KR101453967B1 - 다중 밴드갭 적층형 태양전지 및 다중 밴드갭 적층형 태양전지 형성 방법 - Google Patents

다중 밴드갭 적층형 태양전지 및 다중 밴드갭 적층형 태양전지 형성 방법 Download PDF

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Abstract

다중 밴드갭 적층형 태양전지가 개시되며, 상기 다중 밴드갭 적층형 태양전지는 기판; 상기 기판 상에 적층되는 하부 전극 전도체; 상기 하부 전극 전도체 상에 적층되는 불순물이 첨가된 p형 나노 결정질 실리콘층; 상기 불순물이 첨가된 p형 나노 결정질 실리콘층 상에 적층되는 진성 반도체층; 상기 진성 반도체층 상에 적층되는 불순물이 첨가된 n형 나노 결정질 실리콘층; 및 상기 불순물이 첨가된 n형 나노 결정질 실리콘층 상에 적층되는 반사 방지막을 포함하되, 상기 p형 나노 결정질 실리콘층, 상기 진성 반도체층 및 상기 n형 나노 결정질 실리콘층은 중성입자빔의 조사에 따라 형성되고, 상기 진성 반도체층의 형성시 상기 중성입자빔의 조사를 위해 공급되는 에너지가 증착 높이에 따라 조절되며, 상기 진성 반도체층은 상기 증착 높이에 따라 상이한 나노 사이즈의 결정구조 및 광학 밴드갭을 가지는 나노 결정질 실리콘층을 포함하고, 상기 공급되는 에너지가 커질수록 상기 광학 밴드갭이 작아지고 상기 공급되는 에너지가 작아질수록 상기 광학 밴드갭이 커지는 다중 광학 밴드갭을 가진다.

Description

다중 밴드갭 적층형 태양전지 및 다중 밴드갭 적층형 태양전지 형성 방법{MULTIPLE BAND GAB LAMINATING SOLLAR CELL AND METHOD FOR BUILD THE SAME}
본 발명은 다중 밴드갭 적층형 태양전지 및 다중 밴드갭 적층형 태양전지 형성 방법에 관한 것이다.
기존 유한한 에너지 자원의 고갈로 인해 무한한 자원인 태양빛을 이용해 전기를 생산하는 태양전지에 대한 관심과 개발이 진행되고 있다.
태양전지는 구성하는 물질에 따라 실리콘, 화합물반도체와 같은 무기소재로 이루어진 무기물 태양전지와 유기물질을 포함하고 있는 유기물 태양전지로 나눌 수 있다. 유기물 태양전지는 무기물 태양전지에 비해 높은 경제성을 가지나 상대적으로 낮은 에너지 변환 효율의 문제로 무기물 태양전지가 많이 사용되고 연구되고 있다.
무기물 태양전지는 기판의 종류에 따라 벌크(bulk)형과 박막형으로 나뉜다. 벌크형 실리콘 태양전지는 다시 실리콘 결정의 종류에 따라 단결정과 다결정으로 나뉜다. 단결정 실리콘 태양전지는 결정의 방향이 같아서 전자의 이동에 걸림돌이 없기 때문에 유전효율이 좋고 흐린 날에도 비교적 효율적으로 발전할 수 있다는 장점이 있다. 반면, 다결정 실리콘 태양전지는 추가 정제과정이 필요 없고 웨이퍼 사용량도 단결정 타입보다 적기 때문에 가격이 저렴한 장점이 있다.
이러한 단결정 실리콘과 다결정 실리콘의 장점을 활용하기 위해 수열법(hydro thermal), 회전인상법(czochralski), 화학기상증착법(chemical vapor deposition) 등을 통해 구성 분자들을 순서대로 배열하여 결정질 실리콘을 형성한다.
도 1은 종래의 중성입자빔 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 한국공개특허 10-2010-010519(발명의 명칭: 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법)에 중성입자빔 장치로 화학기상증착법을 이용하여 박막 트랜지스터를 제조하는 방법에 대해 설명되어 있다.
한편, 결정질 실리콘을 단일 흡수층으로 사용하면, 에너지 변환 효율 향상에 제한이 있기 때문에 효율을 높이기 위해 에너지 밴드갭(band gab)이 다른 두 층 이상의 반도체층을 적층하여 효율을 높이는 시도가 꾸준히 진행되고 있다. 한국공개특허 10-2010-0011128(발명의 명칭: 태양 전지 및 이의 제조방법)에 진성 반도체층에 비정질 실리콘층, 미세결정질 실리콘층, 수소화된 비정질 실리콘층, 비정질 실리콘게르마늄층, 프로터결정 실리콘층, 비정질 실리콘바이드층 중 적어도 2개 이상의 층들로 형성되는 태양전지가 있었다. 하지만 층간의 접합면에서의 불연속적인 배열과 이를 통한 전하 이동의 손실, 층간의 워크펑션(work function)의 차이로 효율을 높이는데 어려움이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 중성입자빔 장치의 에너지 조절을 용이하게 하여 증착 높이에 따른 결정구조의 변화로 광학 밴드갭을 조절하여 에너지 변환 효율을 높이는 다중 밴드갭 적층형 태양전지 및 다중 밴드갭 적층형 태양전지 형성 방법을 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1측면에 따른 다중 밴드갭 적층형 태양전지는, 기판, 상기 기판상에 적층되는 하부 전극 전도체, 상기 하부 전극 전도체 상에 적층되는 불순물이 첨가된 p형 나노 결정질 실리콘층, 상기 불순물이 첨가된 p형 나노 결정질 실리콘층 상에 적층되는 진성 반도체층, 상기 진성 반도체층 상에 적층되는 불순물이 첨가된 n형 나노 결정질 실리콘층, 및 상기 불순물이 첨가된 n형 나노 결정질 실리콘층 상에 적층되는 반사 방지막을 포함하되, 상기 진성 반도체층은 증착 높이에 따른 결정구조 변화로 인해 광학 밴드갭이 상이해지는 나노 결정질 실리콘층일 수 있다.
또한 본원의 제 2측면에 따른 다중 밴드갭 적층형 태양전지 형성 방법은, (a) 기판 상에 하부 전극 전도체를 형성하는 단계, (b) 상기 하부 전극 전도체 상에 p형 나노 결정질 실리콘층을 형성하는 단계, (c) 상기 p형 나노 결정질 실리콘층 상에 중성입자빔 조사를 통해 나노 결정질 실리콘층을 포함하는 진성 반도체층을 형성하는 단계, (d) 상기 진성 반도체층 상에 n형 나노 결정질 실리콘층을 형성하는 단계, 및 (e) 상기 n형 나노 결정질 실리콘층 상에 반사 방지막을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 (c) 단계는 증착 높이에 따라 중성입자빔의 생성을 위해 공급하는 에너지를 조절하여 상기 나노 결정질 실리콘층의 광학 밴드갭을 조절할 수 있다.
본 발명에 의하면, 진성 반도체층을 포함함으로써, PIN접합 구조의 반도체 특성을 구현할 수 있다.
또한 증착 높이에 따른 결정구조 변화로 인해 광학 밴드갭이 상이해짐으로써, 에너지 변환 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 중성입자빔 조사를 통해 동일 장비에서 동일한 나노 구조로 p형 나노 결정질 실리콘층, 진성 반도체층, 및 n형 나노 결정질 실리콘층을 형성함으로써, 층간의 접합 부분에서 전하 손실을 줄일 수 있다.
또한 나노 결정질 구조의 반도체층을 포함함으로써, 시간에 따른 열화 현상을 줄일 수 있다.
도 1은 종래의 중성입자빔 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 밴드갭 적층형 태양전지의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 밴드갭 적층형 태양전지 형성 방법에 관한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중성입자빔 장치에 대한 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 결정질 실리콘층의 인가 전압에 따른 광학 밴드갭 변화를 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 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 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 밴드갭 적층형 태양전지의 구조도이다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 밴드갭 적층형 태양전지(100)는 기판(10)을 포함한다. 예시적으로, 기판은 유리(glass) 또는 폴리머를 사용한다.
또한 도 2를 참조하면, 다중 밴드갭 적층형 태양전지(100)는 기판(10) 상에 적층되는 하부 전극 전도체(20)를 포함한다.
또한 도 2를 참조하면, 다중 밴드갭 적층형 태양전지(100)는 하부 전극 전도체(20) 상에 적층되는 불순물이 첨가된 p형 나노 결정질 실리콘층(30)을 포함한다. P형 나노 결정질 실리콘층(30)은 0.5nm~1000μm의 두께일 수 있다.
또한 도 2를 참조하면, 다중 밴드갭 적층형 태양전지(100)는 불순물이 첨가된 p형 나노 결정질 실리콘층 상에 적층되는 진성 반도체층(40)을 포함한다. 진성 반도체층(40)은 증착 높이에 따른 중성입자빔의 조절을 통한 결정구조 변화로 인해 광학 밴드갭이 상이해진다. 또한 진성 반도체층(40)은 0.5nm~1000μm의 두께일 수 있다.
진성 반도체층(40)은 p형 나노 결정질 실리콘층(30)과 접합되는 부분에 가까울수록 광학 밴드갭이 작아질 수 있다. 예시적으로, 다중 밴드갭 적층형 태양전지(100)는 후술될 반사 방지막(60)을 통해 태양광이 흡수되고 흡수된 태양광은 후술될 n형 나노 결정질 실리콘층(50)을 지나 진성 반도체층(40), p형 나노 결정질 실리콘층(30), 하부 전극 전도체(20) 순으로 이동하게 된다.
이러한 구조 때문에 진성 반도체층(40)의 광학 밴드갭은 n형 나노 결정질 실리콘층(50)에서 가장 크고 점점 작아지면서 최종적으로 p형 나노 결정질 실리콘층(30)과 접합되는 부분에서 가장 작은 광학 밴드갭을 갖게 된다. 이런 밴드갭 조절을 통해 흡수되는 에너지량은 늘리고 에너지 변환 효율은 증가시켜 고효율의 태양전지를 형성할 수 있다.
또한 도 2를 참조하면, 다중 밴드갭 적층형 태양전지(100)는 진성 반도체층(40) 상에 적층되는 불순물이 첨가된 n형 나노 결정질 실리콘층(50)을 포함한다. n형 나노 결정질 실리콘층(50)은 0.5nm~1000μm의 두께일 수 있다.
전술한 p형 나노 결정질 실리콘층(30)과 n형 나노 결정질 실리콘층(50)은 반도체적 특성 향상을 위해 불순물을 첨가하게 된다. p형 나노 결정질 실리콘층(30)과 n형 나노 결정질 실리콘층(50) 사이에 위치하는 진성 반도체층(40)과의 접합면에서 각 층의 결정구조의 배열이 불연속적이 된다. 층 간의 결정구조는 각각의 층을 같은 물질로 적층한다 하여도 불연속적인 배열을 가질 수밖에 없다. 이러한 층간의 결정구조의 불연속적인 배열 때문에 전하의 이동에 제약이 생긴다. 이러한 불연속적인 배열을 없애기 위해 후술될 중성입자빔 에너지를 지속적으로 조절 하면서 증착한다.
또한 전술한 p형 나노 결정질 실리콘층(30), 진성 반도체층(40), 및 n형 나노 결정질 실리콘층(50)은 도 1의 종래의 중성입자빔 장치를 개량한 장치로 공정을 통해 제작되는데 이에 관한 내용은 후술될 다중 밴드갭 적층형 태양전지 형성 방법에 대한 부분에서 도면을 통해 상세히 설명하도록 한다.
또한 도 2를 참조하면, 다중 밴드갭 적층형 태양전지(100)는 n형 나노 결정질 실리콘층(50) 상에 적층되는 반사 방지막(60)을 포함한다. 반사 방지막(60)은 태양광을 흡수하는 영역이다. 또한 흡수된 태양광이 반사 방지막(60) 하부에 위치한 구성 요소들에 반사되어 나오는 태양광을 밖으로 나가지 못하게 방지한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 밴드갭 적층형 태양전지 형성 방법에 대해 살핀다.
참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 밴드갭 적층형 태양전지 형성 방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 밴드갭 적층형 태양전지를 형성하는 방법에 관한 것으로, 앞서 살핀 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 밴드갭 적층형 태양전지에서 설명한 구성과 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하고 이에 대한 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 밴드갭 적층형 태양전지 형성 방법에 관한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 밴드갭 적층형 태양전지 형성 방법은 먼저, 기판(10) 상에 하부 전극 전도체(20)를 형성(S310)한다.
다음으로, 하부 전극 전도체(20) 상에 p형 나노 결정질 실리콘층(30)을 형성(S320)한다.
다음으로, p형 나노 결정질 실리콘층(30) 상에 증착 높이에 따라 중성입자빔의 생성을 위해 공급되는 에너지를 조절하고, 그 증착 높이에 따른 나노 결정구조 변화로 인해 광학 밴드갭이 상이해진 나노 결정질 실리콘층을 포함하는 진성 반도체층(40)을 형성(S330)한다.
다음으로, 진성 반도체층(40) 상에 n형 나노 결정질 실리콘층(50)을 형성(S340)한다.
마지막으로, n형 나노 결정질 실리콘층(50) 상에 반사 방지막(60)을 형성(S350)한다.
전술한 p형 나노 결정질 실리콘층(30) 형성 단계(S320), 진성 반도체층(40) 형성 단계(S330), 또는 n형 나노 결정질 실리콘층(50) 형성 단계(S340)는 중성입자빔 조사를 통해 나노 결정질 실리콘층을 형성한다. 이때, 진성 반도체층(40)은 공급되는 에너지가 커질수록 광학 밴드갭이 작아지고 공급되는 에너지가 작아질수록 광학 밴드갭이 커지는 다중 광학 밴드갭을 가진다.
추가적으로, 진성 반도체층(40) 형성 단계(S330)는 증착 높이에 따라 중성입자빔의 생성을 위해 공급하는 에너지를 조절하여 나노 결정질 실리콘층의 광학 밴드갭을 조절할 수 있다.
예시적으로 중성입자빔 에너지를 조사하면, 나노 결정 크기, 결정 용량 및 도핑 효율의 변화가 생겨 나노 결정 크기가 커질수록 광학 밴드갭은 작아진다. 또한 결정 용량 일부분이 커질수록 광학 밴드갭은 나노 결정의 광학 밴드갭쪽으로 변한다. 또한 도핑 농도가 높아짐에 따라 광학 밴드갭은 감소한다. 이런 세가지 이유가 복합적으로 작용하여 중성입자빔 조사시 에너지 조절을 통해 광학 밴드갭을 조절할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중성입자빔 장치에 대한 개략적인 구성도이다.
도 4의 중성입자빔 장치는 전술한 도 1의 종래의 중성입자빔 장치에서 자석 어레이 리미터(207) 부분을 제거하여 보다 높은 증착율 및 플라즈마 라디칼을 사용할 수 있게 하였다. 또한 중성입자빔의 고체 각이 높아지면서 중성입자빔 도달률도 높였다.
자석 어레이 리미터(207)는 플라스마 방전 공간에 존재하는 전자 및 다른 이온들이 기판(206) 쪽으로 접근하는 것을 차단하고 중성입자를 선택적으로 기판(206) 쪽으로 보내는 역할을 했다.
도 4의 중성입자빔 장치를 통해 전술한 나노 결정질 실리콘층을 형성하게 되는데 동일한 장비를 통해 연속적인 공정으로 불연속적 면이 없는 나노 구조로 형성할 수 있어 층간의 접합 부분에서 전하의 손실을 줄일 수 있어 태양전지 효율을 증가시킬 수 있다.
또한 도 4의 중성입자빔 장치를 통해 전술한 진성 반도체층(40)을 형성한다. 진성 반도체층(40)은 증착 높이에 따라 도 4의 중성입자빔 장치에 중성입자빔의 생성을 위해 공급하는 에너지를 조절하여 형성하게 된다. 에너지 조절을 통해 증착 높이에 따른 결정구조 변화로 인해 광학 밴드갭이 전술한 n형 나노 결정질 실리콘층(30)과 가까워질수록 커지게 형성된다.
구체적으로, 중성입자빔 조사시 증착 높이에 따라 중성입자빔의 생성을 위해 공급하는 에너지를 단계적으로 작아지게 공급한다. 예시적으로 단계적으로 작아지게 에너지를 공급하여 진성 반도체층(40)을 적층하면, p형 나노 결정질 실리콘층(30)과의 접합면 부분의 광학 밴드갭이 1.4eV이며, 단계적으로 광학 밴드갭이 증가하여 n형 나노 결정질 실리콘층(50)과의 접합면 부분의 광학 밴드갭은 2.2eV가 된다. 또한 1.4eV와 2.2eV의 광학 밴드갭 사이에 1.8eV의 광학 밴드갭을 갖는 층을 더 적층할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 결정질 실리콘층의 인가된 전압에 따른 광학 밴드갭 변화를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 인가 전압이 상승할수록 광학 밴드갭은 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 살펴보면 태양전지에 반사 방지막(60)을 통해 입사한 태양광은 상대적으로 낮은 전압을 갖고 있게 된다. 상대적으로 낮은 전압을 갖는 태양광은 n형 나노 결정질 실리콘층(50), 진성 반도체층(40), p형 나노 결정질 실리콘층(30)을 순차적으로 통과하게 되는데, 태양광이 태양전지 내부로 일정시간만 흡수되고 멈추는 것이 아니고 지속적으로 태양전지 내부로 태양광이 흡수되기 때문에 점차 전압이 증가하게 된다. 이렇게 되면 도 5에서 보는 바와 같이 광학 밴드갭이 점점 작아지게 된다.
이는 전술한 내용인 진성 반도체층(40)의 광학 밴드갭이 p형 나노 결정질 실리콘층(30)과 가까워 질수록 작아진다는 내용과 일치한다. 따라서 도 5는 인가 전압의 변화 즉 에너지의 변화에 따라 중성입자빔 조사시 에너지 조절을 보여주는 도면일 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 다중 밴드갭 적층형 태양전지
10: 기판 20: 하부 전극 전도체
30: p형 나노 결정질 실리콘층 40: 진성 반도체층
50: n형 나노 결정질 실리콘층 60: 반사 방지막
201: 중성입자빔 장치 챔버 202: 고체원소 스퍼터
203: 기체원소 주입구 204: 금속판
205: 지지대 206: 기판
207: 자석 어레이 리미터 208: 플라스마 발생용 안테나

Claims (7)

  1. 다중 밴드갭 적층형 태양전지에 있어서,
    기판;
    상기 기판 상에 적층되는 하부 전극 전도체;
    상기 하부 전극 전도체 상에 적층되는 불순물이 첨가된 p형 나노 결정질 실리콘층;
    상기 불순물이 첨가된 p형 나노 결정질 실리콘층 상에 적층되는 진성 반도체층;
    상기 진성 반도체층 상에 적층되는 불순물이 첨가된 n형 나노 결정질 실리콘층; 및
    상기 불순물이 첨가된 n형 나노 결정질 실리콘층 상에 적층되는 반사 방지막을 포함하되,
    상기 p형 나노 결정질 실리콘층, 상기 진성 반도체층 및 상기 n형 나노 결정질 실리콘층은 중성입자빔의 조사에 따라 형성되고,
    상기 진성 반도체층의 형성시 상기 중성입자빔의 조사를 위해 공급되는 에너지가 증착 높이에 따라 조절되며,
    상기 진성 반도체층은 상기 증착 높이에 따라 상이한 나노 사이즈의 결정구조 및 광학 밴드갭을 가지는 나노 결정질 실리콘층을 포함하고, 상기 공급되는 에너지가 커질수록 상기 광학 밴드갭이 작아지고 상기 공급되는 에너지가 작아질수록 상기 광학 밴드갭이 커지는 다중 광학 밴드갭을 가지는 것인 다중 밴드갭 적층형 태양전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 p형 나노 결정질 실리콘층은 0.5nm~1000μm의 두께를 갖는 다중 밴드갭 적층형 태양전지.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 진성 반도체층은 0.5nm~1000μm의 두께를 갖는 다중 밴드갭 적층형 태양전지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 n형 나노 결정질 실리콘층은 0.5nm~1000μm의 두께를 갖는 다중 밴드갭 적층형 태양전지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 진성 반도체층은 상기 p형 나노 결정질 실리콘층과 접합되는 부분에 가까울수록 광학 밴드갭이 작아지는 다중 밴드갭 적층형 태양전지.
  6. 다중 밴드갭 적층형 태양전지 형성 방법에 있어서,
    (a) 기판 상에 하부 전극 전도체를 형성하는 단계;
    (b) 상기 하부 전극 전도체 상에 p형 나노 결정질 실리콘층을 형성하는 단계;
    (c) 상기 p형 나노 결정질 실리콘층 상에 증착 높이에 따라 중성입자빔의 생성을 위해 공급되는 에너지를 조절하는 단계;
    (d) 상기 증착 높이에 따라 상이한 나노 사이즈의 결정구조 및 광학 밴드갭을 가지는 나노 결정질 실리콘층을 포함하는 진성 반도체층을 형성하는 단계;
    (e) 상기 진성 반도체층 상에 n형 나노 결정질 실리콘층을 형성하는 단계; 및
    (f) 상기 n형 나노 결정질 실리콘층 상에 반사 방지막을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 (b) 단계, (d) 단계 및 (e) 단계는 상기 중성입자빔의 조사를 통해 이루어지고,
    상기 진성 반도체층은 상기 공급되는 에너지가 커질수록 상기 광학 밴드갭이 작아지고 상기 공급되는 에너지가 작아질수록 상기 광학 밴드갭이 커지는 다중 광학 밴드갭을 가지는 것인 다중 밴드갭 적층형 태양전지 형성 방법.
  7. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101899701B1 (ko) 2014-05-29 2018-09-17 가부시키가이샤 도요다 지도숏키 나노 실리콘 재료와 그 제조 방법 및 이차 전지의 부극
WO2015182124A1 (ja) 2014-05-29 2015-12-03 株式会社豊田自動織機 シリコン材料及び二次電池の負極
WO2015182123A1 (ja) * 2014-05-29 2015-12-03 株式会社豊田自動織機 シリコン材料及び二次電池の負極
CN105023971A (zh) * 2015-07-18 2015-11-04 广东爱康太阳能科技有限公司 一种低表面复合背面电极太阳能电池的制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10294484A (ja) * 1997-02-19 1998-11-04 Canon Inc 光起電力素子、光電変換素子、光起電力素子の製造方法及び光電変換素子の製造方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101233205B1 (ko) * 2006-10-20 2013-02-15 엘지전자 주식회사 적층형 광기전력 변환장치 및 그 제조방법
CN101569017B (zh) * 2006-12-25 2011-11-30 夏普株式会社 光电转换装置及其制造方法
KR101032064B1 (ko) 2008-07-24 2011-05-02 주식회사 밀레니엄투자 태양 전지 및 이의 제조방법
KR101024631B1 (ko) * 2009-03-20 2011-03-25 에버테크노 주식회사 박막 트랜지스터의 제조 방법
JP4902779B2 (ja) * 2009-11-30 2012-03-21 三洋電機株式会社 光電変換装置及びその製造方法
KR20100010519A (ko) 2010-01-07 2010-02-01 전병준 등산용 지팡이의 이물질 자동분리 장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10294484A (ja) * 1997-02-19 1998-11-04 Canon Inc 光起電力素子、光電変換素子、光起電力素子の製造方法及び光電変換素子の製造方法

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