KR101269608B1 - 박막 태양전지용 후면반사막, 이의 형성방법 및 이를 포함하는 박막 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막 태양전지용 후면반사막에 관한 것으로, 기판의 반대쪽에서 빛이 입사하는 하판(substrate)형 박막 태양전지용 후면반사막으로서, 상기 기판 위에 형성된 알루미늄층을 포함하여 구성되고, 상기 알루미늄층에는 Si, O, Cu 및 Pt 중에서 선택된 적어도 하나이상의 물질이 도핑되며; 상기 도핑된 알루미늄층은 도핑된 불순물에 의해 수직방향의 결정성장이 강화되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 후면반사막의 조도를 향상시킴으로써, 후면반사막에서의 가시광 및 장파장 영역의 산란 반사도를 높일 수 있으며, 최종적으로 박막 태양전지의 광포획도를 높여서 변환효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 종래에 후면반사막의 재료로 사용되던 고가 재료인 은의 사용량을 줄임으로써, 전체 박막 태양전지의 제조비용을 낮출 수 있는 효과가 있다.
나아가, 종래의 후면반사막에 비하여 낮은 제조온도에서도 표면조도를 높일 수 있으며, 얇은 두께로도 종래에 비하여 유사 또는 뛰어난 반사효율을 나타낸다.
본 발명은, 후면반사막의 조도를 향상시킴으로써, 후면반사막에서의 가시광 및 장파장 영역의 산란 반사도를 높일 수 있으며, 최종적으로 박막 태양전지의 광포획도를 높여서 변환효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 종래에 후면반사막의 재료로 사용되던 고가 재료인 은의 사용량을 줄임으로써, 전체 박막 태양전지의 제조비용을 낮출 수 있는 효과가 있다.
나아가, 종래의 후면반사막에 비하여 낮은 제조온도에서도 표면조도를 높일 수 있으며, 얇은 두께로도 종래에 비하여 유사 또는 뛰어난 반사효율을 나타낸다.
Description
본 발명은 박막 태양전지용 후면반사막과 그 형성방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 표면조도를 높여서 가시광 및 장파장 범위의 빛에 대한 산란 반사특성을 향상시킨 박막 태양전지용 후면반사막과 그 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로, 태양전지는 p-n접합으로 구성된 다이오드를 사용하며, 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라 다양한 종류로 구분된다. 특히, 광흡수층으로 실리콘을 사용하는 태양전지는 결정질 기판형 태양전지와, 비정질의 박막형 태양전지로 구분된다. 결정질 기판형 태양전지의 경우 실리콘 웨이퍼를 사용하여 생산 원가가 높다는 문제가 있다. 반면에 박막 태양전지는 실리콘의 사용량이 적으며, 건물의 외장재나 모바일 기기 등에 적용할 수 있어 관심이 증가하고 있다. 최근에는 둘이상의 박막 태양전지를 적층한 탠덤(tandem)형 태양전지가 개발되어 박막 태양전지에 대한 연구가 더욱 활발하게 이루어지고 있다.
통상 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H) 및 수소화된 미세결정질 실리콘(μc-Si:H) 박막은 물질 자체의 특성으로 인해 캐리어의 확산거리가 결정계 실리콘 기판보다 매우 짧기 때문에, p형 실리콘막과 n형 실리콘막 사이에 불순물이 첨가되지 않은 i형(intrinsic) 실리콘막을 삽입한 p-i-n 접합구조 또는 n-i-p 접합구조를 주로 사용한다. 일반적으로 정공의 이동도가 전자에 비하여 낮기 때문에, 입사광에 의해 생성된 전하의 분리와 수집효율을 극대화하기 위해서 태양광은 p형 실리콘막을 통해 광흡수층(i형 실리콘층)으로 입사된다.
이러한 박막 태양전지는 기판 위에 박막을 적층하여 제조하며, 태양광이 입사하는 방향에 따라서 상판(superstrate)형과 하판(substrate)형으로 구분된다. 상판형은 태양광이 기판을 통해서 입사하는 구조이며, 투명한 유리 기판에 전면반사 방지층을 형성하고, p-i-n층을 차례로 형성한 뒤에 마지막에 후면반사막을 형성한다. 하판형은 태양광이 기판의 반대쪽을 통해서 입사하는 구조이며, 후면 반사막의 역할을 하는 금속 위에 n-i-p층을 차례로 형성하고 마지막에 전면 반사방지막을 형성한다.
도 8은 일반적인 하판형 단일층 박막 태양전지의 구조를 나타내는 모식도이다. 하판형 박막 태양전지는 기판(100)의 위에 은 또는 알루미늄 재질의 금속층(220)과 확산 방지를 위한 투명전도막(240)이 순차 적층된 후면반사막(200)이 위치하고, 후면반사막(200)의 위에는 n형 수소화 실리콘막(320), i형 수소화 실리콘막(340) 및 p형 수소화 실리콘막(360)이 순차로 적층된 n-i-p 접합구조(300)가 위치하며, 맨 위에는 전면전극 및 전면반사방지 역할을 하는 전면투명전도막(400)이 위치한다.
박막 태양전지의 효율을 높이기 위해서는 낮은 광흡수계수를 극복하여야하며, 태양전지 내로 입사된 태양광을 태양전지 내에서 산란(light scattering)시켜, 입사광의 이동경로를 증가시키는 광포획(light trapping) 기술이 중요하다.
박막 태양전지 내부의 총 반사(total reflectance)는 수직반사(spectral reflectance)와 산란반사(diffuse reflectance)로 구성되며, 박막 태양전지 내부의 산란특성을 증가시키기 위해서는 산란반사를 증가시켜야 한다.
하판형 박막 태양전지에서 입사광을 산란시키는 가장 중요한 부분은 후면반사막이다. 특히 하판형 박막 태양전지에서 가장 먼저 형성되는 후면반사막의 표면구조는 두께가 얇은 박막 태양전지 전체의 구조에 영향을 미쳐, 입사면의 표면형상에까지 영향을 준다.
도 9는 평탄한 후면반사막(a)과 표면 조직화된 후면반사막(b)의 위에 각각 박막 태양전지를 형성한 모습을 나타내는 사진이다.
현재에 후면반사막으로 가장 많이 사용되는 금속 재질은 은(Ag)과 알루미늄(Al)이다. 가장 효과가 좋은 경우는 은을 진공 증착하는 경우이며, 표면형상을 조직화하여 표면조도(roughness)를 높이기 위해 고온에서 증착을 실시하여 은의 결정입자 성장(grain growth)을 유도하는 방법이 사용되고 있으나 표면조도를 증가시키는 데 한계가 있다.
또한 후면반사막의 표면형상과 표면조도는 입사광의 파장에 따른 반사특성과 밀접한 관계가 있다.
도 10은 종래에 은을 증착한 후면 반사막의 표면형상과 표면조도 및 반사특성을 나타내는 도면이다. (a)는 25℃에서 증착을 수행하였고, (b)는 500℃에서 증착하였다.
이에 따르면 은을 증착한 후면 반사막의 표면조도는 형성온도가 높은 경우에 높아지는 것을 알 수 있다. 또한 표면조도에 따라서 파장에 대한 산란반사 특성에 차이가 있는 것을 확인할 수 있으며, 표면조도가 높을수록 가시광 및 장파장 영역의 빛에 대한 산란반사 특성이 좋은 것을 알 수 있다.
일반적으로 하판형 박막 태양전지에서 태양광이 기판의 반대쪽에서 입사되며, 태양광의 단파장 영역과 가시광선 초기 파장영역의 입사광은 p층과 i층의 인근 영역에서 대부분 흡수된다. 결국 후면반사막에서 반사되어 산란되는 빛은 가시광선의 후반영역(500~800㎚)의 빛과 장파장 영역(800~1000㎚)의 빛이므로, 이 영역에 대한 산란반사 특성이 좋을수록 태양전지 전체 효율이 높아진다.
이렇게 가시광 및 장파장 영역에 대한 산란반사 특성을 향상시키기 위해서는 입사광 파장의 크기에 버금가는 표면형상 및 표면조도를 형성하여야만 하지만, 종래의 후면 반사막은 표면조도를 높이는 데 한계가 있어서 가시광 및 장파장 영역에 대한 산란반사가 강하지 못하였다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 우수한 산란 반사 특성을 갖는 후면반사막과 그 형성방법 및 후면반사막을 포함하는 박막 태양전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 박막 태양전지용 후면반사막은, 기판의 반대쪽에서 빛이 입사하는 하판(substrate)형 박막 태양전지용 후면반사막으로서, 상기 기판 위에 형성된 알루미늄층을 포함하여 구성되고, 상기 알루미늄층에는 Si, O, Cu 및 Pt 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질이 도핑되며; 상기 도핑된 알루미늄층은 도핑된 불순물에 의해 수직방향의 결정성장이 강화되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 알루미늄층을 성장시키는 과정에서 불순물을 도핑하여 알루미늄층의 수직방향 성장을 강화함으로써, 표면조도를 높인 것이다.
이때, 도핑된 알루미늄층의 두께는 10㎚~1㎛인 것이 바람직하다. 도핑된 알루미늄층의 두께가 10㎚보다 얇으면 증착이 어렵고 충분한 표면조도를 나타낼 수 없으며, 1㎛보다 두꺼운 경우에는 제조비용이 높아지는 문제가 있다.
또한 도핑된 알루미늄층의 표면에 은 코팅층이 더 형성된 것이 좋으며, 은 코팅층의 두께는 10㎚~1㎛인 것이 바람직하다.
은의 반사율이 더욱 높기 때문에, 은 코팅층을 추가하면 후면반사막의 반사율을 높일 수 있으며, 은 코팅층의 두께가 10㎚보다 얇으면 증착이 어렵고, 1㎛보다 두꺼운 경우에는 제조비용이 높아지는 문제가 있다.
그리고 도핑된 알루미늄층 또는 은 코팅층의 위에는 투명전도막을 추가로 형성하여 후면반사막과 실리콘층 사이의 확산을 방지하는 것이 좋다.
본 발명의 박막 태양전지용 후면반사막 형성방법은, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판의 표면에 Si, O, Cu 및 Pt 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질이 도핑된 알루미늄층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 도핑된 알루미늄층을 형성하는 단계에서 상기 도핑된 불순물에 의하여 상기 도핑된 알루미늄층의 수직방향 결정성장이 강화되는 것을 특징으로 한다.
또한 도핑된 알루미늄층을 형성하는 단계 뒤에, 도핑된 알루미늄층 위에 은 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 좋다.
그리고 도핑된 알루미늄층을 형성하는 단계 또는 은 코팅층을 형성하는 단계 뒤에, 투명전도막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
도핑된 알루미늄층을 형성하는 단계와 은 코팅층을 형성하는 단계는 DC 마그네트론 스퍼터링 또는 RF 마그네트론 스퍼터링의 방법일 수 있으며, DC 마그네트론 스퍼터링 또는 RF 마그네트론 스퍼터링은 0.1~100mTorr의 압력 범위 및 0.5~100W/㎠의 증착파워밀도 범위에서 이루어지는 것이 바람직하다.
도핑된 알루미늄층을 형성하는 단계와 은 코팅층을 형성하는 단계는 전자빔 증발법 또는 열증발법일 수 있으며, 전자빔 증발법 또는 열증발법은 1mTorr 이하의 압력에서 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 도핑된 알루미늄층을 형성하는 단계와 은 코팅층을 형성하는 단계는 상온(25℃)~700℃ 범위의 증착온도 범위에서 실시되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 박막 태양전지는, 기판; 상기 기판 위에 형성된 앞에서 설명된 후면반사막들 중에서 선택된 어느 하나의 후면반사막; 및 상기 후면반사막 위에 형성된 적어도 하나 이상의 n-p 접합구조 또는 n-i-p 접합구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 후면반사막의 표면조도를 향상시킴으로써, 후면반사막에서의 가시광 및 장파장 영역의 산란 반사도를 높일 수 있으며, 최종적으로 박막 태양전지의 광포획도를 높여서 변환효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 종래에 후면반사막의 재료로 사용되던 고가 재료인 은의 사용량을 줄임으로써, 전체 박막 태양전지의 제조비용을 낮출 수 있는 효과가 있다.
나아가, 종래의 후면반사막에 비하여 낮은 제조온도에서도 높은 표면조도를 형성할 수 있으며, 얇은 두께로도 종래에 비하여 유사 또는 뛰어난 반사효율을 나타낸다.
도 1은 후면반사막의 재질에 따른 표면조도를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 후면반사막 재질에 따른 산란 반사특성을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 실시예에 따른 Si이 도핑된 알루미늄으로 구성된 후면반사막의 증착온도에 따른 표면조도를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 후면반사막의 산란반사 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 후면반사막의 재질에 따른 표면조도를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 후면반사막 재질에 따른 산란 반사특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 후면반사막을 포함하는 단일층의 박막 태양전지의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 8은 일반적인 하판형 단일층 박막 태양전지의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 9는 평탄한 후면반사막과 표면 조직화된 후면반사막의 위에 각각 박막 태양전지를 형성한 모습을 나타내는 사진이다.
도 10은 종래에 은을 증착한 후면 반사막의 표면형상과 표면조도 및 반사특성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 후면반사막 재질에 따른 산란 반사특성을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 실시예에 따른 Si이 도핑된 알루미늄으로 구성된 후면반사막의 증착온도에 따른 표면조도를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 후면반사막의 산란반사 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 후면반사막의 재질에 따른 표면조도를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 후면반사막 재질에 따른 산란 반사특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 후면반사막을 포함하는 단일층의 박막 태양전지의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 8은 일반적인 하판형 단일층 박막 태양전지의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 9는 평탄한 후면반사막과 표면 조직화된 후면반사막의 위에 각각 박막 태양전지를 형성한 모습을 나타내는 사진이다.
도 10은 종래에 은을 증착한 후면 반사막의 표면형상과 표면조도 및 반사특성을 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 실시예를 통해서 본 발명을 상세히 설명한다.
먼저 본 발명의 실시예에서는 기판 위에 알루미늄층을 증착하되, Si을 도핑하여 알루미늄층의 수직방향 성장을 강화하는 방법으로 후면 반사막을 형성한다.
알루미늄층을 증착하는 기판은 유리, 금속 또는 플라스틱 재질 등 모든 종류의 기판을 사용할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.
한편, 유리 또는 플렉서블한 플라스틱 재질의 기판을 사용하는 경우에는, 기판과 알루미늄 또는 은 재질의 후면반사막 사이에 접착력을 높이기 위하여, 기판의 표면에 Cr, Ni, Ni-Cr 등을 증착하여 접착층(adhesive layer)을 형성할 수 있다. 이러한 접착층을 형성하는 기술은 일반인 사항이므로 자세한 설명은 생략한다.
기판 위에 Si가 도핑된 알루미늄층을 증착하는 방법은 특별히 한정되지 않고 다양한 방법을 선택할 수 있으며, 스퍼터링에 의한 방법과 증발법이 대표적이다.
스퍼터링에 의한 방법은 Al 타겟과 Si 타겟을 소스로 하여 동시 스퍼터링(co-sputtering)하거나, Si가 도핑된 Al:Si 타겟을 소스로 하여 스퍼터링할 수 있다. 또한 발생된 플라즈마를 영구자석의 자속으로 집진하여 기판에 증착하는 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)을 사용할 수 있으며, 마그네트론 스퍼터링은 DC 마그네트론 스퍼터링과 RF 마그네트론 스퍼터링을 모두 사용할 수 있다.
스퍼터링에 의한 증착의 공정조건은 증착압력이 0.1mTorr~100mTorr의 범위이고, 증착온도는 상온(25℃)~700℃의 범위이며, 증착파워밀도는 0.5W/㎠~100W/㎠의 범위이다. 마지막으로 Si가 도핑된 알루미늄층의 증착두께는 10㎚~1㎛의 범위이다.
증발법에 의한 방법은 Al금속과 Si금속을 소스로 하여 동시 증발시켜 기판에 증착하거나, Si가 도핑된 Al:Si금속을 소스로 하여 증발시켜서 기판에 증착할 수 있다. 금속을 증발시키는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 전자빔 증발법(e-beam evaporation)이나 열증발법(thermal evaporation)을 모두 사용할 수 있다.
증발법에 의한 증착의 공정조건은 증착압력이 1mTorr 이하이고, 증착온도는 상온(25℃)~700℃의 범위며, Si가 도핑된 알루미늄층의 증착두께는 10㎚~1㎛의 범위이다.
본 발명의 다른 실시예에서는 Si가 도핑된 알루미늄층의 위에 은 코팅층을 증착하여 후면반사막의 반사율을 높인다.
Si가 도핑된 알루미늄층의 위에 은 코팅층을 증착하는 방법은 특별히 한정되지 않고 다양한 방법을 선택할 수 있으며, 스퍼터링에 의한 방법과 증발법을 대표적으로 적용할 수 있다. 특히 Si가 도핑된 알루미늄층을 증착하는 방법과 동일한 방법으로 은 코팅층을 형성하는 경우에는 인-시츄(in-situ)로 Si가 도핑된 알루미늄층과 은 코팅층을 순차 증착하여 후면반사막을 형성할 수 있다.
스퍼터링에 의한 방법은 Ag 타겟을 소스로 하여 마그네트론 스퍼터링을 사용하며, 마그네트론 스퍼터링은 DC 마그네트론 스퍼터링과 RF 마그네트론 스퍼터링을 모두 사용할 수 있다.
스퍼터링에 의한 증착의 공정조건은 증착압력이 0.1mTorr~100mTorr의 범위이고, 증착온도는 상온(25℃)~700℃의 범위이며, 증착파워밀도는 0.5W/㎠~100W/㎠의 범위이다. 마지막으로 은 코팅층의 증착두께는 10㎚~1㎛의 범위이다.
증발법에 의한 방법은 Ag금속 소스를 증발시켜서 기판에 증착하며, 금속을 증발시키는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 전자빔 증발법이나 열증발법을 모두 사용할 수 있다.
증발법에 의한 증착의 공정조건은 증착압력이 1mTorr 이하이고, 증착온도는 상온(25℃)~700℃의 범위며, 은 코팅층의 증착두께는 10㎚~1㎛의 범위이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 Si가 도핑된 알루미늄층 위 또는 은 코팅층의 위에 투명전도막을 증착하여 후면반사막의 확산방지층으로 이용한다.
투명전도막(TCO)은 산화인듐(indium oxide, InO), 산화아연(zinc oxide, ZnO), 산화주석(tin oxide, SnO)과 같은 진성의 금속산화물과 인듐주석산화물(ITO, indium tin oxide), 알루미늄도핑 산화아연(ZnO:Al), 붕소도핑 산화아연(ZnO:B), 갈륨도핑 산화아연(ZnO:Ga), 불소도핑 산화주석(SnO:F)과 같은 금속이 도핑된 금속산화물에서 선택될 수 있다. 이러한 투명전도막을 증착하는 방법은 특별히 한정되지 않고 다양한 방법을 선택할 수 있으며, 물리적 증착법 또는 화학적 증착법을 모두 사용할 수 있다.
상기한 실시예에 의해서 형성된 Si이 도핑된 알루미늄층으로 구성된 후면반사막이 나타내는 특성을 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 후면반사막의 재질에 따른 표면조도를 나타내는 도면이다. (a)와 (b)는 종래의 은과 알루미늄을 증착한 후면반사막의 표면조도를 나타내고, (c)는 본 실시예의 Si이 도핑된 알루미늄을 증착한 후면반사막의 표면조도이며, 모두 500℃의 증착온도와 1mTorr의 증착압력에서 증착을 실시하였다.
도시된 것과 같이 순수한 은과 알루미늄이 각각 46.64㎚와 69.23㎚의 표면조도를 나타내는 것에 비하여, Si이 도핑된 알루미늄은 95.01㎚의 높은 표면조도를 나타내고 있다.
도 2는 도 1의 후면반사막 재질에 따른 산란 반사특성을 나타내는 그래프이다.
이에 따르면 본 실시예에 따른 Si이 도핑된 알루미늄이 700㎚이상의 장파장 빛에 대한 산란반사 특성이 특히 뛰어난 것을 확인할 수 있으며, 표면조도가 높아질수록 장파장 영역의 산란 반사특성이 향상된다는 것과 일치하는 결과이다.
도 3은 본 실시예에 따른 Si이 도핑된 알루미늄으로 구성된 후면반사막의 증착온도에 따른 표면조도를 나타내는 도면이다.
이에 따르면 상온(25℃)에서 500℃까지 증착온도가 올라갈수록 표면조도가 높아지는 것을 확인할 수 있다. 이는 증착온도가 높을수록 결정성장속도가 빨라지므로, Si 도핑에 의한 수직방향 결정성의 강화효과가 두드러지기 때문인 것으로 판단된다.
도 4는 도 3의 후면반사막의 산란반사 특성을 나타내는 그래프이다.
증착온도가 올라갈수록 장파장에서의 산란 반사특성이 좋아지는 것을 확인할 수 있으며, 표면조도가 높아질수록 장파장 영역의 산란 반사특성이 향상된다는 것과 일치하는 결과이다.
이러한 결과에서 본 실시예의 Si이 도핑된 알루미늄층과 순수한 은과 알루미늄층을 비교하면, 증착온도가 동일할 때 본 실시예의 Si이 도핑된 알루미늄층의 표면조도가 가장 높은 것을 확인할 수 있다.
그리고 표면조도는 장파장 영역의 산란 반사특성과 연관이 되므로, 동일한 증착온도에서 증착을 실시하는 경우에 본 실시예의 Si이 도핑된 알루미늄층이 나타내는 장파장 영역의 산란 반사특성이 가장 뛰어나다.
도 5는 후면반사막의 재질에 따른 표면조도를 나타내는 도면이다. (a)는 종래의 은을 증착한 후면반사막의 표면조도를 나타내고, (b)는 본 실시예의 Si이 도핑된 알루미늄층의 위에 은 코팅층을 증착한 후면반사막의 표면조도이다. 이들은 모두 500℃의 증착온도와 1mTorr의 증착압력에서 증착을 실시하였으며, (a)는 은을 300㎚의 두께로 증착하였고, (b)는 Si이 도핑된 알루미늄층을 200㎚ 두께로 증착하고 그 위에 은 코팅층을 100㎚의 두께로 증착하였다.
본 실시예의 Si이 도핑된 알루미늄층의 위에 은 코팅층을 증착한 후면반사막의 표면조도가 은만을 증착한 후면반사막의 표면조도에 비하여 높은 값을 갖는 것을 확인할 수 있으며, 이는 Si이 도핑된 알루미늄층의 표면형상이 은 코팅층의 표면형상까지 영향을 미치기 때문이다.
도 6은 도 5의 후면반사막 재질에 따른 산란 반사특성을 나타내는 그래프이다.
본 실시예의 Si이 도핑된 알루미늄층의 위에 은 코팅층을 증착한 후면반사막이 500㎚이상의 파장영역에서 더 뛰어난 산란 반사특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이는 표면조도가 높아질수록 가시광 및 장파장 영역의 산란 반사특성이 향상된다는 것과 일치하는 결과이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 후면반사막을 포함하는 단일층의 박막 태양전지의 구조를 나타내는 모식도이다.
본 실시예는 기판(10)위에 도핑된 알루미늄층(22), 은 코팅층(23) 및 투명전도막(24)을 순차로 증착된 후면반사막(20)을 포함한다.
본 실시예의 박막 태양전지는 기판(10)의 반대쪽에서 태양광이 입사하는 하판형이므로 기판(10)의 재질에는 제한이 없으며, 투명한 유리 재질 이외에도 불투명한 금속이나 플라스틱 재질을 모두 사용할 수 있다.
도핑된 알루미늄층(22)은 증착과정에서 도핑된 불순물의 작용에 의하여 수직방향의 성장이 강화되어 표면조도가 크며, 은 코팅층(23)은 알루미늄보다 반사율이 높은 은을 코팅하여 반사효율을 높인다. 투명전도막(24)은 은 코팅층(23)과 실리콘층 사이의 확산에 의한 태양전지의 성능저하를 방지한다.
후면반사막(20)의 위로는 n형 수소화 실리콘막(32), i형 수소화 실리콘막(34) 및 p형 수소화 실리콘막(36)이 순차로 적층된 n-i-p 접합구조(30)가 위치한다.
본 실시예에서는 하나의 n-i-p 접합구조(30)를 갖는 단일층의 박막 태양전지에 대한 것이나, 2이상의 n-i-p 접합구조 또는 n-p 접합구조를 갖는 다중접합 형으로 구성할 수도 있다.
n-i-p 접합구조(30)의 위에는 입사하는 태양광의 반사를 방지하고 전면전극의 역할을 하는 전면투명전도막(40)을 형성한다.
박막태양전지는 기판(10) 위에 형성된 도핑된 알루미늄층(22)의 표면형상이 그 위에 형성된 모든 층들의 표면형상에 영향을 미치며, 최종적으로 전면투명전도막(40)의 표면형상에도 텍스처링이 형성되어 입사광의 반사를 최소화할 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10, 100: 기판 20, 200: 후면반사막
22: 도핑된 알루미늄층 23: 은 코팅층
24, 240: 투명전도막 30, 300: n-i-p 접합구조
32, 320: n형 수소화 실리콘막 34, 340: i형 수소화 실리콘막
36, 360: p형 수소화 실리콘막 40, 400: 전면투명전도막
220: 금속층
22: 도핑된 알루미늄층 23: 은 코팅층
24, 240: 투명전도막 30, 300: n-i-p 접합구조
32, 320: n형 수소화 실리콘막 34, 340: i형 수소화 실리콘막
36, 360: p형 수소화 실리콘막 40, 400: 전면투명전도막
220: 금속층
Claims (18)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 하판형 박막 태양전지에서 기판과 광흡수층의 사이에 위치하는 후면반사막으로서,
상기 기판 위에 형성되고, Si, O, Cu 및 Pt 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질이 도핑된 알루미늄층과;
상기 도핑된 알루미늄층의 표면에 형성된 은 코팅층을 포함하여 구성되며,
상기 도핑된 알루미늄층은 도핑된 불순물에 의해 수직방향의 결정성장이 강화된 것을 특징으로 하는 박막 태양전지용 후면반사막. - 청구항 4에 있어서,
상기 은 코팅층의 두께가 10㎚~1㎛인 것을 특징으로 하는 박막 태양전지용 후면반사막. - 청구항 4에 있어서,
상기 은 코팅층의 표면에 투명전도막이 형성된 것을 특징으로 하는 박막 태양전지용 후면반사막. - 기판을 준비하는 단계;
상기 기판의 표면에 Si, O, Cu 및 Pt 중에서 선택된 적어도 하나이상의 물질이 도핑된 알루미늄층을 형성하는 단계; 및
상기 도핑된 알루미늄층 위에 은 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 도핑된 알루미늄층을 형성하는 단계에서 상기 도핑된 불순물에 의하여 상기 도핑된 알루미늄층의 수직방향 결정성장이 강화되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지용 후면반사막 형성방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 도핑된 알루미늄층을 형성하는 단계가, DC 마그네트론 스퍼터링 또는 RF 마그네트론 스퍼터링의 방법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지용 후면반사막 형성방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 도핑된 알루미늄층을 형성하는 단계가, 전자빔 증발법 또는 열증발법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지용 후면반사막 형성방법. - 삭제
- 삭제
- 청구항 7에 있어서,
상기 은 코팅층을 형성하는 단계가, DC 마그네트론 스퍼터링 또는 RF 마그네트론 스퍼터링의 방법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지용 후면반사막 형성방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 은 코팅층을 형성하는 단계가, 전자빔 증발법 또는 열증발법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지용 후면반사막 형성방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 은 코팅층을 형성하는 단계 뒤에, 상기 은 코팅층 위에 투명전도막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지용 후면반사막 형성방법. - 청구항 8 또는 청구항 12에 있어서,
상기 DC 마그네트론 스퍼터링 또는 RF 마그네트론 스퍼터링이 0.1~100mTorr의 압력 범위 및 0.5~100W/㎠의 증착파워밀도 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지용 후면반사막 형성방법. - 청구항 9 또는 청구항 13에 있어서,
상기 전자빔 증발법 또는 열증발법이 1mTorr 이하의 압력에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지용 후면반사막 형성방법. - 청구항 8, 청구항 9, 청구항 12 및 청구항 13 중에 어느 한 항에 있어서,
증착온도가 상온(25℃)~700℃ 범위인 것을 특징으로 하는 박막 태양전지용 후면반사막 형성방법. - 기판;
상기 기판 위에 형성된 청구항 4 내지 청구항 6 중에서 선택된 어느 하나의 후면반사막; 및
상기 후면반사막 위에 형성된 적어도 하나 이상의 n-p 접합구조 또는 n-i-p 접합구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.
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