KR101327744B1 - 고효율의 태양전지 제조방법 - Google Patents
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Abstract
고분자 물질이 실리콘 나노 와이어 어레이의 사이에 고르게 침투될 수 있게 하는 태양 전지 제조 방법이 개시되어 있다. 태양 전지 제조 방법은 a) 실리콘 기판 상에 실리콘 와이어 어레이를 형성하는 단계; b) 상기 실리콘 와이어 어레이의 상부에 ITO 유리 기판을 부착하는 단계; 및 c) 상기 실리콘 기판 및 상기 ITO 유리 기판 사이에 P형의 전도성 고분자 물질을 주입하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 태양 전지 제조 방법에 관한 것으로 특히, 고분자 물질이 실리콘 나노 와이어 어레이의 사이에 고르게 침투될 수 있게 하는 태양 전지 제조 방법에 관한 것이다.
효율적인 재생 가능한 에너지를 찾기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 태양 에너지를 활용한 고효율 태양 전지를 개발하기 위해 전세계적으로 많은 노력이 계속 되고 있다.
현재의 실리콘 태양전지 기술은 단결정 실리콘 벌크 및 박막 기술로 나누어질 수 있다. 태양전지의 90% 이상이 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘 등과 같은 실리콘으로 제조되고 있고 그 제조 방법은 이미 개발되어 있으나, 그 제조 가격에 문제가 있다. 현재 90% 이상의 시장 점유율을 가지고 있는 단결정 실리콘 태양 전지는 매우 고가이다. 단결정 실리콘 태양 전지에 의한 태양 에너지 비용은 1kwh 당 25센트임에 비해 화석 연료의 경우에는 1kwh 당 10센트 미만이다. 더욱이, 태양 전지 패널을 설치하는 자본비가 매우 높아서 태양 전지의 채택률을 제한하고 있다. 즉, 단결정 및 다결정 실리콘은 벌크(bulk) 상태의 원재료로부터 태양전지를 만들기 때문에 원재료비가 비싸고, 공정 자체가 복잡하여 가격의 절감측면에서는 한계가 있을 수밖에 없다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 기판의 두께를 혁신적으로 줄이는 기술, 또는 유리와 같이 값 싼 기판위에 박막 형태의 태양 전지를 증착시키는 기술이 주목을 받고 있다. 기존의 박막 제조 공정을 이용할 경우 보다 값싼 방법으로 태양 전지의 대량 생산이 가능하기 때문이다. 주된 박막 기술은 비정질 실리콘 및 CIGS(Copper Indium Gallium Selenide)을 이용한 방법이다. 박막 태양 전지 중 가장 처음으로 개발된 것이 비정질 실리콘으로 기존 단결정 실리콘 태양전지의 약 1/100에 해당하는 두께만으로도 태양 전지의 제조가 가능하다. 하지만 단결정 실리콘 태양 전지에 비해 효율이 낮고, 특히 초기 빛에 노출될 경우 효율이 급격히 떨어지는 단점이 있다. 이에 따라, 차세대 태양 전지 설계는 무게가 가볍고 비용이 낮으면서 실제로 높은 효율을 얻는 것이 요구되었다.
태양 전지의 제조 방법에 대한 일 예가 한국등록특허 10-1086074에 개시되어 있다. 한국등록특허 10-1086074에 개시된 태양 전지 제조 방법은 기판 상에 제 1 형 다결정 실리콘 층을 형성하는 제 1 형 다결정 실리콘 층 형성 단계; 상기 제 1 형 다결정 실리콘 층 상에 금속 박막 층을 형성하는 금속 박막 층 형성 단계; 상기 금속 박막 층을 금속 나노 입자로 형성하는 금속 나노 입자 형성 단계; 및 상기 금속 나노 입자를 씨드로 하여 상기 제 1 형 다결정 실리콘 층으로부터 제 1 형 실리콘 나노 와이어를 성장시키는 제 1 형 실리콘 나노 와이어 성장 단계를 포함한다.
이어, 상기 제 1 형 실리콘 나노 와이어 상에 스핀코팅을 이용한 증착방법을 이용하여 P형 고분자 물질인 PEDOT:PSS를 형성된다. 그러나 이러한 증착 방법은 PEDOT:PSS가 실리콘어레이의 사이에 침투하지 않고, 실리콘 나노 와이어 어레이 상부 부분의 일부분에만 침투하게 되는 문제가 있다.
이에 본발명은 상세한 사정을 감안하여 창출한 것으로서, 본 발명의 목적은 고분자물질이 실리콘 나노 와이어 어레이의 사이에 고르게 침투될 수 있게 하는 태양전지 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양 전지 제조 방법은 a) 실리콘 기판 상에 실리콘 와이어 어레이를 형성하는 단계; b) 상기 실리콘 와이어 어레이의 상부에 ITO 유리 기판을 부착하는 단계; 및 c) 상기 실리콘 기판 및 상기 ITO 유리 기판 사이에 P형의 전도성 고분자 물질을 주입하는 단계를 포함한다.
상기 단계 a)는 a-1) 상기 실리콘 기판 상에 금속 입자들을 포함하는 촉매 층을 형성하는 단계; a-2) 무전해 식각 방법을 이용하여 상기 실리콘 기판 상에 상기 와이어 어레이를 형성하는 단계; 및 a-3) 상기 금속 입자들을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 촉매 층은 질산은 용액을 이용하여 형성하며, 상기 단계 a-3)은 황산과산화수소 용액을 이용하여 수행한다.
상기 단계 b)는 봉지(Encapsulation) 공정을 통해 수행되고, 상기 봉지 공정은 UV 경화제를 이용한다.
바람직하게는, 상기 태양 전지 제조 방법은 d) 상기 실리콘 기판 하부 표면 상에 하부 전극을 형성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 의하면, 고분자 물질이 실리콘 나노 와이어 어레이의 사이에 고르게 침투되어 태양 전지의 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양 전지 제조 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 7은 도 1 내지 도 6에 도시된 태양 전지 제조 방법에 의해 제조되는 태양 전지를 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 1 내지 도 7에 도시된 태양 전지에 고분자 물지 주입을 주입하는 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1 내지 도 6에 도시된 태양 전지 제조 방법에 의해 제조되는 태양 전지를 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 1 내지 도 7에 도시된 태양 전지에 고분자 물지 주입을 주입하는 예를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현 예 및 실시 예를 상세히 설명한다.
그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현 예 및 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양 전지 제조 방법을 설명하기 위한 공정도들이고, 도 7은 도 1 내지 도 6에 도시된 태양 전지 제조 방법에 의해 제조되는 태양 전지를 나타낸 사시도이다. 도 8은 도 1 내지 도 7에 도시된 태양 전지에 고분자 물지 주입을 주입하는 예를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따라 태양 전지를 제조하기 위해, 먼저 도 1과 같이, 실리콘 기판(101)을 준비한다. 상기 실리콘 기판(101)은 N형의 실리콘 기판이다. 실시 예에 따라서는, 상기 실리콘 기판(101)이 폴리싱될 수 있다. 폴리싱 공정을 통해 상기 실리콘 기판(101) 표면의 불순물을 제거할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리싱 공정은 상기 실리콘 기판(101) 상의 실리콘 산화물을 제거하기 위한 공정일 수 있다.
이어, 도 2에 도시된 같이, 준비된 상기 실리콘 기판(101) 상에 촉매 층(102)이 형성된다. 상기 촉매 층(102)은 상기 실리콘 기판(101)의 일 표면 또는 상부 표면 상에 형성될 수 있다. 상기 촉매 층(102)은 스핀 코팅, 딥 코팅, 무전해 증착, 물리적 증착, 화학적 증착, 열 증착, 전자빔 증착, 스퍼터링 또는 이들의 조합에 의해 형성될 수 있다.
상기 촉매 층(102)은 서로 이격된 복수의 촉매 입자들(124)을 포함한다. 상기 촉매 층(102)은 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt) 또는 이들의 조합일 수 있다. 실시 예에 따라, 상기 실리콘 기판(101)의 폴리싱과 상기 촉매 층(102)의 형성은 단일의 공정에 의해 수행될 수 있다. 예컨대, 상기 실리콘 기판(101)을 불산(HF) 및 금속염을 포함하는 용액에 담궈, 상기 실리콘 기판(101)을 폴리싱과 동시에, 상기 실리콘 기판(101) 상에 촉매 층(102)을 형성할 수 있다.
이어, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 기판(101)은 무전해 식각 방식을 이용하여 식각한다. 즉, 상기 실리콘 기판(101)의 식각은 상기 실리콘 기판(121)을 식각 용액 내에 담가 수행할 수 있다. 상기 습식 식각 용액은 불산 및 과산화수소(HF/H2O2) 수용액을 포함한다. 상기 실리콘 기판(101)의 식각 시 상기 촉매 층(102)을 구성하는 촉매 입자들(102)이 식각 촉매로 작용한다. 따라서, 상기 실리콘 기판(101)에서 상기 촉매 입자들(102)과 접하는 부분에서의 식각률이 상기 촉매 입자들(124)과 접하지 않는 부분에서의 식각률보다 크기 때문에, 상기 실리콘 기판(102)의 상기 촉매 입자들(102)과 접촉하는 부분이 선택적으로 식각된다. 그리고, 상기 실리콘 기판(101)의 선택적 식각에 의해, 상기 실리콘 기판(101) 상에 실리콘 나노 와이어들(103)이 형성된다. 상기 실리콘 나노 와이어들(103)의 길이, 두께 및 간격은 상기 식각 공정의 조건들 및/또는 상기 촉매 층(102)의 형성 조건들에 의해 조절할 수 있다. 또한, 상기 실리콘 나노 와이어들(103)의 길이, 두께 및 간격은 촉매 층(102)의 형성 시 용액 내의 금속 이온을 포함하는 입자들의 크기에 의해 조절할 수도 있다.
이어, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 기판(101) 상의 촉매 층(102)은 황산과산화수소 용액을 이용하여 제거한다.
이어, 도 5, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 와이어들(103)의 어레이가 형성된 상기 실리콘 기판(101)의 가장자리에 봉지 벽(108)을 형성하고, 그 상부에 봉지 공정을 통해 ITO 유리 기판(104, 105)을 부착한다.
그리고, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 기판(101)의 하부 표면 상에 하부 전극(106)을 형성한다.
이어, 상기 실리콘 기판(101) 및 상기 ITO 유리 기판(104, 105) 사이에 P형의 전도성 고분자 물질(PEDOT:PSS, OMeTAD spiro, Pentacene 등)을 도 7에 도시된 바와 같이, 예컨대 진공압을 이용하여 주입한 후, 그 입구 및 출구를 봉합하여, 태양 전지를 완성한다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 고분자 물질이 있는 진공 챔버(201) 내에 태양 전지를 장착하여 모세관 현상에 의해 고분자 물질을 태양 전지에 주입할 수도 있다.
따라서, 상기 구성에 의하면, P형의 전도성 고분자 물질(PEDOT:PSS, OMeTAD spiro, Pentacene 등)을 진공압을 통해 주입하게 됨으로써, 실리콘 와이어들 사이에 고르게 침투시킬 수 있게 된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
101: 실리콘 기판 102: 촉매 층
103: 실리콘 와이어 104: ITO
105: 유리 기판 106: 하부 전극
108: 봉지 벽 109: P형 전도성 고분자
201: 진공 챔버
103: 실리콘 와이어 104: ITO
105: 유리 기판 106: 하부 전극
108: 봉지 벽 109: P형 전도성 고분자
201: 진공 챔버
Claims (7)
- a) 실리콘 기판 상에 실리콘 와이어 어레이를 형성하는 단계;
b) 상기 실리콘 와이어 어레이의 상부에 ITO 유리 기판을 부착하는 단계; 및
c) 상기 실리콘 기판 및 상기 ITO 유리 기판 사이에 P형의 전도성 고분자 물질을 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
태양 전지 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 단계 a)는
a-1) 상기 실리콘 기판 상에 금속 입자들을 포함하는 촉매 층을 형성하는 단계;
a-2) 무전해 식각 방법을 이용하여 상기 실리콘 기판 상에 상기 와이어 어레이를 형성하는 단계; 및
a-3) 상기 금속 입자들을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
태양 전지 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 촉매 층은 질산은 용액을 이용하는 것을 특징으로 하는
태양 전지 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 단계 a-3)은 황산과산화수소 용액을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는
태양 전지 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 단계 b)는 봉지(Encapsulation) 공정을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는
태양 전지 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 봉지 공정은 UV 경화제를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는
태양 전지 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 태양 전지 제조 방법은
d) 상기 실리콘 기판 하부 표면 상에 하부 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
태양 전지 제조 방법.
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| KR1020120067118A KR101327744B1 (ko) | 2012-06-22 | 2012-06-22 | 고효율의 태양전지 제조방법 |
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| KR1020120067118A KR101327744B1 (ko) | 2012-06-22 | 2012-06-22 | 고효율의 태양전지 제조방법 |
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| KR101327744B1 true KR101327744B1 (ko) | 2013-11-11 |
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| KR1020120067118A KR101327744B1 (ko) | 2012-06-22 | 2012-06-22 | 고효율의 태양전지 제조방법 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190003052A (ko) * | 2017-06-30 | 2019-01-09 | 울산과학기술원 | 실리콘 마이크로 와이어 폴리머 복합체, 투명태양전지 및 이의 제조방법 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011523902A (ja) | 2008-04-14 | 2011-08-25 | バンドギャップ エンジニアリング， インコーポレイテッド | ナノワイヤアレイを製造するためのプロセス |
| JP2011219355A (ja) | 2010-04-02 | 2011-11-04 | Samsung Electronics Co Ltd | 金属ナノクラスターを含むシリコンナノワイヤ及びその製造方法 |
| KR20110123578A (ko) * | 2010-05-07 | 2011-11-15 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | 실리콘 나노 와이어의 제조방법 및 이를 이용한 리튬 이차 전지의 제조방법 |
| KR20130020458A (ko) * | 2011-08-19 | 2013-02-27 | 포항공과대학교 산학협력단 | 태양전지 및 이의 제조방법 |
-
2012
- 2012-06-22 KR KR1020120067118A patent/KR101327744B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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| KR102025471B1 (ko) * | 2017-06-30 | 2019-09-25 | 울산과학기술원 | 실리콘 마이크로 와이어 폴리머 복합체, 투명태양전지 및 이의 제조방법 |
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