Resin-fixed layer covering the second electrode
Including,
The plurality of semiconductor layers,
A first semiconductor layer in contact with the first electrode, and
A second semiconductor layer on the first semiconductor layer and in contact with the second electrode
Including,
The first semiconductor layer has a non-uniform thickness.
상기 제1 반도체층은 다공성 구조로 형성된 복수의 공공들을 포함하는 태양 전지.The method of claim 1,
The first semiconductor layer includes a plurality of pores formed of a porous structure.
상기 제1 반도체층과 상기 제1 전극과의 접합 강도는 상기 제2 반도체층과 상기 제2 전극과의 접합 강도보다 큰 태양 전지.The method of claim 2,
The bonding strength of the first semiconductor layer and the first electrode is greater than the bonding strength of the second semiconductor layer and the second electrode.
상기 제1 반도체층과 상기 제1 전극과의 접합 강도는 100N/cm2 내지 1000N/cm2인 태양 전지.The method of claim 3, wherein
Bonding strength between the first semiconductor layer and the first electrode is 100N / cm 2 to 1000N / cm 2 solar cell.
상기 복수의 도전성 구조체들은,
복수의 제1 도전성 구조체들, 및
상기 제1 도전성 구조체의 폭보다 큰 폭을 가지는 제2 도전성 구조체
를 포함하고,
상기 제2 도전성 구조체 위에 형성되고 상기 제2 전극과 접하는 제3 전극을 더 포함하는 태양 전지.The method of claim 1,
The plurality of conductive structures,
A plurality of first conductive structures, and
A second conductive structure having a width greater than the width of the first conductive structure
Including,
And a third electrode formed on the second conductive structure and in contact with the second electrode.
상기 복수의 도전성 구조체들은 상기 제2 도전성 구조체와 연결된 복수의 제3 도전성 구조체들을 더 포함하고, 상기 복수의 제3 도전성 구조체들은 상호 이격되고, 격벽 형상을 가지는 태양 전지.The method of claim 5,
The plurality of conductive structures further include a plurality of third conductive structures connected to the second conductive structure, wherein the plurality of third conductive structures are spaced apart from each other and have a barrier rib shape.
상기 제1 반도체층은 p형 반도체층이고, 상기 제2 반도체층은 n형 반도체층인 태양 전지.The method of claim 1,
The first semiconductor layer is a p-type semiconductor layer, the second semiconductor layer is an n-type semiconductor layer.
상기 제1 전극은 상기 제2 전극보다 불투명한 태양 전지.The method of claim 1,
The first electrode is opaque than the second electrode.
상기 템플레이트를 덮는 제1 에피택셜층을 제공하는 단계,
상기 제1 에피택셜층을 다공성층으로 변환하는 단계,
상기 다공성층 위에 제2 에피택셜층을 제공하는 단계,
상기 제2 에피택셜층을 복수의 반도체층들로 변환하는 단계,
상기 복수의 반도체층들 위에 도전체를 제공하는 단계,
상기 도전체를 덮는 수지 고정층을 제공하는 단계,
상기 다공성층을 제거하는 단계,
상기 템플레이트를 제거하는 단계, 및
상기 복수의 반도체층들 아래에 또다른 도전체를 제공하는 단계
를 포함하고,
상기 다공성층을 제거하는 단계는,
상기 템플레이트의 하부에 홀을 형성하여 상기 다공성층을 외부 노출시키는 단계, 및
상기 홀에 에칭액을 주입하여 상기 다공성층을 식각하는 단계
를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.Providing a template comprising a plurality of structures spaced apart from each other,
Providing a first epitaxial layer overlying the template,
Converting the first epitaxial layer to a porous layer,
Providing a second epitaxial layer on the porous layer,
Converting the second epitaxial layer into a plurality of semiconductor layers,
Providing a conductor over the plurality of semiconductor layers,
Providing a resin fixing layer covering the conductor,
Removing the porous layer,
Removing the template, and
Providing another conductor under the plurality of semiconductor layers
Including,
Removing the porous layer,
Forming a hole in the lower portion of the template to externally expose the porous layer, and
Etching the porous layer by injecting an etchant into the hole;
Method for manufacturing a solar cell comprising a.
상기 다공성층을 외부 노출시키는 단계에서, 상기 홀을 상기 복수의 구조체들이 뻗은 방향과 나란한 방향을 따라 상기 복수의 구조체들의 이격 공간에 대응하는 위치에 형성하는 태양 전지의 제조 방법.10. The method of claim 9,
In the step of exposing the porous layer outside, the hole is formed in a position corresponding to the spaced space of the plurality of structures along a direction parallel to the direction in which the plurality of structures extend.
상기 제1 에피택셜층을 다공성층으로 변환하는 단계에서, 상기 다공성층의 공극률은 10% 내지 70%인 태양 전지의 제조 방법.10. The method of claim 9,
In the step of converting the first epitaxial layer to a porous layer, the porosity of the porous layer is a method of manufacturing a solar cell 10% to 70%.
상기 제2 에피택셜층을 제공하는 단계와 상기 제2 에피택셜층을 복수의 반도체층들로 변환하는 단계가 동시에 이루어지는 태양 전지의 제조 방법.10. The method of claim 9,
And providing the second epitaxial layer and converting the second epitaxial layer into a plurality of semiconductor layers at the same time.
상기 템플레이트를 제공하는 단계는 상기 복수의 구조체들을 제공하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 구조체들을 제공하는 단계는,
상호 이격된 제1 구조체들을 제공하는 단계, 및
상기 제1 구조체들과 이격되고, 상기 제1 구조체의 폭보다 큰 폭을 가지는 제2 구조체를 제공하는 단계
를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.10. The method of claim 9,
Providing the template comprises providing the plurality of structures,
Providing the plurality of structures,
Providing first structures spaced apart from each other, and
Providing a second structure spaced apart from the first structures, the second structure having a width greater than the width of the first structure
Method for manufacturing a solar cell comprising a.
상기 제1 구조체들은 막대 형상을 가지고, 상기 제2 구조체들은 격벽 형상을 가지는 태양 전지의 제조 방법.15. The method of claim 14,
The first structures have a rod shape, and the second structures have a partition wall shape.
상기 제2 구조체가 뻗은 방향과 교차하는 방향으로 뻗고, 격벽 형상을 가지는 복수의 제3 구조체들을 제공하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.15. The method of claim 14,
And providing a plurality of third structures extending in a direction crossing the direction in which the second structure extends and having a partition shape.
상기 복수의 반도체층들 위에 도전체를 제공하는 단계와 상기 도전체를 덮는 수지 고정층을 제공하는 단계 사이에 상기 도전체와 연결된 외부 인출 도전체를 상기 제2 구조체 위에 제공하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.17. The method of claim 16,
Providing an outer lead conductor on the second structure connected to the conductor between providing a conductor over the plurality of semiconductor layers and providing a resin pinned layer covering the conductor. Method for producing a battery.
상기 제2 에피택셜층을 복수의 반도체층들로 변환하는 단계는,
p형 반도체층을 제공하는 단계, 및
상기 p형 반도체층 위에 n형 반도체층을 제공하는 단계
를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.10. The method of claim 9,
Converting the second epitaxial layer into a plurality of semiconductor layers,
providing a p-type semiconductor layer, and
Providing an n-type semiconductor layer on the p-type semiconductor layer
Method for manufacturing a solar cell comprising a.
상기 또다른 도전체를 제공하는 단계에서, 상기 제2 도전체를 무전해 도금하여 형성하고, 상기 제2 도전체는 기판 및 상기 기판 위에 위치한 복수의 도전성 구조체들을 포함하는 태양 전지의 제조 방법.10. The method of claim 9,
In the providing of the another conductor, the second conductor is formed by electroless plating, wherein the second conductor includes a substrate and a plurality of conductive structures positioned on the substrate.
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