KR101664483B1 - P-type semiconductor composition and solar cell using same and method for manufacturing solar cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은, CuO, Cu2O, Ag2O, SrO, B2O3, Al2O3, Ga2O3, In2O3, Ti2O3, Mn2O3, Y2O3, La2O3, Fe2O3, Cr2O3, Sb2O3, Sc2O3, Nd2O3, 및 Bi2O3 를 사용하여 구성된 화합물 ABO2 또는 AB2O2 또는 AB2O4 를 포함하되, 상기 A 및 B 는 금속성분인 것을 특징으로 하는 P형 투명 산화물 반도체 (TOS; Transparent Oxide Semiconductor) 조성물 및 이를 이용한 태양전지 구조에 관한 것이다. 이에 의해, 높은 투과율, 이동도, 및 전도도를 갖는 태양전지를 제공할 수 있다.The present invention relates to a method for producing an oxide of CuO, Cu 2 O, Ag 2 O, SrO, B 2 O 3 , Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 , Ti 2 O 3 , Mn 2 O 3 , Y 2 O 3 , A compound ABO 2 or AB 2 O 2 or AB 2 O 3 constituted by using La 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Sb 2 O 3 , Sc 2 O 3 , Nd 2 O 3 and Bi 2 O 3 2 O 4 , wherein A and B are metal components, and a solar cell structure using the P-type transparent oxide semiconductor (TOS) composition. Thus, a solar cell having high transmittance, mobility, and conductivity can be provided.
태양전지, P형 반도체 조성물, 투광도 Solar cell, P-type semiconductor composition, transparency
Description
본 발명은 P형 반도체 조성물 및 이를 이용한 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a P-type semiconductor composition, a solar cell using the same, and a method of manufacturing the same.
최근 치솟는 유가 상승과 지구환경문제와 화석에너지의 고갈, 원자력발전의 폐기물 처리 및 신규발전소 건설에 따른 위치선정 등의 문제로 인하여, 신재생 에너지에 대한 관심이 고조되고 있으며, 그 중에서도 무공해 에너지원인 태양전지에 대한 연구개발이 활발하게 진행되어 지고 있다.In recent years, interest in renewable energy has been rising due to rising oil prices, global environmental problems, depletion of fossil energy, disposal of nuclear power generation waste, and location of new power plants. Research and development of batteries is actively under way.
태양전지란 광기전력 효과 (Photovoltaic Effect)를 이용하여 빛 에너지를 변환시키는 장치로서, 그 구성 물질에 따라서 실리콘 태양전지, 박막 태양전지, 염료감응 태양전지 및 유기고분자 태양전지 등으로 구분된다. 이러한 태양전지는 독립적으로 전자시계, 라디오, 무인등대, 인공위성, 로켓 등의 주전력원으로 이용되고, 상용교류전원의 계통과 연계되어 보조전력원으로도 이용되며, 최근 대체 에너지에 대한 필요성이 증가되면서 태양전지에 대한 관심이 높아지고 있다.A solar cell is a device that converts light energy using a photovoltaic effect. The solar cell is divided into a silicon solar cell, a thin film solar cell, a dye-sensitized solar cell, and an organic polymer solar cell depending on the constituent material. These solar cells are independently used as main power sources for electronic clocks, radios, unmanned lighthouses, satellites, and rockets, and are also used as auxiliary power sources in connection with commercial AC power systems. Recently, Interest in solar cells is growing.
이러한 태양전지에서는, 입사되는 태양 광을 전기 에너지로 벼환시키는 비율과 관계된 변환효율 (Efficiency)을 높이는 것이 매우 중요하다. 변환효율을 높이기 위해서 여러가지 연구가 진행되고 있으며, 높은 광흡수 계수를 갖는 박막을 갖는 태양전지에 포함시킴으로써 변환효율을 높이고자 하는 기술 개발이 활발히 진행되고 있다.In such a solar cell, it is very important to increase the conversion efficiency (efficiency) related to the rate of hitting the incident sunlight with electric energy. Various studies have been conducted to increase the conversion efficiency. Techniques for increasing the conversion efficiency have been actively pursued by being included in a solar cell having a thin film having a high light absorption coefficient.
높은 광흡수 계수를 가지는 물질로서는 CIGS (Copper Indium Gallium Selenide)가 소개되었으며, 이러한 CIGS를 박막 태양전지의 제조에 사용됨으로써 높은 변환효율을 얻을 수 있다는 것이 발견되었다. 이에 따라 필름형 CIGS 태양전지가 효율이 높은 대체 에너지원으로 각광받고 있다.CIGS (Copper Indium Gallium Selenide) has been introduced as a material having a high light absorption coefficient, and it has been found that such a CIGS can be used to manufacture a thin film solar cell, thereby achieving high conversion efficiency. As a result, film-type CIGS solar cells are emerging as an alternative energy source with high efficiency.
그러나, 이러한 CIGS 를 이용하는 경우, CIGS 는 p 형이며, 그 위에 접촉되도록 적층되는 n형 산화물층과는 격자 상수가 커서 태양전지의 효율이 떨어지는 단점이 있다. 이를 위해 CIGS와 n형 산화물층 사이에는 버퍼층이 반드시 필요하다. 또한, CIGS는 빛의 투과성이 매우 열악하여 태양광이 흡수되는 양에 한계가 있다는 문제도 있다.However, when such CIGS is used, CIGS is p-type and has a disadvantage that the efficiency of the solar cell is lowered because the lattice constant is larger than that of the n-type oxide layer which is stacked to be in contact with the CIGS. To this end, a buffer layer is required between the CIGS and the n-type oxide layer. In addition, CIGS has a problem that the transmittance of light is very poor and the amount of sunlight is limited.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, P형 반도체 조성물을 이용하여 투과율, 전도도, 이동도, 및 직선성을 향상시키고, 면저항을 낮출 수 있는 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a solar cell and a method of manufacturing the same, which can improve the transmittance, conductivity, mobility and linearity, And a manufacturing method thereof.
본 발명에 따른 P형 반도체 조성물은, CuO, Cu2O, Ag2O, SrO, B2O3, Al2O3, Ga2O3, In2O3, Ti2O3, Mn2O3, Y2O3, La2O3, Fe2O3, Cr2O3, Sb2O3, Sc2O3, Nd2O3, 및 Bi2O3 를 사용하여 구성된 화합물 ABO2 또는 AB2O2 또는 AB2O4 를 포함하되, 상기 A 및 B 는 금속성분인 것을 특징으로 한다.P-type semiconductor composition according to the invention, CuO, Cu 2 O, Ag 2 O, SrO, B 2 O 3, Al 2 O 3, Ga 2 O 3, In 2 O 3, Ti 2 O 3, Mn 2 O 3, Y 2 O 3, La 2 O 3, Fe 2 O 3, Cr 2 O 3, Sb 2 O 3, Sc 2 O 3, Nd 2 O 3, and using Bi 2 O 3 consisting of the compounds ABO 2, or AB 2 O 2 or AB 2 O 4 , wherein A and B are metal components.
또한, 상기 ABO2 또는 AB2O2 에 Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O, Fr2O, CaO, SrO, BaO, 및 RaO 중 하나를 코도핑 (co-doping)하여 구성된 화합물 (A1-x-y M1x M2y)BO2 또는 A(B1-x-y M1x My)2O2 또는 A(B1-x-y M1x My)2O4 를 포함하되, M1 및 M2 는 상기 코도핑된 화합물 중 금속성분이고, 상기 x 의 범위는 0.001≤x≤0.1 이며, 상기 y의 범위는 0.001≤y≤0.1 인 것을 특징으로 한다.In addition, one of the Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, Rb 2 O, Cs 2 O, Fr 2 O, CaO, SrO, BaO and RaO is doped into the ABO 2 or AB 2 O 2 by co- (A 1- x y M 1 x M y ) BO 2 or A (B 1 -xy M 1 x M y ) 2 O 2 or A (B 1 -xy M 1 x M y ) 2 O 4 constituted by -doping Wherein M1 and M2 are metallic components in the codoped compound, the range of x is 0.001? X? 0.1, and the range of y is 0.001? Y? 0.1.
본 발명에 따른 태양전지는, 투명 기판; 상기 기판상에 형성된 반도체층;A solar cell according to the present invention includes: a transparent substrate; A semiconductor layer formed on the substrate;
상기 반도체층상에 형성된 투명 N형 산화물층; 및 상기 투명 N형 산화물층상에 형성된 N형 투명 전극층을 포함하되, 상기 반도체층의 재료는, 전술한 ABO2, AB2O2, AB2O4, (A1-x-y M1x M2y)BO2, A(B1-x-y M1x My)2O2, 및 A(B1-x-y M1x My)2O4 와 같은 P형 반도체 조성물인 것을 특징으로 한다.A transparent N-type oxide layer formed on the semiconductor layer; And an N-type transparent electrode layer formed on the transparent N-type oxide layer, wherein the material of the semiconductor layer is selected from the group consisting of ABO 2 , AB 2 O 2, AB 2 O 4 , (A 1-xy M 1 x M 2 y ) BO 2 , a (B 1-xy M1 x M y) is characterized in that 2 O 2, and a (B 1-xy M1 x M y) of the P-type semiconductor such compositions 2 O 4.
여기서, 상기 태양전지는, 상기 반도체층과 상기 투명 N형 산화물층 사이에 투명 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the solar cell further includes a transparent buffer layer between the semiconductor layer and the transparent N-type oxide layer.
특히, 상기 태양전지는, 상기 투명기판과 상기 반도체층 사이에 P형 투명 전극층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Particularly, the solar cell further includes a P-type transparent electrode layer between the transparent substrate and the semiconductor layer.
본 발명에 따른 또 다른 태양전지는, 투명 기판; 상기 기판상에 형성된 N형 투명 전극층; 상기 N형 투명 전극층에 형성된 투명 N형 산화물층; 상기 투명 N형 산화물층상에 형성된 투명 버퍼층; 및 상기 투명 버퍼층상에 형성된 반도체층을 포함하되, 상기 반도체층의 재료는, 전술한 ABO2, AB2O2, AB2O4, (A1-x-y M1x M2y)BO2, A(B1-x-y M1x My)2O2, 및 A(B1-x-y M1x My)2O4 와 같은 P형 반도체 조성물인 것을 특징으로 한다.Another solar cell according to the present invention includes: a transparent substrate; An N-type transparent electrode layer formed on the substrate; A transparent N-type oxide layer formed on the N-type transparent electrode layer; A transparent buffer layer formed on the transparent N-type oxide layer; And a semiconductor layer formed on the transparent buffer layer, wherein the material of the semiconductor layer is selected from the group consisting of ABO 2 , AB 2 O 2 , AB 2 O 4 , (A 1-xy M 1 x M 2 y ) BO 2 , A ( B 1-xy M 1 x M y ) 2 O 2 , and A (B 1 -xy M 1 x M y ) 2 O 4 .
여기서, 상기 태양전지는, 상기 반도체층상에 P형 투명 전극층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the solar cell further includes a P-type transparent electrode layer on the semiconductor layer.
특히, 상기 반도체층의 두께는, 10nm 이상 150nm 이하인 것을 특징으로 한다.Particularly, the semiconductor layer has a thickness of 10 nm or more and 150 nm or less.
또한, 상기 P형 투명 전극의 재료는, 전술한 ABO2, AB2O2, AB2O4, (A1-x-y M1x M2y)BO2, A(B1-x-y M1x My)2O2, 및 A(B1-x-y M1x My)2O4 와 같은 P형 반도체 조성물인 것을 특징으로 한다.The material of the P-type transparent electrode may be one selected from the group consisting of ABO 2 , AB 2 O 2 , AB 2 O 4 , (A 1-xy M 1 x M 2 y ) BO 2 , A (B 1 -xy M 1 x M y ) 2 O 2 , and A (B 1 -xy M 1 x M y ) 2 O 4 .
또한, 상기 반도체층의 재료는, 전술한 ABO2, AB2O2, AB2O4, (A1-x-y M1x M2y)BO2, A(B1-x-y M1x My)2O2, 및 A(B1-x-y M1x My)2O4 와 같은 P형 반도체 조성물, Cu2O, NiO, AgO2, 및 Ti2O3 중 하나인 것을 특징으로 한다.The material of the semiconductor layer may be one selected from the group consisting of ABO 2 , AB 2 O 2 , AB 2 O 4 , (A 1-xy M 1 x M 2 y ) BO 2 , A (B 1 -xy M 1 x M y ) 2 O 2 , and A (B 1 -xy M 1 x M y ) 2 O 4 , Cu 2 O, NiO, AgO 2 , and Ti 2 O 3 .
또한, 상기 P형 투명 전극의 재료는, 전술한 ABO2, AB2O2, AB2O4, (A1-x-y M1x M2y)BO2, A(B1-x-y M1x My)2O2, 및 A(B1-x-y M1x My)2O4 와 같은 P형 반도체 조성물, Cu2O, NiO, AgO2, 및 Ti2O3 중 하나인 것을 특징으로 한다.The material of the P-type transparent electrode may be one selected from the group consisting of ABO 2 , AB 2 O 2 , AB 2 O 4 , (A 1-xy M 1 x M 2 y ) BO 2 , A (B 1 -xy M 1 x M y ) 2 O 2 , and A (B 1 -x y M 1 x M y ) 2 O 4 , Cu 2 O, NiO, AgO 2 , and Ti 2 O 3 .
또한, 상기 태양전지는, 상기 투명기판과 상기 반도체층 사이에 P형 투명 전극층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The solar cell further includes a P-type transparent electrode layer between the transparent substrate and the semiconductor layer.
특히, 상기 P형 투명 전극의 재료는, 전술한 ABO2, AB2O2, AB2O4, (A1-x-y M1x M2y)BO2, A(B1-x-y M1x My)2O2, 및 A(B1-x-y M1x My)2O4 와 같은 P형 반도체 조성물인 것을 특징으로 한다.In particular, the material of the P-type transparent electrode may be one selected from the group consisting of ABO 2 , AB 2 O 2 , AB 2 O 4 , (A 1-xy M 1 x M 2 y ) BO 2 , A (B 1 -xy M 1 x M y ) 2 O 2 , and A (B 1 -xy M 1 x M y ) 2 O 4 .
또한, 상기 버퍼층의 재료는, SnO2, Sb2O3, CdS, ZnS, 및 In2O3 중 하나인 것을 이용하는 것을 특징으로 한다.Further, the material of the buffer layer is one of SnO 2 , Sb 2 O 3 , CdS, ZnS, and In 2 O 3 .
본 발명에 따른 태양전지 제조 방법은, (a) 투명기판상에 반도체층을 형성하는 단계; (b) 상기 반도체층상에 투명 N형 산화물층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 투명 N형 산화물층상에 N형 투명 전극층을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 (a) 단 계의 반도체층의 재료는, 전술한 ABO2, AB2O2, AB2O4, (A1-x-y M1x M2y)BO2, A(B1-x-y M1x My)2O2, 및 A(B1-x-y M1x My)2O4 와 같은 P형 반도체 조성물인 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a solar cell according to the present invention includes the steps of: (a) forming a semiconductor layer on a transparent substrate; (b) forming a transparent N-type oxide layer on the semiconductor layer; And (c) forming an N-type transparent electrode layer on the transparent N-type oxide layer, wherein the material of the semiconductor layer in the step (a) is at least one of ABO 2 , AB 2 O 2 , AB 2 O 4 , (a 1-xy M1 x M2 y) BO 2, a (B 1-xy M1 x M y) 2 O 2, and a (B 1-xy M1 x M y) P -type semiconductor such compositions 2 O 4 .
또한, 상기 (a) 단계는, (a1) 투명기판상에 P형 투명 전극층을 형성하는 단계; 및 (a2) 상기 투명 전극상에 반도체층을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 (a2) 단계의 반도체층의 재료는, 전술한 ABO2, AB2O2, AB2O4, (A1-x-y M1x M2y)BO2, A(B1-x-y M1x My)2O2, 및 A(B1-x-y M1x My)2O4 와 같은 P형 반도체 조성물인 것을 특징으로 한다.The step (a) may further include the steps of: (a1) forming a P-type transparent electrode layer on the transparent substrate; And (a2) comprising: forming a semiconductor layer on the transparent electrode, the (a2) the material of the semiconductor layer of the steps of the above-described ABO 2, AB 2 O 2, AB 2 O 4, (A 1- characterized in that xy M1 x M2 y) BO 2 , a (B 1-xy M1 x M y) 2 O 2, and a (B 1-xy M1 x M y) of the P-type semiconductor such compositions 2 O 4 .
특히, 상기 (a) 단계와 상기 (c) 단계 사이, 또는 상기 (a2) 단계와 상기 (c) 단계 사이에, 상기 반도체층상에 투명 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In particular, the method may further include forming a transparent buffer layer on the semiconductor layer between the step (a) and the step (c), or between the step (a2) and the step (c).
본 발명에 의하면, 높은 투과율, 이동도, 및 전도도를 갖는 P형 반도체 조성물 및 이를 사용하여 태양전지의 투명도, 이동도, 및 전도도를 향상시킬 수 있다.According to the present invention, a P-type semiconductor composition having high transmittance, mobility, and conductivity can be used and the transparency, mobility, and conductivity of the solar cell can be improved by using the same.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 일 실시형태에 따른 P형 반도체 조성물 및 이를 이용한 태양전지 및 그 제조 방법에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, a P-type semiconductor composition according to a preferred embodiment of the present invention, a solar cell using the P-type semiconductor composition, and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail to avoid unnecessarily obscuring the subject matter of the present invention.
실시형태의 설명에 있어서, "상 (on)"과 "아래(under)"는 직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한, 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다. In the description of the embodiments, the terms "on" and "under" all include being formed "directly" or "indirectly" through another element. The sizes of the respective components in the drawings may be exaggerated for the sake of explanation and do not mean the sizes actually applied.
도 1은 본 발명에 따른, P형 반도체 조성물을 이용한 태양전지 구조를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a solar cell structure using a P-type semiconductor composition according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 태양전지는, 투명기판 (110), p형 투명 산화물 반도체 (TOS; transparent oxide semiconductor)층 또는 p형 투명 전도성 산화물 (TCO; transparent conductive oxide)층 (130), 투명 n형 산화물층 (150), 및 n형 투명 전극층 (160)을 포함한다. 1, the solar cell of the present invention includes a
더욱 상세하게는, 여기서, p형 TOS 또는 p형 TCO는 CuO, Cu2O, Ag2O, SrO, B2O3, Al2O3, Ga2O3, In2O3, Ti2O3, Mn2O3, Y2O3, La2O3, Fe2O3, Cr2O3, Sb2O3, Sc2O3, Nd2O3, 및 Bi2O3 를 사용하여 구성된 화합물 ABO2 또는 AB2O2 또는 AB2O4 를 재료로 적용한 것이며, 여기서 A 및 B 는 상기 나열한 화합물 중 금속 성분을 의미한다.More specifically, here, the p-type TOS or p-type TCO is CuO, Cu 2 O, Ag 2 O, SrO, B 2 O 3, Al 2 O 3, Ga 2 O 3, In 2 O 3, Ti 2 O 3 , Mn 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Sb 2 O 3 , Sc 2 O 3 , Nd 2 O 3 and Bi 2 O 3 Wherein the constituent compound ABO 2 or AB 2 O 2 or AB 2 O 4 is applied as a material, wherein A and B mean a metal component of the above listed compounds.
또한, 이러한 ABO2 또는 AB2O2 에 Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O, Fr2O, CaO, SrO, BaO, 및 RaO 중 하나를 코도핑 (co-doping)하여 구성된 화합물 (A1-x-y M1x M2y)BO2 또는 A(B1-x-y M1x My)2O2 또는 A(B1-x-y M1x My)2O4 을 TOS 또는 TCO의 재료로 사 용할 수도 있다. 여기서, M1 및 M2 는 상기 코도핑된 화합물 중 금속성분이고, 상기 x 의 범위는 0.001≤x≤0.1 이며, 상기 y의 범위는 0.001≤y≤0.1 이다.Further, it is also possible to co-dop (co) one of Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, Rb 2 O, Cs 2 O, Fr 2 O, CaO, SrO, BaO, and RaO to ABO 2 or AB 2 O 2 -doping) configured to compound (a 1-xy M1 x M2 y) BO 2 or a (B 1-xy M1 x M y) 2 O 2 or a (B 1-xy M1 x M y) 2 O 4 the TOS Or as a material for TCO. Wherein M1 and M2 are metallic components in the codoped compound, the range of x is 0.001? X? 0.1, and the range of y is 0.001? Y? 0.1.
또한, 투명 n형 산화물층 (150)의 투명 n형 산화물은 i-ZnO 를 사용하며, 그 두께가 10nm 이상 100nm 이하인 것이 바람직하다. 여기서, p형 투명 TOS층과 투명 n형 산화물층 (150) 간에는 격자상수가 거의 동일하기 때문에, 헤테로 접합임에도 불구하고 오믹 접촉을 할 수 있다. 그 결과, 종래 CIGS와 n형 산화물 간에는 반드시 버퍼층을 사용하는 것에 비해 두께의 감소와 투명도를 증가시킬수 있다.The transparent n-type oxide of the transparent n-
또한, n형 투명 전극층 (160)은 인-주석 산화물 (ITO; Indium-Tin Oxide) 이거나, Al이 도핑된 아연 산화물 (AZO; Al-dopped Zn Oxide), 또는 F 가 도핑된 주석 산화물 (FTO; F-dopped Tin Oxide) 일 수 있다. 또한, 두께는 10nm 이상 150nm 이하로 하는 것이 바람직하다.The n-type
전술한 투명 P형 반도체 조성물을 버퍼층의 없는 태양전지에 적용한 경우의 특성을 아래의 표 1에 나타낸다.Table 1 below shows the characteristics when the above-described transparent P-type semiconductor composition is applied to a solar cell without a buffer layer.
(100nm ~
300nm)P-type thin film
(100 nm-
300 nm)
또한, 기존의 p형 반도체 조성물을 적용한 경우의 특성을 아래의 표 2에 나타낸다.Properties of the conventional p-type semiconductor composition are shown in Table 2 below.
표 1 및 표 2를 참조하면, 기존의 p형 반도체 조성물에 비해 본 발명의 투명 p형 반도체 조성물은, 전도도에 있어서, 현저히 높은 수치를 나타내고 있다. 더욱이, 전도도와 투광도는 트레이드 오프 관계이며, 태양전지에 있어서, 투광도가 70% 이상이면 상용화에 지장이 없다는 것을 고려하면, 본 발명은 기존의 발명에 비해 높은 투광성을 유지하면서, 현저히 뛰어난 전도도를 나타내는 효과가 있다. Referring to Table 1 and Table 2, the transparent p-type semiconductor composition of the present invention exhibits a significantly higher value of conductivity than the conventional p-type semiconductor composition. Further, considering that there is a trade-off relationship between the conductivity and transmittance, and considering that the transmittance of the solar cell is 70% or more, there is no hindrance to commercialization, the present invention shows remarkably excellent conductivity while maintaining high light- It is effective.
또한, 전술한 바와 같이 코도핑된 p형 투명 반도체 조성물의 x와 y의 비율을 변경하면서 나타내는 특성을 아래의 표 3에 도시한다.Table 3 below shows the characteristics of the n-doped p-type transparent semiconductor composition while changing the ratio of x and y as described above.
(at.%)High capacity
(at.%)
[g/Cm3]density
[g / Cm 3]
[S/cm]Room temperature conductivity
[S / cm]
[×1016/cm3]Carrier density
[× 10 16 / cm 3 ]
[cm3/Vs}Mobility
[cm 3 / Vs}
[cm3/C]Hall coefficient
[cm 3 / C]
표 3을 참조하면, 상온전도도 및 이동도는 고용량이 5이 경우가 가장 양호하고, 캐리어밀도는 고용량이 10인 경우가 가장 양호하며, 홀계수는 고용량이 0인 경우가 가장 양호함을 알 수 있다.Referring to Table 3, it can be seen that the room temperature conductivity and mobility are the best in the case where the high capacity is 5, the carrier density is the highest when the high capacity is 10, and the hole capacity is the best when the high capacity is 0 have.
따라서, 원하는 특성에 적합한 고용량을 선택하여 태양전지를 제조할 수 있다.Therefore, a solar cell can be manufactured by selecting a high capacity suitable for the desired characteristics.
도 2는 본 발명에 따른, P형 반도체 조성물을 이용한 태양전지의 또 다른 구조를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing still another structure of a solar cell using a P-type semiconductor composition according to the present invention.
도 2를 참조하면, 투명 n형 산화물층 (150)과 p형 TOS 층과의 사이에 투명 버퍼층 (140)이 존재한다는 것 이외에는 도 1의 태양전지 구조와 동일하다. 여기서 투명 버퍼층 (140)은 n형, 또는 P형 또는 진성 반도체일 수 있다. 예를 들어, SnO2-Sb2O3 및 CdS, ZnS, In2O3 를 사용하여 10nm 이상 100nm 이하로 증착하여 에너지 밴드 갭 및 격자 상수 차이를 완화시켜 효율을 증가시키고자 하는 것이다. 그러나 본 발명은 이러한 버퍼층이 없이도, 격자상수차이가 거의 존재하지 않아 헤테로 접합에서도 오믹 접합을 할수 있음은 전술한 바와 같다.Referring to FIG. 2, the structure of the solar cell of FIG. 1 is the same as that of FIG. 1 except that a
이러한, 투명 버퍼층 (140)을 사용한 경우의 태양전지의 특성을 아래의 표 4에 나타낸다.The characteristics of the solar cell when the
버퍼층
(150nm)P type thin film +
Buffer layer
(150 nm)
표 4를 참조하면, 투명 버퍼층 (140)을 사용한 경우, 낮은 면저항과, 높은 투광도, 및 양호한 직선성을 나타낸다. 특히, 투광성에 있어서, 본 발명의 투명 버퍼층 (140)은 입사되는 빛을 손실없이 받아들여 투광도를 높일 수 있다. 또한, 직성성, 즉 평편도를 개선시켜 빛의 흡수율을 증가시킬 수 있다.Referring to Table 4, when the
또한, (A1-x-y M1x My)B2O2, AB2O4, 및 ABO2 에 투명 버퍼층 (140)을 사용한 경우의 특성을 아래의 표 5에 나타낸다.Table 5 below shows the characteristics when the
Yield yield
unit
표 5를 참조하면, (Sr1-x Kx Cay)Cu2O2 에서 특히, 뛰어난 이동도를 가짐을 알 수 있고, CuAlO2 에서 특히 뛰어난 홀농도를 가짐을 알 수 있다. Referring to Table 5, it can be seen that especially (Sr 1-x K x Ca y ) Cu 2 O 2 has excellent mobility and has particularly excellent hole concentration in CuAlO 2 .
또한 이러한 (A1-x-y M1x My)B2O2, AB2O4, 및 ABO2 에 투명 버퍼층 (140)을 사용한 경우의 오믹 접촉 특성을 도 7에 나타내었다.7 shows the ohmic contact characteristics when the
도 7a 내지 도 7c 는 각각 (Sr1-x Kx Cay)Cu2O2, CuFe2O4 , 및 CuAlO2 의 오믹 접촉을 나타내는 그래프이다. 그래프의 가로축은 전류를 의미하며, 세로축은 전압을 의미한다. 도시된 바와 같이, 전류가 증가할 수록 전압이 선형적으로 증가하여 뛰어난 오믹 접촉을 가짐을 알 수 있다.7A to 7C are graphs showing ohmic contact of (Sr 1-x K x Ca y ) Cu 2 O 2 , CuFe 2 O 4 , and CuAlO 2 , respectively. The abscissa of the graph means current, and the ordinate means voltage. As can be seen, as the current increases, the voltage linearly increases, indicating excellent ohmic contact.
도 3는 본 발명에 따른, P형 반도체 조성물을 이용한 태양전지의 또 다른 구조를 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing still another structure of a solar cell using a P-type semiconductor composition according to the present invention.
도 3을 참조하면, 투명 기판과 p형 TOS 층과의 사이에 p형 투명 전극층 (120)이 존재한다는 것 이외에는 도 2의 태양전지 구조와 동일하다. 여기서, p형 투명 전극층 (120)의 재료는 본 발명에 따른 p형 반도체 조성물을 사용할 수 있다. Referring to FIG. 3, the structure of the solar cell of FIG. 2 is the same as that of FIG. 2 except that a p-type
또한, p형 투명 전극의 재료는 본 발명에 따른 p형 반도체 조성물 외에도, Cu2O 또는 Ag2O 등의 재료를 사용할 수 있다.In addition to the p-type semiconductor composition according to the present invention, a material such as Cu 2 O or Ag 2 O can be used for the material of the p-type transparent electrode.
도 4는 본 발명에 따른, P형 반도체 조성물을 이용한 태양전지의 또 다른 구조를 나타내는 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing still another structure of a solar cell using a P-type semiconductor composition according to the present invention.
도 4를 참조하면, 도 2의 구조를 갖는 태양전지의 구조 중 투명기판 (110)상의 층들을 역순으로 형성한 구조이다. 즉, 투명기판 (110)상에 n형 투명 전극층 (160), 투명 n형 산화물층 (150), 투명 버퍼층 (140), 및 p형 TOS층이 순차로 적층된 구조이다.Referring to FIG. 4, the structure of the solar cell having the structure of FIG. 2 is such that the layers on the
도 5는 본 발명에 따른, P형 반도체 조성물을 이용한 태양전지의 또 다른 구조를 나타내는 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing still another structure of a solar cell using a P-type semiconductor composition according to the present invention.
도 5를 참조하면, 도 3의 구조를 갖는 태양전지의 구조 중 투명기판 (110)상의 층들을 역순으로 형성한 구조이다. 즉, 투명기판 (110)상에 n형 투명 전극층 (160), 투명 n형 산화물층 (150), 투명 버퍼층 (140), p형 TOS층, p형 투면 전극층이 순차로 적층된 구조이다.Referring to FIG. 5, the structure of the solar cell having the structure of FIG. 3 is such that the layers on the
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따라, P형 반도체 조성물을 이용한 태양전지 제조 방법의 순서도이다.6 is a flowchart of a method of manufacturing a solar cell using a P-type semiconductor composition according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, S1 에서, 투명기판 (110)상에 p형 투명 전극층 (120)을 형성한다. 여기서, p형 투명 전극층 (120)은 본 발명에 따른 P형 반도체 조성물을 사용하여 RF 스퍼터링으로 적층시킨다. 그 후, S2에서, 본 발명에 따른 P형 반도체 조성물을 재료로 한 p형 투명 TOS층 RF 스퍼터링으로 적층시킨다. Referring to FIG. 6, a p-type
그리고 S3에서, P형 투명 TOS층 상에 투명 버퍼층 (140)을 SnO2-Sb2O3 또는 i-ZnO 를 RF 스퍼터링으로 적층시키거나, CdS 를 CBD (chamical bath deposition) 을 적층시킬 수도 있으나, 반드시 이러한 방법에 한정되는 것은 아니다.In S3, the
그 후, S4 에서, 투명 버퍼층 (140)상에 n형 투명산화물층을 형성한다. 여기서, n형 투명 산화물층은 i-ZnO 을 10nm 이상 100nm 이하의 두께로 스퍼터링 증착하는 것이 바람직하다. 그 다음, 최종적으로 투명 n형 산화물층 (150)상에 n형 투명 전극층 (160)을 적층시킨다. 여기서, n형 투명 전극층 (160)은 ITO 또는 AZO 또는 FTO 를 10nm 이상 150nm 이하의 두께로 증착하는 것이 바람직하다.Then, in S4, an n-type transparent oxide layer is formed on the
이로 인해 높은 투과율, 이동도, 및 전도도를 갖는 태양전지를 제조할 수 있다.As a result, a solar cell having high transmittance, mobility, and conductivity can be manufactured.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.In the foregoing detailed description of the present invention, specific examples have been described. However, various modifications are possible within the scope of the present invention. The technical spirit of the present invention should not be limited to the above-described embodiments of the present invention, but should be determined by the claims and equivalents thereof.
도 1은 본 발명에 따른, P형 반도체 조성물을 이용한 태양전지 구조를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a solar cell structure using a P-type semiconductor composition according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른, P형 반도체 조성물을 이용한 태양전지의 또 다른 구조를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing still another structure of a solar cell using a P-type semiconductor composition according to the present invention.
도 3는 본 발명에 따른, P형 반도체 조성물을 이용한 태양전지의 또 다른 구조를 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing still another structure of a solar cell using a P-type semiconductor composition according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른, P형 반도체 조성물을 이용한 태양전지의 또 다른 구조를 나타내는 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing still another structure of a solar cell using a P-type semiconductor composition according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른, P형 반도체 조성물을 이용한 태양전지의 또 다른 구조를 나타내는 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing still another structure of a solar cell using a P-type semiconductor composition according to the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따라, P형 반도체 조성물을 이용한 태양전지 제조 방법의 순서도이다.6 is a flowchart of a method of manufacturing a solar cell using a P-type semiconductor composition according to an embodiment of the present invention.
도 7 은 (A1-x-y M1x My)B2O2, AB2O4, 및 ABO2 에 투명 버퍼층 (140)을 사용한 경우의 오믹 접촉 특성을 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing the ohmic contact characteristics when (A 1-xy M 1 x M y ) B 2 O 2 , AB 2 O 4, and the
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>Description of the Related Art [0002]
110: 투명기판 120: p형 투명 전극층 110: transparent substrate 120: p-type transparent electrode layer
130: p형 TOS 또는 TCO층 140: 투명 버퍼층 130: p-type TOS or TCO layer 140: transparent buffer layer
150: 투명 n형 산화물층 160: n형 투명 전극층150: transparent n-type oxide layer 160: n-type transparent electrode layer
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |