KR101303863B1 - Solar cell using nano-structure and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

나노 구조체를 광 흡수층으로 사용하는 고효율 태양 전지 및 이의 제조 방법을 제공한다. 태양 전지는 서로간 거리를 두고 이격 배치되는 제1 전극 및 제2 전극과, 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성되는 광 흡수층을 포함한다. 광 흡수층은 제1 전극과 제2 전극 사이에 무작위로 배치되고 태양 광에 의해 전자-정공 쌍을 생성하는 나노 와이어들과, 나노 와이어들 사이에 배치되며 플라스몬 진동(plasmonic oscillation)에 의해 나노 와이어들로 태양 광을 집중시키는 나노 입자들을 포함한다.Provided are a high efficiency solar cell using the nanostructure as a light absorbing layer and a method of manufacturing the same. The solar cell includes a first electrode and a second electrode spaced apart from each other, and a light absorbing layer formed between the first electrode and the second electrode. The light absorbing layer is randomly disposed between the first electrode and the second electrode and nanowires which generate electron-hole pairs by solar light, and nanowires disposed between the nanowires and by plasmonic oscillation. With nanoparticles that concentrate sunlight.

Description

나노 구조체를 이용한 태양 전지 및 이의 제조 방법 {SOLAR CELL USING NANO-STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Solar cell using nano structure and manufacturing method thereof {SOLAR CELL USING NANO-STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 태양 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나노 구조체를 광 흡수층으로 사용하는 고효율 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell, and more particularly, to a high efficiency solar cell using a nanostructure as a light absorbing layer and a manufacturing method thereof.

최근 들어 화석 연료의 대체 에너지원으로서 태양 에너지, 풍력, 조력, 및 지열 등을 이용하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이 가운데 태양 에너지와 관련된 태양 전지는 광 기전력 효과를 이용하여 태양의 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 소자이다.Recently, researches using solar energy, wind power, tidal power, and geothermal energy as alternative energy sources of fossil fuels have been actively conducted. Among them, solar cells related to solar energy are devices that convert light energy of the sun into electrical energy using the photovoltaic effect.

태양 전지는 기본적으로 반도체의 p-n 접합 원리를 이용한다. 반도체에 태양 광이 입사하면 p-n 접합부에서 전자-정공 쌍이 생성되고, p-n 접합부에 형성된 전기장에 의해 전자와 정공이 각각 n층과 p층으로 분리된다. 전자는 제1 전극으로 수집되고, 정공은 제2 전극으로 수집되며, 제1 전극과 제2 전극에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 된다.Solar cells basically use the p-n junction principle of semiconductors. When sunlight enters the semiconductor, electron-hole pairs are generated at the p-n junction, and electrons and holes are separated into n- and p-layers, respectively, by the electric field formed at the p-n junction. Electrons are collected by the first electrode, holes are collected by the second electrode, and a current flows when a load is connected to the first electrode and the second electrode.

태양 전지에는 광 흡수층(또는 광전 변환층)으로 실리콘을 이용하는 실리콘 태양 전지와, CIS(Cu, In, Se), CIGS(Cu, In, Ga, Se), CdTe 등의 화합물을 이용하는 화합물 반도체 태양 전지와, 광합성 원리를 이용한 염료 감응형 태양 전지 등이 있다. 태양 전지 개발의 주요 이슈는 광전 변환 효율을 높이고 제조 비용을 낮추는 것이다.In the solar cell, a silicon solar cell using silicon as a light absorbing layer (or photoelectric conversion layer), and a compound semiconductor solar cell using a compound such as CIS (Cu, In, Se), CIGS (Cu, In, Ga, Se), CdTe, etc. And dye-sensitized solar cells using the photosynthesis principle. The main issue in solar cell development is to increase photoelectric conversion efficiency and lower manufacturing costs.

본 발명은 나노 구조체의 플라스몬 상호 작용을 이용하여 광 흡수층의 광전 변환 효율을 높이고, 전체 구조를 단순화하여 제조 비용을 낮출 수 있는 고효율 태양 전지 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.The present invention is to provide a high efficiency solar cell and a method for manufacturing the same, which can increase the photoelectric conversion efficiency of the light absorbing layer by using the plasmon interaction of the nanostructure, and simplify the overall structure to lower the manufacturing cost.

본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지는 서로간 거리를 두고 이격 배치되는 제1 전극 및 제2 전극과, 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성되는 광 흡수층을 포함한다. 광 흡수층은 제1 전극과 제2 전극 사이에 무작위로 배치되고 태양 광에 의해 전자-정공 쌍을 생성하는 나노 와이어들과, 나노 와이어들 사이에 배치되며 플라스몬 진동(plasmonic oscillation)에 의해 나노 와이어들로 태양 광을 집중시키는 나노 입자들을 포함한다.The solar cell according to an embodiment of the present invention includes a first electrode and a second electrode spaced apart from each other, and a light absorbing layer formed between the first electrode and the second electrode. The light absorbing layer is randomly disposed between the first electrode and the second electrode and nanowires which generate electron-hole pairs by solar light, and nanowires disposed between the nanowires and by plasmonic oscillation. With nanoparticles that concentrate sunlight.

제1 전극과 제2 전극은 투명 기판의 일면에 나란히 형성될 수 있다. 제1 전극은 n형의 전도성을 가져 전자를 수집하고, 제2 전극은 p형의 전도성을 가져 정공을 수집할 수 있다.The first electrode and the second electrode may be formed side by side on one surface of the transparent substrate. The first electrode has an n-type conductivity to collect electrons, and the second electrode has a p-type conductivity to collect holes.

나노 와이어들은 실리콘카바이드(SiC), 실리콘(Si), 아연산화물(ZnO), 인듐산화물(In2O3), 주석산화물(SnO2), 티타늄산화물(TiO2), 및 갈륨비소(GaAs)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. Nanowires are silicon carbide (SiC), silicon (Si), zinc oxide (ZnO), indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), and gallium arsenide (GaAs) It may include at least one selected from the group consisting of.

나노 입자들은 나노 와이어들 사이에 무작위로 배치되며, 은(Ag), 금(Au), 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 나노 입자들은 광 흡수층 표면적의 5% 이상 10% 이하의 밀도로 형성될 수 있다.Nanoparticles are randomly disposed between the nanowires, and may include at least one selected from the group consisting of silver (Ag), gold (Au), and aluminum (Al). The nanoparticles may be formed at a density of 5% or more and 10% or less of the light absorbing layer surface area.

제1 전극과 제2 전극 및 광 흡수층은 태양 광이 입사하는 투명 기판의 전면(前面)에 형성되고, 투명 기판의 후면(後面)에 반사 전극층이 형성될 수 있다. 반사 전극층은 도전 연결부에 의해 제1 전극과 제2 전극 중 어느 한 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.The first electrode, the second electrode, and the light absorbing layer may be formed on the front surface of the transparent substrate on which the sunlight is incident, and the reflective electrode layer may be formed on the rear surface of the transparent substrate. The reflective electrode layer may be electrically connected to any one of the first electrode and the second electrode by the conductive connector.

제1 전극과 제2 전극 및 광 흡수층이 전지 셀을 구성하고, 전지 셀은 복수개로 구성되어 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.The first electrode, the second electrode, and the light absorbing layer constitute a battery cell, and the battery cells may be configured in plural and connected in series or in parallel with each other.

본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 투명 기판의 일면에 서로 이격된 제1 전극과 제2 전극 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 나노 입자들을 형성하는 단계와, 용매에 나노 와이어들이 분산된 분산 용액을 제조하는 단계와, 제1 전극과 제2 전극 사이에 분산 용액을 적하한 후 제1 전극과 제2 전극에 전압을 인가하여 나노 와이어들을 배치하는 단계와, 분산 용액 중 용매 성분을 제거하여 나노 와이어들과 나노 입자들로 구성된 광 흡수층을 형성하는 단계를 포함한다.According to one or more exemplary embodiments, a method of manufacturing a solar cell includes: forming nanoparticles positioned on a surface of a transparent substrate, the first electrode and the second electrode spaced apart from each other, and the first and second electrodes; Preparing a dispersion solution in which nanowires are dispersed in a solvent, dropping the dispersion solution between the first electrode and the second electrode, and then applying the voltage to the first electrode and the second electrode to arrange the nanowires; Removing the solvent component in the dispersion solution to form a light absorbing layer composed of nanowires and nanoparticles.

제1 전극과 제2 전극 및 나노 입자들은 각각 금속막 증착과 포토리소그래피 공정을 거쳐 형성될 수 있다. 용매는 에탄올을 포함하고, 분산 용액은 초음파 처리되어 나노 와이어들을 균일하게 분산시킬 수 있다.The first electrode, the second electrode, and the nanoparticles may be formed through metal film deposition and photolithography, respectively. The solvent may comprise ethanol and the dispersion solution may be sonicated to uniformly disperse the nanowires.

나노 와이어들은 제1 전극과 제2 전극의 전압 인가에 따른 유전영동 힘에 의해 제1 전극과 제2 전극 사이에 무작위로 고정 배치될 수 있다.The nanowires may be randomly disposed between the first electrode and the second electrode by the electrophoretic force according to the voltage application of the first electrode and the second electrode.

제1 전극과 제2 전극 및 광 흡수층은 투명 기판의 전면에 형성될 수 있다. 태양 전지의 제조 방법은 투명 기판의 후면에 반사 전극층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The first electrode, the second electrode, and the light absorbing layer may be formed on the entire surface of the transparent substrate. The method of manufacturing a solar cell may further include forming a reflective electrode layer on a rear surface of the transparent substrate.

본 실시예의 태양 전지는 나노미터 스케일의 광 흡수층을 포함하므로 최소화된 블록으로 제작될 수 있고, 전체 구조를 단순화하여 나노 와이어들을 무작위로 배치하여 제조 비용을 크게 낮출 수 있다. 또한, 본 실시예의 태양 전지는 외광 반사를 억제하기 위한 반사 방지 코팅이 필요하지 않으므로 전체 두께를 효과적으로 줄일 수 있다.Since the solar cell of the present embodiment includes a nanometer-scale light absorbing layer, the solar cell can be manufactured in a minimized block, and the manufacturing structure can be greatly reduced by randomly arranging nanowires by simplifying the overall structure. In addition, the solar cell of the present embodiment does not need an antireflective coating for suppressing external light reflection, so that the overall thickness can be effectively reduced.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양 전지의 개략도이다.
도 2는 실시예의 태양 전지와 비교예의 태양 전지 각각에서 전압-광전류 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 실시예에 따른 태양 전지에서 암전류와 광전류 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양 전지의 개략 단면도이다.
도 5와 도 6은 각각 도 1에 도시한 태양 전지를 직렬로 연결한 경우와 병렬로 연결한 경우를 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 과정을 나타낸 개략도이다.1 is a schematic diagram of a solar cell according to a first embodiment of the present invention.
2 is a graph showing voltage-photocurrent characteristics in each of the solar cell of Example and the solar cell of Comparative Example.
3 is a graph showing the dark current and photocurrent characteristics in the solar cell according to the present embodiment.
4 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to a second embodiment of the present invention.
5 and 6 are schematic diagrams illustrating a case where the solar cells shown in FIG. 1 are connected in series and in parallel, respectively.
7 is a process flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
8 is a schematic view showing a manufacturing process of a solar cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양 전지의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a solar cell according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 제1 실시예의 태양 전지(100)는 제1 전극(10)과, 제1 전극(10)과 이격 배치된 제2 전극(20)과, 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 배치된 광 흡수층(30)을 포함한다. 광 흡수층(30)은 나노 와이어들(31)과 나노 입자들(32)로 구성된 나노 구조체로 이루어진다.Referring to FIG. 1, the solar cell 100 of the first embodiment includes a first electrode 10, a second electrode 20 spaced apart from the first electrode 10, a first electrode 10, and a first electrode 10. It includes a light absorbing layer 30 disposed between the two electrodes (20). The light absorbing layer 30 is formed of a nanostructure composed of nanowires 31 and nanoparticles 32.

제1 전극(10)과 제2 전극(20)은 같은 기판 상에 나란히 형성된다. 예를 들어, 투명 기판(40)이 준비되고, 투명 기판(40)의 일면에 제1 전극(10)과 제2 전극(20)이 서로간 거리를 두고 나란히 배치될 수 있다. 그리고 광 흡수층(30)은 투명 기판(40)의 일면에서 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 배치된다.The first electrode 10 and the second electrode 20 are formed side by side on the same substrate. For example, the transparent substrate 40 may be prepared, and the first electrode 10 and the second electrode 20 may be disposed side by side at a distance from each other on one surface of the transparent substrate 40. The light absorbing layer 30 is disposed between the first electrode 10 and the second electrode 20 on one surface of the transparent substrate 40.

제1 전극(10)은 n형의 전도성을 가질 수 있으며, 제2 전극(20)은 p형의 전도성을 가질 수 있다. 이로써 광 흡수층(30)에서 태양 광에 의해 전자-정공 쌍이 생성되면, 생성된 전자는 제1 전극(10)으로 이동하여 제1 전극(10)에 수집되고, 정공은 제2 전극(20)으로 이동하여 제2 전극(20)에 수집된다.The first electrode 10 may have an n-type conductivity, and the second electrode 20 may have a p-type conductivity. As a result, when the electron-hole pair is generated by the sunlight in the light absorbing layer 30, the generated electrons move to the first electrode 10 and are collected at the first electrode 10, and the holes are transferred to the second electrode 20. Is moved and collected by the second electrode 20.

예를 들어, 제1 전극(10)은 전자를 수집하기 위해 일함수가 작은 알루미늄(Al) 등으로 형성될 수 있고, 제2 전극(20)은 정공을 수집하기 위해 일함수가 큰 백금(Pt) 등으로 형성될 수 있다.For example, the first electrode 10 may be formed of aluminum (Al) having a small work function to collect electrons, and the second electrode 20 may be formed of platinum (Pt) having a large work function to collect holes. ) And the like.

광 흡수층(30)은 태양 광을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하는 광 발전층으로 기능한다. 광 흡수층(30)은 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)과 접하며 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에서 무작위로 배치되는 나노 와이어들(31)과, 나노 와이어들(31) 사이에 배치되는 나노 입자들(32)로 구성된다.The light absorbing layer 30 functions as a photovoltaic layer that absorbs sunlight to generate electron-hole pairs. The light absorbing layer 30 is in contact with the first electrode 10 and the second electrode 20 and nanowires 31 randomly disposed between the first electrode 10 and the second electrode 20, and the nanowires. Nanoparticles 32 disposed between the fields 31.

나노 와이어들(31)은 나노미터 스케일의 폭과 길이를 가지며, 나노 입자들(32) 또한 나노미터 스케일의 크기를 가진다. 이때 나노미터 스케일은 1nm 이상 1,000nm 미만의 범위에 속하는 크기를 의미한다.The nanowires 31 have a width and length on the nanometer scale, and the nanoparticles 32 also have a size on the nanometer scale. In this case, the nanometer scale means a size that falls in the range of 1 nm or more and less than 1,000 nm.

구체적으로, 나노 와이어들(31)이 태양 광을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하고, 나노 입자들(32)은 플라스몬 진동(plasmonic oscillation)에 의해 태양 광을 증폭시켜 나노 와이어들(31)로 태양 광을 집중시킨다.Specifically, the nanowires 31 absorb the sunlight to generate electron-hole pairs, and the nanoparticles 32 amplify the sunlight by plasmonic oscillation to thereby amplify the nanowires 31. To focus the sunlight.

나노 와이어들(31)은 실리콘카바이드(SiC), 실리콘(Si), 아연산화물(ZnO), 인듐산화물(In2O3), 주석산화물(SnO2), 티타늄산화물(TiO2), 및 갈륨비소(GaAs) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 나노 와이어들(31)은 전술한 아연산화물, 인듐산화물, 주석산화물, 및 티타늄산화물 이외의 다른 금속 산화물로도 형성될 수 있다.The nanowires 31 are silicon carbide (SiC), silicon (Si), zinc oxide (ZnO), indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), and gallium arsenide It may include at least one of (GaAs). In addition, the nanowires 31 may be formed of metal oxides other than zinc oxide, indium oxide, tin oxide, and titanium oxide.

나노 입자들(32)은 금속 입자들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 나노 입자들(32)은 은(Ag), 금(Au), 및 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The nanoparticles 32 may be made of metal particles. For example, the nanoparticles 32 may include at least one of silver (Ag), gold (Au), and aluminum (Al).

나노 와이어들(31)은 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에서 무작위로 배치되나, 서로간 접촉을 통해 전기적으로 연결된다. 즉 나노 와이어들(31)은 서로 교차하는 구조를 이루어 서로 접촉함으로써 전기적으로 연결된 하나의 광 흡수층(30)을 구성한다. 나노 입자들(32) 또한 나노 와이어들(31) 사이에서 무작위로 배치될 수 있다.The nanowires 31 are randomly disposed between the first electrode 10 and the second electrode 20, but are electrically connected to each other through contact with each other. That is, the nanowires 31 have a structure that intersects each other to form one light absorbing layer 30 that is electrically connected to each other. Nanoparticles 32 may also be randomly placed between nanowires 31.

나노 와이어들(31)의 일부는 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)과 접하여 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)과 전기적으로 연결된다. A portion of the nanowires 31 is in contact with the first electrode 10 and the second electrode 20 and electrically connected to the first electrode 10 and the second electrode 20.

나노 입자들(32)은 태양으로부터 광 흡수층(30)을 향하는 자유 진행 평면파를 결합 및 포획하는 서브파장 산란 부재(subwavelength scattering element)로 기능한다. 즉 나노 입자들(32)은 태양 광에 의해 주로 쌍극자 진동을 유발하는 플라스몬 진동(plasmonic oscillation)을 발생시키는데, 쌍극자 진동의 복사(radiation) 패턴은 대부분 나노 와이어들(31) 사이의 자유 공간보다 나노 와이어들(31)로 확장된다.Nanoparticles 32 function as a subwavelength scattering element that combines and captures a free traveling plane wave from the sun towards the light absorbing layer 30. That is, the nanoparticles 32 generate plasmonic oscillation, which is mainly caused by solar light, and causes dipole vibrations. Radiation patterns of the dipole vibrations are mostly larger than the free space between the nanowires 31. It extends into the nanowires 31.

따라서 나노 입자들(32)은 태양 광을 모으고 집중시키는 작용을 하며, 나노 와이어들(31) 내부로 밀집된 광학 패스를 생성한다. 본 실시예의 태양 전지(100)는 이러한 나노 와이어들(31)과 나노 입자들(32) 사이의 플라스몬 상호 작용을 이용하여 양자 수율을 높이며, 광 흡수층(30)의 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.Thus, the nanoparticles 32 act to collect and concentrate sunlight, creating a dense optical path into the nanowires 31. The solar cell 100 of the present embodiment can increase the quantum yield by using the plasmon interaction between the nanowires 31 and the nanoparticles 32 and can improve the photoelectric conversion efficiency of the light absorbing layer 30. have.

광 흡수층(30)에서 나노 입자들(32)은 광 흡수층(30) 표면적의 5% 내지 10%의 밀도로 형성될 수 있다. 나노미터 크기 입자의 광산란 면적은 실제 입자의 면적보다 10배로 증가한다. 따라서 나노 입자들(32)의 밀도를 10%로 설정하면 광 흡수층(30)에 입사하는 모든 태양광을 채집할 수 있으므로, 나노 입자들(32)의 밀도를 10%보다 크게 설정할 필요가 없다. 한편, 나노 입자들(32)의 밀도가 5% 미만이면 광 흡수층(30)의 태양광 채집율이 저하될 수 있다.The nanoparticles 32 in the light absorbing layer 30 may be formed at a density of 5% to 10% of the surface area of the light absorbing layer 30. The light scattering area of nanometer-sized particles increases by 10 times the area of actual particles. Therefore, if the density of the nanoparticles 32 is set to 10%, all the sunlight incident on the light absorbing layer 30 can be collected, so that the density of the nanoparticles 32 need not be set higher than 10%. Meanwhile, when the density of the nanoparticles 32 is less than 5%, the solar collection rate of the light absorbing layer 30 may decrease.

본 실시예의 태양 전지(100)는 나노미터 스케일의 광 흡수층(30)을 포함하므로 최소화된 블록으로 제작될 수 있고, 하나의 투명 기판(40) 위에 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 및 광 흡수층(30) 모두를 형성함에 따라 전체 구조를 단순화하여 제조 비용을 낮출 수 있다.Since the solar cell 100 of the present embodiment includes a light absorbing layer 30 on a nanometer scale, the solar cell 100 may be manufactured in a minimized block, and the first electrode 10 and the second electrode 20 on one transparent substrate 40. ) And the light absorbing layer 30 can be simplified to lower the manufacturing cost by simplifying the overall structure.

더욱이 나노 와이어들(31)의 무작위적인 배치로 인해 태양 전지(100)의 제조 비용을 크게 낮출 수 있으며, 외광 반사를 억제하기 위한 반사 방지 코팅이 필요하지 않으므로 태양 전지(100)의 두께를 효과적으로 줄일 수 있다.Moreover, the random placement of the nanowires 31 can significantly reduce the manufacturing cost of the solar cell 100 and effectively reduce the thickness of the solar cell 100 since no antireflective coating is required to suppress external light reflection. Can be.

도 2는 실시예의 태양 전지와 비교예의 태양 전지 각각에서 전압-광전류 특성을 나타낸 그래프이다. 도 2에서 실시예의 태양 전지는 광 흡수층이 나노 와이어들과 나노 입자들로 구성된 경우이고, 비교예의 태양 전지는 광 흡수층이 나노 와이어들로만 구성된 경우이다.2 is a graph showing voltage-photocurrent characteristics in each of the solar cell of Example and the solar cell of Comparative Example. In the solar cell of the embodiment of Figure 2 is a case where the light absorbing layer is composed of nanowires and nanoparticles, the solar cell of the comparative example is a case where the light absorbing layer is composed of only nanowires.

도 2를 참고하면, 실시예의 태양 전지가 비교예의 태양 전지보다 대략 50% 증가된 광전류(photocurrent) 특성을 나타냄을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 나노 입자들이 플라스몬 진동에 의해 나노 와이어들로 태양 광을 집중시켜 광 흡수층의 흡광도를 높인 것에 기인한다.Referring to FIG. 2, it can be seen that the solar cell of the example exhibits about 50% increased photocurrent characteristics than the solar cell of the comparative example. This result is due to the fact that the nanoparticles concentrate solar light on the nanowires by plasmon vibration, thereby increasing the absorbance of the light absorbing layer.

도 3은 본 실시예에 따른 태양 전지에서 암전류와 광전류 특성을 나타낸 그래프이다. 암전류(dark current)는 태양 전지에 빛을 가하지 않을 때 흐르는 전류를 의미한다. 광전류는 암전류 대비 100배 이상의 큰 차이를 보이고 있음을 확인할 수 있다.3 is a graph showing the dark current and photocurrent characteristics in the solar cell according to the present embodiment. Dark current refers to a current flowing when no light is applied to the solar cell. It can be seen that the photocurrent shows a large difference more than 100 times compared to the dark current.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양 전지의 개략 단면도이다.4 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to a second embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 제2 실시예의 태양 전지(200)는 투명 기판(40)의 후면에 위치하는 반사 전극층(50)을 더 포함한다. 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 및 광 흡수층(30)은 태양 광이 입사하는 투명 기판(40)의 전면(前面)에 형성되고, 반사 전극층(50)은 그 반대면인 투명 기판(40)의 후면(後面)에 위치한다.Referring to FIG. 4, the solar cell 200 of the second embodiment further includes a reflective electrode layer 50 positioned on the rear surface of the transparent substrate 40. The first electrode 10, the second electrode 20, and the light absorbing layer 30 are formed on the front surface of the transparent substrate 40 on which the sunlight is incident, and the reflective electrode layer 50 is the opposite surface. It is located in the back surface of the substrate 40.

반사 전극층(50)은 광 반사 효율이 높은 금속, 예를 들어 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 알루미늄(Al), 및 티타늄(Ti) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 반사 전극층(50)은 광 흡수층(30)으로 입사한 태양 빛 가운데 광 흡수층(30)을 투과한 빛을 광 흡수층(30)으로 반사시켜 광 흡수층(30)의 광 이용 효율을 높인다.The reflective electrode layer 50 may include any one of a metal having high light reflection efficiency, for example, molybdenum (Mo), silver (Ag), aluminum (Al), and titanium (Ti). The reflective electrode layer 50 reflects the light transmitted through the light absorbing layer 30 among the sunlight incident on the light absorbing layer 30 to the light absorbing layer 30 to increase the light utilization efficiency of the light absorbing layer 30.

반사 전극층(50)은 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 중 어느 한 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 도 4에서는 반사 전극층(50)이 도전 연결부(51)에 의해 제2 전극(20)과 연결된 경우를 예로 들어 도시하였다. 이 경우 제1 전극(10)과 반사 전극층(50)이 부하와 연결되는 접촉부를 구성한다.The reflective electrode layer 50 may be electrically connected to any one of the first electrode 10 and the second electrode 20. In FIG. 4, the reflective electrode layer 50 is connected to the second electrode 20 by the conductive connection 51 as an example. In this case, the first electrode 10 and the reflective electrode layer 50 form a contact portion connected to the load.

전술한 제1 실시예 또는 제2 실시예의 태양 전지(100, 200)는 복수개로 구비되어 서로 직렬로 연결되거나 병렬로 연결될 수 있다. 도 5는 도 1에 도시한 태양 전지를 직렬로 연결한 경우를 나타낸 개략도이고, 도 6은 도 1에 도시한 태양 전지를 병렬로 연결한 경우를 나타낸 개략도이다.The solar cells 100 and 200 of the above-described first or second embodiment may be provided in plural and may be connected in series or in parallel with each other. FIG. 5 is a schematic diagram showing a case where the solar cells shown in FIG. 1 are connected in series, and FIG. 6 is a schematic diagram showing a case where the solar cells shown in FIG. 1 are connected in parallel.

도 5에서 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 및 광 흡수층(30)으로 구성된 하나의 태양 전지를 '전지 셀(300)'이라 하면, 이웃한 전지 셀들(300) 사이에 도전 연결부(51)가 배치되어 어느 한 전지 셀(300)의 제1 전극(10)과 이웃한 전지 셀(300)의 제2 전극(20)을 연결시킨다. 이와 같이 복수의 전지 셀(300)을 직렬로 연결한 태양 전지는 출력 전압을 높일 수 있다.In FIG. 5, when one solar cell including the first electrode 10, the second electrode 20, and the light absorbing layer 30 is referred to as a 'battery cell 300', a conductive connection between neighboring battery cells 300 is provided. 51 is disposed to connect the first electrode 10 of one battery cell 300 to the second electrode 20 of the neighboring battery cell 300. As described above, the solar cell in which the plurality of battery cells 300 are connected in series may increase the output voltage.

도 6에서 전지 셀들(300)은 나란하게 배치되고, 제1 도전 연결부(52)가 전지 셀들(300)의 제1 전극들(10)과 연결된다. 그리고 제2 도전 연결부(53)가 전지 셀들(300)의 제2 전극들(20)과 연결된다. 이와 같이 복수의 전지 셀(300)을 병렬로 연결한 태양 전지는 전류 용량을 늘릴 수 있다.In FIG. 6, the battery cells 300 are arranged side by side, and the first conductive connection portion 52 is connected to the first electrodes 10 of the battery cells 300. The second conductive connecting portion 53 is connected to the second electrodes 20 of the battery cells 300. As described above, the solar cell in which the plurality of battery cells 300 are connected in parallel may increase the current capacity.

또한, 도 5에서 직렬로 연결된 전지 셀들(300)은 복수개로 구비되어 다시 병렬로 연결될 수 있고, 도 6에서 병렬로 연결된 전지 셀들(300)은 복수개로 구비되어 다시 직렬로 연결될 수 있다.In addition, in FIG. 5, a plurality of battery cells 300 connected in series may be provided and connected in parallel. In FIG. 6, a plurality of battery cells 300 connected in parallel may be provided and connected in series.

다음으로, 전술한 태양 전지의 제조 방법에 대해 설명한다.Next, the manufacturing method of the solar cell mentioned above is demonstrated.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.7 is a process flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참고하면, 태양 전지의 제조 방법은 투명 기판의 일면에 제1 전극과 제2 전극 및 나노 입자들을 형성하는 제1 단계(S10)와, 용매에 나노 와이어들이 분산된 분산 용액을 제조하는 제2 단계(S20)와, 제1 전극과 제2 전극 사이에 분산 용액을 적하한 후 제1 전극과 제2 전극에 전압을 인가하여 나노 와이어들을 배치하는 제3 단계(S30)와, 분산 용액 중 용매 성분을 제거하는 제4 단계(S40)를 포함한다.Referring to FIG. 7, a method of manufacturing a solar cell includes a first step (S10) of forming a first electrode, a second electrode, and nanoparticles on one surface of a transparent substrate, and preparing a dispersion solution in which nanowires are dispersed in a solvent. A second step (S20), a third step (S30) of dispersing a dispersion solution between the first electrode and the second electrode, and then applying a voltage to the first electrode and the second electrode to arrange the nanowires; A fourth step (S40) for removing the solvent component of the.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 과정을 나타낸 개략도이다.8 is a schematic view showing a manufacturing process of a solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 8의 (a)도면을 참고하면, 제1 단계(S10)에서 투명 기판(40)의 일면에 금속막 증착 공정과 패터닝 공정을 거쳐 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 및 나노 입자들(32)을 형성한다. 패터닝 공정으로는 포토레지스트와 노광 및 현상 공정을 이용하는 통상의 포토리소그래피(photolithography) 공정이 적용될 수 있다.Referring to FIG. 8A, the first electrode 10, the second electrode 20, and the nanoparticles are subjected to a metal film deposition process and a patterning process on one surface of the transparent substrate 40 in a first step S10. Particles 32 are formed. As a patterning process, a conventional photolithography process using a photoresist and an exposure and development process may be applied.

구체적으로, 투명 기판(40) 위에 제1 전극용 금속막을 증착한 후 이를 패터닝하여 제1 전극(10)을 형성하고, 제2 전극용 금속막을 증착한 후 이를 패터닝하여 제2 전극(20)을 형성하며, 나노 입자용 금속막을 증착한 후 이를 패터닝하여 나노 입자들(32)을 형성할 수 있다.Specifically, the first electrode 10 is deposited on the transparent substrate 40 and then patterned to form the first electrode 10, the second electrode 20 is deposited, and then patterned to form the second electrode 20. The nanoparticles 32 may be formed by depositing a metal film for nanoparticles and then patterning the metal film.

제1 전극용 금속막과 제2 전극용 금속막 및 나노 입자용 금속막은 서로 다른 위치에 증착된 후 한번의 패터닝 공정을 거쳐 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 및 나노 입자들(32)로 완성될 수 있다.The metal film for the first electrode, the metal film for the second electrode, and the metal film for the nanoparticles are deposited at different positions, and then subjected to a single patterning process to form the first electrode 10, the second electrode 20, and the nanoparticles ( 32).

제2 단계(S20)에서 용매에 나노 와이어들이 분산된 분산 용액을 제조한다. 용매로 에탄올이 사용될 수 있고, 나노 와이어들은 실리콘카바이드(SiC), 실리콘(Si), 아연산화물(ZnO), 인듐산화물(In2O3), 주석산화물(SnO2), 티타늄산화물(TiO2), 및 갈륨비소(GaAs) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 분산 용액은 초음파 장치로 처리되어 나노 와이어들을 균일하게 분산시킬 수 있다.In a second step S20, a dispersion solution in which nanowires are dispersed in a solvent is prepared. Ethanol may be used as a solvent, and nanowires may be silicon carbide (SiC), silicon (Si), zinc oxide (ZnO), indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ) And gallium arsenide (GaAs). The dispersion solution may be treated with an ultrasonic device to uniformly disperse the nanowires.

도 8의 (b)도면을 참고하면, 제3 단계(S30)에서 스포이드 또는 피펫 등의 기구를 이용하여 분산 용액을 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 떨어뜨린다. 분산 용액의 적하량은 제1 전극(10)과 제2 전극(20)의 간격에 따라 다르지만 대략 20마이크로리터(㎕)일 수 있다.Referring to FIG. 8B, in the third step S30, a dispersion solution is dropped between the first electrode 10 and the second electrode 20 by using an instrument such as a dropper or a pipette. A drop amount of the dispersion solution depends on the distance between the first electrode 10 and the second electrode 20 but may be approximately 20 microliters (μl).

이어서 제1 전극(10)과 제2 전극(20)에 전압을 인가하여 유전영동 힘(dielectrophoretic force)에 의해 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 나노 와이어들(31)이 위치하도록 한다. 이때 나노 와이어들(31)은 무작위로 배치되나 서로 교차하는 부분을 포함하므로 서로 전기적으로 연결된다.Subsequently, a voltage is applied to the first electrode 10 and the second electrode 20 so that the nanowires 31 are separated between the first electrode 10 and the second electrode 20 by dielectrophoretic force. Position it. In this case, the nanowires 31 are randomly arranged but are electrically connected to each other because they include portions that cross each other.

나노 와이어들(31)을 규칙적으로 배치하는 경우를 가정하면 이를 위한 제조 비용이 상승한다. 그러나 본 실시예에서는 분산 용액 제조와 적하 및 전압 인가 등의 단순한 방법을 이용하여 나노 와이어들(31)을 랜덤하게 배치함으로써 제조 비용을 효과적으로 낮출 수 있다.Assuming that the nano wires 31 are regularly arranged, the manufacturing cost for this increases. However, in the present embodiment, the manufacturing cost can be effectively lowered by randomly arranging the nanowires 31 using a simple method such as dispersing solution preparation, dropping, and voltage application.

도 8의 (c)도면을 참고하면, 제4 단계(S40)에서 분산 용액 중 용매 성분을 제거하여 나노 와이어들(31)과 나노 입자들(32)로 이루어진 광 흡수층(30)을 완성한다. 용매 제거에는 열처리 등의 방법이 적용될 수 있다.Referring to FIG. 8C, the solvent component of the dispersion solution is removed in the fourth step S40 to complete the light absorbing layer 30 including the nanowires 31 and the nanoparticles 32. For solvent removal, methods such as heat treatment may be applied.

한편, 제1 단계(S10)에서 투명 기판(40)의 후면에 반사 전극층(50)을 더 형성할 수 있다. 이 경우 제1 단계(S10)에서 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 중 어느 하나의 전극, 예를 들어 제2 전극(20)과 반사 전극층(50)을 연결하는 도전 연결부(51)((c)도면 참조)도 같이 형성할 수 있다.Meanwhile, in the first step S10, the reflective electrode layer 50 may be further formed on the rear surface of the transparent substrate 40. In this case, in the first step S10, the conductive connecting part 51 connecting one of the first electrode 10 and the second electrode 20, for example, the second electrode 20 and the reflective electrode layer 50, is connected. ) (see (c) drawing) can also be formed.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.

100, 200: 태양 전지 10: 제1 전극
20: 제2 전극 30: 광 흡수층
31: 나노 와이어 32: 나노 입자
40: 투명 기판 50: 반사 전극층
51: 도전 연결부 52: 제1 도전 연결부
53: 제2 도전 연결부100, 200 solar cell 10 first electrode
20: second electrode 30: light absorbing layer
31: nanowires 32: nanoparticles
40: transparent substrate 50: reflective electrode layer
51: conductive connection 52: first conductive connection
53: second conductive connection

Claims (14)

서로간 거리를 두고 이격 배치되는 제1 전극 및 제2 전극;
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 형성되는 광 흡수층을 포함하며,
상기 광 흡수층은,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 무작위로 배치되고, 태양 광에 의해 전자-정공 쌍을 생성하는 나노 와이어들; 및
상기 나노 와이어들 사이에 배치되며, 플라스몬 진동(plasmonic oscillation)에 의해 상기 나노 와이어들로 태양 광을 집중시키는 나노 입자들
을 포함하는 태양 전지.First and second electrodes spaced apart from each other;
It includes a light absorbing layer formed between the first electrode and the second electrode,
The light absorbing layer,
Nanowires randomly disposed between the first electrode and the second electrode and generating electron-hole pairs by solar light; And
Nanoparticles disposed between the nanowires and concentrating sunlight onto the nanowires by plasmonic oscillation
≪ / RTI > 제1항에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 투명 기판의 일면에 나란히 형성되는 태양 전지.The method of claim 1,
The first electrode and the second electrode is a solar cell formed side by side on the transparent substrate. 제2항에 있어서,
상기 제1 전극은 n형의 전도성을 가져 전자를 수집하고,
상기 제2 전극은 p형의 전도성을 가져 정공을 수집하는 태양 전지.The method of claim 2,
The first electrode has an n-type conductivity to collect electrons,
The second electrode has a p-type conductivity to collect holes. 제2항에 있어서,
상기 나노 와이어들은 실리콘카바이드(SiC), 실리콘(Si), 아연산화물(ZnO), 인듐산화물(In2O3), 주석산화물(SnO2), 티타늄산화물(TiO2), 및 갈륨비소(GaAs)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 태양 전지.The method of claim 2,
The nanowires are silicon carbide (SiC), silicon (Si), zinc oxide (ZnO), indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), and gallium arsenide (GaAs). Solar cell comprising at least one selected from the group consisting of. 제2항에 있어서,
상기 나노 입자들은 상기 나노 와이어들 사이에 무작위로 배치되며, 은(Ag), 금(Au), 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 태양 전지.The method of claim 2,
The nanoparticles are randomly disposed between the nanowires, and comprises at least one selected from the group consisting of silver (Ag), gold (Au), and aluminum (Al). 제5항에 있어서,
상기 나노 입자들은 상기 광 흡수층 표면적의 5% 이상 10% 이하의 밀도로 형성되는 태양 전지.The method of claim 5,
The nanoparticles are formed at a density of 5% or more and 10% or less of the surface area of the light absorbing layer. 제2항에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 및 상기 광 흡수층은 태양 광이 입사하는 상기 투명 기판의 전면(前面)에 형성되고,
상기 투명 기판의 후면(後面)에 반사 전극층이 형성되는 태양 전지.The method of claim 2,
The first electrode, the second electrode and the light absorbing layer are formed on the front surface of the transparent substrate to which the sunlight is incident,
A solar cell in which a reflective electrode layer is formed on a rear surface of said transparent substrate. 제7항에 있어서,
상기 반사 전극층은 도전 연결부에 의해 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 어느 한 전극과 전기적으로 연결되는 태양 전지.The method of claim 7, wherein
The reflective electrode layer is electrically connected to any one of the first electrode and the second electrode by a conductive connection. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 및 상기 광 흡수층이 전지 셀을 구성하고,
상기 전지 셀은 복수개로 구성되어 서로 직렬 또는 병렬로 연결되는 태양 전지.The method according to any one of claims 1 to 8,
The first electrode, the second electrode, and the light absorbing layer constitute a battery cell,
The battery cell is composed of a plurality of solar cells connected to each other in series or in parallel. 투명 기판의 일면에 서로 이격된 제1 전극과 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 나노 입자들을 형성하는 단계;
용매에 나노 와이어들이 분산된 분산 용액을 제조하는 단계;
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 상기 분산 용액을 적하한 후 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 전압을 인가하여 상기 나노 와이어들을 배치하는 단계; 및
상기 분산 용액 중 용매 성분을 제거하여 상기 나노 와이어들과 상기 나노 입자들로 구성된 광 흡수층을 형성하는 단계
를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.Forming nanoparticles disposed on one surface of the transparent substrate spaced apart from each other and positioned between the first electrode and the second electrode;
Preparing a dispersion solution in which nanowires are dispersed in a solvent;
Placing the nanowires by dropping the dispersion solution between the first electrode and the second electrode and applying a voltage to the first electrode and the second electrode; And
Removing a solvent component in the dispersion solution to form a light absorbing layer composed of the nanowires and the nanoparticles
Wherein the method comprises the steps of: 제10항에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 및 상기 나노 입자들은 각각 금속막 증착과 포토리소그래피 공정을 거쳐 형성되는 태양 전지의 제조 방법.The method of claim 10,
The first electrode, the second electrode and the nanoparticles are formed through a metal film deposition and a photolithography process, respectively. 제10항에 있어서,
상기 용매는 에탄올을 포함하고,
상기 분산 용액은 초음파 처리되어 상기 나노 와이어들을 균일하게 분산시키는 태양 전지의 제조 방법.The method of claim 10,
The solvent comprises ethanol,
The dispersion solution is ultrasonically treated to uniformly disperse the nanowires. 제10항에 있어서,
상기 나노 와이어들은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 전압 인가에 따른 유전영동 힘에 의해 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 무작위로 고정 배치되는 태양 전지의 제조 방법.The method of claim 10,
The nanowires are randomly disposed between the first electrode and the second electrode by the electrophoretic force applied by the voltage applied to the first electrode and the second electrode. 제10항에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 및 상기 광 흡수층은 상기 투명 기판의 전면에 형성되고,
상기 투명 기판의 후면에 반사 전극층을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.The method of claim 10,
The first electrode, the second electrode and the light absorbing layer is formed on the front surface of the transparent substrate,
Forming a reflective electrode layer on the back of the transparent substrate further comprising the manufacturing method of the solar cell.
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KR20110105190A (en) * 2010-03-18 2011-09-26 국민대학교산학협력단 Semiconductor device having zno nano structure and dye-sensitized solar cell using the same

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