KR101615611B1 - Solar cell using multilayered tunneling quantum well structures and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 다양한 종류의 태양전지 출력단자인 플러스와 마이너스 전극 사이에 터널링이 가능한 반도체/절연체 다층의 양자우물구조체를 삽입하여 광흡수를 효과적으로 극대화하여 태양광의 투과손실과 단파장손실을 저감시킴으로써 이론적 변환효율의 한계를 뛰어넘는 실용 가능한 고효율 저가격 태양전지를 제공하는 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a solar cell and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a solar cell and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a solar cell and a method of manufacturing the same. And more particularly, to a solar cell using a tunneling multilayer quantum well structure and a method of fabricating the same, which can provide a practical, high-efficiency low-cost solar cell which can overcome the theoretical conversion efficiency by reducing transmission loss and short wavelength loss.
안전하고 재생가능하며 지속 가능한 청정에너지 실현을 위하여 상업용 태양전지의 효율 향상과 저가 생산의 중요성은 날로 증대되고 있다. In order to realize safe, renewable and sustainable clean energy, the efficiency of commercial solar cells and the importance of low cost production are increasing day by day.
쇼클리-카이저 제한(Shockley-Queisser limit)으로 불리는 pn 접합을 이용한 태양전지의 이론적 최대 효율의 한계는 1.34 eV의 밴드갭 (band gap)을 가진 하나의 pn 접합인 경우 33.7 %(AM 1.5 태양 스펙트럼 사용)이고, 1.12 eV의 밴드갭을 갖는 단결정 실리콘의 경우에는 이론적 최대 태양광 변환 효율이 약 29%이며, 현대의 상업적인 단결정 실리콘 태양 전지의 효율인 경우에는 약 23% 정도로 더 떨어지게 되는데, 이 원인은 주로 소자로 들어오는 빛의 표면반사, 금속선 등에 의한 빛 차단 및 소자에서의 저항에 의한 손실 등 여러 실제적인 문제들로 인해 발생한다.The theoretical maximum efficiency limit of a solar cell using a pn junction called the Shockley-Queisser limit is 33.7% for a single pn junction with a band gap of 1.34 eV (AM 1.5 solar spectrum use ), The theoretical maximum photovoltaic conversion efficiency is about 29% in the case of single crystal silicon having a band gap of 1.12 eV, and about 23% in the case of the efficiency of a commercial commercial single crystal silicon solar cell. This is mainly caused by various practical problems such as surface reflection of light coming into the device, blocking of light by metal lines, and loss due to resistance in the device.
이러한 상황에서 고효율의 태양전지를 실현하기 위한 구조 및 공정 기술들의 개선에 대한 필요성이 더욱 중요해지고 있다. In this situation, the need to improve the structure and process technologies for realizing high efficiency solar cells is becoming more important.
특히, 공정상에서 투과손실, 양자손실, 전자-홀의 재결합 손실, 태양전지 표면의 반사손실, 전류전압 특성에 기인하는 손실 등이 발생하는데, 변환효율을 개선하기 위해서는 이러한 손실이 태양전지의 어느 부분에서 일어나는지 조사하고, 태양전지의 구조설계와 공정개선을 통하여, 손실을 최소화 할 수 있는 방안이 요망된다. In particular, in order to improve the conversion efficiency, there is a phenomenon in which the loss is caused to occur at a certain portion of the solar cell, that is, in order to improve the conversion efficiency, the transmission loss, quantum loss, recombination loss of electron- And to minimize the loss through the structural design and process improvement of the solar cell.
이 방안의 일환으로 최근에 본 출원인에 의하여 "양자우물구조 태양전지 및 그 제조 방법"(대한민국 등록특허공보 제10-2014-0003718호, 2014. 11. 07. 등록)이 제안되었다. 선행특허는 이종구조의 태양전지에 있어서 p형과 n형 반도체 사이에 다층의 양자우물구조를 삽입하여 태양광의 투과손실 저감과 태양광 단파장손실 저감시킴으로써 이론적 변환효율의 한계를 뛰어넘는 고효율 태양전지를 얻고, 제조원가를 절감시키는 실용 가능한 양자우물구조 태양전지 및 그 제조방법을 제안하였다. As a part of this scheme, the present applicant has recently proposed "a quantum well structure solar cell and a manufacturing method thereof" (Korean Registered Patent No. 10-2014-0003718, registered on April 11, 2014). In the prior art, a multi-layered quantum well structure is inserted between a p-type and an n-type semiconductor in a hetero-structure solar cell to reduce the transmission loss of the sunlight and reduce the short wavelength loss of the sunlight, A quantum well structure solar cell capable of reducing manufacturing cost and a manufacturing method thereof.
그러나 선행특허에서는 양자우물구조를 반도체의 pn접합사이에 삽입시키고 이를 실리콘 태양전지 소자에 국한하여 적용시킴으로써 그 응용이 제한된 문제점이 있다.
However, in the prior art, the quantum well structure is inserted between pn junctions of semiconductors and applied to a silicon solar cell device, thereby limiting its application.
이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 감안함과 아울러 문제점의 해결에 역점을 두어, 다양한 종류의 태양전지 출력단자인 플러스와 마이너스 전극 사이에 터널링이 가능한 반도체/절연체 다층의 양자우물구조체를 삽입하여 광흡수를 효과적으로 극대화하여 태양광의 투과손실과 단파장손실을 저감시킴으로써 이론적 변환효율의 한계를 뛰어넘는 실용 가능한 고효율 및 저가의 새로운 양자우물구조 태양전지에 관한 제안 및 그 응용에 관한 본 발명을 창안하게 되었다.Accordingly, the present inventor has focused on solving the problems as well as taking into account the above-mentioned problems, and has proposed a semiconductor / insulator multilayer quantum well structure capable of tunneling between positive and negative electrodes of various kinds of solar cell output terminals, The present invention relates to a proposal and a practical application of a new quantum well structure solar cell with high efficiency and low cost, which can overcome the limit of the theoretical conversion efficiency by effectively maximizing the absorption and reducing the transmission loss and short wavelength loss of the sunlight.
따라서 본 발명의 기술적 해결 과제 및 목적은 두 전극의 일함수가 다른 전극물질들을 사용하는 모든 종류의 태양전지에 적용 가능한 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a solar cell using a tunneling multilayer quantum well structure applicable to all kinds of solar cells using electrode materials having different work functions of two electrodes, and a manufacturing method thereof.
본 발명의 다른 기술적 해결 과제 및 목적은 양자우물을 삽입시키는 태양전지의 상하부 전극의 선택 범위를 넓히고 그에 따른 소자의 동작이론을 새롭게 정립시킴으로써 응용적인 관점에서 실리콘 소자 적용뿐 아니라 박막형(thin film), 유연형(flexible) 태양전지 등에 적용이 가능하도록 설계된 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
It is another object of the present invention to provide a solar cell and a method of manufacturing the same, in which a selection range of upper and lower electrodes of a solar cell for inserting a quantum well is widened and a theory of operation of the device is newly established, A solar cell using a tunneling multilayer quantum well structure designed to be applicable to a flexible solar cell, and a manufacturing method thereof.
상기와 같은 기술적 해결 과제 및 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 양자우물구조 태양전지 및 그 제조방법은, 원자층 증착법(ALD), 화학 증착법(CVD) 혹은 스퍼터링(Sputtering) 방법 등을 사용하여 제1전극으로서, 일함수가 다른 쪽 전극보다 큰 물질(예, ITO 등) 위에 터널링이 가능한 절연체 박막과 반도체 박막의 두께를 연속적으로 각각 0.5~10 nm로 저온 증착시키는 양자우물구조체를 필요한 주기의 수만큼 형성한 후, 그 위에 제2전극으로서 일함수가 제1전극보다 작은 물질(예, Al, Mg, Ca 등)을 형성하는 것을 특징으로 한다. 이렇게 함으로써, 빛이 양자우물구조체에서 흡수되어 생성된 전자-홀들이 각각, 홀은 일함수가 큰 제1전극쪽으로, 또한 전자는 일함수가 작은 제2전극쪽으로 터널링과정을 거쳐서 이동하게 되어 두 전극 사이에 전압차가 발생하게 되어 태양전지의 출력을 뽑아내게 되는 원리이다. 이 경우, 제1전극의 기판은 투명성을 가질 수 있으며(ITO 유리 기판, PI 등), 이때의 투명성 기판에 텍스처링(texturing) 형상을 갖게 하여 셀에 유입되는 빛의 양을 증대시키는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a quantum well structure solar cell and a method of fabricating the same, wherein the quantum well structure solar cell and the method of manufacturing the same are fabricated by using atomic layer deposition (ALD), chemical vapor deposition (CVD), sputtering, As the one electrode, a quantum well structure in which the thickness of an insulator thin film and a semiconductor thin film, which can be tunneled on a material (for example, ITO or the like) larger than the other electrode having a work function, is continuously 0.5 to 10 nm, (For example, Al, Mg, Ca or the like) having a work function smaller than that of the first electrode is formed as a second electrode thereon. As a result, electrons and holes generated by absorption of light from the quantum well structure move to the first electrode having a large work function and electrons move to the second electrode having a small work function through the tunneling process, So that the output of the solar cell is extracted. In this case, the substrate of the first electrode may have transparency (ITO glass substrate, PI, etc.), and the transparent substrate may have a texturing shape to increase the amount of light introduced into the cell .
또한, 출발 기판의 제1전극으로서 비투명 전극인 금속 혹은 p형 및 n형 반도체를 사용할 경우에는 앞서 기술한 바처럼, 비투명 기판 위에 0.5~10 nm의 터널링 작용이 있는 박막 절연층과 0.5~10 nm의 박막 반도체층을 교대로 연속성장시킨 양자우물층을 수~수십 사이클 수만큼 형성하는 구조를 가지는 태양전지 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.When a metal or p-type or n-type semiconductor, which is a non-transparent electrode, is used as the first electrode of the starting substrate, a thin film insulating layer having a tunneling action of 0.5 to 10 nm on the non- And a structure in which a quantum well layer in which thin film semiconductor layers of 10 nm in thickness are alternately grown successively is formed by several to several tens of cycles.
또한, 상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 양자우물구조 태양전지 및 그 제조 방법은 원자층 증착법, 화학 증착법 혹은 스퍼터링 방법을 사용하여 제1전극상에 절연체 박막과 반도체 박막의 두께를 연속적으로 각각 0.5~10 nm로 증착시키는 양자우물구조를 형성한 후, 그 위에 제2전극으로서 제1전극보다 일함수가 작은 물질을 핑거 형태로 형성시킨 다음 실리콘질화막(SiNx)과 같은 반사방지막을 적정두께로 형성하는 것을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a quantum well structure solar cell and a method of fabricating the same, wherein a thickness of the insulator thin film and a thickness of the semiconductor thin film are successively formed on the first electrode by atomic layer deposition, chemical vapor deposition or sputtering. , A material having a work function smaller than that of the first electrode is formed in a finger shape thereon, and then an anti-reflection film such as a silicon nitride film (SiNx) And is formed to have a thickness.
이때, 상기 제1전극이 반도체 기판인 경우에는 저면에 선택적으로 반도체기판과 동일한 고농도 도핑을 함으로써 후면전계(Back Surface Field)층을 형성시켜 후면의 재결합속도를 줄이고 직렬저항 감소와 개방전압 증가로 인한 태양전지 효율 향상을 꾀한다.At this time, when the first electrode is a semiconductor substrate, a back surface field layer is formed by selectively doping the bottom surface with the same concentration as that of the semiconductor substrate, thereby reducing the recombination speed of the rear surface, decreasing the series resistance, To improve solar cell efficiency.
또한, 본 발명에 따른 양자우물구조 태양전지 및 그 제조 방법은 상기 양자우물구조체를 형성하기 전에, 상기 반도체 웨이퍼를 텍스처링하는 것을 특징으로 한다. Further, a quantum well structure solar cell and a manufacturing method thereof according to the present invention are characterized by texturing the semiconductor wafer before forming the quantum well structure.
또한, 본 발명에 따른 양자우물구조 태양전지 및 그 제조 방법에 있어서, 상기 패시베이션(Passivation) 막은 Al2O3막, Si3N4막, SiO2막 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In the quantum well structure solar cell and the method of manufacturing the same according to the present invention, the passivation film is any one of an Al2O3 film, a Si3N4 film, and an SiO2 film.
그리고, 양자우물구조체에 있어서 터널이 가능한 두 층의 절연체 박막 사이에 삽입된 반도체 박막의 두께를 0.5 nm정도부터 10 nm정도까지 변화시킴으로 인한 유효 밴드갭의 제어를 통한 광대역(1.1~2.3 eV) 밴드갭 태양전지 제작을 가능하게 하는 구조를 특징으로 한다.
(1.1 to 2.3 eV) band through control of the effective band gap by changing the thickness of the semiconductor thin film inserted between the two layers of insulator thin films capable of tunneling in the quantum well structure from 0.5 nm to 10 nm Gap solar cell fabrication.
상술한 바와 같은 기술적 과제의 해결 수단 및 구성을 갖춘 본 발명은 양자우물구조체를 이용하는 태양전지의 상하부 전극으로서 p형 및 n형의 반도체뿐만 아니라 두 전극의 일함수가 다른 전극을 사용하는 모든 종류의 태양전지에 적용 가능한 장점이 있다. The present invention having the means and structure for solving the technical problems as described above can be applied not only to p-type and n-type semiconductors as upper and lower electrodes of a solar cell using a quantum well structure, There are advantages that can be applied to solar cells.
이에 따라, 유효 밴드갭의 제어를 통한 광대역 밴드갭 태양전지 제작이 가능하게 되어, 태양전지에 있어서 태양광의 투과손실이 저감되고, 단파장 손실을 저감할 수 있기 때문에 고효율의 태양전지가 실현되는 효과가 있다. Thus, it is possible to fabricate a broadband bandgap solar cell through control of the effective bandgap, thereby reducing the transmission loss of sunlight in the solar cell and reducing the short wavelength loss, thereby realizing a high efficiency solar cell have.
또한, 본 발명은 양자우물구조를 갖는 태양전지에 적용함에 있어서, ITO 유리(ITO glass) 등 투명기판을 사용하는 박막태양전지나 PI(폴리이미드, polyimide) 등의 유연성 태양전지를 저가로 실현시킬 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention can be applied to a solar cell having a quantum well structure, in which a flexible solar cell such as a thin film solar cell or a PI (polyimide) using a transparent substrate such as ITO glass can be realized at a low cost There is an effect.
또한, 본 발명은 태양전지 제조라인에서 사용하는 스크린프린팅 공정과 정합성을 높일 수 있도록 하기 위하여, 전면 및 후면 전극을 스크린프린팅 방식으로 형성시킬 수 있으며, 기존 생산라인을 최소한으로 변경하여 제조할 수 있으므로, 태양전지 제조원가를 줄일 수 있는 효과가 있을 뿐 아니라, 셀 구조의 단순성 및 제조공정의 단순화로 인하여 저가의 셀 제작이 가능한 이점이 있다.
In addition, in order to increase the consistency with the screen printing process used in a solar cell manufacturing line, the front and rear electrodes can be formed by a screen printing method, The manufacturing cost of the solar cell can be reduced, and the simplicity of the cell structure and the simplification of the manufacturing process make it possible to manufacture a low-cost cell.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 태양전지의 에너지밴드 다이어그램,
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 투명형 기판 태양전지의 단면도,
도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 비투명형 기판 태양전지의 단면도,
도 4는 본 발명의 제3실시 예에 따른 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 깍지형 후면전극 태양전지의 단면도.FIGS. 1A and 1B are energy band diagrams of a solar cell using a tunneling multilayer quantum well structure according to the present invention,
FIG. 2 is a sectional view of a transparent substrate solar cell using a tunneling multilayer quantum well structure according to a first embodiment of the present invention, FIG.
3 is a cross-sectional view of a non-transparent substrate solar cell using a tunneling multilayer quantum well structure according to a second embodiment of the present invention,
4 is a cross-sectional view of an interdigital backside electrode solar cell using a tunneling multilayer quantum well structure according to a third embodiment of the present invention.
본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용들은 태양전지의 상하부 전극으로서 두 전극의 일함수가 다른 전극들을 사용하는 모든 종류의 태양전지 및 그를 제조하는 모든 과정에서 동일하게 적용된다.The details of the present invention are applied to all types of solar cells using electrodes having different work functions of the two electrodes as upper and lower electrodes of the solar cell and all the processes for manufacturing the same.
이하에서는 본 발명에 따른 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 태양전지에 대한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시 예는 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것으로, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않고 다양한 형태로 구현될 수 있다. Hereinafter, embodiments of a solar cell using a tunneling multilayer quantum well structure according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.
도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타낸다. 하기의 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것일 뿐, 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The same features of the Figures represent the same reference symbols wherever possible. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. , ≪ / RTI > equivalents, and alternatives. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless explicitly defined in the present application Do not.
본 발명에 따른 양자우물구조 태양전지는, 양자우물구조체를 이용하는 태양전지의 동작에 관한 새로운 구조를 제안하고 그에 따른 공정개선을 통해 각종 손실(투과손실, 양자손실, 전자-홀의 재결합 손실, 태양전지 표면의 반사손실, 전류전압 특성에 기인하는 손실 등)을 최소화하여 태양전지의 변환효율을 개선하고 실용 가능한 저가의 태양전지를 실현하기 위한 것으로서, 에너지갭의 증가효과와 패시베이션 효과를 이용하는 양자우물구조체를 태양전지의 두 출력 전극 사이에 삽입시키는 전극들의 선택 범위를 넓히고 그에 따른 소자의 동작이론을 새롭게 정립시킴으로써 응용적인 관점에서 상기 선행특허의 실리콘 소자 적용뿐 아니라 박막형, 유연형 태양전지 및 후면전극 태양전지 등에 적용이 가능하도록 설계하였다.The quantum well structure solar cell according to the present invention proposes a new structure related to the operation of a solar cell using a quantum well structure, and through various processes, various losses (transmission loss, quantum loss, recombination loss of electron- The present invention relates to a quantum well structure that utilizes an increase in energy gap and a passivation effect to realize a low cost solar cell that can improve the conversion efficiency of a solar cell by minimizing the reflection loss of the surface, A flexible solar cell and a back electrode solar cell as well as a silicon device of the above-mentioned patent from the viewpoint of application by newly widening the selection range of the electrodes for inserting between the two output electrodes of the solar cell, Battery and so on.
이때, 기본적으로는 절연체로 삽입된 양자우물구조체에 반도체인 실리콘의 도입을 검토하여 최적화한다. 일반적으로 단결정 실리콘의 크기를 보어 반경(∼5 nm)보다 더 작게 하면 양자 구속이 일어나고 이로 인해 그 유효 밴드갭이 증가되는 바, 양자우물인 실리콘 박막의 두께를 얇게 하면 밴드갭(Eg)이 증가하게 된다. 본 발명에서는 양자우물은 반도체로서 비정질 혹은 다결정의 실리콘을 사용하게 됨으로써 에너지 밴드갭이 약 1.1 eV부터 약 2.3 eV까지 변화되어 기존의 태양전지에서보다 더 많은 단파장 영역대에서의 빛 흡수가 가능하여 효율증대가 가능하다.
At this time, basically, the introduction of silicon as a semiconductor into the quantum well structure inserted with an insulator is examined and optimized. Generally, when the size of the single crystal silicon is smaller than the radius of the bore (~ 5 nm), quantum confinement occurs and the effective band gap is increased. When the thickness of the silicon thin film as the quantum well is made thin, the band gap (E g ) . In the present invention, since quantum wells use amorphous or polycrystalline silicon as semiconductors, the energy band gap is changed from about 1.1 eV to about 2.3 eV, so that light can be absorbed in a much shorter wavelength region than conventional solar cells, It is possible to increase.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 터널링 다층 양자우물구조 태양전지의 에너지밴드 다이어그램으로서, 도 1a는 본 발명에 따른 터널링 다층 양자우물구조 태양전지(투명형 기판)에 있어서, 빛 조사 전후의 에너지밴드 다이어그램을 각각 나타낸 것으로, 빛이 조사된 경우에는 전지의 두 단자를 단락시켰을 경우를 나타낸 것이고, 도 1b는 비투명형 기판 터널링 다층 양자우물구조 태양전지에 있어서, 빛 조사 전후의 에너지밴드 다이어그램으로 여기서 빛이 조사된 경우에는 전지의 두 단자를 단락시켰을 경우를 나타낸 것이다. 한편, 도 1b은 제1전극의 예로서 실리콘의 일함수를 상정하였는 바, p형의 기판 농도를 1016 cm-3으로 가정하여 하기의 수학식 1과 같이 산출한 것이다.
1A and 1B are energy band diagrams of a tunneling multilayer quantum well structure solar cell according to the present invention, wherein FIG. 1A is a cross sectional view of a tunneling multilayer quantum well solar cell (transparent substrate) according to the present invention, FIG. 1B shows an energy band diagram before and after light irradiation in a non-transparent substrate tunneling multilayer quantum well structure solar cell, and FIG. Here, when light is irradiated, the two terminals of the battery are short-circuited. On the other hand, FIG. 1B is a graph showing the work function of silicon as an example of the first electrode, and is calculated as shown in Equation 1 below assuming that the p-type substrate concentration is 10 16 cm -3 .
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 터널링 다층 양자우물구조체를 갖는 태양전지의 동작원리 및 제조방법에 관하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation principle and manufacturing method of the solar cell having the tunneling multilayer quantum well structure according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2 to FIG.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 양자우물구조체를 제1전극과 제2전극 사이에 삽입한 것으로서 투명전극을 제1전극으로 사용한 경우의 태양전지 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 양자우물구조체를 제1전극과 제2전극사이에 삽입한 것으로서 비투명전극을 제1전극으로 사용한 경우의 태양전지의 단면도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 제3실시 예에 따른 터널링 다층 양자우물구조체를 갖는 깍지형 후면전극 태양전지의 단면도이다.FIG. 2 is a sectional view of a solar cell in which a quantum well structure according to a first embodiment of the present invention is inserted between a first electrode and a second electrode, and a transparent electrode is used as a first electrode. FIG. 2 is a cross-sectional view of a solar cell in which a quantum well structure according to an embodiment is inserted between a first electrode and a second electrode, and a non-transparent electrode is used as a first electrode. 4 is a cross-sectional view of an interdigital backside electrode solar cell having a tunneling multilayer quantum well structure according to a third embodiment of the present invention.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시 예에 따른 양자우물구조를 갖는 태양전지는 투명한 기판(140) 위에 일함수가 큰 제1전극(110)의 상면에 원자층 증착법, 화학 증착법 및 스퍼터링 방법 중 어느 하나를 사용하여 터널링이 가능한 0.5~10 nm의 박막 절연층을 형성한 후, 연속적으로 터널링이 가능한 0.5~10 nm의 박막 반도체층을 형성시킨 후, 다시 그 위에 0.5~10 nm의 박막 절연층을 형성시켜 이루어지는 1 사이클의 양자우물구조를 시작으로 필요한 사이클 수만큼(수~수십 사이클)의 양자우물구조체(120)를 형성시킨다. Referring to FIG. 2, a solar cell having a quantum well structure according to the first embodiment of the present invention includes a
일함수가 큰 제1전극(110)은 ITO 등의 물질이 될 수 있으며, 일함수가 작은 제2전극(130)은 Al, Mg, Ca 등의 물질이 사용될 수 있다. 제1전극(110)의 일함수가 제2전극(130)보다 큰 물질을 사용함으로써, 빛이 양자우물구조체(120)에서 흡수되어 생성된 전자-홀들이 각각, 홀은 일함수가 큰 제1전극쪽으로, 또한 전자는 일함수가 작은 제2전극쪽으로 터널링 과정을 거쳐서 이동하게 되어 두 전극 사이에 전압차가 발생하게 되어 태양전지의 출력을 효율적으로 뽑아내게 된다.The
필요한 사이클의 양자우물구조체(120)를 형성시킨 후, 양자우물구조체(120) 위에 제1전극보다 일함수가 작은 제2전극층(130)을 전면적으로 형성시킨다. 이 경우 제1전극이 형성되어 있는 투명기판 쪽으로 빛이 조사되었을 때 다층의 터널링 양자우물에서 빛을 흡수함으로써 발생한 전자-홀들이 각각 제1전극과 제2전극으로 이동하여 이 두 전극 사이에서 전압이 생성된다. 상기 제1전극(110)과 투명기판은 ITO 유리와 같은 기 형성된 기판을 사용할 수 있고 필요에 따라서 투명기판 위에 ITO 전극 등을 진공증착 방식, 스퍼터링 방식, CVD 방식 등의 반도체공정뿐만 아니라 저가의 태양전지 제조를 위하여 스크린프린팅 방식을 이용하여 형성할 수 있다. The
이때, 상기 양자우물구조체를 형성하기 전에, 상기 투명기판을 텍스처링(150)하여 셀에 유입되는 빛의 양을 증대시키는 것이 바람직하며, 또한, 텍스처링시킨 투명기판의 전체 저면상에는 반사방지코팅막으로 적정두께의 SiNx층(160)을 형성함이 바람직하다. 도 2에 상세히 도시하지는 않았으나, 양면이 텍스처링된 투명기판(140)의 제1전극(110)과 양자우물 층(120)은 투명기판의 텍스처링된 형상을 따라 형성된다.At this time, it is preferable that the transparent substrate is textured (150) before forming the quantum well structure to increase the amount of light that flows into the cell. Also, on the entire bottom surface of the textured transparent substrate, Gt; SiNx < / RTI >
상술한 제조공정에 따라, 본 발명에 따른 양자우물구조체를 갖는 태양전지 제조가 완료된다. 이때, 상기 태양전지 구조를 완성시킨 후 최종적으로 수소가 희석된 질소 분위기에서 30분 정도 열처리시키는 후금속 열처리(PMA; post-metallization annealing) 공정을 행하는 것이 바람직하다.
According to the above-described manufacturing process, the manufacture of a solar cell having the quantum well structure according to the present invention is completed. At this time, it is preferable to perform a post-metallization annealing (PMA) process after completion of the solar cell structure and finally heat treatment in a hydrogen-diluted nitrogen atmosphere for about 30 minutes.
다음으로, 도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시 예에 따른 양자우물구조체를 갖는 태양전지는 비투명의 기판인 동시에 일함수가 큰 제1전극(210)의 상면에 원자층 증착법, 화학 증착법 및 스퍼터링 방법 중 어느 하나를 사용하여 터널링이 가능한 0.5~10 nm의 박막 절연층을 형성한 후, 연속적으로 터널링이 가능한 0.5~10 nm의 박막 반도체층을 형성시킨 후, 다시 그 위에 0.5~10 nm의 박막 절연층을 형성시켜 이루어지는 1 사이클의 양자우물구조체를 시작으로 필요한 사이클 수만큼(수~수십 사이클)의 양자우물(220)을 형성시킨다.Referring to FIG. 3, a solar cell having a quantum well structure according to a second embodiment of the present invention includes a
상기 제1전극은 비투명전극으로서 반도체(p-Si)나 금속 등이 될 수 있고, 상기 제2전극은 Al, Ag, Au 등이 사용될 수 있다.The first electrode may be a semiconductor (p-Si) or a metal as a non-transparent electrode, and the second electrode may be made of Al, Ag, Au, or the like.
필요한 사이클의 양자우물을 형성시킨 후, 양자우물구조체(220) 위에 제1전극보다 일함수가 작은 제2전극층(230)을 적정한 폭과 간격을 가지도록 하여 핑거형태로 형성시킨다. 그 후, 핑거구조를 가지는 제2전극층(230)의 표면상에 반사방지코팅막으로 적정두께의 SiNx층(240)을 형성한다. 이 경우에는 제2전극이 형성되어 있는 쪽으로 빛이 조사되어 양자우물에서 빛을 흡수함으로써 제1전극과 제2전극 사이에 전압이 생성된다. 상기 제1전극(210)은 비투명전극으로서 p형 실리콘과 같은 반도체 혹은 금속을 사용할 수 있다. 이때, 상기 양자우물구조체를 형성하기 전에, 상기 비투명기판을 텍스처링(260)하는 것이 바람직하다. 도 3에 상세히 도시하지 않았으나, 텍스처링한 기판(260)위에 형성되는 양자우물층(220)들은 비투명기판의 텍스처링된 형상(260)을 따라 형성된다.A
이때, 상기 비투명기판인 동시에 일함수가 큰 제1전극(210)의 저면에는 국부적으로 반도체기판과 동일한 형의 도펀트(dopant)를 고농도로 주입시킨 후면전계층(280)을 형성시켜 후면의 재결합속도를 줄이고 직렬저항 감소와 개방전압 증가로 인한 태양전지 효율 향상을 꾀한다.At this time, on the bottom surface of the
상기 비투명기판인 동시에 일함수가 큰 제1전극(210)의 저면에는 패시베이션막(270)을 형성하고, 패시베이션막(270)의 저면에 태양전지의 출력단자인 플러스 전극이 되는 옴성의 금속전극(250)을 형성시킨다. 이 옴성 금속형성(250) 및 제2전극(230) 형성에는 필요에 따라서 진공증착 방식, 스퍼터링 방식, CVD 방식 등의 반도체공정뿐만 아니라 저가의 태양전지 제조를 위하여 스크린프린팅 방식을 이용하여 형성하여 열처리함이 바람직하다. 또한, 상기 패시베이션막(270)은 Al2O3막, Si3N4막, SiO2막 중 어느 하나일 수 있다.A
상술한 제조공정에 따라, 본 발명에 따른 터널링 다층 양자우물구조체를 갖는 태양전지 제조가 완료된다. 이때, 상기 태양전지 구조를 완성시킨 후 최종적으로 수소가 희석된 질소 분위기에서 30분 정도 열처리시키는 후금속 열처리 공정을 행하는 것이 바람직하다.According to the above-described manufacturing process, the manufacture of the solar cell having the tunneling multilayer quantum well structure according to the present invention is completed. At this time, it is preferable to complete the solar cell structure, finally heat treatment in a hydrogen-diluted nitrogen atmosphere for about 30 minutes, and then perform a metal heat treatment process.
다음으로, 도 4를 참조하면, 본 발명의 제3실시 예에 따른 양자우물구조체를 갖는 태양전지는 투명기판(310) 위에 원자층 증착법, 화학 증착법 및 스퍼터링 방법 중 어느 하나를 사용하여 터널링이 가능한 0.5~10 nm의 박막 절연층을 형성한 후, 연속적으로 터널링이 가능한 0.5~10 nm의 박막 반도체층을 형성시킨 후, 다시 그 위에 0.5~10 nm의 박막 절연층을 형성시켜 이루어지는 1 사이클의 양자우물구조를 시작으로 필요한 사이클 수만큼(수~수십 사이클)의 양자우물(320)을 형성시킨다. 4, a solar cell having a quantum well structure according to a third embodiment of the present invention includes a
상기 투명기판(310)은 유리(glass)나 polyimide(PI) 등이 될 수 있으며, 상기 제1전극은 ITO, p-Si 등이, 제2전극은 Al, Mg, Ca, Ag, Au 등이 사용될 수 있다.The first electrode may be made of ITO or p-Si. The second electrode may be made of Al, Mg, Ca, Ag, Au, or the like. The
필요한 사이클의 양자우물을 형성시킨 후, 양자우물구조체(320) 위에 일함수가 각각 다른 제1전극층(330)과 제2전극층(340)을 깍지형태(interdigitated)로 형성시킨다. 이 경우, 깍지형태로 형성된 전극의 반대쪽에 있는 투명기판 쪽으로 빛이 조사되어 다층의 터널링 양자우물구조체에서 빛을 흡수함으로써 발생한 전자-홀들이 각각 제1전극과 제2전극으로 터널링되면서 이동하여 이 두 전극 사이에서 태양전지의 출력 전압이 생성된다. 상기 제1전극(330)은 제2전극(340)보다 일함수가 큰 전극을 사용하고, 이들 전극은 진공증착 방식, 스퍼터링 방식, CVD 방식 등의 금속전극 형성방식과 리소그래피(photolithography) 공정 혹은 금속 마스크(metal mask) 공정을 겸용하는 반도체공정뿐만 아니라 저가의 태양전지 제조를 위하여 스크린프린팅 방식을 이용하여 형성할 수 있다. The
이때, 양자우물구조체를 형성하기 전에, 상기 투명기판(310)을 텍스처링(350)하는 것이 바람직하며, 또한, 텍스처링시킨 투명기판(310)의 전체 저면상에는 반사방지코팅막으로 적정두께의 SiNx층(360)을 형성함이 바람직하다. 도 4에 상세히 도시하지는 않았으나, 양면이 텍스처링된 투명기판(310)의 위쪽에 형성되는 양자우물구조체(320)는 투명기판의 텍스처링된 형상을 따라 형성된다.At this time, it is preferable to texturize (350) the
상술한 제조공정에 따라, 본 발명에 따른 양자우물구조체를 갖는 태양전지 제조가 완료된다. 이때, 상기 태양전지 구조를 완성시킨 후 최종적으로 수소가 희석된 질소 분위기에서 30분 정도 열처리시키는 후금속 열처리(PMA; post-metallization annealing) 공정을 행하는 것이 바람직하다.According to the above-described manufacturing process, the manufacture of a solar cell having the quantum well structure according to the present invention is completed. At this time, it is preferable to perform a post-metallization annealing (PMA) process after completion of the solar cell structure and finally heat treatment in a hydrogen-diluted nitrogen atmosphere for about 30 minutes.
한편, 본 발명에 따른 태양전지에 사용되는 양자우물구조체에 있어서 터널이 가능한 두 층의 절연체 박막 사이에 삽입된 반도체 박막의 두께를 0.5~10nm 범위 내에서 변화시킴으로써 유효 밴드갭의 제어를 통한 광대역(1.1~2.3 eV) 밴드갭 태양전지 제작이 가능하다.
Meanwhile, in a quantum well structure used in a solar cell according to the present invention, by changing the thickness of a semiconductor thin film inserted between two insulating thin films capable of tunnels within a range of 0.5 to 10 nm, a wide band 1.1 ~ 2.3 eV) bandgap solar cell production is possible.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 태양전지 및 그 제조방법은 두 전극의 일함수가 다른 전극물질들을 사용하는 모든 종류의 태양전지에 적용 가능하다. As described above, the solar cell using the tunneling multilayer quantum well structure according to the present invention and the manufacturing method thereof are applicable to all kinds of solar cells using electrode materials having different work functions of the two electrodes.
또한, 본 발명에 따른 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 태양전지 및 그 제조방법은 양자우물을 삽입시키는 태양전지의 상하부 전극의 선택 범위를 넓히고 그에 따른 소자의 동작이론을 새롭게 정립시킴으로써 응용적인 관점에서 실리콘 소자 적용뿐 아니라 박막형(thin film), 유연형(flexible) 태양전지 등에 적용이 가능하다.
In addition, the solar cell using the tunneling multilayer quantum well structure according to the present invention and the manufacturing method thereof enlarge the selection range of the upper and lower electrodes of the solar cell into which the quantum well is inserted and newly set the operation theory of the device, It can be applied to thin film, flexible solar cell as well as device application.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.
While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.
110: 제1전극 120: 양자우물구조체
130: 제2전극 140: 투명기판
150: 기판 표면 텍스처링 160: 반사방지코팅막
210: 제1전극 220: 양자우물구조체
230: 제2전극 240: 반사방지코팅막
250: 후면 옴성 전극 260: 기판 표면 텍스처링
270: 패시베이션막 280: 국부적 고농도 도핑층
310: 투명기판 320: 양자우물구조체
330: 제1전극 340: 제2전극
350: 기판 표면 텍스처링 360: 반사방지코팅막110: first electrode 120: quantum well structure
130: second electrode 140: transparent substrate
150: substrate surface texturing 160: anti-reflective coating
210: first electrode 220: quantum well structure
230: second electrode 240: antireflection coating film
250: rear ohmic electrode 260: substrate surface texturing
270: passivation film 280: local highly doped layer
310: transparent substrate 320: quantum well structure
330: first electrode 340: second electrode
350: substrate surface texturing 360: antireflective coating
Claims (14)
상기 제1전극 위에 0.5~10 nm의 터널링 가능한 절연체층이, 그 위에 0.5~10 nm의 반도체층이, 그 위에 다시 0.5~10 nm의 터널링 가능한 절연체층이 형성되는 1 사이클 양자우물구조체가 수~수십 사이클의 수만큼 형성되며,
상기 양자우물구조체 위에 상기 제2전극이 형성되고,
상기 제1전극은 투명전극으로 상기 제2전극보다 일함수가 큰 재질로 형성되며,
상기 제1전극의 저면에 반사방지막으로 SiNx이 형성된 것을 특징으로 하는 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 태양전지.
The first electrode is formed on a transparent substrate of a solar cell having a first electrode and a second electrode having different work functions,
A one-cycle quantum well structure in which an insulator layer capable of tunneling at 0.5 to 10 nm is formed on the first electrode, a semiconductor layer of 0.5 to 10 nm is formed thereon, and an insulator layer capable of tunneling again to 0.5 to 10 nm is formed thereon, A number of cycles is formed,
The second electrode is formed on the quantum well structure,
The first electrode is a transparent electrode, and is formed of a material having a work function larger than that of the second electrode.
And a SiNx film is formed on the bottom surface of the first electrode as an antireflection film.
상기 제1전극 위에 0.5~10 nm의 터널링 가능한 절연체층이, 그 위에 0.5~10 nm의 반도체층이, 그 위에 다시 0.5~10 nm의 터널링 가능한 절연체층이 형성되는 1 사이클 양자우물구조체가 수~수십 사이클의 수만큼 형성되며,
상기 양자우물구조체 위에 상기 제2전극이 형성되고,
상기 제1전극은 비투명전극으로 상기 제2전극보다 일함수가 큰 재질로 형성되며,
상기 제2전극의 상면에 반사방지막으로 SiNx이 형성되고,
상기 제1전극 저면에 패시베이션(passivation)막 및 옴성(Ohmic) 전극이 순차적으로 형성된 것을 특징으로 하는 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 태양전지.
The first electrode is formed on a substrate of a solar cell having a first electrode and a second electrode having different work functions,
A one-cycle quantum well structure in which an insulator layer capable of tunneling at 0.5 to 10 nm is formed on the first electrode, a semiconductor layer of 0.5 to 10 nm is formed thereon, and an insulator layer capable of tunneling again to 0.5 to 10 nm is formed thereon, A number of cycles is formed,
The second electrode is formed on the quantum well structure,
Wherein the first electrode is a non-transparent electrode and is formed of a material having a work function larger than that of the second electrode,
SiNx is formed on the upper surface of the second electrode as an anti-reflection film,
Wherein a passivation film and an ohmic electrode are sequentially formed on the bottom surface of the first electrode.
상기 다층의 양자우물구조체는,
상기 투명기판 위에 0.5~10 nm의 터널링 가능한 절연체층이, 그 위에 0.5~10 nm의 반도체층이, 그 위에 다시 0.5~10 nm의 터널링 가능한 절연체층이 형성되는 1 사이클 양자우물구조체가 수~수십 사이클의 수만큼 형성되고,
상기 제1전극은 제2전극보다 일함수가 큰 재질로서, 상기 제1전극은 ITO 및 p형 실리콘 중 어느 하나로 형성되며, 상기 제2전극은 Al, Mg, Ca, Ag, Au 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 태양전지.
A quantum well structure having a plurality of layers capable of tunneling is formed on a transparent substrate, a first electrode and a second electrode having different work functions are formed on the quantum well structure in an interdigitated manner,
Layer quantum well structure,
A one-cycle quantum well structure in which a tunneling insulating layer of 0.5 to 10 nm is formed on the transparent substrate, a semiconductor layer of 0.5 to 10 nm is formed thereon, and a tunneling insulating layer of 0.5 to 10 nm is formed thereon, Number of cycles,
Wherein the first electrode is formed of one of ITO and p-type silicon, and the second electrode is formed of any one of Al, Mg, Ca, Ag, and Au. Wherein the tunneling multilayer quantum well structure is formed on the substrate.
상기 패시베이션막 아래에 상기 기판과 동일한 타입의 고농도 도핑층을 국부적으로 도핑시킨 후면전계;가 더 형성된 것을 특징으로 하는 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 태양전지.
3. The method of claim 2,
And a back surface electric field in which a heavily doped layer of the same type as that of the substrate is locally doped is formed under the passivation film.
표면이 텍스처링(Texturing)된 것을 특징으로 하는 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 태양전지.
The substrate processing apparatus according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the surface of the tunneling multilayer quantum well structure is textured.
상기 양자우물구조체의 반도체층은,
비정질실리콘(a-Si) 또는 다결정실리콘(poly-Si) 중 어느 하나로 형성되고,
상기 양자우물구조체의 절연체층은,
알루미늄산화막(AlOx) 또는 실리콘산화막(SiOx) 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 태양전지.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The semiconductor layer of the quantum-
(A-Si) or polycrystalline silicon (poly-Si)
The insulator layer of the quantum-
Wherein the tunneling multilayer quantum well structure is formed of any one of an aluminum oxide film (AlO x ) and a silicon oxide film (SiO x ).
상기 제1전극 위에 0.5~10 nm의 터널링 가능한 절연체층을, 그 위에 0.5~10 nm의 반도체층을, 그 위에 다시 0.5~10 nm의 터널링 가능한 절연체층을 형성하여 1 사이클 양자우물구조체를 형성하는 단계;
상기 1사이클의 양자우물구조체를 수~수십 사이클의 수만큼 형성하는 단계;
상기 양자우물구조체 위에 상기 제1전극보다 일함수가 작은 상기 제2전극을 형성하는 단계; 및
상기 제1전극의 저면에 반사방지막으로 SiNx을 형성하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 태양전지 제조방법.
Forming the first electrode on a transparent substrate of a solar cell having a first electrode and a second electrode having different work functions from a transparent material;
A tunneling insulating layer of 0.5 to 10 nm is formed on the first electrode, a semiconductor layer of 0.5 to 10 nm is formed thereon, and a tunneling insulating layer of 0.5 to 10 nm is formed thereon to form a 1-cycle quantum well structure step;
Forming the one-cycle quantum well structure by a number of several to several tens of cycles;
Forming the second electrode having a work function smaller than that of the first electrode on the quantum well structure; And
And forming SiNx as an antireflection film on the bottom surface of the first electrode. The method of manufacturing a solar cell using the tunneling multilayer quantum well structure according to claim 1,
상기 제1전극 위에 0.5~10 nm의 터널링 가능한 절연체층을, 그 위에 0.5~10 nm의 반도체층을, 그 위에 다시 0.5~10 nm의 터널링 가능한 절연체층을 형성하여 1 사이클 양자우물구조체를 형성하는 단계;
상기 1사이클의 양자우물구조체를 수~수십 사이클의 수만큼 형성하는 단계;
상기 양자우물구조체 위에 상기 제1전극보다 일함수가 작은 상기 제2전극을 형성하는 단계;
상기 제2전극의 상면에 반사방지막으로 SiNx을 형성하는 단계;
상기 제1전극의 저면에 패시베이션(passivation)막을 형성하는 단계; 및
상기 패시베이션막 저면에 옴성(Ohmic)전극을 형성하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 태양전지 제조방법.
Forming the first electrode from an opaque material on a substrate of a solar cell having a first electrode and a second electrode having different work functions;
A tunneling insulating layer of 0.5 to 10 nm is formed on the first electrode, a semiconductor layer of 0.5 to 10 nm is formed thereon, and a tunneling insulating layer of 0.5 to 10 nm is formed thereon to form a 1-cycle quantum well structure step;
Forming the one-cycle quantum well structure by a number of several to several tens of cycles;
Forming the second electrode having a work function smaller than that of the first electrode on the quantum well structure;
Forming SiNx as an anti-reflection film on the upper surface of the second electrode;
Forming a passivation film on the bottom surface of the first electrode; And
And forming an ohmic electrode on the bottom surface of the passivation film. The method of manufacturing a solar cell using the tunneling multilayer quantum well structure according to claim 1,
상기 1사이클의 양자우물구조체를 수~수십 사이클의 수만큼 형성하는 단계; 및
상기 양자우물구조체 위에 일함수가 서로 다른 제1전극 및 제2전극을 깍지형태(interdigitated)로 형성하는 단계; 및
상기 투명기판 저면에 반사방지막으로 SiNx을 형성하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 태양전지 제조방법.
Forming a one-cycle quantum well structure by forming a tunneling insulating layer of 0.5 to 10 nm on the transparent substrate, a semiconductor layer of 0.5 to 10 nm thereon, and a tunneling insulating layer of 0.5 to 10 nm thereon;
Forming the one-cycle quantum well structure by a number of several to several tens of cycles; And
Forming an interdigitated first and second electrodes having different work functions on the quantum well structure; And
And forming SiNx as an antireflection film on the bottom surface of the transparent substrate. The method of manufacturing a solar cell using the tunneling multilayer quantum well structure according to claim 1,
상기 제1전극 위에 형성하는 첫 번째 사이클의 반도체층 두께를 0.5~1nm부터 시작하여 순차적으로 조금씩 두껍게 형성시켜 상기 제2전극이 형성되는 마지막 사이클의 반도체층의 두께를 3~5nm까지 형성하는 것을 특징으로 하는 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 태양전지 제조방법.
8. The method of claim 7, wherein in forming the quantum well structure,
The thickness of the semiconductor layer of the first cycle formed on the first electrode is gradually increased gradually starting from 0.5 to 1 nm so that the thickness of the semiconductor layer of the last cycle in which the second electrode is formed is formed to 3 to 5 nm A method for manufacturing a solar cell using a tunneling multilayer quantum well structure.
상기 패시베이션막 아래에 상기 기판과 동일한 타입의 고농도 도핑층을 국부적으로 도핑시켜 후면전계를 형성하는 단계;를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 태양전지 제조방법.
9. The method of claim 8,
And forming a back electric field by locally doping a heavily doped layer of the same type as the substrate under the passivation layer.
상기 제1전극 위에 형성하는 첫 번째 사이클의 반도체층 두께를 3~5nm부터 시작하여 순차적으로 조금씩 얇게 형성시켜 상기 제2전극이 형성되는 마지막 사이클의 반도체층의 두께를 0.5~1nm까지 형성하는 것을 특징으로 하는 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 태양전지 제조방법.
The method of claim 8 or 11, wherein in forming the quantum well structure,
The thickness of the semiconductor layer of the first cycle formed on the first electrode is gradually thinned gradually starting from 3 to 5 nm so that the thickness of the semiconductor layer of the last cycle in which the second electrode is formed is formed to be 0.5 to 1 nm A method for manufacturing a solar cell using a tunneling multilayer quantum well structure.
상기 기판 위에 형성하는 첫 번째 사이클의 반도체층 두께를 0.5~1nm부터 시작하여 순차적으로 조금씩 두껍게 형성시켜 상기 제1전극 및 상기 제2전극이 형성되는 마지막 사이클의 반도체층의 두께를 3~5nm까지 형성하는 것을 특징으로 하는 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 태양전지 제조방법.
10. The method of claim 9, wherein in forming the quantum well structure,
The thickness of the semiconductor layer of the first cycle formed on the substrate is gradually increased gradually from 0.5 to 1 nm so that the thickness of the semiconductor layer of the last cycle in which the first electrode and the second electrode are formed is reduced to 3 to 5 nm Wherein the tunneling multilayer quantum well structure is formed on the substrate.
상기 양자우물구조체를 형성하기 전에, 상기 기판을 텍스처링(Texturing)하는 것을 특징으로 하는 터널링 다층 양자우물구조체를 이용한 태양전지 제조방법.10. The method according to any one of claims 7 to 9,
Wherein the substrate is textured prior to forming the quantum well structure. ≪ Desc / Clms Page number 20 >
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