KR101703443B1 - Fabrication method of polymer embedded silicon nanowire solar cells - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 실리콘 나노와이어가 삽입된 폴리머 태양전지의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유연성 특성을 갖는 실리콘 나노와이어가 삽입된 폴리머 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a polymer solar cell having a silicon nanowire inserted therein, and more particularly, to a method of manufacturing a polymer solar cell having a silicon nanowire inserted therein.
나노와이어는 직경이 나노미터 영역이고, 길이가 직경에 비해 훨씬 큰 수백 나노미터, 마이크로미터 또는 더 큰 밀리미터 단위를 갖는 선형 재료이다. 이러한 나노와이어의 물성은 그들이 갖는 직경과 길이에 의존한다.Nanowires are linear materials with a nanometer range in diameter, hundreds of nanometers, micrometers, or even larger millimeters in length, much larger in diameter. The physical properties of these nanowires depend on their diameter and length.
상기 나노와이어는 작은 크기로 인하여 미세 소자에 다양하게 응용될 수 있으며, 특정 방향에 따른 전자의 이동 특성이나 편광 현상을 나타내는 광학 특성을 이용할 수 있는 장점이 있어, FET와 같이 각종 전자소자의 핵심부품인 트랜지스터로 이용될 수 있고, 각종 화학센서 및 바이오센서 그리고 태양전지 등에 응용이 가능하다.Since the nanowire has a small size, it can be applied to various kinds of fine devices and has an advantage of being able to use an optical characteristic that shows the movement characteristic of electrons or the polarization phenomenon according to a specific direction. Thus, And can be applied to various chemical sensors, biosensors, solar cells, and the like.
나노와이어를 현재 나노 기술 분야에서 널리 연구되고 있으며, 현재 레이저와 같은 광소자, 트랜지스터 및 메모리 소자 등 다양한 분야에 널리 응용되고 있는 차세대 기술이다. 현재 나노 와이어에 사용되는 재료는 실리콘, 아연 산화물과 발광반도체인 갈륨질화물 등의 III-V족 카드뮴설파이드계의 II-VI족 반도체 물질 등이 있다. 현재 나노와이어 제조 공정 기술은 나노 와이어의 길이 및 폭을 조절할 수 있는 수준까지 발전했으나 기판 위의 원하는 위치에 배열하여 소자화하기 위한 기술은 아직 성숙하지 못한 상황이다.Nanowires are currently being studied extensively in the field of nanotechnology, and they are the next generation technology widely applied in various fields such as optical devices such as lasers, transistors and memory devices. Currently, materials used for nanowires include III-V cadmium sulfide II-VI semiconductor materials such as silicon, zinc oxide and gallium nitride, which are light emitting semiconductors. Currently, nanowire manufacturing process technology has been developed to control the length and width of nanowires, but the technology for arranging nanowires at desired positions on the substrate has not matured yet.
기존의 대표적인 코어/쉘 형태의 나노와이어 제조방법으로는 예를 들어, 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD), 레이저 어블레이션법(Laser Ablation) 및 템플릿(template)을 이용하는 방법 등이 있다.Exemplary core / shell type nanowire manufacturing methods include, for example, chemical vapor deposition (CVD), laser ablation, and a method using a template.
최근 코어/쉘 형태의 나노와이어 제조방법으로서, 미국 공개특허 제 2006/0273328호에서 코어/쉘로 이루어진 나노 와이어를 형성시킨 후 기판과 분리시켜 쉘의 한쪽을 전극으로 접촉시키고 반대편 쉘의 일부분을 제거하여 드러난 코어부에 다시 전극을 형성하는 방법이 개시되었다. 여기서 p-GaN과 n-GaN을 코어 및 쉘로 만든 나노 와이어로 형성시킨 후 정렬된 나노 와이어 박막 형태로 만들어 한쪽에 전극을 접촉시키고 반대편 쉘을 에칭시켜 p-GaN 코어부가 드러나게 하고, 드러난 p-GaN에 전극을 형성하여 발광 소자로 이용하고 있다.As a recent core / shell type nanowire manufacturing method, US Patent Publication No. 2006/0273328 discloses a method of forming a core / shell nanowire, separating the nanowire from a substrate, contacting one side of the shell with an electrode, and removing a portion of the opposite shell A method of forming an electrode again on the exposed core portion has been disclosed. In this case, p-GaN and n-GaN are formed from nanowires made of core and shell, and then made into an aligned nanowire thin film, electrodes are contacted on one side and the opposite shell is etched to expose the p- An electrode is used as a light emitting element.
또한 공개특허 제2004-0090524 호에는 다중벽 구조의 ZnO계 나노 와이어 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 코어부는 ZnO 나노 와이어이고 쉘부는 질화물 반도체, 유전체 등으로 구성된 나노선에 대한 것이 개시되어있다.In addition, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2004-0090524 discloses a ZnO nanowire having a multi-wall structure and a method of manufacturing the ZnO nanowire, wherein the core portion is a ZnO nanowire and the shell portion is a nanowire composed of a nitride semiconductor or a dielectric.
또한, 공개특허 제2009-0003840호에는 코어부 및 쉘부 나노와이어의 접촉을 미리 패턴을 형성한 절연막으로 차단하여 밀도 및 위치 제어가 가능한 코어/쉘 형태의 나노와이어를 제조하는 방법이 개시되어 있다.In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-0003840 discloses a method of manufacturing a core / shell type nanowire capable of controlling density and position by blocking contact between a core portion and a shell portion nanowire with an insulating film having a pattern formed in advance.
또한 본 출원인에 의하여 출원된 특허출원 제2013-0091107호에는 대면적을 갖는 나노와이어 소자의 제조 방법이 개시되어 있다.In addition, Patent Application No. 2013-0091107 filed by the present applicant discloses a method of manufacturing a nanowire device having a large area.
한편, 상기 나노와이어는 태양전지로 적용되고 있다. 예를 들면, 등록특허 제1118334호에는 (a) 나노다공성 주형을 준비하는 단계; (b) (a) 단계의 주형 상에 금속나노입자를 도금시키는 단계;(c) (b)단계의 도금된 주형에 n형 도펀트 및 실리콘(Si)을 교대로 증착하고, 상부와 하부의 온도구배를 발생시켜 단결정 n-형 실리콘 나노와이어를 포함하는 층을 형성시키는 단계; (d) (c) 단계의 층에서 n-형 실리콘 나노와이어을 노출시키는 단계; 및 (e) (d)단계의 나노와이어에 p형 도펀트 및 실리콘(Si)을 교대로 증착하고, 이를 열처리하여 단결정 p-형 실리콘 층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지를 제조하는 방법이 개시되어 있다.On the other hand, the nanowires are being applied to solar cells. For example, EP1118334 discloses a process for preparing a nanoporous mold comprising: (a) preparing a nanoporous mold; (b) depositing metal nanoparticles on the template of step (a); (c) alternately depositing an n-type dopant and silicon (Si) on the plated mold of step (b) Generating a gradient to form a layer comprising single-crystal n-type silicon nanowires; (d) exposing the n-type silicon nanowires in the layer of step (c); And (e) alternately depositing a p-type dopant and silicon (Si) on the nanowire of step (d), and heat-treating the same to form a monocrystalline p-type silicon layer. Is disclosed.
또한, 등록특허 제1012565호에는 하부 전극 상에 형성된 제1 나노입자 층은 전자전달층으로 활용되고, 나노입자층 상부에 형성되는 제2 나노입자 층은 정공전달층으로 활용는 구성으로, 광발전층인 나노입자층에 입사되는 태양광에 의해 발생된 전자 및 정공은 각각 전자전들층과 정공전달층으로 전달되고, 최종적으로 하부 전극 및 상부 전극에 전하의 축적동작을 일으키는 태양전지가 개시되어 있다.In addition, in Japanese Patent No. 1012565, the first nanoparticle layer formed on the lower electrode is used as an electron transfer layer, and the second nanoparticle layer formed on the nanoparticle layer is used as a hole transport layer. A solar cell has been disclosed in which electrons and holes generated by sunlight incident on a nanoparticle layer are transferred to an electron transfer layer and a hole transfer layer, respectively, and ultimately cause charge accumulation on the lower electrode and the upper electrode.
상기한 바와 같이 나노와이어를 이용한 다양한 방식의 태양전지의 구성이 개시되어 있다. 그러나 상기 특허들은 나노와이어를 이용한 태양전지 자체의 특성 향상을 위한 구성으로, 대부분 솔리드한 기판을 사용하고 있다.As described above, various configurations of solar cells using nanowires are disclosed. However, the above-mentioned patents are used for improving the characteristics of a solar cell using nanowires, and most of them use a solid substrate.
만약 나노와이어를 감싸는 폴리머를 유연성 재질로 구성하는 경우, 태양전지 자체가 유연성 형태로 구성되어 태양전지의 활용도를 더욱더 높일 것으로 예상된다. If the nanowire-encapsulating polymer is composed of a flexible material, it is expected that the solar cell itself will be formed in a flexible form to further enhance the utilization of the solar cell.
본 발명은 상기와 같은 필요에 의하여 안출된 것으로, 나노와이어를 감싸는 폴리머를 유연성 재질로 구성하고, 기판과 폴리머의 분리를 간단하게 수행하여 전체 제조 비용을 낮출 수 있는 실리콘 나노와이어가 삽입된 폴리머 태양전지의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned needs, and it is an object of the present invention to provide a polymer solar cell having a silicon nanowire inserted therein, which is made of a flexible material and can be easily separated from a substrate and a polymer, And a method for manufacturing a battery.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 실리콘 나노와이어가 삽입된 폴리머 태양전지의 제조 방법에 있어서, 베이스와 상기 베이스 상단에 형성되는 에미터층을 포함하는 실리콘 기판을 준비하는 기판 준비 단계; 상기 실리콘 기판 상단에 나노 패턴을 형성하는 마스크 형성 단계; 상기 기판에 습식 에칭을 통하여 끝단에 에미터층이 형성된 나노와이어를 형성하는 나노와이어 제조 단계; 상기 나노와이어가 형성된 기판 상단에 제1폴리머층을 형성하는 제1폴리머층 형성 단계; 상기 제1폴리머층 중, 베이스와 접촉하는 부분을 제외한 나머지를 제거하는 제1폴리머층 일부 제거 단계; 상기 기판 상단에 나노와이어를 수용하는 높이이며, 상기 제1폴리머층과 다른 재질의 제2폴리머층을 형성하는 제2폴리머층 형성 단계; 상기 나노와이어의 끝단이 제2폴리머층에 돌출형성되게 제2폴리머층 상단의 일부를 제거하는 제2폴리머층 일부 제거 단계; 제2폴리머층과 베이스 사이의 제1폴리머층을 제거하는 제1폴리머층 제거 단계; 나노와이어의 하단부를 상기 베이스에서 분리하는 분리 단계; 및 상기 제2폴리머층 상단과 하단에 각각 전극층을 형성하는 전극 형성 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a polymer solar cell having a silicon nanowire embedded therein, the method comprising: preparing a silicon substrate including a base and an emitter layer formed on the base; A mask forming step of forming a nano pattern on top of the silicon substrate; Forming a nanowire having an emitter layer at an end through wet etching on the substrate; A first polymer layer forming step of forming a first polymer layer on top of the substrate on which the nanowires are formed; A first polymer layer removing step of removing a portion of the first polymer layer excluding a portion contacting the base; A second polymer layer forming step of forming a second polymer layer having a height different from that of the first polymer layer, Removing a portion of the upper portion of the second polymer layer so that an end of the nanowire protrudes from the second polymer layer; Removing a first polymer layer between the second polymer layer and the base; A separating step of separating the lower end of the nanowire from the base; And an electrode forming step of forming an electrode layer on upper and lower ends of the second polymer layer, respectively.
바람직하게는, 상기 나노 패턴의 크기는 50nm 내지 5㎛인 것을 특징으로 한다.Preferably, the size of the nanopattern is 50 nm to 5 μm.
더욱 바람직하게는, 상기 나노와이어의 길이는 5 내지 10㎛인 것을 특징으로 한다.More preferably, the length of the nanowire is 5 to 10 mu m.
더욱 바람직하게는, 상기 제1폴리머층의 두께는 100nm 내지 2㎛인 것을 특징으로 한다.More preferably, the first polymer layer has a thickness of 100 nm to 2 占 퐉.
더욱 바람직하게는, 상기 제1폴리머층의 재질은 PMMA인 것을 특징으로 한다.More preferably, the material of the first polymer layer is PMMA.
더욱 바람직하게는, 제1폴리머층 일부 제거 단계와 제2폴리머층 일부 제거 단계는 플라즈마, 에싱 및 UV처리 중 선택된 어느 하나로 수행되는 것을 특징으로 한다.More preferably, the step of removing the first polymer layer and the step of removing the second polymer layer are performed by any one of plasma, ashing and UV treatment.
바람직하게는, 상기 제1폴리머층 제거 단계에서 사용되는 에칭 용액은 제1폴리머층 재질에만 반응하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the etching solution used in the step of removing the first polymer layer reacts only with the material of the first polymer layer.
본 발명에 따른 실리콘 나노와이어가 삽입된 폴리머 태양전지의 제조 방법은 2개의 다른 재질의 폴리머층을 형성하고, 2개의 폴리머층 중 기판과 접촉하는 폴리머층을 제거한 후, 나노와이어를 기판에서 분리하므로, 나노와이어를 포함하는 폴리머 복합체를 나노와이어의 손실없이 기판에서 손쉽게 분리할 수 있어, 전체 태양전지의 제조 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.A method of fabricating a polymer solar cell having a silicon nanowire embedded therein includes forming a polymer layer of two different materials, removing a polymer layer contacting the substrate among two polymer layers, and then separating the nanowires from the substrate , The polymer composite including the nanowire can be easily separated from the substrate without loss of the nanowire, and the manufacturing cost of the entire solar cell can be lowered.
도 1은 본 발명에 따른 실리콘 나노와이어가 삽입된 폴리머 태양전지의 제조 방법의 절차도이며,
도 2는 도 1에 도시된 기판 준비 단계의 모식도이며,
도 3은 도 1에 도시된 마스크 형성 단계의 모식도이며,
도 4는 도 1에 도시된 나노와이어 제조 단계의 모식도이며,
도 5는 도 1에 도시된 제1폴리머층 형성 단계의 모식도이며,
도 6은 도 1에 도시된 제1폴리머층 일부 제거 단계의 모식도이며,
도 7은 도 1에 도시된 제2폴리머층 형성 단계의 모식도이며,
도 8은 도 1에 도시된 제2폴리머층 일부 제거 단계의 모식도이며,
도 9는 도 1에 도시된 제1폴리머층 제거 단계의 모식도이며,
도 10은 도 1에 도시된 분리 단계의 모식도이며,
도 11은 도 1에 도시된 전극 형성 단계의 모식도이며,
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 나노와이어의 SEM사진이며,
도 13은 도 12의 외형 및 유연성 형태를 나타내는 사진이며,
도 14는 도 12의 전기적 특성 그래프이며,
도 15는 도 12의 다이오드 특성 그래프이다.1 is a flow chart of a method of manufacturing a polymer solar cell having a silicon nanowire inserted therein according to the present invention,
2 is a schematic view of the substrate preparation step shown in Fig. 1,
FIG. 3 is a schematic view of the mask forming step shown in FIG. 1,
FIG. 4 is a schematic view of the nanowire manufacturing step shown in FIG. 1,
5 is a schematic diagram of the first polymer layer forming step shown in Fig. 1,
FIG. 6 is a schematic view of the first polymer layer removing step shown in FIG. 1,
FIG. 7 is a schematic view of the second polymer layer forming step shown in FIG. 1,
FIG. 8 is a schematic view of the step of removing the second polymer layer shown in FIG. 1,
9 is a schematic diagram of the first polymer layer removal step shown in FIG. 1,
10 is a schematic diagram of the separation step shown in Fig. 1,
11 is a schematic view of the electrode forming step shown in Fig. 1,
12 is a SEM photograph of a nanowire fabricated according to an embodiment of the present invention,
13 is a photograph showing the outer shape and the flexible shape of Fig. 12,
FIG. 14 is a graph of electrical characteristics of FIG. 12,
15 is a graph of the diode characteristics of Fig.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 실리콘 나노와이어가 삽입된 폴리머 태양전지의 제조 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 기판 준비 단계(S1), 마스크 형성 단계(S2), 나노와이어 제조 단계(S3), 제1폴리머층 형성 단계(S4), 제1폴리머층 일부 제거 단계(S5), 제2폴리머층 형성 단계(S6), 제2폴리머층 일부 제거 단계(S7), 제1폴리머층 제거 단계(S8), 분리 단계(S9) 및 전극 형성 단계(S10)을 포함하여 구성된다.1, a method of manufacturing a polymer solar cell having a silicon nanowire embedded therein according to the present invention includes a substrate preparing step S1, a mask forming step S2, a nanowire manufacturing step S3, The first polymer layer removing step S6, the second polymer layer removing step S7, the first polymer layer removing step S8, A step S9 and an electrode forming step S10.
아하에서는 상기 단계들에 대하여 구체적으로 설명한다.The above steps will be described in detail in AH.
기판 준비 단계(S1)Substrate preparation step (S1)
기판 준비 단계(S1)는 도 2에 도시된 기판(1)을 준비하는 단계이다. 상기 기판(1)은 실리콘으로 구성되며, 베이스(2)와 상기 베이스(2) 상단에 형성되는 에미터층(3)을 포함하여 구성된다.The substrate preparing step S1 is a step of preparing the
이때 상기 베이스(2)는 n 또는 p형으로 구성되고, 상기 에미터층(3)은 상기 베이스(2)와 대응되어 각각 n+ 또는 p+형으로 구성된다.At this time, the
마스크 형성 단계(S2)In the mask forming step S2,
마스크 형성 단계(S2)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 기판 준비 단계(S1)를 통하여 준비된 기판(1)의 상단에 나노와이어 형성을 위한 나노 패턴(4)을 형성하는 단계이다.The mask forming step S2 is a step of forming a
상기 나노 패턴(4)은 이후 습식 에칭을 통한 나노와이어 형성을 위한 것으로 금속 또는 폴리머 재질로 구성되는 것이 바람직하며, 통상의 패턴 형성 방법으로 구현되며, 나노 패턴(4)의 크기는 50nm 내지 5㎛가 바람직하다.The
상기 나노 패턴(4)의 크기는 이후 생성되는 나노와이어(5)의 폭과 동일한 크기이다.The size of the
나노와이어 제조 단계(S3)The nanowire manufacturing step (S3)
나노와이어 제조 단계(S3)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 마스크 형성 단계(S2)를 통하여 형성된 기판(1)을 습식 에칭을 통하여 에칭하여 나노와이어(5)를 형성하는 단계이며, 상기 습식 에칭 후에는 상기 나노 패턴(4)은 제거한다. 즉, 나노 패턴(4) 이외의 에미터층(3)과 일정 깊이까지의 베이스(2)는 상기 습식 에칭에 의하여 제거되어, 상기 도 4와 같은 나노와이어(5)만 남게된다.As shown in FIG. 4, the
따라서 상기 공정 후에는 상단에 에미터층(3)이 형성된 나노와이어(5)가 형성되며, 상기 나노와이어(5)가 태양전지의 반도체 역할을 수행 한다.Therefore, after the above process, the
또한 상기 나노와이어(5)에는 추가적으로 SiOx, SiNx, Al2O3, TiO2, HfO등을 이용하여 형성된 산화막이나 질화막을 포함하도록 구성할 수 도 있다.The
그리고 상기 나노와이어(5)의 길이는 5 내지 10㎛로 구성하는 것이 바람직하다. 상기 길이가 5㎛미만인 경우에는 태양전지의 효율이 낮은 단점이 있으며, 10㎛를 초과하는 경우에는 공정 비용이 급격히 증가하는 단점이 있다.The length of the
제1폴리머층 형성 단계(S4)The first polymer layer forming step (S4)
제1폴리머층 형성 단계(S4)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 나노와이어(5)가 형성된 기판(1)상단에 제1폴리머층(10)을 형성하는 단계이다.The first polymer layer forming step S4 is a step of forming a
상기 제1폴리머층(10)은 PMMA(polymethylmethacrylate acrylate) 수지 재질로 구성하는 것이 바람직하며, 두께는 100nm 내지 2㎛로 구성하는 것이 바람직하며, 포토레지스트 공정을 통하여 형성하는 것이 바람직하다.The
상기 제1폴리머층(10)은 후술하는 단계를 통하여 제거되는 층으로 100nm미만인 경우에는 해당 기능이 발휘되지 않을 가능성이 높으며, 2㎛를 초과하는 경우에는 제거 공정 시간이 과도하게 소모되는 단점이 있다.If the thickness of the
제1폴리머층 일부 제거 단계(S5)Step of removing the first polymer layer (S5)
제1폴리머층 일부 제거 단계(S5)는 도 6에 도시된 바와 같이, 베이스(2) 상단에 위치하는 제1폴리머층(10, 11)을 제외하고 나머지 층을 제거하는 단계이다. 즉, 에미터층(3) 상단과 나노와이어(5) 측면에 형성되는 제1폴리미층(10)을 제거하는 단계이며, 플라즈마, 에싱 및 UV처리 중 선택된 어느 하나의 방법으로 수행될 수 있다.The step of removing the first polymer layer (S5) is a step of removing the remaining layers except for the first polymer layer (10, 11) located at the upper end of the base (2), as shown in FIG. That is, the step of removing the
제2폴리머층 형성 단계(S6)The second polymer layer forming step (S6)
제2폴리머층 형성 단계(S6)는 도 7에 도시된 바와 같이, 제1폴리머층 일부 제거 단계(S5)를 통하여 제1폴리머층(10)의 일부가 제거된 기판(1) 상단에 제2폴리머층(20)을 형성하는 단계이다. 이때 상기 제2폴리머층(20)은 나노와이어(5)를 포함하는 높이로 형성하고, 이후 에칭 등을 통한 제1폴리머층(10) 제거 시 영향을 받지 않는 재질로 구성한다. 또한 태양전지의 구성층 역할을 하므로, 절연성과 투명성이 높고, 열경화성 또는 광경화성 특성을 만족하는 재질로 구성하는 것이 바람직하다.7, the second polymer layer forming step S6 is performed by removing the
상기 제2폴리머층(20) 형성 방법은 통상의 방법으로 구현한다.The
제2폴리머층 일부 제거 단계(S7)The second polymer layer partial removal step (S7)
제2폴리머층 일부 제거 단계(S7)는 도 8에 도시된 바와 같이, 나노와이어(5) 끝단에 형성된 에미터층(3)이 노출되도록 제2폴리머층(20) 중 상단의 일부를 제거하는 단계이다.The step of removing the second polymer layer (S7) includes a step of removing a part of the upper part of the
이때 상기 제2폴리머층(20)의 일부 제거는 플라즈마, 에싱 및 UV처리 중 선택된 어느 하나의 방법으로 수행될 수 있다.At this time, partial removal of the
제1폴리머층 제거 단계(S8)The first polymer layer removal step (S8)
제1폴리머층 제거 단계(S8)는 도 9에 도시된 바와 같이, 제1폴리머층(11)을 제거하는 단계이다.The first polymer layer removing step (S8) is a step of removing the
이때 습식 에칭을 이용하여 상기 제1폴리머층(11)을 제거하며, 상기 습식 에칭 시에 습식 용액은 상기 제2폴리머층(20)은 반응하지 않는 것으로 선택한다. 상기 단계를 완료하면, 기판(1) 베이스(2)와 상기 제2폴리머층(20)은 분리된 상태로 배치된다.Wherein wet etching is used to remove the
분리 단계(S9)In the separation step (S9)
분리 단계(S9)는 도 10에 도시된 바와 같이, 제2폴리머층(20)에 배치된 나노와이어(5)를 상기 기판(1) 베이스(2)에서 분리하는 단계이다.The separation step S9 is a step of separating the
이때 상기 나노와이어(5)는 상기 제2폴리머층(20)과 전체 길이 방향으로 부착되어 있으므로, 일정한 힘을 인가하는 경우 나노와이어(5)의 하단이 상기 베이스(2)에서 분리된다.At this time, since the
상기 나노와이어(5)는 베이스(2)와 분리된 후, 양끝단이 상기 제2폴리머층(20, 21)에 돌출 형성된다.The
전극 형성 단계(S10)In the electrode forming step (S10)
전극 형성 단계(S10)는 도 11에 도시된 바와 같이, 제2폴리머층(21) 상하면에 전도성 물체를 형성하여 전극층(30)을 형성하는 단계이다.The electrode forming step S10 is a step of forming an
물론 상기 나노와이어(5)의 양끝단은 상기 제2폴리머층(21)에 돌출 형성되어 있으므로, 상기 전극층(30) 형성에 의하여 모든 나노와이어(5)들이 병렬 형태로 전기적 연결된다.Of course, since both ends of the
실시예Example
본 발명에 따른 실리콘 나노와이어가 삽입된 폴리머 태양전지의 제조 방법에 따라 1×1㎠ 면적의 태양 전지를 제조하였다.A solar cell having a size of 1 × 1
도 12는 실시예를 통하여 제조된 나노와이어(5)의 SEM 사진으로, 나노와이어(5)가 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다.FIG. 12 is an SEM photograph of the
그리고 도 13은 제조된 태양전지의 실물 사진과 유연성을 시험한 사진으로, 충분한 유연성을 나타냄을 확인할 수 있었다.FIG. 13 shows that the fabricated photovoltaic cell has sufficient flexibility, as shown in the photographs of the photoreceptor and the photosensitivity test.
도 14는 전극재질를 달리한 경우 태양전지의 전기적 특성을 나타내는 그래프이며, 도 15는 전극 최적화 후 다이오드 특성 그래프로 양자 모두 양호한 결과는 나타냄을 확인할 수 있었다.FIG. 14 is a graph showing the electrical characteristics of the solar cell when the electrode material is different, and FIG. 15 is a graph showing the diode characteristics after the electrode optimization.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, And all of the various forms of embodiments that can be practiced without departing from the technical spirit.
1: 기판 2: 베이스
3: 에미터층 4: 나노 패턴
5: 나노와이어 10, 11: 제1폴리머층
20, 21: 제2폴리머층 30: 전극층
S1: 기판 준비 단계 S2: 마스크 형성 단계
S3:나노와이어 제조 단계 S4:제1폴리머층 형성 단계
S5:제1폴리머층 일부 제거 단계 S6: 제2폴리머층 형성 단계
S7:제2폴리머층 일부 제거 단계 S8: 제1폴리머층 제거 단계
S8: 분리 단계 S10: 전극 형성 단계1: substrate 2: base
3: Emitter layer 4: Nano pattern
5:
20, 21: second polymer layer 30: electrode layer
S1: substrate preparing step S2: mask forming step
S3: nanowire manufacturing step S4: first polymer layer forming step
S5: Partially removing the first polymer layer S6: Step of forming the second polymer layer
S7: removal of the second polymer layer part S8: removal of the first polymer layer
S8: separation step S10: electrode formation step
Claims (7)
베이스와 상기 베이스 상단에 형성되는 에미터층을 포함하는 실리콘 기판을 준비하는 기판 준비 단계;
상기 실리콘 기판 상단에 나노 패턴을 형성하는 마스크 형성 단계;
상기 기판에 습식 에칭을 통하여 끝단에 에미터층이 형성된 나노와이어를 형성하는 나노와이어 제조 단계;
상기 나노와이어가 형성된 기판 상단에 제1폴리머층을 형성하는 제1폴리머층 형성 단계;
상기 제1폴리머층 중, 베이스와 접촉하는 부분을 제외한 나머지를 제거하는 제1폴리머층 일부 제거 단계;
상기 기판 상단에 나노와이어를 수용하는 높이이며, 상기 제1폴리머층과 다른 재질의 제2폴리머층을 형성하는 제2폴리머층 형성 단계;
상기 나노와이어의 끝단이 제2폴리머층에 돌출형성되게 제2폴리머층 상단의 일부를 제거하는 제2폴리머층 일부 제거 단계;
제2폴리머층과 베이스 사이의 제1폴리머층을 제거하여 제2 폴리머층과 베이스를 분리하는 제1폴리머층 제거 단계;
나노와이어의 하단부를 상기 베이스에서 분리하여 나노와이어가 삽입된 나노와이어-폴리머 복합체를 분리하는 분리 단계; 및
상기 제2폴리머층 상단과 하단에 각각 전극층을 형성하는 전극 형성 단계;를 포함하고,
상기 제1폴리머층의 재질은 PMMA이고, 상기 제1폴리머층 제거 단계에서 사용되는 에칭 용액은 제1폴리머층 재질에만 반응하는 것을 특징으로 하는 실리콘 나노와이어가 삽입된 폴리머 태양전지의 제조 방법.
A method of manufacturing a polymer solar cell having a silicon nanowire embedded therein,
A substrate preparation step of preparing a silicon substrate including a base and an emitter layer formed on the base top;
A mask forming step of forming a nano pattern on top of the silicon substrate;
Forming a nanowire having an emitter layer at an end through wet etching on the substrate;
A first polymer layer forming step of forming a first polymer layer on top of the substrate on which the nanowires are formed;
A first polymer layer removing step of removing a portion of the first polymer layer excluding a portion contacting the base;
A second polymer layer forming step of forming a second polymer layer having a height different from that of the first polymer layer,
Removing a portion of the upper portion of the second polymer layer so that an end of the nanowire protrudes from the second polymer layer;
Removing the first polymer layer between the second polymer layer and the base to separate the second polymer layer from the base;
A separating step of separating the nanowire-polymer composite into which the nanowire is inserted by separating the lower end of the nanowire from the base; And
And forming an electrode layer on upper and lower sides of the second polymer layer, respectively,
Wherein the material of the first polymer layer is PMMA, and the etching solution used in the first polymer layer removing step reacts only with the material of the first polymer layer.
The method according to claim 1, wherein the size of the nanopattern is 50 nm to 5 μm.
The method according to claim 2, wherein the length of the nanowire is 5 to 10 μm.
The method according to claim 1, wherein the thickness of the first polymer layer is 100 nm to 2 탆.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150131924A KR101703443B1 (en) | 2015-09-17 | 2015-09-17 | Fabrication method of polymer embedded silicon nanowire solar cells |
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| KR1020150131924A KR101703443B1 (en) | 2015-09-17 | 2015-09-17 | Fabrication method of polymer embedded silicon nanowire solar cells |
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|---|---|
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|---|---|
| KR (1) | KR101703443B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN108666425A (en) * | 2018-05-24 | 2018-10-16 | 厦门大学 | A kind of preparation method of flexible hybrid solar cell |
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-
2015
- 2015-09-17 KR KR1020150131924A patent/KR101703443B1/en active Search and Examination
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