KR101418687B1 - 태양전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광전변환 효율이 높은 실리콘 태양전지에 관한 것이다. 본 발명에 따른 태양전지는 외부로부터 입사되는 광을 전기로 변환하는 태양전지에 있어서, 기판과, 상기 기판의 상측에 형성되는 하부 전극, 상기 기판의 상측과 하부 전극의 외측 부분에 형성되는 강유전체층, 상기 강유전체층의 상측에 형성되는 보조 전극, 상기 하부 전극과 보조 전극의 상측에 형성되는 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형의 상측에 형성됨과 더불어 제1 도전형과 반대 도전형인 제2 도전형의 반도체로 구성되는 제2 도전형 반도체층 및, 투명한 재질의 도전성 재질로 구성됨과 더불어 상기 제2 도전형 반도체층의 상측에 형성되는 상부 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

태양전지{SOLAR CELL}
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 특히 광전변환 효율이 높은 실리콘 태양전지에 관한 것이다.
최근에 이르러 청정 에너지에 대한 관심이 높아지면서, 태양광을 이용하여 전력을 생산하는데 대한 관심도 크게 증가되고 있다.
태양 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 소자를 통상 솔라셀 또는 태양전지로서 칭하고 있다. 태양전지는 그 구조에에 따라 크게 실리콘 태양전지와 염료감응형 태양전지로 구분할 수 있다.
실리콘 태양전지는 PN 접합구조를 갖는다. 외부로부터의 광이 태양전지에 조사되면 반도체 내부에서 전자와 정공의 쌍이 형성되고, PN 접합에서 발생된 전기장에 의해 전자는 N형 반도체층, 정공은 P형 반도체층으로 이동함으로써 전력을 생산하게 된다.
종래에 실리콘 태양전지의 효율을 높이기 위한 수단으로서 강유전 물질을 이용하는 방안이 제안된 바 있다. 이는 태양전지에 강유전체층을 형성하고, 강유전체층의 분극현상을 이용하여 태양전지의 공핍층의 넓이를 확장함으로써 PN 접합면에서 전자와 정공의 재결합율을 낮추도록 한 것이다.
대한민국 특허등록 제10-0786855호에는 태양전지의 상측 또는 하측 전면에 강유전체층을 형성하는 구조에 대하여 개시되어 있다. 그러나 태양전지의 상측에 강유전체층을 형성하게 되면 강유전체층이 태양전지로 입사되는 광량을 저하시킴으로써 태양전지의 효율이 저하되는 문제가 발생될 수 있다. 또한 태양전지의 하측 전면에 강유전체층을 형성하는 경우에는 반도체층과 태양전지의 하부 전극간에 전기적인 접촉면적을 충분하게 제공하지 못하여 전자나 정공의 흐름이 제약되고, 결국 태양전지의 효율이 저하되는 문제가 발생된다.
이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로써 효율적으로 태양전지의 효율을 제고할 수 있도록 된 태양전지를 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 태양전지는 외부로부터 입사되는 광을 전기로 변환하는 태양전지에 있어서, 기판과, 상기 기판의 상측에 형성되는 하부 전극, 상기 기판의 상측과 하부 전극의 외측 부분에 형성되는 강유전체층, 상기 강유전체층의 상측에 형성되는 보조 전극, 상기 하부 전극과 보조 전극의 상측에 형성되는 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형의 상측에 형성됨과 더불어 제1 도전형과 반대 도전형인 제2 도전형의 반도체로 구성되는 제2 도전형 반도체층 및, 투명한 재질의 도전성 재질로 구성됨과 더불어 상기 제2 도전형 반도체층의 상측에 형성되는 상부 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 제2 관점에 따른 태양전지는 외부로부터 입사되는 광을 전기로 변환하는 태양전지에 있어서, 기판과, 상기 기판의 상측에 형성되는 강유전체층, 상기 기판의 상측과 강유전체층의 외측 부분에 형성되는 하부 전극, 상기 강유전체층의 상측에 형성되는 보조 전극, 상기 하부 전극과 보조 전극의 상측에 형성되는 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형의 상측에 형성됨과 더불어 제1 도전형과 반대 도전형인 제2 도전형의 반도체로 구성되는 제2 도전형 반도체층 및, 투명한 재질의 도전성 재질로 구성됨과 더불어 상기 제2 도전형 반도체층의 상측에 형성되는 상부 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 강유전체층이 보조 전극을 피복하면서 형성되는 것을 특징으로한다.
또한 상기 강유전체층은 무기물 강유전 물질 또는 무기물 강유전 물질과 유기물 강유전 물질의 혼합물질 또는 유기물 강유전 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 강유전 물질에 금속 물질이 혼합되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 강유전체층은 상부 전극과 보조 전극에 의해 분극화 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 관점에 따른 태양전지는 외부로부터 입사되는 광을 전기로 변환하는 태양전지에 있어서, 기판과, 상기 기판의 상측에 형성되는 하부 전극, 상기 하부 전극의 상측에 형성되는 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형의 상측에 형성됨과 더불어 제1 도전형과 반대 도전형인 제2 도전형의 반도체로 구성되는 제2 도전형 반도체층, 투명한 재질의 도전성 재질로 구성됨과 더불어 상기 제2 도전형 반도체층의 상측에 형성되는 상부 전극, 상기 제2 도전형 반도체층의 상측에 형성됨과 더불어 상기 상부 전극의 외측에 형성되는 강유전체층 및, 상기 강유전체층의 상측에 형성되는 보조 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4 관점에 따른 태양전지는 외부로부터 입사되는 광을 전기로 변환하는 태양전지에 있어서, 기판과, 상기 기판의 상측에 형성되는 하부 전극, 상기 하부 전극의 상측에 형성되는 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형의 상측에 형성됨과 더불어 제1 도전형과 반대 도전형인 제2 도전형의 반도체로 구성되는 제2 도전형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층의 상측에 형성되는 강유전체층, 투명한 재질의 도전성 재질로 구성됨과 더불어 상기 제2 도전형 반도체층의 상측에 형성되고, 상기 강유전체층의 외측에 형성되는 상부 전극 및, 상기 강유전체층의 상측에 형성되는 보조 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 강유전체층은 무기물 강유전 물질 또는 무기물 강유전 물질과 유기물 강유전 물질의 혼합물질 또는 유기물 강유전 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 강유전 물질에 금속 물질이 혼합되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 강유전체층은 하부 전극과 보조 전극에 의해 분극화 되는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성으로 된 본 발명에 의하면 태양전지로 입사되는 광량을 제한하지 않고, 반도체층과 하부 또는 상부 전극의 접촉면적도 충분히 제공함으로써 태양전지의 광전변환 효율을 획기적으로 제고할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 도 1에 나타낸 태양전지의 주요부 평면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 4는 도 2에 나타낸 태양전지의 주요부 평면도.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다. 단 이하에서 설명하는 실시예는 본 발명의 하나의 바람직한 구현 예를 나타낸 것으로서, 이러한 실시예의 예시는 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 발명은 그 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
도면에서 기판(1)의 상측에는 하부 전극(2)과 보조 전극(3)이 설치된다. 하부 전극(2)은 통상적인 태양전지와 마찬가지로 태양전지에서 생성된 전자나 정공의 흐름을 위한 것이다. 보조 전극(3)은 이후에 설명할 강유전체층(4)을 분극화 하기 위한 것이다.
도 2는 기판(1)상에 배치되는 하부 전극(2)과 보조 전극(3)의 레이아웃을 나타낸 평면도로서, 보조 전극(3)은 하부 전극(2)의 외곽 부분을 따라 배치된다. 또한 도면에서 하부 전극(2)과 보조 전극(3)의 형상은 특정한 것에 한정되지 않는다. 예를 들어 하부 전극(2)은 원형 형상으로 구성될 수 있고, 보조 전극(3)의 내측면이 원형으로 구성될 수 있다.
상기 보조 전극(3)의 상측에는 강유전 물질로 구성되는 강유전체층(4)이 형성되고, 이 강유전체층(4)과 하부 전극(2)의 기판(1)의 상측에 전체적으로 제1 도전형 반도체층(5)이 형성된다.
또한 본 실시예의 다른 변형 예로서 상기 보조 전극(3)과 하부 전극(2)의 사이에 절연층이 형성되거나, 바람직하게는 보조 전극(3)의 상측에 강유전체층(4)을 형성할 때 상유전체층(4)이 보조 전극(3)을 전체적으로 피복하도록 형성될 수 있다.
상기 강유전체층(4)을 구성하는 강유전 물질로서는 예컨대 유기물 강유전 물질, 유기물 강유전 물질과 유기물의 혼합물, 유기물 강유전 물질과 금속의 혼합물, 유기물과 무기물 강유전 물질의 혼합물 또는 유기물 강유전 물질과 무기물 강유전 물질의 혼합물 등이 채용될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(5)의 상측에는 제1 도전형과 반대 도전형을 갖는 제2 도전형 반도체층(6)이 형성되고, 제2 도전형 반도체층(6)의 상측에는 광투과성이 우수한 재질로 구성되는 상부 전극(7)이 형성된다. 이때 상부 전극(7)으로서는 예컨대 ITO, TCO, FTO, ZnO, CNT 이외에 도전성 유기물, 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물이 채용될 수 있다.
상기한 구조에 있어서는 태양전지의 작동에 앞서 상부 전극(7)과 보조 전극(3)을 이용하여 강유전체층(4)을 분극화 시키게 된다. 강유전체층(4)이 분극화 되면 여기로부터 발생되는 분극전계에 의해 제1 도전형 반도체층(5)과 제2 도전형 반도체층(6)간의 PN 접합 부분에 생성되는 공핍층의 면적이 넓어지게 됨으로써 경계면에서의 전자와 정공의 재결합율이 저하되게 된다. 또한 강유전체층(4)으로부터의 분극 전계에 의해 전자와 정공의 흐름이 원활해지게 됨으로써 태양전지의 효율이 대폭적으로 제고되게 된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 단면 구조를 나타낸 단면도이다. 또한 도 4는 도 3에서의 주요부 평면도로서, 이는 도 2에 대응되는 것이다.
도 1의 실시예에 있어서는 태양전지의 하측 중앙부분에 하부 전극(2)을 설치하고, 이 하부 전극(2)의 외측 부분에 보조 전극(3) 및 강유전체층(4)을 형성하도록 되어 있는데 대하여, 본 실시예에서는 태양전지의 하측 중앙부분에 보조 전극(3) 및 강유전체층(4)을 설치하고, 이 보조 전극(2) 및 강유전체층(4)의 외측 부분에 하부 전극(2)을 설치한 것이다.
또한 본 실시예에 있어서도 도 1의 실시예와 마찬가지로 상기 보조 전극(3)과 하부 전극(2)의 사이에 절연층이 형성되거나, 바람직하게는 보조 전극(3)의 상측에 강유전체층(4)을 형성할 때 상유전체층(4)이 보조 전극(3)을 전체적으로 피복하도록 형성될 수 있다.
또한 본 실시예에 있어서도 하부 전극(2)과 보조 전극(3)의 형상은 특정한 것에 한정되지 않고 적절하게 변형시켜 실시할 수 있다.
그리고 그 밖의 부분은 상술한 제1 실시예와 실질적으로 동일하므로, 동일한 부분에는 동일한 참조번호를 붙이고 그 상세한 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
상술한 실시예에 있어서는 태양전지의 하측에 보조 전극(3)과 강유전체층(4)을 설치한데 대하여 본 실시예는 태양전지의 상측에 강유전체층(55)과 보조 전극(56)을 설치한 것이다.
본 실시예에서 기판(51)의 상측에는 통상적인 태양전지와 마찬가지로 하부 전극(52)이 설치되고, 이 하부 전극(52)의 상측에는 제1 도전형 반도체층(53)과 제1 도전형과 반대 도전형을 갖는 제2 도전형 반도체층(54)이 순차적으로 적층 형성된다.
한편, 본 실시예에 있어서는 제2 도전형 반도체층(53)의 상측에 강유전체층(55)과 상부 전극(57)이 설치되고, 상기 강유전체층(55)의 상측에 보조 전극(56)이 설치된다. 이때 강유전체층(55) 및 보조 전극(56)과 상부 전극(57)의 배치는 도 2에 나타낸 평면도와 마찬가지로 중심 부분에 상부 전극(57)이 배치되면서 이 상부 전극(57)의 외측에 강유전체층(55) 및 보조 전극(56)이 설치된다. 또한 이 경우에도 상기 상부 전극(57)과 강유전체층(55) 및 보조 전극(57)의 형상은 특정한 것에 한정되지 않는다.
또한 상기 상부 전극(57)은 통상적인 태양전지와 마찬가지로 투명한 재질의 것이 사용되고, 보조 전극(56)으로서는 특정한 것이 요구되지 않는다.
본 실시예에 있어서는 태양전지의 구동시에 보조 전극(56)과 하부 전극(52)을 이용하여 강유전체층(55)을 분극화 시키게 된다. 그리고 그 밖의 동작은 상술한 실시예와 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
본 실시예는 도 5의 실시예와 마찬가지로 태양전지의 상측에 강유전체층(55) 및 보조 전극(56)을 설치하면서, 도 3의 실시예와 마찬가지로 태양전지의 중앙 부분에 강유전체층(55) 및 보조 전극(56)을 설치하고 이들 외측 부분에 상부 전극(57)을 설치한 것이다.
그리고 그 밖의 부분은 상술한 도 5의 실시예와 동일하므로 실질적으로 동일한 부분에는 동일한 참조번호를 붙이고 그 상세한 설명은 생략한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 태양전지로 입사되는 태양광의 광량에 영향을 주지 않음은 물론이고, 제1 또는 제2 도전형 반도체층(53, 54)와 하부 전극(2, 52) 및 상부 전극(7, 57)과 접촉면적도 최대한도로 유지할 수 있게 된다. 따라서 태양전지의 광전변환 효율이 대폭 제고되게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.
1, 51 : 기판, 2, 52 : 하부 전극,
3, 55 : 강유전체층, 4, 56 : 보조 전극,
5, 53 : 제1 도전형 반도체층, 6, 54 : 제2 도전형 반도체층,
7, 57 : 상부 전극.

Claims (18)

  1. 외부로부터 입사되는 광을 전기로 변환하는 태양전지에 있어서,
    기판과,
    상기 기판의 상측에 형성되는 하부 전극,
    상기 기판의 상측과 하부 전극의 외측 부분에 형성되는 강유전체층,
    상기 강유전체층의 상측에 형성되는 보조 전극,
    상기 하부 전극과 보조 전극의 상측에 형성되는 제1 도전형 반도체층,
    상기 제1 도전형의 상측에 형성됨과 더불어 제1 도전형과 반대 도전형인 제2 도전형의 반도체로 구성되는 제2 도전형 반도체층 및,
    투명한 재질의 도전성 재질로 구성됨과 더불어 상기 제2 도전형 반도체층의 상측에 형성되는 상부 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강유전체층이 보조 전극을 피복하면서 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 강유전체층은 무기물 강유전 물질 또는 무기물 강유전 물질과 유기물 강유전 물질의 혼합물질 또는 유기물 강유전 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 강유전 물질에 금속 물질이 혼합되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 강유전체층은 상부 전극과 보조 전극에 의해 분극화 되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  6. 외부로부터 입사되는 광을 전기로 변환하는 태양전지에 있어서,
    기판과,
    상기 기판의 상측에 형성되는 강유전체층,
    상기 기판의 상측과 강유전체층의 외측 부분에 형성되는 하부 전극,
    상기 강유전체층의 상측에 형성되는 보조 전극,
    상기 하부 전극과 보조 전극의 상측에 형성되는 제1 도전형 반도체층,
    상기 제1 도전형의 상측에 형성됨과 더불어 제1 도전형과 반대 도전형인 제2 도전형의 반도체로 구성되는 제2 도전형 반도체층 및,
    투명한 재질의 도전성 재질로 구성됨과 더불어 상기 제2 도전형 반도체층의 상측에 형성되는 상부 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 강유전체층이 보조 전극을 피복하면서 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 강유전체층은 무기물 강유전 물질 또는 무기물 강유전 물질과 유기물 강유전 물질의 혼합물질 또는 유기물 강유전 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 강유전 물질에 금속 물질이 혼합되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 강유전체층은 상부 전극과 보조 전극에 의해 분극화 되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  11. 외부로부터 입사되는 광을 전기로 변환하는 태양전지에 있어서,
    기판과,
    상기 기판의 상측에 형성되는 하부 전극,
    상기 하부 전극의 상측에 형성되는 제1 도전형 반도체층,
    상기 제1 도전형의 상측에 형성됨과 더불어 제1 도전형과 반대 도전형인 제2 도전형의 반도체로 구성되는 제2 도전형 반도체층,
    투명한 재질의 도전성 재질로 구성됨과 더불어 상기 제2 도전형 반도체층의 상측에 형성되는 상부 전극,
    상기 제2 도전형 반도체층의 상측에 형성됨과 더불어 상기 상부 전극의 외측에 형성되는 강유전체층 및,
    상기 강유전체층의 상측에 형성되는 보조 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 강유전체층은 무기물 강유전 물질 또는 무기물 강유전 물질과 유기물 강유전 물질의 혼합물질 또는 유기물 강유전 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 강유전 물질에 금속 물질이 혼합되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 강유전체층은 하부 전극과 보조 전극에 의해 분극화 되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  15. 외부로부터 입사되는 광을 전기로 변환하는 태양전지에 있어서,
    기판과,
    상기 기판의 상측에 형성되는 하부 전극,
    상기 하부 전극의 상측에 형성되는 제1 도전형 반도체층,
    상기 제1 도전형의 상측에 형성됨과 더불어 제1 도전형과 반대 도전형인 제2 도전형의 반도체로 구성되는 제2 도전형 반도체층,
    상기 제2 도전형 반도체층의 상측에 형성되는 강유전체층,
    투명한 재질의 도전성 재질로 구성됨과 더불어 상기 제2 도전형 반도체층의 상측에 형성되고, 상기 강유전체층의 외측에 형성되는 상부 전극 및,
    상기 강유전체층의 상측에 형성되는 보조 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 강유전체층은 무기물 강유전 물질 또는 무기물 강유전 물질과 유기물 강유전 물질의 혼합물질 또는 유기물 강유전 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 강유전 물질에 금속 물질이 혼합되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 강유전체층은 하부 전극과 보조 전극에 의해 분극화 되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
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