KR101729338B1 - Solar cell and mathod of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

발명은 외부로부터 유입되는 광의 이용 효율을 대폭 향상시킬 수 있도록 된 태본양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 태양전지는 외부 광을 이용하여 광전변환을 실행하는 태양전지에 있어서, 태양전지의 상부 기판상에 형성되는 제1 물질층과, 상기 제1 물질층의 상측에 형성되는 제2 물질층을 구비하여 구성되고, 상기 제1 물질층은 제2 물질층에 비해 물질 밀도가 높은 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof that can greatly improve utilization efficiency of light introduced from the outside. A solar cell according to the present invention is a solar cell that performs photoelectric conversion using external light. The solar cell includes a first material layer formed on an upper substrate of a solar cell, a second material layer formed on the first material layer, And the first material layer is made of a material having a higher material density than the second material layer.

Description

태양전지 및 그 제조방법{Solar cell and mathod of manufacturing the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof,

본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 특히 외부로부터 유입되는 광의 이용 효율을 대폭 향상시킬 수 있도록 된 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solar cell, and more particularly, to a solar cell capable of significantly improving utilization efficiency of light introduced from the outside and a manufacturing method thereof.

최근에 이르러 청정 에너지에 대한 관심이 높아지면서, 태양광을 이용하여 전력을 생산하는데 대한 관심도 크게 증가하고 있다.As interest in clean energy has increased recently, there is a growing interest in generating electricity using solar energy.

태양 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 소자를 통상 솔라셀 또는 태양전지로서 칭하고 있다. 태양전지는 구조나 재질에 따라 크게 실리콘, 화합물, 염료감응형 및 유기물 태양전지로 구분된다.A device that produces electric power using solar energy is generally referred to as a solar cell or a solar cell. Solar cells are classified into silicon, compound, dye-sensitized, and organic solar cells depending on their structure and materials.

종래의 태양전지는 외부 광을 효율적으로 이용하기 위하여 상부 기판으로서 광투과도가 우수한 유리를 사용하고, 이 유리 기판의 하측에 ITO 등의 투명전극을 사용한다.Conventional solar cells use glass having excellent light transmittance as an upper substrate to efficiently utilize external light, and transparent electrodes such as ITO are used on the lower side of the glass substrate.

그러나 종래의 태양전지는 유리 기판을 통해서 유입되는 광이 투명전극이나 내부 구조층에 의해 반사되어 다시 유리 기판을 통해 외부로 방출됨으로써 광효율이 매우 낮다는 단점이 있다. 현재 알려진 고효율 태양전지의 경우에도 광효율이 25%를 넘지 못하고 있다.However, the conventional solar cell has a disadvantage in that the light introduced through the glass substrate is reflected by the transparent electrode or the internal structure layer and is then discharged to the outside through the glass substrate, resulting in a very low light efficiency. Even in the case of the currently known high efficiency solar cell, the light efficiency does not exceed 25%.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 광 이용효율을 제고할 수 있는 태양전지를 제공함에 기술적 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and it is a technical object to provide a solar cell capable of improving light utilization efficiency.

또한 본 발명은 상기한 태양전지의 제조방법을 제공함에 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a manufacturing method of the solar cell.

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 태양전지는 외부 광을 이용하여 광전변환을 실행하는 태양전지에 있어서, 태양전지의 상부 기판상에 형성되는 제1 물질층과, 상기 제1 물질층의 상측에 형성되는 제2 물질층을 구비하여 구성되고, 상기 제1 물질층은 제2 물질층에 비해 물질 밀도가 높은 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.A solar cell according to a first aspect of the present invention for realizing the above object is a solar cell for performing photoelectric conversion using external light, comprising: a first material layer formed on an upper substrate of a solar cell; And a second material layer formed on the upper side of the material layer, wherein the first material layer is made of a material having a higher material density than the second material layer.

또한 상기 제1 물질층은 산화물 반도체 물질 또는 이들의 화합물을 포함하는 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.The first material layer may be formed of a material including an oxide semiconductor material or a compound thereof.

또한 상기 제2 물질층은 실리콘, 탄소나노튜브 또는 그라핀을 포함하는 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.And the second material layer is formed of a material including silicon, carbon nanotube, or graphene.

본 발명의 제2 관점에 따른 태양전지는 외부 광을 이용하여 광전변환을 실행하는 태양전지에 있어서, 태양전지의 상부 기판상에 상부 기판 보다 물질 밀도가 낮으면서 투명한 재질로 구성되는 물질층이 구비되는 것을 특징으로 한다.A solar cell according to a second aspect of the present invention is a solar cell that performs photoelectric conversion using external light. The solar cell includes a material layer made of a material having a lower material density than that of the upper substrate on a top substrate of the solar cell .

본 발명의 제3 관점에 따른 태양전지는 외부 광을 이용하여 광전변환을 실행하는 태양전지에 있어서, 태양전지의 상부 기판과 상부 전극층의 사이에 상부 기판보다 물질 밀도가 높으면서 투명한 재질로 구성되는 물질층이 구비되는 것을 특징으로 한다.A solar cell according to a third aspect of the present invention is a solar cell that performs photoelectric conversion using external light. The solar cell has a material density higher than that of the upper substrate and a material made of a transparent material Layer is provided.

본 발명의 제4 관점에 따른 태양전지는 외부 광을 이용하여 광전변환을 실행하는 태양전지에 있어서, 태양전지의 상부 기판 하측에 형성되는 제1 물질층과, 상기 제1 물질층의 하측에 형성되는 제2 물질층을 구비하여 구성되고, 상기 제1 물질층은 제2 물질층에 비해 물질 밀도가 낮은 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.A solar cell according to a fourth aspect of the present invention is a solar cell that performs photoelectric conversion by using external light. The solar cell includes a first material layer formed under the upper substrate of the solar cell and a second material layer formed under the first material layer And the first material layer is made of a material having a lower material density than the second material layer.

또한 상기 제2 물질층은 산화물 반도체 물질 또는 이들의 화합물을 포함하는 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.And the second material layer is formed of a material including an oxide semiconductor material or a compound thereof.

또한 상기 제1 물질층은 실리콘, 탄소나노튜브 또는 그라핀을 포함하는 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.The first material layer may be formed of a material including silicon, carbon nanotube, or graphene.

본 발명의 제5 관점에 따른 태양전지는 외부 광을 이용하여 광전변환을 실행하는 태양전지에 있어서, 태양전지의 상부 기판상에 형성됨과 더불어 다층 구조로 이루어지는 제1 물질층과, 상기 제1 물질층의 상측에 형성되는 제2 물질층을 구비하여 구성되고, 상기 제1 물질층은 제2 물질층에 비해 물질 밀도가 높은 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.A solar cell according to a fifth aspect of the present invention is a solar cell for performing photoelectric conversion using external light, comprising: a first material layer formed on an upper substrate of a solar cell and having a multilayer structure; And a second material layer formed on the upper side of the first material layer, wherein the first material layer is made of a material having a higher material density than the second material layer.

또한 상기 제1 물질층은 상부 기판상에 형성되는 제1 투명전극층과, 상기 투명전극층상에 형성됨과 더불어 산화물 반도체 물질 또는 이들의 화합물을 포함하는 물질로 구성되는 제1 도전형의 제1 반도체층, 상기 제1 반도체층상에 형성됨과 더불어 산화물 반도체 물질 또는 이들의 화합물을 포함하는 물질로 구성되는 제2 도전형의 제2 반도체층 및, 상기 제2 반도체층상에 형성되는 제2 투명전극층을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the first material layer may include a first transparent electrode layer formed on the upper substrate, a first semiconductor layer of a first conductivity type formed on the transparent electrode layer and composed of an oxide semiconductor material or a compound thereof, A second semiconductor layer of a second conductivity type formed on the first semiconductor layer and made of a material including an oxide semiconductor material or a compound thereof and a second transparent electrode layer formed on the second semiconductor layer, .

또한 상기 제2 투명전극층은 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 한다.The second transparent electrode layer may be formed of a conductive organic material or a mixture of a conductive organic material and a conductive inorganic material.

본 발명의 제6 관점에 따른 태양전지의 제조방법은 상부 기판과, 상부 기판의 하측에 형성된 투명전극층을 구비하는 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 상부 기판의 상측에 제1 물질 밀도를 갖는 제1 물질층을 형성하는 단계와, 상기 제1 물질층의 상측에 제1 물질 밀도 보다 낮은 제2 물질 밀도를 갖는 제2 물질층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a solar cell according to a sixth aspect of the present invention is a method of manufacturing a solar cell including an upper substrate and a transparent electrode layer formed on a lower side of the upper substrate, Forming a first material layer on the first material layer and a second material layer having a second material density lower than the first material density on the first material layer.

본 발명의 제1 관점에 따른 태양전지의 제조방법은 하부 기판과, 상기 하부 기판의 상측에 형성되는 하부 전극층, 상부 기판, 상기 상부 기판의 하측에 형성되는 상부 전극층을 구비하여 구성되는 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 상부 기판의 하측에 제1 물질 밀도를 갖는 제1 물질층을 형성하는 단계와, 상기 제2 물질층의 하측에 상부 전극층을 형성하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a solar cell according to a first aspect of the present invention is a method of manufacturing a solar cell including a lower substrate, a lower electrode layer formed on the upper substrate, an upper substrate, and an upper electrode layer formed on the lower side of the upper substrate Forming a first material layer having a first material density on the lower side of the upper substrate and forming an upper electrode layer on the lower side of the second material layer, .

또한 상기 제1 물질층의 하측에 상부 전극층의 사이에 제1 물질 밀도 보다 물질 밀도가 높은 제2 물질층을 형성하는 단계를 추가로 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And forming a second material layer having a material density higher than that of the first material density between the upper electrode layers on the lower side of the first material layer.

상기한 구성으로 된 본 발명에 의하면, 태양전지의 상측에 외부에서 인입되는 광을 굴절시켜 태양전지에 수직에 가까운 입사각도로 광을 입사시키는 광 굴절수단이 구비된다.According to the present invention having the above-described configuration, a light refraction means for refracting light received from the outside at an upper side of a solar cell and making light incident at an incident angle close to a vertical direction to the solar cell is provided.

따라서 본 발명에 있어서는 태양전지로부터 반사되는 반사광량을 줄이고 태양광의 에너지가 태양전지에 효율적으로 전달되도록 함으로써 태양전지의 광전변환 효율을 높일 수 있게 된다.Accordingly, in the present invention, it is possible to reduce the amount of reflected light reflected from the solar cell and efficiently transmit the energy of the sun light to the solar cell, thereby increasing the photoelectric conversion efficiency of the solar cell.

도 1은 본 발명의 기본 개념을 설명하기 위한 설명도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.1 is an explanatory diagram for explaining a basic concept of the present invention;
2 is a cross-sectional view showing a structure of a solar cell according to a first embodiment of the present invention.
3 is a sectional view showing a structure of a solar cell according to a second embodiment of the present invention.
4 is a sectional view showing a structure of a solar cell according to a third embodiment of the present invention;

이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다. 단, 이하에서 설명하는 실시예는 본 발명의 하나의 바람직한 구현예를 나타낸 것으로서, 이러한 실시예의 예시는 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 발명은 그 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiments described below represent one preferred embodiment of the present invention, and examples of such embodiments are not intended to limit the scope of the present invention. The present invention can be variously modified without departing from the technical idea thereof.

우선 본 발명의 기본 개념을 설명한다.First, the basic concept of the present invention will be described.

일반적으로 태양전지는 상부 및 하부 전극층 사이에 광전변환을 위한 구조를 구비한다. 그리고 상부 및 하부 전극층은 각각 상부 기판 및 하부 기판상에 형성된다. 통상적인 태양전지에 있어서는 광투과도를 고려하여 상부 기판으로서 유리를 이용하고, 또한 상부 전극층도 광투과도가 좋은 투명한 도전성 물질을 이용한다. Generally, a solar cell has a structure for photoelectric conversion between upper and lower electrode layers. And upper and lower electrode layers are formed on the upper substrate and the lower substrate, respectively. In a typical solar cell, glass is used as an upper substrate in consideration of light transmittance, and a transparent conductive material having good light transmittance is also used as an upper electrode layer.

외부에서 광이 태양전지로 입사되면, 해당 광은 상부 기판 및 상부 전극층을 통해 하부의 태양전지 구조체로 전달된다. 그런데 이때 입사되는 외부 광은 모두 태양전지 구조체로 전달되지 못하고 상당 부분이 반사되어 다시 외측으로 방출된다.When light enters the solar cell from the outside, the light is transmitted to the lower solar cell structure through the upper substrate and the upper electrode layer. At this time, all the incident external light can not be transmitted to the solar cell structure, but a substantial part of the external light is reflected and then emitted to the outside.

외부 광이 다시 반사되는 원인으로는 여러가지를 고려할 수 있다. 우선적으로 고려될 수 있는 것은 입사되는 외부 광이 태양전지 구조체에 흡수되지 못하는 것이다. 통상 태양전지는 모든 광파장 대역의 광을 이용하여 광전변환을 실행하지 못하고 특정한 광파장 대역의 광만을 이용하게 된다. 따라서 외부 광 중 흡수되지 못하는 다른 광파장 대역의 광은 모두 다시 외측으로 반사되게 된다.There are many reasons why external light may be reflected back. The first thing that can be considered is that the incident external light is not absorbed by the solar cell structure. In general, a solar cell can not perform photoelectric conversion by using light of all wavelength bands, and uses only light of a specific wavelength band. Therefore, all of the light in the other wavelength band that can not be absorbed in the external light is again reflected to the outside.

또한 다른 원인으로서 태양전지에 대한 광의 입사 각도를 고려할 수 있다. 태양전지에 대하여 수직으로 입사되는 외부 광은 일정한 각도 이상으로 입사되는 광에 비하여 태양전지 구조체에 보다 용이하게 흡수된다. 특히 외부 광의 입사각이 임계각을 벗어나는 외부 광은 태양전지의 구조체에 전혀 입사되지 못하고 예컨대 유리 등으로 구성되는 상부 기판에서 전반사된다.In addition, the incident angle of the light to the solar cell can be considered as another cause. External light incident perpendicularly to the solar cell is more easily absorbed into the solar cell structure than light incident at a certain angle or more. Particularly, external light whose incident angle of external light deviates from the critical angle is not incident on the structure of the solar cell at all and is totally reflected by the upper substrate composed of glass or the like.

따라서 상기한 사항을 고려할 때, 태양전지 구조체의 광효율을 제고하기 위해서는 우선적으로 외부 광의 입사각을 상부 기판을 기준으로 하여 가급적 90도에 가깝게 해주는 것이 요구된다.Therefore, in order to improve the light efficiency of the solar cell structure, it is required that the angle of incidence of external light be as close to 90 degrees as possible with respect to the upper substrate as a reference.

본 발명의 기본 개념은 태양전지로 입사되는 외부 광의 진행 경로를 변경하여 태양전지 구조체에 입사되는 광의 입사각도를 조정함으로써 태양전지의 광효율을 높일 수 있도록 된 것이다. 본 발명은 이를 위하여 광의 굴절 현상을 이용한다.The basic concept of the present invention is to increase the light efficiency of the solar cell by adjusting the incident angle of the light incident on the solar cell structure by changing the traveling path of the external light incident on the solar cell. The present invention uses the refraction phenomenon of light for this purpose.

도 1은 본 발명의 기본 개념을 설명하기 위한 것이다.Fig. 1 is intended to explain the basic concept of the present invention.

도 1에서 참조번호 10은 제1 물질로 이루어진 제1 물질층이고, 20은 제2 물질로 이루어진 제2 물질층이다. 제1 물질층(10)과 제2 물질층(20)은 물질 밀도가 서로 다르다. 바람직하게는 제1 물질층(10)의 물질 밀도가 제2 물질층(20)의 물질 밀도에 비해 더 높다.1, reference numeral 10 denotes a first material layer made of a first material and 20 a second material layer made of a second material. The first material layer 10 and the second material layer 20 have different material densities. Preferably, the material density of the first material layer 10 is higher than the material density of the second material layer 20.

일반적으로 광이 서로 다른 물질로 이루어지는 물질층의 경계면을 통과하는 경우에는 굴절 현상이 일어난다. 그리고 이때 굴절 방향은 물질 밀도가 높은 쪽으로 정해진다. 물론 물질층의 경계면을 통과하는 광이 물질층과 수직, 즉 90도의 각도로 입사되는 경우에는 해당 광은 굴절되지 않고 그대로 직진하여 통과하게 된다.Generally, when light passes through the interface of a material layer made of different materials, refraction occurs. At this time, the direction of refraction is set to a higher material density. Of course, when the light passing through the interface of the material layer is incident perpendicularly to the material layer, that is, at an angle of 90 degrees, the light passes straight through without being refracted.

도 1에서 제2 물질층(20)의 상측이 공기라고 할 때, 공기 중을 통해 진행한 광이 P1, P2와 같이 일정의 경사각도를 이루면서 제2 물질층(20)으로 입사되는 경우에, 제2 물질층(20)의 물질 밀도는 공기 보다 높기 때문에 해당 광은 굴절되어 제2 물질층(20)을 통해 진행하게 된다. 이때 제2 물질층(20)을 통해 진행하는 광(P1, P2)의 진행 각도는 본래의 광에 비하여 90도 가까운 쪽으로 변경된다. 여기서 90도라 함은 제1 및 제2 물질층(10, 20)의 수평면을 기준으로 한 것이다.In FIG. 1, assuming that the upper side of the second material layer 20 is air, when light traveling through the air is incident on the second material layer 20 at a predetermined inclination angle such as P1 and P2, Because the material density of the second material layer 20 is higher than air, the light is refracted and travels through the second material layer 20. At this time, the traveling angle of the light (P1, P2) traveling through the second material layer (20) is changed to be closer to 90 degrees than the original light. Here, 90 degrees is based on the horizontal plane of the first and second material layers 10 and 20.

그리고, 제2 물질층(20)을 통과한 광이 제1 물질층(10)으로 진입하는 경우, 제1 물질층(20)은 제2 물질층(20)에 비하여 물질 밀도가 높으므로 광은 제2 물질층(20)과 제1 물질층(10)의 경계면에서 굴절되어 보다 더 90도에 가까운 경로로 변경된다.In addition, when light passing through the second material layer 20 enters the first material layer 10, the first material layer 20 has a higher material density than the second material layer 20, Is refracted at the interface between the second material layer 20 and the first material layer 10 and is changed to a path closer to 90 degrees.

또한 제2 물질층(20)에 대하여 수직으로 입사되는 광(P2)은 굴절 없이 그대로 제1 및 제2 물질층(10, 20)을 통과하여 진행하게 된다.In addition, the light P2 incident perpendicularly to the second material layer 20 passes through the first and second material layers 10 and 20 without refraction.

따라서 태양전지의 구조체 상측에 상기와 같이 물질 밀도가 서로 다른 물질층을 적층하여 형성하게 되면, 태양전지로 입사되는 광의 진행 경로가 태양전지의 상면에 대하여 수직 방향측으로 변경된다. 그리고 만일 도 1에서 제1 물질층(10) 및 제2 물질층(20)의 광투과도가 매우 양호하여 제1 및 제2 물질층(10, 20)을 통과하는 과정에서의 광 에너지 손실이 최소화 된다면, 태양전지의 구조체로 입사되는 광이 수직 방향에 가까울수록 태양전지로 전달되는 광 에너지는 보다 높아지게 될 것이다.Therefore, when the material layers having different material densities are stacked on the upper side of the structure of the solar cell, the path of the light incident on the solar cell is changed to the direction perpendicular to the upper surface of the solar cell. If the light transmittance of the first material layer 10 and the second material layer 20 is very good in FIG. 1, the light energy loss in the process of passing through the first and second material layers 10 and 20 is minimized , The closer the light incident on the structure of the solar cell is to the vertical direction, the higher the light energy transmitted to the solar cell will be.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a solar cell according to a first embodiment of the present invention.

도 2에서 참조번호 30은 태양전지이다. 이 태양전지(10)는 통상적인 것이다. 이 태양전지로서는 실리콘, 화합물, CIGS, 염료감응형 및 유기물 태양전지 등이 사용된다. 이 태양전지로서는 특정한 것이 요구되지 않고, 현재 이용 가능한 모든 태양전지가 채용될 수 있다.2, reference numeral 30 denotes a solar cell. This solar cell 10 is conventional. Examples of the solar cell include silicon, compound, CIGS, dye-sensitized solar cell, and organic solar cell. No specific solar cell is required, and all currently available solar cells can be employed.

태양전지의 상측에는 상부 기판(31)이 구비된다. 상부 기판(31)으로서는 예컨대 유리가 사용된다. 상부 기판(31)의 재질로서도 특정한 것이 요구되지는 않는다. 그리고 도면에 구체적으로 나타내지는 않았으나, 상기 상부 기판(31)의 하측에는 태양전지(30)의 상부 전극층으로서 투명전극층이 구비될 것이다.An upper substrate 31 is provided on the upper side of the solar cell. As the upper substrate 31, for example, glass is used. The material of the upper substrate 31 is not particularly required. Although not shown in the drawings, a transparent electrode layer may be provided as an upper electrode layer of the solar cell 30 on the lower side of the upper substrate 31.

상부 기판(31)의 상측에는 제1 물질층(10)과 제2 물질층(20)이 순차적으로 적층 형성된다. 상술한 바와 같이 제1 및 제2 물질층(10, 20)은 광투과도가 높은 재료로 구성되고, 또한 제1 물질층(10)은 제2 물질층(20)에 물질 밀도가 높은 물질로 구성된다.A first material layer 10 and a second material layer 20 are sequentially stacked on the upper substrate 31. As described above, the first and second material layers 10 and 20 are made of a material having high light transmittance, and the first material layer 10 is made of a material having a high material density in the second material layer 20 do.

상기 제2 물질층(20)은 예컨대 실리콘, 탄소나노튜브(CNT), 그라핀 등이나 이들의 혼합물로 구성된다. 이들 물질들은 광투과율이 적어도 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상의 광투과율을 갖는 것이다.The second material layer 20 is made of, for example, silicon, carbon nanotube (CNT), graphene, or a mixture thereof. These materials have a light transmittance of at least 80% or more, preferably 90% or more.

또한 상기 제1 물질층(10)은 예컨대 산화물 반도체로 구성된다. 이러한 물질로서는 ZnO, InO, GaO, SnO 등과 이들의 조합으로 이루어진 화합물이 있다. 가시광선의 에너지 밴드갭은 대략 3.1eV 이하이다. 그런데 상기한 산화물 반도체 물질은 에너지 밴드갭이 3.1eV 보다 크기 때문에 자외선을 흡수하는 반면에 가시광선은 모두 통과시키게 된다. 즉, 상기한 산화물 반도체 물질을 물질 밀도가 높으면서도 가시광선에 대한 광투과도가 매우 높다. 또한 대부분의 태양전지는 가시광선 대역의 광을 이용하여 광전변환을 실행하게 된다. 따라서 상기 산화물 반도체 물질층 태양전지의 구조체 상측에 형성하는 경우에도 태양전지에서의 광전 변환은 전혀 영향을 받지 않게 된다.The first material layer 10 is made of, for example, an oxide semiconductor. Examples of such a material include ZnO, InO, GaO, SnO, and the like, and a combination thereof. The energy band gap of the visible light ray is approximately 3.1 eV or less. However, since the oxide semiconductor material has an energy band gap of greater than 3.1 eV, it absorbs ultraviolet light while allowing visible light to pass through. That is, the oxide semiconductor material has a high material density and a very high light transmittance with respect to visible light. In addition, most solar cells perform photoelectric conversion using light in the visible light band. Therefore, even when the oxide semiconductor material layer is formed on the upper side of the structure of the solar cell, the photoelectric conversion in the solar cell is not affected at all.

도 2에 나타낸 태양전지를 제조하는 경우에는, 태양전지(30)를 구성하기 전에 또는 그 이후에 상부 기판(31)상에 제1 물질층(10)과 제2 물질층(20)을 형성하는 방법을 통해 용이하게 제조할 수 있게 된다.2, the first material layer 10 and the second material layer 20 are formed on the upper substrate 31 before or after the solar cell 30 is formed It is possible to easily produce it by a method.

상기한 구조를 갖는 태양전지에 있어서는 공기를 통해서 입사되는 태양광 등의 외부 광이 제1 물질층(10)과 제2 물질층(20)을 통해서 전달되면서 태양전지(30)에 대하여 수직 방향으로 그 경로가 굴절되게 된다. 따라서 태양광이 갖는 에너지가 태양전지(30)에 효율적으로 전달됨은 물론 태양전지(30)의 상부 기판(31)이나 구조 내부에서 반사되는 광의 양이 대폭 줄어들게 된다. 즉, 태양전지의 광전변환 효율이 높아지게 된다.In the solar cell having the above-described structure, external light such as sunlight incident through the air is transmitted through the first material layer 10 and the second material layer 20, The path is refracted. Accordingly, the energy of sunlight is efficiently transmitted to the solar cell 30, and the amount of light reflected from the upper substrate 31 and the structure of the solar cell 30 is greatly reduced. That is, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell is increased.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a structure of a solar cell according to a second embodiment of the present invention.

본 실시예에 있어서는 태양전지(30)를 구성하는 상부 기판(31)의 하측에 순차적으로 제2 물질층(20)과 제1 물질층(10)을 순차로 적층 형성하고, 제2 물질층(10)의 하측에 상부 전극층(32)을 형성한 것이다. 그리고 상부 전극층(32)의 하측에는 통상적인 태양전지의 하부 구조체(40)가 형성된다.The second material layer 20 and the first material layer 10 are sequentially laminated on the lower substrate 31 constituting the solar cell 30 and the second material layer 10, the upper electrode layer 32 is formed. A lower structure 40 of a typical solar cell is formed below the upper electrode layer 32.

본 실시예에 있어서는 상부 기판(31)의 하측에 물질 밀도가 다른 제2 물질층(20)과 제1 물질층(10)이 형성되므로 상부 기판(31)을 통해 입사된 외부 광이 하측의 태양전지 구조체에 효율적으로 전달되게 된다. 그리고 그 밖의 부분은 상술한 실시예와 실질적으로 동일하다.Since the second material layer 20 and the first material layer 10 having different material densities are formed on the lower side of the upper substrate 31 in this embodiment, And is efficiently transferred to the battery structure. And the other portions are substantially the same as those of the above-described embodiment.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating the structure of a solar cell according to a third embodiment of the present invention.

본 실시예에 있어서는 도 2에 나타낸 실시예에서 제2 물질층(10)이 다층 구조로 이루어져 있다.In this embodiment, the second material layer 10 has a multilayer structure in the embodiment shown in FIG.

도 2의 실시예에서 제2 물질층(10)은 예컨대 산화물 반도체 물질로 이루어진다. 이 산화물 반도체 물질은 다른 금속과 혼합되어 P형 또는 N형의 반도체 물질로서 기능한다. 본 실시예에서는 이러한 산화물 반도체의 특징을 이용하여 제2 물질층(10)을 PN 접합 구조를 갖는 태양전지로서 구현한 것이다.In the embodiment of FIG. 2, the second material layer 10 is made of, for example, an oxide semiconductor material. This oxide semiconductor material is mixed with another metal and functions as a P-type or N-type semiconductor material. In this embodiment, the second material layer 10 is realized as a solar cell having a PN junction structure by taking advantage of the characteristics of the oxide semiconductor.

도 4에서, 참조번호 11은 하부 전극층으로서의 투명 전극층이다. 이는 예컨대 ITO, TCO, FTO, ZnO 등의 투명한 도전성 물질로 이루어진다. 이 하부 전극층(11) 상에는 제1 반도체층(12) 및 제2 반도체층(13)이 순차 적층된다. 이들 반도체층(12, 13)은 상술한 바와 같이 산화물 반도체 물질과 금속의 혼합물로 구성된다. 제1 반도체층(12)과 제2 반도체(13)은 예컨대 각각 N형과 P형 반도체 물질로 구성된다.4, reference numeral 11 denotes a transparent electrode layer as a lower electrode layer. For example, a transparent conductive material such as ITO, TCO, FTO, or ZnO. A first semiconductor layer 12 and a second semiconductor layer 13 are sequentially stacked on the lower electrode layer 11. These semiconductor layers 12 and 13 are composed of a mixture of an oxide semiconductor material and a metal as described above. The first semiconductor layer 12 and the second semiconductor 13 are made of, for example, N-type and P-type semiconductor materials, respectively.

그리고 상기 제2 반도체층(13)상에는 투명한 도전성 물질로 이루어지는 상부 전극층(14)이 형성된다. 이때 상부 전극층(14)으로서는 하부 전극층(11)과 마찬가지로 예컨대 ITO, TCO, FTO, ZnO 등으로 구성된다. 또한 상부 전극층(14)으로서는 도전성 유기물이나 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성될 수 있다.An upper electrode layer 14 made of a transparent conductive material is formed on the second semiconductor layer 13. At this time, the upper electrode layer 14 is composed of, for example, ITO, TCO, FTO, ZnO, or the like as the lower electrode layer 11. The upper electrode layer 14 may be formed of a conductive organic material or a mixture of a conductive organic material and a conductive inorganic material.

상부 전극층(14)으로서 도전성 유기물 또는 그 혼합물로 구성하는 경우에는 그 하층의 제1 및 제2 반도체층(12, 13)에 비해 물질 밀도가 낮게 되므로 외부 광의 굴절 효과를 더 높일 수 있다.When the upper electrode layer 14 is formed of a conductive organic material or a mixture thereof, the material density is lower than that of the underlying first and second semiconductor layers 12 and 13, so that the refracting effect of external light can be further enhanced.

상술한 바와 같이 투명한 반도체 물질로 PN 접합 구조를 구성하게 되면, 이 구조는 가시광선이 아니 자외선 영역의 광을 흡수하여 광전변환을 실행하게 되므로 외부로부터 인가되는 태양광에 대하여 광전변환 효율을 더 높일 수 있게 된다.If the PN junction structure is formed of a transparent semiconductor material as described above, this structure absorbs light in the ultraviolet region rather than visible light, and performs photoelectric conversion. Therefore, the photoelectric conversion efficiency of the solar light applied from the outside is further increased .

또한 이들 반도체 물질로 이루어지는 제1 물질층(10)은 제2 물질층(20)에 비하여 물질 밀도가 더 높으므로 외부 광에 대한 굴절 효과의 제공은 상술한 실시예와 마찬가지로 얻어질 수 있다.In addition, since the first material layer 10 made of these semiconductor materials has a higher material density than the second material layer 20, the refraction effect for external light can be obtained in the same manner as in the above-described embodiment.

이상으로 본 발명에 따른 실시예를 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다. 예를 들어 도 4의 실시예를 도 3에 적용하여 상부 기판(31)의 하측에 무명한 반도체 물질로 이루어지는 PN 접합 구조를 형성하는 것도 가능하다.The embodiments according to the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the technical spirit of the present invention. For example, by applying the embodiment of FIG. 4 to FIG. 3, it is possible to form a PN junction structure made of an obscure semiconductor material on the lower side of the upper substrate 31.

또한 상술한 실시예에 있어서는 태양전지의 구조체 상측에 물질 밀도가 다른 제1 및 제2 물질층을 적층하여 구성하는 것에 대하여 설명하였으나, 통상적으로 태양전지에 구비되는 상부 기판을 제1 물질층으로 하고, 이 위에 상부 기판 보다 물질 밀도가 낮은 제2 물질층을 적층하거나, 상부 기판의 하측에 상부 기판 보다 물질 밀도가 높은 제2 물질층을 적층하여 구성하는 것도 바람직하게 실시할 수 있다.Also, in the above-described embodiments, the first and second material layers having different material densities are stacked on the upper side of the structure of the solar cell. However, in general, the upper substrate provided in the solar cell is used as the first material layer A second material layer having a lower material density than the upper substrate is stacked on the first substrate, or a second material layer having a higher material density than the upper substrate is stacked on the lower side of the upper substrate.

10: 제1 물질층, 20: 제2 물질층.
30: 태양전지.10: first material layer, 20: second material layer.
30: Solar cell.

Claims (14)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 외부 광을 이용하여 광전변환을 실행하는 태양전지에 있어서,
태양전지의 상부 기판상에 형성됨과 더불어 다층 구조로 이루어지는 제1 물질층; 및
상기 제1 물질층의 상측에 실리콘, 탄소나노튜브(CNT), 및 그래핀 중 적어도 어느 하나의 물질로 형성되며 80% 이상의 광투과율을 갖는 제2 물질층을 포함하되,
상기 제1 물질층은 제2 물질층에 비해 물질 밀도가 높은 물질로 구성되고,
상기 제1 물질층은
상부 기판상에 형성되는 제1 투명전극층; 상기 제 1 투명전극층상에 형성됨과 더불어 산화물 반도체 물질과 금속의 혼합물을 포함하는 물질로 구성되는 제1 도전형의 제1 반도체층;
상기 제1 반도체층상에 형성됨과 더불어 산화물 반도체 물질과 금속의 혼합물을 포함하는 물질로 구성되는 제2 도전형의 제2 반도체층; 및,
상기 제2 반도체층상에 형성되는 제2 투명전극층을 포함하되,
상기 제2 투명전극층은 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.1. A solar cell that performs photoelectric conversion using external light,
A first material layer formed on the upper substrate of the solar cell and having a multi-layer structure; And
And a second material layer formed of at least one of silicon, carbon nanotube (CNT), and graphene on the first material layer and having a light transmittance of 80% or more,
Wherein the first material layer is composed of a material having a higher material density than the second material layer,
The first material layer
A first transparent electrode layer formed on the upper substrate; A first semiconductor layer of a first conductivity type formed on the first transparent electrode layer and made of a material including a mixture of an oxide semiconductor material and a metal;
A second semiconductor layer of a second conductivity type formed on the first semiconductor layer and composed of a material including a mixture of an oxide semiconductor material and a metal; And
And a second transparent electrode layer formed on the second semiconductor layer,
Wherein the second transparent electrode layer is formed of a conductive organic material or a mixture of a conductive organic material and a conductive inorganic material. 삭제delete 삭제delete 상부 기판과, 상부 기판의 하측에 형성된 투명전극층을 구비하는 태양전지의 제조방법에 있어서,
상기 상부 기판의 상측에 제1 물질 밀도를 갖는 제1 물질층을 형성하는 단계; 및
상기 제1 물질층의 상측에 제1 물질 밀도 보다 낮은 제2 물질 밀도를 갖고, 실리콘, 탄소나노튜브(CNT), 및 그래핀 중 적어도 어느 하나의 물질로 형성되며 80% 이상의 광투과율을 갖는 제2 물질층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 제1 물질층을 형성하는 단계는
상기 상부 기판 상에 제1 투명전극층을 형성하는 단계;
상기 제 1 투명전극층상에 형성됨과 더불어 산화물 반도체 물질과 금속의 혼합물을 포함하는 물질로 구성되는 제1 도전형의 제1 반도체층을 형성하는 단계;
상기 제1 반도체층상에 형성됨과 더불어 산화물 반도체 물질과 금속의 혼합물을 포함하는 물질로 구성되는 제2 도전형의 제2 반도체층을 형성하는 단계; 및,
상기 제2 반도체층상에 형성되는 제2 투명전극층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 제2 투명전극층은 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.1. A method of manufacturing a solar cell including an upper substrate and a transparent electrode layer formed under the upper substrate,
Forming a first material layer having a first material density on the upper substrate; And
A first material layer having a second material density lower than the first material density and formed of at least one of silicon, carbon nanotube (CNT), and graphene, and having a light transmittance of 80% 2 < / RTI > material layer,
The step of forming the first material layer
Forming a first transparent electrode layer on the upper substrate;
Forming a first semiconductor layer of a first conductivity type formed on the first transparent electrode layer and made of a material including a mixture of an oxide semiconductor material and a metal;
Forming a second semiconductor layer of a second conductivity type formed on the first semiconductor layer and composed of a material including a mixture of an oxide semiconductor material and a metal; And
And forming a second transparent electrode layer on the second semiconductor layer,
Wherein the second transparent electrode layer is formed of a conductive organic material or a mixture of a conductive organic material and a conductive inorganic material. 삭제delete 삭제delete
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