KR101404243B1 - Solar cell including phosphors and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

형광체를 포함하는 태양전지 및 이의 제조방법을 제공한다. 태양전지는 후면 전극, 광흡수층, 버퍼층, 투명전극층 및 전면 전극이 순차 적층된 구조를 가지며, 상기 버퍼층 및 투명전극층 중 적어도 어느 하나는 형광체를 포함하고, 태양전지의 제조방법은 기판 상에 후면 전극, 광흡수층, 버퍼층, 투명전극층 및 전면 전극을 순차로 형성하되, 상기 버퍼층 및 상기 투명전극층 중 적어도 어느 하나에 형광체가 포함되도록 형성하여 투명전극층 및/또는 버퍼층에서 손실되는 파장 대역의 광을 흡수한 후 방출하여 광흡수층에 공급함으로써 약 500nm ∼ 800nm의 가시광선 파장 대역의 광흡수량을 증가시켜, 태양전지의 광전류 밀도를 향상시키고, 이는 태양전지의 광전변환 효율을 향상시킬 수 있다. A solar cell including a phosphor and a method of manufacturing the same are provided. The solar cell has a structure in which a back electrode, a light absorbing layer, a buffer layer, a transparent electrode layer, and a front electrode are sequentially stacked. At least one of the buffer layer and the transparent electrode layer includes a phosphor, A light absorbing layer, a buffer layer, a transparent electrode layer, and a front electrode sequentially formed on the transparent electrode layer and / or the buffer layer, wherein the transparent electrode layer and / or the buffer layer absorb light in a wavelength band And then supplied to the light absorbing layer to increase the amount of light absorption in the visible light wavelength band of about 500 nm to 800 nm to improve the photocurrent density of the solar cell and improve the photoelectric conversion efficiency of the solar cell.

Description

형광체를 포함하는 태양전지 및 이의 제조방법{Solar cell including phosphors and method for manufacturing the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solar cell including a phosphor and a method of manufacturing the same,

본 발명은 형광체를 포함하는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 투명전극층 또는 버퍼층에 형광체를 포함하는 박막형 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solar cell including a phosphor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a thin film solar cell including a transparent electrode layer or a buffer layer with a phosphor and a method of manufacturing the same.

최근 심각한 환경오염 문제와 화석 에너지 고갈로 차세대 청정에너지 개발에 대한 중요성이 증대되고 있다. 이중에서도, 태양전지는 공해가 적고, 자원이 무한하며, 반영구적으로 사용할 수 있어, 에너지 문제를 해결할 수 있는 차세대 에너지원으로 각광받고 있다.Recently, serious environmental pollution problem and depletion of fossil energy are increasing importance for next generation clean energy development. Among these, solar cells are becoming popular as next generation energy sources that can solve energy problems because they have few pollution, have infinite resources, and can be used semi-permanently.

태양전지는 광기전력 효과(Photovoltaic effect)를 이용하여 광 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 반도체 소자이다. 이러한 태양전지는, 구성하는 물질에 따라, 실리콘 기반 태양전지 또는 박막형 태양전지 등을 포함하는 무기 태양전지(inorganic solar cell), 염료감응 태양전지(dye-sensitized solar cell) 및 유기 태양전지(organic solar cell)로 크게 구분된다. Solar cells are semiconductor devices that convert light energy directly into electric energy using photovoltaic effect. Such a solar cell can be classified into an inorganic solar cell, a dye-sensitized solar cell, and an organic solar cell including a silicon-based solar cell or a thin film solar cell, cell.

이러한 태양전지의 상용화를 위해서는, 입사되는 태양광을 전기 에너지로 변환시키는 광전변환 효율의 향상이 매우 중요한 과제이다. 그 일환으로, 광전변환 효율을 높이기 위해 여러 연구가 수행되고 있다. 이중에서도, 높은 광흡수 계수를 갖는 반도체 박막을 태양전지에 채용하여 광전변환 효율을 높이고자 하는 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. In order to commercialize such a solar cell, it is very important to improve the photoelectric conversion efficiency to convert incident sunlight into electric energy. As part of this, various studies have been conducted to increase the photoelectric conversion efficiency. Of these, studies have been actively made on techniques for increasing photoelectric conversion efficiency by employing a semiconductor thin film having a high light absorption coefficient in a solar cell.

최근 박막형 태양전지는 연구실 규모에서도 각각 20.3%, 16% 내외의 높은 광전변환 효율을 달성하고 있어, 기존에 널리 사용되던 실리콘 기반 태양전지를 대체할 수 있을 것으로 전망된다. 그러나, 이러한 박막형 태양전지는 실리콘 기반 태양전지에 비하여 발전 단가 측면에서 경쟁력이 약하기 때문에, 보다 높은 광전변환 효율을 확보해야 할 필요성이 있다.In recent years, thin-film solar cells have achieved high photoelectric conversion efficiencies of about 20.3% and 16%, respectively, in the laboratory scale, and are expected to replace silicon-based solar cells that have been widely used. However, such a thin-film solar cell is less competitive in terms of power generation cost than a silicon-based solar cell, and thus it is necessary to secure a higher photoelectric conversion efficiency.

일반적으로, 박막형 태양전지는 상부로부터 하부로 전면 전극/투명전극층/버퍼층/광흡수층/후면 전극으로 이루어지는 다층 적층 구조를 가진다. In general, a thin film solar cell has a multi-layered laminate structure including a front electrode, a transparent electrode layer, a buffer layer, a light absorbing layer, and a rear electrode, from top to bottom.

도 1은 종래 박막형 태양전지의 각 층의 구성 물질의 파장에 따른 광흡수율을 나타내는 그래프이다.FIG. 1 is a graph showing the light absorptance according to the wavelength of a constituent material of each layer of a conventional thin-film solar cell.

도 1을 참조하면, 광흡수층(Absorber)은 가시광선 파장 대역의 전 영역에서 광흡수가 일어남을 확인할 수 있다. 반면, 주로 TCO로 이루어지는 투명전극층은 400nm 이하의 파장 대역에서 광흡수가 일어남을 확인할 수 있다. 또한, 주로 CdS 또는 ZnS로 이루어지는 버퍼층은 600nm 이하의 파장 대역에서 광흡수가 일어남을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 1, it can be seen that light absorption occurs in the entire region of the visible light wavelength band in the light absorbing layer. On the other hand, it can be confirmed that light absorption occurs in a wavelength band of 400 nm or less in a transparent electrode layer mainly composed of TCO. Also, it can be confirmed that the buffer layer mainly composed of CdS or ZnS has light absorption in a wavelength band of 600 nm or less.

입사되는 태양광은 투명전극층과 버퍼층을 거쳐 광흡수층에 도달하므로, 광흡수층에 광이 도달하기 전에 손실이 발생하는 문제점이 있다. The incident sunlight reaches the light absorbing layer via the transparent electrode layer and the buffer layer, so that there is a problem that loss occurs before the light reaches the light absorbing layer.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광흡수층에 도달하기 전에 손실되는 광을 활용할 수 있는 형광체를 포함하는 태양전지 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a solar cell including a phosphor capable of utilizing light that is lost before reaching the light absorption layer and a method of manufacturing the same.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 태양전지를 제공한다. 상기 태양전지는 후면 전극, 상기 후면 전극 상에 배치되는 광흡수층, 상기 광흡수층 상에 배치되는 버퍼층, 상기 버퍼층 상에 배치되는 투명전극층 및 상기 투명전극층 상에 배치되는 전면 전극을 포함하되, 상기 버퍼층 및 투명전극층 중 적어도 어느 하나는 형광체를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a solar cell. The solar cell includes a rear electrode, a light absorbing layer disposed on the rear electrode, a buffer layer disposed on the light absorbing layer, a transparent electrode layer disposed on the buffer layer, and a front electrode disposed on the transparent electrode layer, And the transparent electrode layer include a phosphor.

상기 형광체는 적외선 파장 대역의 광을 흡수하는 상향 변환(up-conversion) 형광체일 수 있다.The phosphor may be an up-conversion phosphor that absorbs light in the infrared wavelength band.

상기 형광체는 500nm ∼ 800nm의 파장 대역의 광을 방출할 수 있다.The phosphor may emit light in a wavelength band of 500 nm to 800 nm.

상기 형광체는 YF3:(Yb3 +,Er3 +), NaYF4:(Yb3 +,Er3 +), NaLaF4:(Yb3 +,Er3 +), LaF4:(Yb3+,Er3+) 및 BaY2F8:(Yb3 +,Er3 +)중에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.The phosphor YF 3: (Yb 3 +, Er 3 +), NaYF 4: (Yb 3 +, Er 3 +), NaLaF 4: (Yb 3 +, Er 3 +), LaF 4: (Yb 3+, Er 3+ ) and BaY 2 F 8 : (Yb 3 + , Er 3 + ).

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 태양전지의 제조방법을 제공한다. 상기 제조방법은 기판 상에 후면 전극을 형성하는 단계, 상기 후면 전극 상에 광흡수층을 형성하는 단계, 상기 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계, 상기 버퍼층 상에 투명전극층을 형성하는 단계 및 상기 투명전극층 상에 전면 전극을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 버퍼층 및 상기 투명전극층 중 적어도 어느 하나에 형광체가 포함되도록 형성할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a solar cell. The manufacturing method includes forming a rear electrode on a substrate, forming a light absorbing layer on the rear electrode, forming a buffer layer on the light absorbing layer, forming a transparent electrode layer on the buffer layer, Forming a front electrode on the electrode layer, wherein at least one of the buffer layer and the transparent electrode layer includes a phosphor.

상기 형광체가 포함된 버퍼층을 형성하는 단계는, 상기 버퍼층을 이루는 물질의 전구체와 형광체의 혼합 용액을 제조하는 단계 및 상기 혼합 용액을 상기 광흡수층 상에 스핀 코팅한 후 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.The step of forming the buffer layer including the phosphor may include a step of preparing a mixed solution of a precursor of the material forming the buffer layer and the phosphor and a step of spin coating the mixed solution on the light absorbing layer and then performing heat treatment .

상기 혼합 용액을 제조하는 단계와, 상기 스핀 코팅한 후 열처리하는 단계 사이에 상기 혼합 용액의 pH와 점도를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include adjusting pH and viscosity of the mixed solution between the step of preparing the mixed solution and the step of performing the heat treatment after the spin coating.

상기 형광체가 포함된 투명전극층을 형성하는 단계는, 투명전극재와 형광체를 볼-밀링하여 혼합물을 형성하는 단계, 상기 혼합물을 건조시킨 후 분쇄하여 분말을 획득하는 단계, 상기 분말을 소결하여 타겟을 제조하는 단계 및 상기 타겟을 이용하여 상기 버퍼층 상에 투명전극층을 증착하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the transparent electrode layer including the phosphor may include forming a mixture by ball-milling the transparent electrode material and the phosphor, drying the mixture to obtain a powder, sintering the powder, And depositing a transparent electrode layer on the buffer layer using the target.

상기 소결은 CIP(Cold Isostatic Pressure) 공정을 이용할 수 있다.The sintering may use a CIP (Cold Isostatic Pressure) process.

상기 투명전극층의 증착은 스퍼터링법 또는 펄스 레이저 증착법을 이용할 수 있다.For the deposition of the transparent electrode layer, a sputtering method or a pulsed laser deposition method may be used.

본 발명에 따르면, 투명전극층 및/또는 버퍼층에서 손실되는 파장 대역의 광을 흡수한 후 방출하여 광흡수층에 공급함으로써 약 500nm ∼ 800nm의 가시광선 파장 대역의 광흡수량을 증가시켜, 태양전지의 광전류 밀도를 높일 수 있다. 이로써, 태양전지의 광전변환 효율을 향상시킬 수 있다. According to the present invention, light having a wavelength band that is lost in the transparent electrode layer and / or the buffer layer is absorbed and then emitted to the light absorbing layer to increase the light absorption amount in the visible light wavelength band of about 500 nm to 800 nm, . As a result, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell can be improved.

더욱이, 형광체를 포함하는 별도의 층을 배치하지 않고, 직접 투명전극층 및/또는 버퍼층에 형광체를 포함시키는 간단하고 용이한 방법을 통해 광전변환 효율을 향상시킬 수 있다. Furthermore, the photoelectric conversion efficiency can be improved by a simple and easy method of directly incorporating the fluorescent material into the transparent electrode layer and / or the buffer layer without disposing a separate layer containing the fluorescent material.

본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other technical effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 종래 박막형 태양전지의 각 층의 구성 물질의 파장에 따른 광흡수율을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지를 나타내는 단면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지의 제조방법을 나타내는 공정 흐름도들이다.
FIG. 1 is a graph showing the light absorptance according to the wavelength of a constituent material of each layer of a conventional thin-film solar cell.
2 is a cross-sectional view illustrating a solar cell according to an embodiment of the present invention.
3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
4A and 4B are process flowcharts illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It is to be understood, however, that the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms and includes all equivalents and alternatives falling within the spirit and scope of the present invention.

본 명세서에서 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한, 본 명세서에서 위쪽, 상(부), 상면 등의 방향적인 표현은 그 기준에 따라 아래쪽, 하(부), 하면 등의 의미로 이해될 수 있다. 즉, 공간적인 방향의 표현은 상대적인 방향으로 이해되어야 하며 절대적인 방향을 의미하는 것으로 한정 해석되어서는 안 된다.When a layer is referred to herein as being "on" another layer or substrate, it may be formed directly on another layer or substrate, or a third layer may be interposed therebetween. In the present specification, directional expressions of the upper side, upper side, upper side, and the like can be understood as meaning lower, lower, lower, and the like according to the standard. That is, the expression of the spatial direction should be understood in the relative direction and should not be construed as limiting in the absolute direction.

도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장 또는 생략된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
In the drawings, the thicknesses of the layers and regions may be exaggerated or omitted for the sake of clarity. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 후면 전극(20)은 기판(10) 상에 배치된다. 상기 기판(10)은 지지를 위해 사용되는 것으로, 필요에 따라 제거될 수 있다. 상기 기판(10)은 부도체 기판일 수 있다. 일 예로, 상기 기판(10)은 유리 기판, 소다석회유리(soda-lime glass; SLG) 기판 또는 세라믹 기판 등일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 공지의 부도체 기판을 이용할 수 있다. Referring to FIG. 2, a rear electrode 20 is disposed on the substrate 10. The substrate 10 is used for supporting and can be removed if necessary. The substrate 10 may be a non-conductive substrate. For example, the substrate 10 may be a glass substrate, a soda-lime glass (SLG) substrate, a ceramic substrate, or the like. However, the present invention is not limited thereto, and a known non-conductive substrate can be used.

상기 후면 전극(20)은 후술하는 p-n 접합부에서 발생한 정공을 수집하는 애노드(anode)의 역할을 수행한다. 상기 후면 전극(20)은 낮은 저항을 가지는 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 상기 후면 전극(20)은 금속 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 상기 후면 전극(20)은 Mo, Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, Ti, Zr, Hf, Cd 및 Pd 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 후면 전극(20)은 500nm ∼ 2000nm의 두께를 가질 수 있다. The rear electrode 20 serves as an anode for collecting holes generated in a p-n junction to be described later. The rear electrode 20 may be made of a conductive material having a low resistance. The rear electrode 20 may be made of a metal or an alloy thereof. For example, the rear electrode 20 may be formed of at least one selected from Mo, Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, Ti, Zr, Hf, Cd and Pd. The back electrode 20 may have a thickness of 500 nm to 2000 nm.

상기 후면 전극(20) 상에 광흡수층(30)이 배치된다. 상기 광흡수층(30)은 p형 화합물 반도체층일 수 있다. 상기 광흡수층(30)은 후술하는 투명전극층(50)과의 계면에서 p-n 접합을 형성할 수 있다. 상기 p-n 접합부는 상기 광흡수층(40)을 통해 흡수된 광을 이용하여, 여기 상태의 전자-정공 쌍, 즉, 엑시톤(exiton)을 형성한다. A light absorption layer (30) is disposed on the rear electrode (20). The light absorption layer 30 may be a p-type compound semiconductor layer. The light absorbing layer 30 can form a p-n junction at the interface with the transparent electrode layer 50, which will be described later. The p-n junction forms an electron-hole pair in an excited state, that is, an exciton, using light absorbed through the light absorbing layer 40.

일 예로, 상기 광흡수층(30)은 CIGS(CuIn1 - xGaxSe2, 0<x<1) 박막층일 수 있다. 상기 광흡수층(30)은 2000nm ∼ 3000nm의 두께를 가질 수 있다. For example, the light absorption layer 30 may be formed of CIGS (CuIn 1 - x Ga x Se 2 , 0 < x < 1) thin film layer. The light absorption layer 30 may have a thickness of 2000 nm to 3000 nm.

상기 광흡수층(30) 상에 투명전극층(50)이 배치된다. 상기 투명전극층(50)은 n형 화합물 반도체층일 수 있다. 일 예로, 상기 투명전극층(50)은 ZnO, TiO, SnSO2 또는 ITO로 이루어질 수 있다. 상기 투명전극층(50)은 500nm ∼ 1000nm의 두께를 가질 수 있다. A transparent electrode layer 50 is disposed on the light absorbing layer 30. The transparent electrode layer 50 may be an n-type compound semiconductor layer. For example, the transparent electrode layer 50 may be made of ZnO, TiO, SnSO 2, or ITO. The transparent electrode layer 50 may have a thickness of 500 nm to 1000 nm.

이 때, 상기 광흡수층(30)과 투명전극층(50) 사이에 버퍼층(40)이 더 배치될 수 있다. 상기 버퍼층(40)은 상기 광흡수층(30)과 투명전극층(50)의 격자 상수와 에너지 밴드갭의 차이를 완화시켜, 양호한 p-n 접합을 형성하게 하는 역할을 수행할 수 있다.At this time, a buffer layer 40 may be further disposed between the light absorption layer 30 and the transparent electrode layer 50. The buffer layer 40 may mitigate the difference between the lattice constant and the energy band gap of the light absorbing layer 30 and the transparent electrode layer 50 to form a good p-n junction.

상기 버퍼층(40)은 일 예로, ZnS, CdS, ZnMgO, Zn(OH)2, ZnO 및 ZnSe 중에서 선택되는 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 상기 버퍼층(40)은 10nm ∼ 50nm의 두께를 가질 수 있다. The buffer layer 40 may include at least one selected from ZnS, CdS, ZnMgO, Zn (OH) 2 , ZnO, and ZnSe. The buffer layer 40 may have a thickness of 10 nm to 50 nm.

상기 버퍼층(40)과 상기 투명전극층(50) 중의 적어도 어느 하나는 파장 변환이 가능한 형광체들(42, 52)을 포함할 수 있다. 상기 형광체들(42, 52)은 상향 변환(up-conversion) 형광체들 및/또는 하향 변환(down-conversion) 형광체들일 수 있다.At least one of the buffer layer 40 and the transparent electrode layer 50 may include phosphors 42 and 52 capable of wavelength conversion. The phosphors 42 and 52 may be up-conversion phosphors and / or down-conversion phosphors.

즉, 상기 형광체들(42, 52)은 자외선 또는 가시광선 파장 대역의 광을 흡수하거나, 적외선 파장 대역의 광을 흡수한 후, 상기 광흡수층(30)으로 가시광선 파장 영역의 광을 방출할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 형광체들(42, 52)은 500nm 미만의 파장 대역의 광을 흡수하고, 이를 여기하여 500nm ∼ 800nm의 파장 대역의 광을 상기 광흡수층(30)으로 방출할 수 있다. 또한, 상기 형광체들(42, 52)은 900nm ∼ 1200nm의 파장 대역의 광을 흡수하고, 이를 여기하여 500nm ∼ 800nm의 파장 대역의 광을 상기 광흡수층(30)으로 방출할 수 있다. That is, the phosphors 42 and 52 absorb light in the ultraviolet or visible light wavelength band or absorb light in the infrared wavelength band, and then emit light in the visible light wavelength region to the light absorbing layer 30 have. More specifically, the phosphors 42 and 52 absorb light having a wavelength band of less than 500 nm and excite the excited light to emit light having a wavelength band of 500 nm to 800 nm to the light absorbing layer 30. The phosphors 42 and 52 absorb light having a wavelength band of 900 nm to 1200 nm and excite it to emit light having a wavelength band of 500 nm to 800 nm to the light absorbing layer 30.

이로써, 상기 광흡수층(30)은 가장 흡수가 잘 되는 500nm ∼ 800nm의 파장 대역의 광을 보다 많이 흡수하므로, p-n 접합부에서 생성되는 엑시톤(exiton)의 양이 증가하여, 전지 내부를 흐르는 전류 밀도가 향상될 수 있다. Accordingly, since the light absorbing layer 30 absorbs the light of the wavelength band of 500 nm to 800 nm which absorbs the most, the amount of the excitons generated in the pn junction increases, and the current density flowing in the cell increases Can be improved.

상기 형광체들(42, 52)은 무기 형광체일 수 있다. 상기 형광체들(42, 52)은 발광 또는 인광을 나타내는 무기 물질을 함유할 수 있다. 상기 형광체들(42, 52)은 5μm ∼ 30μm의 크기를 가지는 것이 바람직하다. The phosphors 42 and 52 may be inorganic phosphors. The phosphors 42 and 52 may contain an inorganic material exhibiting luminescence or phosphorescence. It is preferable that the phosphors 42 and 52 have a size of 5 mu m to 30 mu m.

일 예로, 상기 하향 변환 형광체들(42, 52)은 (Y,Tb)3Al5O12:Ce3 +, (Sr,Ba,Ca)2Si5N8:Eu2+, CaAlSiN3:Eu2 +, BaMgAl10O17:Eu2 +, BaMgAl10O17:Eu2 +,Mn2 +, Ca-alpha-SiAlON:Eu2+, Beta-SiAlON:Eu2 +, (Ca,Sr,Ba)2P2O7:Eu2 +, (Ca,Sr,Ba)2P2O7:Eu2+,Mn2+, (Ca,Sr,Ba)5(PO4)3Cl:Eu2 +, Lu2SiO5:Ce3 +, (Ca,Sr,Ba)3SiO5:Eu2+, (Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu2 +, Zn2SiO4:Mn2 +, BaAl12O19:Mn2 +, BaMgAl14O23:Mn2 +, SrAl12O19:Mn2 +, CaAl12O19:Mn2 +, YBO3:Tb3+, LuBO3:Tb3 +, Y2O3:Eu3 +, Y2SiO5:Eu3+, Y3Al5O12:Eu3 +, YBO3:Eu3 +, Y0 .65Gd0 .35BO3:Eu3 +, GdBO3:Eu3 +, YVO4:Eu3 + 및 (Y, Gd)3(Al, Ga)5O12:Ce3 +로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.For example, the down-converting phosphor (42, 52) is (Y, Tb) 3 Al 5 O 12: Ce 3 +, (Sr, Ba, Ca) 2 Si 5 N 8: Eu 2+, CaAlSiN 3: Eu 2 +, BaMgAl 10 O 17: Eu 2 +, BaMgAl 10 O 17: Eu 2 +, Mn 2 +, Ca-alpha-SiAlON: Eu 2+, Beta-SiAlON: Eu 2 +, (Ca, Sr, Ba) 2 P 2 O 7: Eu 2 +, (Ca, Sr, Ba) 2 P 2 O 7: Eu 2+, Mn 2+, (Ca, Sr, Ba) 5 (PO 4) 3Cl: Eu 2 +, Lu 2 SiO 5: Ce 3 +, (Ca, Sr, Ba) 3 SiO 5: Eu 2+, (Ca, Sr, Ba) 2 SiO 4: Eu 2 +, Zn 2 SiO 4: Mn 2 +, BaAl 12 O 19: Mn 2 +, BaMgAl 14 O 23: Mn 2 +, SrAl 12 O 19: Mn 2 +, CaAl 12 O 19: Mn 2 +, YBO 3: Tb 3+, LuBO 3: Tb 3 +, Y 2 O 3: Eu 3 +, Y 2 SiO 5: Eu 3+, Y 3 Al 5 O 12: Eu 3 +, YBO 3: Eu 3 +, Y 0 .65 Gd 0 .35 BO 3: Eu 3 +, GdBO 3 : Eu 3 +, YVO 4: may be at least one selected from the group consisting of Ce 3 +: Eu 3 + and (Y, Gd) 3 (Al , Ga) 5 O 12.

또한, 상기 상향 변환 형광체들(42, 52)은 YF3:(Yb3 +,Er3 +), NaYF4:(Yb3 +,Er3 +), NaLaF4:(Yb3+,Er3+), LaF4:(Yb3 +,Er3 +) 및 BaY2F8:(Yb3 +,Er3 +)중에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다. In addition, each of the up-converting phosphor (42, 52) is YF 3: (Yb 3 +, Er 3 +), NaYF 4: (Yb 3 +, Er 3 +), NaLaF 4: (Yb 3+, Er 3+ ), LaF 4 : (Yb 3 + , Er 3 + ), and BaY 2 F 8 : (Yb 3 + , Er 3 + ). However, the present invention is not limited thereto.

상기 투명전극층(50) 상에 전면 전극(60)이 배치된다. 상기 전면 전극(60)은 p-n 접합부에서 발생한 전자를 수집하는 캐소드(cathode)의 역할을 수행한다. 상기 전면 전극(60)은 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 상기 전면 전극(60)은 일함수가 작은 금속 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 상기 전면 전극(60)은 Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, Ti, Zr, Hf, Cd 및 Pd 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다. A front electrode 60 is disposed on the transparent electrode layer 50. The front electrode 60 serves as a cathode for collecting electrons generated at the p-n junction. The front electrode 60 may be made of a conductive material. The front electrode 60 may be made of a metal having a small work function or an alloy thereof. For example, the front electrode 60 may be formed of at least one selected from Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, Ti, Zr, Hf, Cd and Pd.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지의 제조방법을 나타내는 공정 흐름도들이다.4A and 4B are process flowcharts illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 3a를 참조하면, 기판(10) 상에 후면 전극(20)을 형성한다. 일 예로, 상기 후면 전극(20)은 스퍼터링법(sputtering), 진공증착법(evaporation), 유기 금속 화학 기상 증착법(metal organic chemical vapour deposition; MOCVD) 또는 분자빔 에피택시법(molecular beam epitaxy; MBE) 등을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 후면 전극(20)은 500nm ∼ 2000nm의 두께로 형성할 수 있다. Referring to FIG. 3A, a back electrode 20 is formed on a substrate 10. For example, the rear electrode 20 may be formed by sputtering, evaporation, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), or the like. As shown in FIG. The rear electrode 20 may have a thickness of 500 nm to 2000 nm.

상기 기판(10)으로 부도체 기판을 이용할 수 있다. 일 예로, 상기 기판(10)으로 유리 기판, 소다석회유리(soda-lime glass; SLG) 기판 또는 세라믹 기판 등을 이용할 수 있다. The substrate 10 may be a non-conductive substrate. For example, the substrate 10 may be a glass substrate, a soda-lime glass (SLG) substrate, a ceramic substrate, or the like.

상기 후면 전극(20)은 금속 또는 이들의 합금을 이용하여 형성할 수 있다. 일 예로, 상기 후면 전극(20)은 Mo, Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, Ti, Zr, Hf, Cd 및 Pd 중에서 적어도 하나의 금속을 선택하여 형성할 수 있다. The rear electrode 20 may be formed using a metal or an alloy thereof. For example, the rear electrode 20 may be formed of at least one metal selected from Mo, Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, Ti, Zr, Hf, Cd and Pd.

도 3b를 참조하면, 후면 전극(20) 상에 광흡수층(30)을 형성한다. 일 예로, 상기 광흡수층(30)은 스퍼터링법, 진공증착법 또는 급속 열처리법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 광흡수층(30)은 CIGS(CuIn1 - xGaxSe2, 0<x<1) 박막층일 수 있다. 상기 광흡수층(30)은 2000nm ∼ 3000nm의 두께로 형성할 수 있다. Referring to FIG. 3B, a light absorbing layer 30 is formed on the rear electrode 20. For example, the light absorbing layer 30 may be formed by a sputtering method, a vacuum deposition method, or a rapid thermal annealing method. The light absorption layer 30 is formed of CIGS (CuIn 1 - x Ga x Se 2 , 0 < x < 1) thin film layer. The light absorption layer 30 may have a thickness of 2000 nm to 3000 nm.

도 3c 및 도4a를 참조하면, 광흡수층(30) 상에 버퍼층(40)을 형성한다. 상기 버퍼층(40)은 ZnS, CdS, ZnMgO, Zn(OH)2, ZnO 및 ZnSe 중에서 선택되는 적어도 하나를 이용하여 형성할 수 있다. 상기 버퍼층(40)은 형광체(42)를 포함할 수 있다. 상기 형광체(42)는 무기 형광체일 수 있다. 상기 형광체(42)는 발광 또는 인광을 나타내는 무기 물질을 함유할 수 있다. 상기 버퍼층(40)은 10nm ∼ 50nm의 두께로 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 3C and 4A, a buffer layer 40 is formed on the light absorbing layer 30. The buffer layer 40 may be formed using at least one selected from ZnS, CdS, ZnMgO, Zn (OH) 2 , ZnO, and ZnSe. The buffer layer 40 may include a phosphor 42. The phosphor 42 may be an inorganic phosphor. The phosphor 42 may contain an inorganic material exhibiting light emission or phosphorescence. The buffer layer 40 may have a thickness of 10 nm to 50 nm.

일 예로, 상기 형광체(42)를 포함하는 상기 버퍼층(40)은 졸-겔(sol-gel)법과 스핀 코팅법을 이용하여 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 먼저, 상기 버퍼층(40)의 전구체와 상기 형광체(42)가 함유된 혼합 용액을 제조할 수 있다(S100). For example, the buffer layer 40 including the phosphor 42 may be formed by a sol-gel method or a spin coating method. More specifically, a mixed solution containing the precursor of the buffer layer 40 and the phosphor 42 may be prepared (S100).

상기 전구체는 Cd 또는 Zn이 포함된 염일 수 있다. 상기 형광체는 하향 변환 형광체 및/또는 상향 변환 병광체일 수 있다. 이 때, 암모니아 등을 첨가하여 상기 혼합 용액의 pH를 9 ∼ 12로 조절할 수 있다. 또한, TEA, 하이드라진 하이드레이트(Hydrazine hydrate), Na2EDTA 또는 트리-시트레이트(tri-citrate) 등을 첨가하여 상기 혼합 용액의 점도를 조절(S200)할 수 있다. 이후, 상기 혼합 용액을 상기 광흡수층(30) 상에 스핀 코팅하고(S300), 핫플레이트에서 열처리(S400)하여 형광체(42)가 포함된 버퍼층(40)을 형성할 수 있다. 일 예로, 상기 스핀 코팅은 500 ∼ 300rpm에서 10 ∼ 30초간 수행할 수 있다. 상기 열처리는 200 ∼ 300℃에서 1 ∼ 10분간 수행할 수 있다.The precursor may be a salt containing Cd or Zn. The phosphor may be a down conversion phosphor and / or an up conversion manganese phosphor. At this time, the pH of the mixed solution can be adjusted to 9 to 12 by adding ammonia or the like. The viscosity of the mixed solution may be controlled by adding TEA, hydrazine hydrate, Na 2 EDTA or tri-citrate (S200). Thereafter, the mixed solution is spin-coated on the light absorbing layer 30 (S300), and the buffer layer 40 including the phosphor 42 is formed by heat treatment (S400) on the hot plate. For example, the spin coating may be performed at 500 to 300 rpm for 10 to 30 seconds. The heat treatment may be performed at 200 to 300 ° C for 1 to 10 minutes.

도 3d 및 도 4b를 참조하면, 버퍼층(40) 상에 투명전극층(50)을 형성한다. 상기 투명전극층(50)은 ZnO, TiO, SnSO2 또는 ITO를 이용하여 형성할 수 있다. 상기 투명전극층(50)은 형광체(52)를 포함할 수 있다. 상기 형광체(52)는 무기 형광체일 수 있다. 상기 형광체(52)는 발광 또는 인광을 나타내는 무기 물질을 함유할 수 있다. 상기 투명전극층(50)은 500nm ∼ 1000nm의 두께를 가지도록 형성할 수 있다. Referring to FIGS. 3D and 4B, a transparent electrode layer 50 is formed on the buffer layer 40. The transparent electrode layer 50 may be formed of ZnO, TiO 2 , SnSO 2 Or ITO. The transparent electrode layer 50 may include a phosphor 52. The phosphor 52 may be an inorganic phosphor. The phosphor 52 may contain an inorganic material that exhibits luminescence or phosphorescence. The transparent electrode layer 50 may be formed to have a thickness of 500 nm to 1000 nm.

일 예로, 상기 형광체(52)를 포함하는 상기 투명전극층(50)은 볼-밀링(ball-milling)법과 증착법을 이용하여 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 먼저, 투명전극재료, 형광체, 지르코니아 볼 및 용매를 일정한 용기 내에 투입하고 밀봉한 후, 이들의 혼합을 위해 볼-밀링을 수행할 수 있다(S100). 이후, 상기 혼합물을 건조시키고, 분쇄하여 분말을 형성할 수 있다(S200). 이후, 상기 분말을 소결할 수 있다(S300). 일 예로, 상기 분말은 CIP(Cold Isostatic Pressure) 공정을 이용하여 소결할 수 있다. 이 때, 상기 소결은 일정한 형태의 몰드를 이용하여 800 ∼ 1200℃에서 2 ∼ 5시간 수행할 수 있다. 이후, 상기 소결된 몰드를 타겟으로 이용하여 상기 버퍼층(40) 상에 박막을 증착(S400)함으로써 투명전극층(50)을 형성할 수 있다. 이 때, 상기 증착은 스퍼터링법 또는 펄스 레이저 증착법(PLD)을 이용하여 수행할 수 있다.For example, the transparent electrode layer 50 including the phosphor 52 may be formed using a ball-milling method and a deposition method. More specifically, first, a transparent electrode material, a fluorescent material, a zirconia ball and a solvent are put into a certain container, sealed, and then ball-milling is performed for mixing them (S100). Thereafter, the mixture may be dried and pulverized to form a powder (S200). Thereafter, the powder can be sintered (S300). For example, the powder may be sintered using a CIP (Cold Isostatic Pressure) process. At this time, the sintering may be performed at 800 to 1200 ° C for 2 to 5 hours using a mold of a certain type. Thereafter, the transparent electrode layer 50 can be formed by depositing a thin film on the buffer layer 40 using the sintered mold as a target (S400). At this time, the deposition can be performed using a sputtering method or a pulsed laser deposition (PLD) method.

도 3e를 참조하면, 투명전극층(50) 상에 전면 전극(60)을 형성한다. 일 예로, 상기 전면 전극(60)은 스퍼터링법(sputtering), 진공증착법(evaporation), 유기 금속 화학 기상 증착법(metal organic chemical vapour deposition; MOCVD) 또는 분자빔 에피택시법(molecular beam epitaxy; MBE) 등을 이용하여 형성할 수 있다.Referring to FIG. 3E, a front electrode 60 is formed on the transparent electrode layer 50. For example, the front electrode 60 may be formed by sputtering, evaporation, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), or the like. As shown in FIG.

이 때, 상기 전면 전극(60)은 일함수가 작은 금속 또는 이들의 합금을 이용하여 형성할 수 있다. 일 예로, 상기 전면 전극(60)은 Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, Ti, Zr, Hf, Cd 및 Pd 중에서 적어도 어느 하나를 선택하여 단일 금속 또는 합금 형태로 형성할 수 있다. At this time, the front electrode 60 may be formed using a metal having a small work function or an alloy thereof. At least one of Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, Ti, Zr, Hf, Cd and Pd may be selected as a single metal or alloy .

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, This is possible.

10: 기판 20: 후면 전극
30: 광흡수층 40: 버퍼층
50: 윈도우층 42, 52: 형광체
60: 전면 전극
10: substrate 20: rear electrode
30: light absorbing layer 40: buffer layer
50: window layer 42, 52: phosphor layer
60: front electrode

Claims (10)

후면 전극;
상기 후면 전극 상에 배치되는 광흡수층;
상기 광흡수층 상에 배치되는 버퍼층;
상기 버퍼층 상에 배치되는 투명전극층; 및
상기 투명전극층 상에 배치되는 전면 전극을 포함하되,
상기 버퍼층 및 투명전극층 중 적어도 어느 하나는 형광체를 포함하는 태양전지.
Rear electrode;
A light absorbing layer disposed on the rear electrode;
A buffer layer disposed on the light absorbing layer;
A transparent electrode layer disposed on the buffer layer; And
And a front electrode disposed on the transparent electrode layer,
Wherein at least one of the buffer layer and the transparent electrode layer comprises a phosphor.
제1항에 있어서,
상기 형광체는 적외선 파장 대역의 광을 흡수하는 상향 변환(up-conversion) 형광체인 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the phosphor is an up-conversion phosphor that absorbs light in an infrared wavelength band.
제1항에 있어서,
상기 형광체는 500nm ∼ 800nm의 파장 대역의 광을 방출하는 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the phosphor emits light in a wavelength band of 500 nm to 800 nm.
제1항에 있어서,
상기 형광체는 YF3:(Yb3 +,Er3 +), NaYF4:(Yb3 +,Er3 +), NaLaF4:(Yb3 +,Er3 +), LaF4:(Yb3+,Er3+) 및 BaY2F8:(Yb3 +,Er3 +)중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 태양전지.
The method according to claim 1,
The phosphor YF 3: (Yb 3 +, Er 3 +), NaYF 4: (Yb 3 +, Er 3 +), NaLaF 4: (Yb 3 +, Er 3 +), LaF 4: (Yb 3+, Er 3+ ) and BaY 2 F 8 : (Yb 3 + , Er 3 + ).
기판 상에 후면 전극을 형성하는 단계;
상기 후면 전극 상에 광흡수층을 형성하는 단계;
상기 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 단계;
상기 버퍼층 상에 투명전극층을 형성하는 단계; 및
상기 투명전극층 상에 전면 전극을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 버퍼층 및 상기 투명전극층 중 적어도 어느 하나에 형광체가 포함되도록 형성하는 태양전지의 제조방법.
Forming a back electrode on the substrate;
Forming a light absorption layer on the rear electrode;
Forming a buffer layer on the light absorbing layer;
Forming a transparent electrode layer on the buffer layer; And
And forming a front electrode on the transparent electrode layer,
Wherein at least one of the buffer layer and the transparent electrode layer includes a phosphor.
제5항에 있어서,
상기 형광체가 포함된 버퍼층을 형성하는 단계는,
상기 버퍼층을 이루는 물질의 전구체와 형광체의 혼합 용액을 제조하는 단계; 및
상기 혼합 용액을 상기 광흡수층 상에 스핀 코팅한 후 열처리하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법.
6. The method of claim 5,
The step of forming the buffer layer containing the phosphor may include:
Preparing a mixed solution of a precursor of a material forming the buffer layer and a phosphor; And
And spin-coating the mixed solution on the light absorbing layer, followed by heat treatment.
제6항에 있어서,
상기 혼합 용액을 제조하는 단계와, 상기 스핀 코팅한 후 열처리하는 단계 사이에 상기 혼합 용액의 pH와 점도를 조절하는 단계를 더 포함하는 태양전지의 제조방법.
The method according to claim 6,
Further comprising the step of adjusting the pH and viscosity of the mixed solution between the step of preparing the mixed solution and the step of performing the heat treatment after the spin coating.
제5항에 있어서,
상기 형광체가 포함된 투명전극층을 형성하는 단계는,
투명전극재와 형광체를 볼-밀링하여 혼합물을 형성하는 단계;
상기 혼합물을 건조시킨 후 분쇄하여 분말을 획득하는 단계;
상기 분말을 소결하여 타겟을 제조하는 단계; 및
상기 타겟을 이용하여 상기 버퍼층 상에 투명전극층을 증착하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법.
6. The method of claim 5,
The forming of the transparent electrode layer including the phosphor may include:
Ball-milling the transparent electrode material and the phosphor to form a mixture;
Drying and pulverizing the mixture to obtain a powder;
Sintering the powder to produce a target; And
And depositing a transparent electrode layer on the buffer layer using the target.
제8항에 있어서,
상기 소결은 CIP(Cold Isostatic Pressure) 공정을 이용하는 태양전지의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the sintering is performed using a CIP (Cold Isostatic Pressure) process.
제8항에 있어서,
상기 투명전극층의 증착은 스퍼터링법 또는 펄스 레이저 증착법을 이용하는 태양전지의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the transparent electrode layer is deposited using a sputtering method or a pulse laser deposition method.
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