KR101535000B1 - 유무기 하이브리드 적층형 태양전지 - Google Patents

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Abstract

유무기 하이브리드 적층형 태양전지가 개시된다. 유무기 하이브리드 적층형 태양전지는 제1 무기 태양전지 유닛, 제2 무기 태양전지 유닛, 중간 전극층 및 유기 태양전지 유닛을 구비한다. 제1 무기 태양전지 유닛의 제1 p-형 반도체층은 p-형 불순물이 도핑된 비정질 수소화 실리콘으로 이루어진 제1 박막 및 p-형 불순물이 도핑된 비정질 수소화 실리콘 산화물로 이루어진 제2 박막을 구비한다. 이러한 유무기 하이브리드 적층형 태양전지는 개방전압(Voc)을 향상시킬 수 있다.

Description

유무기 하이브리드 적층형 태양전지{HYBRID TANDEM SOLAR CELL}
본 발명은 태양광으로부터 전기를 직접 발생시킬 수 있는 유무기 하이브리드 적층형 태양전지에 관한 것이다.
일반적으로 태양전지는 p-n접합으로 구성된 다이오드를 사용하며, 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라 다양한 종류로 구분된다. 특히, 광흡수층으로 실리콘을 사용하는 태양전지는 결정질 기판형 태양전지와, 비정질의 박막형 태양전지로 구분된다. 결정질 기판형 태양전지의 경우 고가의 실리콘 웨이퍼를 사용하여 생산 원가가 높은 문제점이 있으므로, 최근에는 건물의 외장재나 모바일 기기 등에 적용할 수 있는 박막형 태양전지에 대한 연구가 활발하다.
적층형 태양전지(tandem solar cell)는 태양전지의 광전변환효율을 높이기 위하여 제안된 것으로서, 서로 다른 광학적 밴드갭을 갖는 물질을 2층 이상 적층함으로써 넓은 파장범위를 갖는 태양광을 효과적으로 이용하려는 것이다. 적층형 태양전지는 태양광이 먼저 흡수되는 상부에 높은 밴드갭을 갖는 물질로 만들어진 태양전지층을 형성하고, 그 하부에 상대적으로 낮은 밴드갭을 갖는 물질로 만들어진 태양전지층을 순차적으로 위치시킨다.
한편, 유기 태양전지는 공액고분자를 이용해서 태양광 발전을 하는 태양전지를 말한다. 공액고분자는 도핑을 통해서 전도성을 크게 향상시킬 수 있으므로, 종래 플라스틱 도전체로 응용하기 위한 연구가 활발하였을 뿐만 아니라 전기를 가해주었을 때 빛을 내는 고분자 발광소자로 많은 연구가 진행되었다. 유기 태양전지는 얇은 소자로 제작이 가능하고 재질이 고분자이기 때문에, 무기 태양전지와 함께 유무기 적층형 태양전지에 적용될 수 있다.
직렬 연결 유무기 적층형 태양전지에서는 낮은 밴드갭을 갖는 유기 태양전지를 무기 적층형 태양전지에 적용하면 개방전압 (Voc)를 크게 향상시켜 태양전지의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명의 목적은 개방 전압이 크게 향상된 유무기 하이브리드 적층형 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 유무기 하이브리드 적층형 태양전지는 투명 도전막; 상기 투명 도전막 상부에 순차적으로 적층된 제1 p-형 반도체층, 제1 진성 반도체층 및 제1 n-형 반도체층을 포함하는 제1 무기 태양전지 유닛; 상기 제1 n-형 반도체층 상부에 순차적으로 적층된 제2 p-형 반도체층, 제2 진성 반도체층 및 제2 n-형 반도체층을 포함하는 제2 무기 태양전지 유닛; 상기 제2 n-형 반도체층 상부에 위치하는 중간 전극층; 상기 중간 전극층 상부에 순차적으로 적층된 정공전달층, 광활성층 및 전자전달층을 포함하는 유기 태양전지 유닛; 및 상기 전자전달층 상부에 위치하는 후면전극을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 p-형 반도체층은 상기 투명 도전막 상부에 위치하고 p-형 불순물이 도핑된 비정질 수소화 실리콘으로 이루어진 제1 박막; 및 상기 제1 박막 상부에 위치하고 p-형 불순물이 도핑된 비정질 수소화 실리콘 산화물로 이루어진 제2 박막을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 박막은 약 3 내지 5 nm의 두께를 갖고, 상기 제2 박막은 약 5 내지 7 nm의 두께를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 진성 반도체층은 제1 밴드갭을 갖는 진성 비정질 수소화 실리콘으로 이루어지고, 상기 제2 진성 반도체층은 상기 제1 밴드갭보다 작은 제2 밴드갭을 갖는 진성 비정질 수소화 실리콘으로 이루어질 수 있다. 이와 달리, 상기 제1 진성 반도체층은 진성 비정질 수소화 실리콘 또는 진성 비정질 수소화 실리콘 산화물로 이루어지고, 상기 제2 진성 반도체층은 게르마늄이 도핑된 수소화 실리콘으로 이루어질 수 있다.
상기의 경우, 상기 제1 진성 반도체층은 약 80 내지 150 nm의 두께를 갖고, 상기 제2 진성 반도체층은 약 300 내지 400 nm의 두께를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 p-형 반도체층은 p-형 불순물 도핑된 비정질 수소화 실리콘 또는 p-형 불순물 도핑된 미세결정 수소화 실리콘으로 이루어지고, 상기 p-형 불순물은 약 0.25 내지 3% 도핑될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 정공전달층의 형성을 위해 유기 및 무기 소재가 사용될 수 있다. 유기 소재로는 전도성 고분자가 사용될 수 있으며, PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate)), 폴리아닐린 및 폴리피롤로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 무기 소재로는 정공을 전도할 수 있는 p형 반도체인 것이 바람직하고, 그 예로 전도성 금속, CuO, NiO, MoO3, WO3, 및 V2O5 으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지고, 상기 전자전달층은 타이타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 스트론튬(Sr), 징크(Zn), 인듐(In), 란타넘(La), 바나듐(V), 몰리브데넘(Mo), 텅스텐(W), 틴(Sn), 나이오븀(Nb), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 이트륨(Y), 스칸듐(Sc), 사마륨(Sm), 갈륨(Ga), 플로오르(F), 및 스트론튬타이타늄(SrTi)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 또는 금속 산화물 또는 이들의 합금 또는 복합 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면 광학적 밴드갭 에너지(band gap energy)와 분광반응이 다른 전지를 접합하기 위하여 상부에 무기 적층형 박막 태양전지를 배치하고 하부에 유기 태양전지를 배치함으로써 넓은 파장 범위의 태양광을 효과적으로 이용할 수 있고, 그 결과 태양전지 변환효율을 향상시킬 수 있다. 또한 초기 변환효율 대비 안정화 효율이 낮은 유기 태양전지와 상부의 얇은 광흡수층을 갖는 비정질 적층형 태양전지를 접합함으로써 상대적으로 광안전성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유무기 적층형 태양전지를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 제1 p-형 반도체층의 형태에 따른 전압-전류 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 제2 p-형 반도체층에 도핑되는 p-형 불순물의 농도에 따른 제1 및 제2 무기태양전지 유닛 전체의 개방 전압(Voc), 단락 전류(Jsc), 충진률(FF) 및 변환효율(Eff)을 나타내는 그래프들이다.
도 4는 제1 진성 반도체층과 제2 진성 반도체층의 물질에 따른 전압-전류 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유무기 적층형 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 비정질 실리콘 이중 접합 전지(비교예1), 유기태양전지 단일 셀(비교예2), ITO 중간 전극층이 없는 유무기 트리플 탠뎀셀(비교예3) 및 ITO 중간 전극층이 형성된 유무기 트리플 탠뎀셀(실시예)에 대한 전압-전류 특성을 측정한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유무기 적층형 태양전지의 스펙트럼에 대한 외부 양자 효율(External Quantum Efficiency, EQE) 특성을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
<유무기 하이브리드 적층형 태양전지>
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유무기 하이브리드 적층형 태양전지를 설명하기 위한 단면도이다. 그리고 도 2는 제1 p-형 반도체층의 형태에 따른 전압-전류 관계를 나타내는 그래프이고, 도 3은 제2 p-형 반도체층에 도핑되는 p-형 불순물의 농도에 따른 제1 및 제2 무기태양전지 유닛 전체의 개방 전압(Voc), 단락 전류(Jsc), 충진률(FF) 및 변환효율(Eff)을 나타내는 그래프들이며, 도 4는 제1 진성 반도체층과 제2 진성 반도체층의 물질에 따른 전압-전류 관계를 나타내는 그래프이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유무기 하이브리드 적층형 태양전지(100)는 투명 기판(110), 투명 도전막(120), 제1 무기 태양전지 유닛(130), 제2 무기 태양전지 유닛(140), 중간 전극층(150), 유기 태양전지 유닛(160) 및 후면전극(170)을 포함할 수 있다.
투명 기판(110)으로는 통상의 태양전지용 기판이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 투명 기판(110)으로는 규소(Si) 기판, 산화규소(SiO2) 기판, 산화알루미늄(Al2O3) 기판, STO(SrTiO3) 기판, 수정 기판 등이 사용될 수 있다.
투명 도전막(120)은 투명 기판(110) 상부에 위치할 수 있다. 하나의 실시예로, 투명 도전막(120)은 투명한 전도성 산화물로 이루어질 수 있다. 구체예로서, 투명 도전막(120)은 ITO(Indium Tin Oxide), AZO(Al-doped Zinc Oxide), IZO(In-doped Zinc Oxide), GZO(Ga-doped Zinc Oxide), SnO2:F 등으로 이루어질 수 있다.
제1 무기 태양전지 유닛(130)은 투명 도전막(120) 상부에 위치할 수 있다. 하나의 실시예로서, 제1 무기 태양전지 유닛(130)은 제1 p-형 반도체층(131), 제1 진성 반도체층(132), 제1 n-형 반도체층(133)을 포함할 수 있다.
제1 p-형 반도체층(131)은 투명 도전막(120) 상부에 위치할 수 있다. 하나의 실시예로서, 제1 p-형 반도체층(131)은 p-형 불순물이 도핑된 비정질(amorphous) 수소화 실리콘(a-Si:H) 또는 아산화질소(N2O) 가스를 주입하여 형성되고 p-형 불순물이 도핑된 비정질(amorphous) 수소화 실리콘 산화물(p-type a-SiOx:H)로 형성될 수 있다. 제1 p-형 반도체층(131)에 도핑되는 p-형 불순물은 보론(B)을 포함할 수 있다. 제1 p-형 반도체층(131)은 약 5 내지 10nm의 두께를 가질 수 있다. 제1 p-형 반도체층(131)의 두께가 10nm를 초과하는 경우, 제1 p-형 반도체층(131)에서의 광흡수량이 증가하여 태양전지 전체의 효율이 감소되는 문제점이 발생할 수 있고, 제1 p-형 반도체층(131)의 두께가 5nm 미만인 경우, 제1 p-형 반도체층(131)의 균일도가 저하되거나 재현성이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다. 하나의 예로서, 제1 p-형 반도체층(131)은 약 7 내지 10nm의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 p-형 반도체층(131)은 단일층 또는 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 하나의 실시예로서, 제1 p-형 반도체층(131)은 투명 도전막(120) 상부에 위치하는 제1 박막 및 제1 박막 상부에 위치하는 제2 박막을 포함할 수 있다. 제1 박막은 p-형 불순물이 도핑된 비정질(amorphous) 수소화 실리콘(a-Si:H)으로 이루어질 수 있고, 제2 박막은 p-형 불순물이 도핑된 비정질(amorphous) 수소화 실리콘 산화물(p-type a-SiOx:H)로 이루어질 수 있다. 일례로, 제1 박막은 약 3 내지 5 nm의 두께를 가질 수 있고, 제2 박막은 약 5 내지 7 nm의 두께를 가질 수 있다. 이와 같이 제1 p-형 반도체층(131)이 상기 제1 박막 및 제2 박막을 포함하는 경우, 도 2에 나타난 바와 같이, 제1 p-형 반도체층(131)이 단일층으로 구성되는 경우보다 개방 전압(Voc)을 증가시킬 수 있다. 도 2에 있어서, 검은색 실선은 제1 무기 태양전지 유닛(130)만으로 구성된 태양전지의 전압-전류 관계를 나타내고, 빨강색 점선은 제1 및 제2 무기 태양전지 유닛(130, 140)으로 구성된 적층형 태양전지에 있어서 제1 p-형 반도체층(131)이 p-형 불순물이 도핑된 비정질(amorphous) 수소화 실리콘(a-Si:H)으로 이루어진 박막과 p-형 불순물이 도핑된 비정질(amorphous) 수소화 실리콘 산화물(p-type a-SiOx:H)로 이루어진 박막으로 구성된 적층 구조를 갖는 경우의 전압-전류 관계를 나타내며, 파란색 점선은 제1 및 제2 무기 태양전지 유닛(130, 140)으로 구성된 적층형 태양전지에 있어서 제1 p-형 반도체층(131)이 p-형 불순물이 도핑된 비정질(amorphous) 수소화 실리콘 산화물(p-type a-SiOx:H)로 이루어진 단일층 구조인 경우의 전압-전류 관계를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 제1 p-형 반도체층(131)이 p-형 불순물이 도핑된 비정질(amorphous) 수소화 실리콘(a-Si:H)으로 이루어진 박막과 p-형 불순물이 도핑된 비정질(amorphous) 수소화 실리콘 산화물(p-type a-SiOx:H)로 이루어진 박막으로 구성된 적층 구조를 갖는 경우에 가장 큰 개방 전압(Voc)을 달성할 수 있음을 알 수 있다.
제1 진성 반도체층(132)은 제1 p-형 반도체층(131) 상부에 위치할 수 있다. 제1 진성 반도체층(132)은 진성 비정질 수소화 실리콘(i-type a-Si:H) 또는 아산화질소(N2O) 가스를 주입하여 만든 진성 비정질(amorphous) 수소화 실리콘 산화물(i-type a-SiOx:H)로 형성될 수 있다. 일례로, 제1 진성 반도체층(132)은 약 80 내지 150 nm의 두께를 가질 수 있다. 제1 진성 반도체층(132)의 두께가 150 nm를 초과하는 경우, 제1 무기 태양전지 유닛(130) 및 유기 태양전지 유닛(160)으로 전달되는 광량이 현저히 감소하는 문제점이 발생할 수 있고, 제1 진성 반도체층(132)의 두께가 80 nm 미만인 경우 제1 무기 태양전지 유닛(130)의 효율이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 하나의 예로서, 제1 진성 반도체층(132)은 유무기 하이브리드 적층형 태양전지(100) 전체의 효율을 향상시키기 위하여 약 50 내지 100 nm의 두께를 가질 수 있다.
제1 n-형 반도체층(133)은 제1 진성 반도체층(132) 상부에 위치할 수 있다. 제1 n-형 반도체층(133)은 n-형 불순물이 도핑된 비정질(amorphous) 수소화 실리콘 또는 미세결정 수소화 실리콘(μc-Si:H or nc-Si:H)으로 이루어질 수 있다. 제1 n-형 반도체층(133)은 약 10 nm의 두께를 가질 수 있다. 하나의 실시예로, 제1 n-형 반도체층(133)은 터널 재결합 접합(tunnel recombination junction, TRJ)을 위해 단일접합 박막 실리콘 태양전지의 n-형 반도체층에 비해 높은 농도로 n-형 불순물이 도핑될 수 있다. 예를 들면, 제1 n-형 반도체층(133)은 터널 재결합 접합(tunnel recombination junction, TRJ)을 위해 제2 무기 태양전지 유닛(140)의 제2 n-형 반도체층(143)보다 높은 농도로 n-형 불순물이 도핑될 수 있다.
제2 무기 태양전지 유닛(140)은 제1 무기 태양전지 유닛(130) 상부에 위치할 수 있다. 하나의 실시예로, 제2 무기 태양전지 유닛(140)은 제2 p-형 반도체층(141), 제2 진성 반도체층(142) 및 제2 n-형 반도체층(143)을 포함할 수 있다.
제2 p-형 반도체층(141)은 제1 n-형 반도체층(133) 상부에 위치할 수 있다. 하나의 실시예로, 제2 p-형 반도체층(141)은 p-형 불순물 도핑된 비정질(amorphous) 수소화 실리콘(a-Si:H) 또는 p-형 불순물 도핑된 미세결정 수소화 실리콘(μc-Si:H or nc-Si:H)으로 이루어질 수 있다. 제2 p-형 반도체층(141)에 도핑되는 p-형 불순물은 보론(B)을 포함할 수 있다. 제2 p-형 반도체층(141)은 약 5 내지 7 nm의 두께를 가질 수 있다. 제2 p-형 반도체층(141)은 터널 재결합 접합(tunnel recombination junction, TRJ)을 위해 단일접합 박막 실리콘 태양전지의 p-형 반도체층에 비해 높은 농도로 p-형 불순물이 도핑될 수 있다. 예를 들면, 제2 p-형 반도체층(141)은 터널 재결합 접합(tunnel recombination junction, TRJ)을 위해 제1 무기 태양전지 유닛(130)의 제1 p-형 반도체층(131)보다 높은 농도로 p-형 불순물이 도핑될 수 있다. 하나의 구체예로서, 제2 p-형 반도체층(141)에는 약 1 내지 3%의 p-형 불순물이 도핑될 수 있다. p-형 불순물이 1% 미만으로 도핑되는 경우, 터널 재결합 접합(tunnel recombination junction, TRJ)을 형성하지 못하는 문제점이 발생할 수 있고, p-형 불순물이 3%를 초과하여 도핑되는 경우, 도 3에 나타난 바와 같이, 개방 전압(Voc), 변환효율(Eff) 등이 감소되는 문제점이 발생할 수 있다. 도 3은 제2 p-형 반도체층(141)에 p-형 불순물을 3%, 6% 및 9% 도핑한 경우에 측정된 개방 전압(Voc), 단락 전류(Jsc), 충진률(FF) 및 변환효율(Eff)을 각각 나타내는 그래프들로서, 도 3을 참조하면, 제2 p-형 반도체층(141)에 도핑되는 p-형 불순물의 양이 3%를 초과하면 p-형 불순물의 양이 증가할수록 개방 전압(Voc), 충진률(FF) 및 변환효율(Eff)이 모두 감소함을 알 수 있다.
제2 진성 반도체층(142)은 제2 p-형 반도체층(141) 상부에 위치할 수 있다. 제2 진성 반도체층(142)은 진성 비정질 수소화 실리콘(i-type a-Si:H) 또는 게르마늄(Ge)이 도핑된 수소화 실리콘(a-SiGe:H)으로 이루어질 수 있다. 제2 진성 반도체층(142)을 이루는 물질은 제1 무기 태양전지 유닛(130)의 제1 진성 반도체층(132)을 이루는 물질보다 낮은 밴드갭을 갖는 것이 바람직하다. 제1 및 제2 진성 반도체층(142)을 이루는 물질의 밴드갭은 수소의 함량을 변경함으로써 조절할 수 있고, 수소의 함량이 증가할수록 밴드갭이 증가한다. 제2 진성 반도체층(142)은 약 300 내지 400 nm의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 제1 진성 반도체층(132)이 진성 비정질 수소화 실리콘(i-type a-Si:H) 또는 아산화질소(N2O) 가스를 주입하여 만든 진성 비정질(amorphous) 수소화 실리콘 산화물(i-type a-SiOx:H)로 이루어진 경우, 제2 진성 반도체층(142)은 게르마늄(Ge)이 도핑된 수소화 실리콘(a-SiGe:H)으로 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 제1 및 제2 진성 반도체층(132, 142)의 물질을 조합하는 경우, 도 4에 나타난 바와 같이, 단락전류(Jsc) 값을 향상시킬 수 있다. 도 4에 있어서, 검은색 실선은 제1 및 제2 진성 반도체층(132, 142)이 각각 비정질 수소화 실리콘 및 비정질 수소화 실리콘으로 이루어진 경우의 전압-전류 관계를 나타내고, 빨강색 점선은 제1 및 제2 진성 반도체층(132, 142)이 각각 비정질 수소화 실리콘 산화물 및 비정질 수소화 실리콘으로 이루어진 경우의 전압-전류 관계를 나타내고, 파란색 점선은 제1 및 제2 진성 반도체층(132, 142)이 각각 비정질 수소화 실리콘 및 게르마늄이 도핑된 비정질 수소화 실리콘으로 이루어진 경우의 전압-전류 관계를 나타내며, 초록색 점선은 제1 및 제2 진성 반도체층(132, 142)이 각각 비정질 수소화 실리콘 산화물 및 게르마늄이 도핑된 비정질 수소화 실리콘으로 이루어진 경우의 전압-전류 관계를 나타낸다.
제2 n-형 반도체층(143)은 제2 진성 반도체층(142)의 상부에 위치할 수 있다. 제2 n-형 반도체층(143)은 n-형 불순물이 도핑된 비정질 실리콘 또는 미세결정 수소화 실리콘(μc-Si:H or nc-Si:H)으로 이루어질 수 있다. 제2 n-형 반도체층(143)이 n-형 불순물이 도핑된 비정질 실리콘으로 이루어진 경우, 제2 n-형 반도체층(143)은 약 25 nm의 두께를 가질 수 있다. 이와 달리, 제2 n-형 반도체층(143)이 n-형 불순물이 도핑된 미세결정 수소화 실리콘(μc-Si:H or nc-Si:H)으로 이루어진 경우, 제2 n-형 반도체층(143)은 약 35 nm의 두께를 가질 수 있다.
중간 전극층(150)은 제2 n-형 반도체층(143) 상부에 위치할 수 있다. 하나의 실시예로, 중간 전극층(150)은 ITO 또는 ZnO:Al로 이루어질 수 있다. 중간 전극층(150)은 제2 무기 태양전지 유닛(140)과 유기 태양전지 유닛(160) 사이의 터널 재결합 접합을 형성하고 무기 태양전지 유닛의 산화를 방지할 수 있다. 중간 전극층(150)은 약 10 내지 30 nm의 두께를 가질 수 있다.
유기 태양전지 유닛(160)은 중간 전극층(150) 상부에 위치할 수 있다. 유기 태양전지 유닛(160)은 광활성층(161), 정공전달층(162) 및 전자전달층(163)을 포함할 수 있다.
광활성층(161)은 공액고분자 또는 저분자 물질로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 광활성층(161)은 전자 주개형 물질과 전자 받개형 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 전자 주개형 물질로는 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리(p-페닐렌비닐렌), MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene), MDMO-PPV(poly(2-methoxy-5-(3,7-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylene-vinylene), 펜타센(pentacene), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리(3-알킬티오펜), 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT), poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b']-dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-benzothiadiazole)](PCPDT-BT), poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b']-dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-difluorobenzothiadiazole)(PCPDTDFBT), poly[2,7-(5,5-bis-(3,7-dimethyloctyl)-5H-dithieno[3,2-b:2',3'-d]pyran)-alt-4,7-(5,6-difluoro-2,1,3-benzothiadiazole)](PDTP-DFBT) 등의 공액 고분자 물질 또는 CuPc, ZnPc 등의 phthalocyanine계 저분자 물질 등이 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 사용될 수 있고, 전자 받개형 물질로는 전자 친화도가 큰 플러렌, 플러렌 유도체들, 페릴렌(perylene) 등이 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 플러렌으로는 C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720, C860 등이 사용될 수 있고, 상기 플러렌 유도체들로는 PCBM(1-(3-메톡시-카르보닐)프로필-1-페닐(6,6)C61(1-(3-methoxy-carbonyl)propyl-1-phenyl(6,6)C61), C71-PCBM, C84-PCBM, bis-PCBM 등이 사용될 수 있다.
광활성층(161)은 상기 전자 주게형 물질과 상기 전자 받게형 물질의 2층 구조를 가지거나 상기 전자 주게형 물질과 상기 전자 받게형 물질의 벌크 이종접합(bulk heterojunction) 구조를 가질 수 있다. 광활성층(161) 물질에 있어서, 분자 내에 존재하는 파이(π) 전자들은 낮은 에너지 준위부터 채우게 되는데, 파이 전자로 채워진 가장 높은 에너지 준위를 HOMO(highest occupied molecular orbital) 준위라 하고, 그 다음 에너지 준위는 채워지지 않은 준위 중 가장 낮은 준위로서 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 준위라 한다. 광활성층(161) 물질의 HOMO 준위와 LUMO 준위 사이의 에너지 차이는 무기 반도체의 밴드갭과 같은 역할을 하는데, 본 발명에 있어서는, 광활성층(161) 물질의 HOMO 준위와 LUMO 준위 사이의 에너지 차이가 제2 진성 반도체층(142)의 밴드갭보다 작은 물질로 형성되는 것이 바람직하다.
전자 주게형 물질은 태양광을 흡수하여 여기 상태의 전자-정공 쌍(exciton)을 생성하고, 이러한 전자-정공 쌍은 확산을 통해 이동하다가 전자 받게형 물질과의 계면에서 전자와 정공으로 분리된다. 즉, 전자는 전자 친화도가 큰 전자 받게형 물질 쪽으로 이동하고 정공은 전자 주게형 물질에 남아서 각각 전하 상태로 분리되는 것이다. 일함수 차이로 형성된 내부 전기장과 내부 전하의 농도 차에 의해 이들 정공과 전자는 각각 중간 전극층과 후면 전극으로 각각 이동하게 되고 그 결과 광전류가 발생하게 된다.
정공전달층(162)은 광활성층(161)과 중간 전극층(150) 사이에 위치한다. 정공전달층(162)은 광활성층(161)에서 생성된 정공과 전자 중 전자의 이동은 차단하고 정공만을 중간 전극층(150)으로 전달한다. 정공전달층(162)은 PEDOT:PSS 또는 MoO3, WO3, V2O5 등의 금속산화물로 형성될 수 있다.
전자전달층(163)은 광활성층(161)과 후면 전극(170) 사이에 위치한다. 전자전달층(163)은 광활성층(161)에서 생성된 정공과 전자 중 정공의 이동은 차단하고 전자만을 후면 전극(170)으로 전달한다. 전자전달층(163)은 이산화티탄(TiO2), 산화아연(ZnO) 등과 같은 금속산화물로 형성될 수 있다.
후면전극(170)은 유기 태양전지 유닛(160) 중 전자전달층(163) 상부에 위치할 수 있다. 후면전극(170)은 금, 백금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 코발트, 리드, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈륨, 니오븀 등의 금속 혹은 이들 금속의 합금으로 이루어질 수 있다. 후면전극(170)은 태양전지 유닛들(130, 140, 160)에서 발생된 전기를 외부로 전달할 수 있고, 또한 유기 태양전지 유닛(160)을 통과한 광을 다시 유기 태양전지 유닛(160) 방향으로 반사하여 태양광의 이용효율을 향상시킬 수 있다.
<유무기 하이브리드 적층형 태양전지의 제조방법>
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유무기 하이브리드 적층형 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유무기 하이브리드 적층형 태양전지(100)의 제조방법은 투명 기판(110) 상에 투명 도전막(120)을 형성하는 단계(S110), 투명 도전막(120) 상부에 제1 무기 태양전지 유닛(130)을 형성하는 단계(S120), 제1 무기 태양전지 유닛(130) 상부에 제2 무기 태양전지 유닛(140)을 형성하는 단계(S130), 제2 무기 태양전지 유닛(140) 상부에 중간 전극층(150)을 형성하는 단계(S140), 중간 전극층(150) 상부에 유기 태양전지 유닛(160)을 형성하는 단계(S150) 및 유기 태양전지 유닛(160) 상부에 후면전극(170)을 형성하는 단계(S160)를 포함할 수 있다.
투명 기판(110)으로는 통상의 태양전지용 기판이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 투명 기판(110)으로는 규소(Si) 기판, 산화규소(SiO2) 기판, 산화알루미늄(Al2O3) 기판, STO(SrTiO3) 기판, 수정 기판 등이 사용될 수 있다.
투명 도전막(120)은 투명 기판(110) 상부에 투명한 전도성 산화물을 증착하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 투명 도전막(120)은 ITO(Indium Tin Oxide), AZO(Al-doped Zinc Oxide), IZO(In-doped Zinc Oxide), GZO(Ga-doped Zinc Oxide), SnO2:F 등과 같은 투명 전도성 산화물을 투명 기판(110) 상부에 증착함으로써 형성될 수 있다.
제1 무기 태양전지 유닛(130)은 투명 도전막(120) 상부에 제1 p-형 반도체층(131), 제1 진성 반도체층(132) 및 제1 n-형 반도체층(133)을 순차적으로 형성함으로써 형성될 수 있다.
제1 p형 반도체층(131)은 투명 도전막(120) 상부에 p-타입 보론(B) 억셉터 불순물이 도핑된 비정질(amorphous) 수소화 실리콘(a-Si:H) 또는 아산화질소(N2O) 가스를 주입하여 형성되고 보론 억셉터 불순물이 도핑된 비정질(amorphous) 수소화 실리콘 산화물(p-type a-SiOx:H)을 증착하여 형성될 수 있다. 제1 p-형 반도체층(131)은 약 5 내지 10nm의 두께로 형성될 수 있다. 제1 p-형 반도체층(131)의 두께가 10nm를 초과하는 경우, 제1 p-형 반도체층(131)에서의 광흡수량이 증가하여 유무기 하이브리드 적층형 태양전지(100) 전체의 효율이 감소되는 문제점이 발생할 수 있고, 제1 p-형 반도체층(131)의 두께가 5nm 미만인 경우, 제1 p-형 반도체층(131)의 균일도가 저하되거나 재현성이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다. 일례로, 제1 p-형 반도체층(131)은 약 7 내지 10nm의 두께로 형성될 수 있다.
하나의 실시예에 있어서, 제1 p-형 반도체층(131)을 형성하기 위하여 투명 도전막(120) 상부에 p-형 불순물이 도핑된 비정질(amorphous) 수소화 실리콘(a-Si:H)으로 이루어진 제1 박막을 형성한 후 제1 박막 상부에 아산화질소(N2O) 가스를 주입하여 형성되고 p-형 불순물이 도핑된 비정질(amorphous) 수소화 실리콘 산화물(p-type a-SiOx:H)로 이루어진 제2 박막을 형성할 수 있다. 제1 박막은 약 3 내지 5 nm의 두께로 형성될 수 있고, 제2 박막은 약 5 내지 7 nm의 두께로 형성될 수 있다. 이와 같이 제1 p-형 반도체층(131)이 상기 제1 박막 및 제2 박막을 포함하도록 형성하는 경우, 도 2에 나타난 바와 같이, 제1 p-형 반도체층(131)이 보론(B) 억셉터 분순물이 도핑된 수소화된 비정질(amorphous) 실리콘(a-Si:H)으로만 형성되거나 p-형 비정질(amorphous) 수소화 실리콘 산화물(p-type a-SiOx:H)으로만 형성된 경우에 비하여 개방 전압(Voc) 값을 증가시킬 수 있다.
제1 진성 반도체층(132)은 제1 p-형 반도체층(131) 상부에 진성 비정질 수소화 실리콘(i-type a-Si:H) 또는 아산화질소(N2O) 가스를 주입하여 만든 진성 비정질(amorphous) 수소화 실리콘 산화물(i-type a-SiOx:H)을 증착함으로써 형성될 수 있다. 제1 진성 반도체층(132)은 약 80 내지 150 nm의 두께로 형성될 수 있다. 제1 진성 반도체층(132)의 두께가 150 nm를 초과하는 경우, 제1 무기 태양전지 유닛(130) 및 유기 태양전지 유닛(160)으로 전달되는 광량이 현저히 감소하는 문제점이 발생할 수 있고, 제1 진성 반도체층(132)의 두께가 80 nm 미만인 경우, 제1 무기 태양전지 유닛(130)의 광효율이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 하나의 예로서, 제1 진성 반도체층(132)는 유무기 하이브리드 적층형 태양전지(100) 전체의 효율을 향상시키기 위하여 약 50 내지 100 nm의 두께로 형성될 수 있다.
제1 n-형 반도체층(133)은 제1 진성 반도체층(132) 상부에 n-타입 비정질(amorphous) 실리콘 또는 미세결정 수소화 실리콘(μc-Si:H or nc-Si:H)을 증착하여 형성될 수 있다. 제1 n-형 반도체층(133)은 약 10 nm의 두께로 형성될 수 있다. 하나의 실시예로, 제1 n-형 반도체층(133)은 터널 재결합 접합(tunnel recombination junction, TRJ)을 위해 단일접합 박막 실리콘 태양전지의 n-형 반도체층에 비해 높은 농도로 n-형 불순물이 도핑될 수 있다. 예를 들면, 제1 n-형 반도체층(133)은 터널 재결합 접합(tunnel recombination junction, TRJ)을 위해 제2 무기 태양전지 유닛(140)의 제2 n-형 반도체층(143)보다 높은 농도로 n-형 불순물이 도핑될 수 있다.
제2 무기 태양전지 유닛(140)은 제1 n-형 반도체층(133) 상부에 제2 p-형 반도체층(141), 제2 진성 반도체층(142) 및 제2 n-형 반도체층(143)을 순차적으로 형성함으로써 형성될 수 있다.
제2 p-형 반도체층(141)은 제1 n-형 반도체층(133) 상부에 p-타입 불순물이 도핑된 비정질(amorphous) 수소화 실리콘(a-Si:H) 또는 미세결정 수소화 실리콘(μc-Si:H or nc-Si:H)을 증착하여 형성할 수 있다. 제2 p-형 반도체층(141)은 약 5 내지 7 nm의 두께로 형성될 수 있다. 하나의 실시예로, 제2 p-형 반도체층(141)은 터널 재결합 접합(tunnel recombination junction, TRJ)을 위해 단일접합 박막 실리콘 태양전지의 p-형 반도체층에 비해 높은 농도로 p-형 불순물이 도핑될 수 있다. 예를 들면, 제2 p-형 반도체층(141)은 터널 재결합 접합(tunnel recombination junction, TRJ)을 위해 제1 무기 태양전지 유닛(130)의 제1 p-형 반도체층(131)보다 높은 농도로 p-형 불순물이 도핑될 수 있다. 하나의 구체예로서, 제2 p-형 반도체층(141)에는 약 1 내지 3%의 p-형 불순물이 도핑될 수 있다. p-형 불순물이 1% 미만으로 도핑되는 경우 터널 재결합 접합(tunnel recombination junction, TRJ)을 형성하지 못하는 문제점이 발생할 수 있고, p-형 불순물이 3%를 초과하여 도핑되는 경우, 도 3에 나타난 바와 같이, 개방 전압(Voc), 단락 전류(Jsc), 변환효율(Eff) 등이 감소되는 문제점이 발생할 수 있다.
제2 진성 반도체층(142)은 제2 p-형 반도체층(141) 상부에 진성 비정질 수소화 실리콘(i-type a-Si:H) 또는 게르마늄(Ge)이 도핑된 수소화 실리콘(a-SiGe:H)을 증착함으로써 형성될 수 있다. 제2 진성 반도체층(142)을 이루는 물질은 제1 무기 태양전지 유닛(130)의 제1 진성 반도체층(132)을 이루는 물질보다 낮은 밴드갭을 갖는 것이 바람직하다. 제2 진성 반도체층(142)은 약 250 내지 400 nm의 두께로 형성될 수 있다.
하나의 실시예로, 제1 진성 반도체층(132)이 진성 비정질 수소화 실리콘(i-type a-Si:H) 또는 아산화질소(N2O) 가스를 주입하여 만든 진성 비정질(amorphous) 수소화 실리콘 산화물(i-type a-SiOx:H)로 이루어진 경우, 제2 진성 반도체층(142)은 게르마늄(Ge)이 도핑된 수소화 실리콘(a-SiGe:H)으로 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 제1 및 제2 진성 반도체층(132, 142)의 물질을 조합하는 경우, 도 4에 나타난 바와 같이, 단락전류(Jsc) 값을 향상시킬 수 있다.
제2 n-형 반도체층(143)은 제2 진성 반도체층(142)의 상부에 n-형 비정질 실리콘 또는 미세결정 수소화 실리콘(μc-Si:H or nc-Si:H)을 증착함으로써 형성될 수 있다. 제2 n-형 반도체층(143)이 n-형 비정질 실리콘으로 형성된 경우, 제2 n-형 반도체층(143)은 약 25 nm의 두께로 형성될 수 있다. 이와 달리, 제2 n-형 반도체층(143)이 미세결정 수소화 실리콘(μc-Si:H or nc-Si:H)으로 형성된 경우, 제2 n-형 반도체층(143)은 약 35 nm의 두께로 형성될 수 있다.
중간 전극층(150)은 제2 n-형 반도체층(143) 상부에 ITO 또는 ZnO:Al를 증착함으로써 형성될 수 있다. 중간 전극층(150)은 제2 무기 태양전지 유닛(140)과 유기 태양전지 유닛(160) 사이의 터널 재결합 접합을 형성하고 무기 태양전지 유닛의 산화를 방지할 수 있다. 중간 전극층(150)은 약 10 내지 30 nm의 두께로 형성될 수 있다.
유기 태양전지 유닛(160)은 중간 전극층(150) 상부에 정공전달층(162), 광활성층(161) 및 전자전달층(163)을 순차적으로 형성함으로써 형성될 수 있다.
정공전달층(162)은 중간 전극층(150) 상부에 PEDOT:PSS를 용매에 용해한 용액을 코팅하거나 MoO3, WO3, V2O5 등과 같은 금속산화물을 증착함으로써 형성될 수 있다. 일례로, 정공전달층(162)은 약 50 내지 100 nm의 두께로 형성될 수 있다.
광활성층(161)은 정공전달층(162) 상부에 형성될 수 있다. 일례로, 광활성층(161)이 전자 주개형 물질과 전자 받개형 물질의 2층 구조를 갖는 경우, 정공전달층(162) 상부에 전자 주게형 물질을 포함하는 용액을 코팅한 후 그 상부에 전자 받게형 물질을 포함하는 용액을 코팅하여 광활성층을 형성할 수 있다. 다른 예로, 광활성층(161)이 벌크 이종접합(bulk heterojunction) 구조를 갖는 경우, 정공전달층 (162)상부에 상기 전자 주게형 물질과 상기 전자 받게형 물질을 모두 포함하는 용액을 코팅하여 광활성층을 형성할 수 있다. 전자 주개형 물질로는 폴리아닐린(PANi), 폴리피롤(polypyrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리(p-페닐렌비닐렌), MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene), MDMO-PPV(poly(2-methoxy-5-(3,7-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylene-vinylene), 펜타센(pentacene), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리(3-알킬티오펜), 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT), poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b']-dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-benzothiadiazole)](PCPDT-BT), poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b']-dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-difluorobenzothiadiazole)(PCPDTDFBT), poly[2,7-(5,5-bis-(3,7-dimethyloctyl)-5H-dithieno[3,2-b:2',3'-d]pyran)-alt-4,7-(5,6-difluoro-2,1,3-benzothiadiazole)](PDTP-DFBT) 등이 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 사용될 수 있고, 전자 받개형 물질로는 전자 친화도가 큰 플러렌, 플러렌 유도체들, 페릴렌(perylene) 등이 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
전자전달층(163)은 광활성층(161) 상부에 이산화티탄(TiO2), 산화아연(ZnO) 등과 같은 금속산화물을 스퍼터링 또는 진공증착함으로써 형성될 수 있다.
후면전극(170)은 유기 태양전지 유닛(160) 중 전자전달층 상부에 알루미늄(Al) 또는 은을 증착함으로써 형성될 수 있다. 후면전극(170)은 태양전지 유닛들에서 발생된 전기를 외부로 전달할 수 있고, 또한 유기 태양전지 유닛(160)을 통과한 광을 다시 유기 태양전지 유닛(160) 방향으로 반사하여 태양광의 이용효율을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
[실시예]: 유무기 하이브리드 적층형 태양전지의 특성
도 6은 비정질 실리콘 이중 접합 전지(비교예1), 유기태양전지 단일 셀(비교예2), ITO 중간 전극층이 없는 유무기 트리플 탠뎀셀(비교예3) 및 ITO 중간 전극층이 형성된 유무기 트리플 탠뎀셀(실시예)에 대한 전압-전류 특성을 측정한 그래프이고, 표 1은 도 6의 그래프로부터 파악된 각 소자의 단락전류(J SC), 개방전압(V OC), 충진률(FF) 및 광전변환효율(PCE)을 나타낸다. 도 6의 전류-전압 특성은 1.5AM 100mW/㎠의 솔라 시뮬레이터(Xe 램프[2500W], AM1.5 filter, 및 Keithley model2400으로 구성됨)를 이용하여 측정하였다.
Jsc (mA/cm2) Voc (V) FF PCE (%)
비교예1
(a-Si:H double cell)		 5.04 1.684 69.18 5.87
비교예2
(OPV single cell)		 14.25 0.755 61.98 6.68
비교예3
(Triple tandem w/o ITO)		 4.48 2.257 53.64 5.42
실시예
(Triple tandem w/ ITO)		 4.57 2.324 67.23 7.13
도 6 및 표 1을 참조하면, 실시예에 따른 유무기 트리플 텐뎀셀은 비교예3에 따른 유무기 트리플 텐뎀셀에 비해 향상된 단락전류, 개방전압 및 충진률을 나타내었고, 그결과 약 1.3배 향상된 광전변환효율을 나타내었다. 또한, 실시예에 따른 유무기 트리플 텐뎀셀의 개방전압은 2.324 V로서, 비교예1의 비정질 실리콘 이중 접합 전지의 개방 전압(1.684 V)과 비교예2의 유기태양전지 단일 셀의 개방전압(0.755 V)을 합한 값(2.439 V)에 거의 근접한 높은 개방전압을 나타내었다. 실시예에 따른 유무기 트리플 텐뎀셀은 이러한 높은 개방전압 특성으로 인하여 7.13%의 높은 광전변환효율을 나타내었다.
도 7은 실시예에 따른 유무기 트리플 텐뎀셀의 태양광 스펙트럼에 대한 감응 특성을 조사하기 위해 측정된 외부 양자 효율(External Quantum Efficiency, EQE) 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 실시예에 따른 유무기 트리플 텐뎀셀을 구성하는 3개의 서브 셀(subcell)의 외부 양자 효율을 측정한 결과 상기 3개의 서브 셀들이 성공적으로 유무기 트리플 텐뎀셀을 구성함을 알 수 있다.
100: 유무기 하이브리드 적층형 태양전지
110: 투명 기판 120: 투명 도전막
130: 제1 무기 태양전지 유닛 140: 제2 무기 태양전지 유닛
150: 중간 전극층 160: 유기 태양전지 유닛
170: 후면전극

Claims (8)

  1. 투명 도전막;
    상기 투명 도전막 상부에 순차적으로 적층된 제1 p-형 반도체층, 제1 진성 반도체층 및 제1 n-형 반도체층을 포함하고, 상기 제1 p-형 반도체층은 상기 투명 도전막 상부에 위치하고 p-형 불순물이 도핑된 비정질 수소화 실리콘으로 이루어진 제1 박막과 상기 제1 박막 상부에 위치하고 p-형 불순물이 도핑된 비정질 수소화 실리콘 산화물로 이루어진 제2 박막을 포함하는 제1 무기 태양전지 유닛;
    상기 제1 n-형 반도체층 상부에 순차적으로 적층된 제2 p-형 반도체층, 제2 진성 반도체층 및 제2 n-형 반도체층을 포함하는 제2 무기 태양전지 유닛;
    상기 제2 n-형 반도체층 상부에 위치하는 중간 전극층;
    상기 중간 전극층 상부에 순차적으로 적층된 정공전달층, 광활성층 및 전자전달층을 포함하는 유기 태양전지 유닛; 및
    상기 전자전달층 상부에 위치하는 후면전극을 포함하는 유무기 하이브리드 적층형 태양전지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 박막은 3 내지 5 nm의 두께를 갖고,
    상기 제2 박막은 5 내지 7 nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 적층형 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 진성 반도체층은 제1 밴드갭을 갖는 진성 비정질 수소화 실리콘으로 이루어지고,
    상기 제2 진성 반도체층은 상기 제1 밴드갭보다 작은 제2 밴드갭을 갖는 진성 비정질 수소화 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 적층형 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 진성 반도체층은 진성 비정질 수소화 실리콘 또는 산소가 도핑된 수소화 실리콘으로 이루어지고,
    상기 제2 진성 반도체층은 진성 비정질 수소화 실리콘 또는 게르마늄이 도핑된 수소화 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 적층형 태양전지.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 제1 진성 반도체층은 80 내지 150 nm의 두께를 갖고,
    상기 제2 진성 반도체층은 250 내지 400 nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 적층형 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 p-형 반도체층은 p-형 불순물 도핑된 비정질 수소화 실리콘 또는 p-형 불순물 도핑된 미세결정 수소화 실리콘으로 이루어지고,
    상기 p-형 불순물은 0.25 내지 3% 도핑된 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 적층형 태양전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 정공전달층은 PEDO:PSS, MoO3, WO3 및 V2O5으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지고,
    상기 전자전달층은 TiO2 또는 ZnO으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 적층형 태양전지.
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