KR101919611B1 - 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지는 기판의 상부에 적층되며, 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 물질층을 포함하는 p형 투명전도막, 상기 p형 투명전도막의 상부에 적층되며, 서브 마이크로미터 두께를 가지는 광 흡수층, 상기 광 흡수층의 상부에 적층되며 상기 광 흡수층과 p-n 접합층을 이루는 n형 버퍼층, 및 상기 n형 버퍼층의 상부에 적층되며, 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 물질층을 포함하는 n형 투명전도막을 포함한다.
Description
본 발명은 투명 박막 태양전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 글로벌 에너지 수요는 도심의 건물에 집중되고 있으며, 건물에서 사용하는 총 전력량은 도시의 건축물이 증가함에 따라 급속히 증가하고 있는 추세이다. 효율적인 건물의 에너지 사용 방안으로 오래 전부터 단열 창호가 제안 및 사용되어 왔다. 한편, 능동적인 에너지 대책으로 태양전지가 집적된 창호기술이 개발되고 있다.
태양전지는 광 흡수층으로 사용되는 물질에 따라서 다양한 종류로 구분되며, 현재 가장 많이 사용되는 것은 실리콘을 이용한 실리콘 태양전지이다. 그러나, 최근 실리콘의 공급부족으로 가격이 급등하면서 박막형 태양전지에 대한 관심이 증가하고 있다.
박막형 태양전지는 얇은 두께로 제작되므로 재료의 소모량이 적고, 무게가 가볍기 때문에 활용범위가 넓다. 이러한 박막형 태양전지의 재료로는 비정질 실리콘과 CdTe, CIS 또는 CIGS에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
화합물 반도체인 CdTe, CIS 또는 CIGS 광 흡수체를 사용하는 태양전지는 실리콘의 10~100배 수준으로 광 흡수율이 높아, 태양광에 의한 전력생산에 매우 유리한 장점이 있다. 그러나, 투명한 박막 태양전지의 구현이 어렵기 때문에 빛을 투과시켜 채광 혹은 조명 등의 효과를 만들어 내기에는 불리한 점이 있다.
이에 따라, 일부의 입사 태양광을 투과시켜 박막 태양전지의 미려한 외관과 함께 채광, 시인성 등의 효과를 확보할 수 있는 기술의 개발이 필요하다.
본 발명의 일 실시예에서는 화합물 반도체인 광 흡수층의 두께를 서브 마이크로미터 크기로 줄여 입사 태양광의 일부를 투과시키도록 투명성을 확보하는 투명 박막 태양전지를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 광차단 후면전극을 다층의 투명전도산화막으로 대체하여 태양광이 가시광의 파장 대역을 모두 투과 가능한 투명 박막 태양전지를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 'n형 투명전도산화막-광흡수층-p형 투명전도산화막'의 샌드위치 구조를 가짐으로써 전면뿐만 아니라 후면으로부터 입사하는 태양광도 함께 이용하여 발전 가능한 투명 박막 태양전지를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지는 기판의 상부에 적층되며, 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 물질층을 포함하는 p형 투명전도막, 상기 p형 투명전도막의 상부에 적층되며, 서브 마이크로미터 두께를 가지는 광 흡수층, 상기 광 흡수층의 상부에 적층되며 상기 광 흡수층과 p-n 접합층을 이루는 n형 버퍼층 및 상기 n형 버퍼층의 상부에 적층되며, 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 물질층을 포함하는 n형 투명전도막을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 p형 투명전도막 및 상기 n형 투명 전도막은 금속 물질로 이루어진 금속 삽입층 및 전기 전도성 물질로 이루어진 적어도 하나의 투명한 물질층이 다층 구조로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 p형 투명전도막 및 상기 n형 투명 전도막은 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제1 투명 전도층, 상기 제1 투명 전도층의 상부에 형성되어 금속 물질로 이루어진 금속 삽입층, 및 상기 금속 삽입층의 상부에 형성되어 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제2 투명 전도층으로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 투명 전도층 및 상기 제2 투명 전도층의 두께는 30 ㎚ 내지 100 ㎚일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 금속 삽입층의 두께는 6 ㎚ 내지 10 ㎚일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 투명 전도층 및 상기 제2 투명 전도층은 ITO(indium tin oxide)로 이루어지고, 상기 금속 삽입층은 은(Ag)으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 광 흡수층의 두께는 0.4 ㎛ 내지 0.5 ㎛일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 광 흡수층은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)의 조합인 화합물로 구성된 CIGS 또는 카드뮴(Cd) 및 텔루륨(Te)의 조합인 화합물로 구성된 CdTe로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지는 상기 기판의 상부에 형성되며 외부의 부하에 연결되어 전력을 생성하기 위한 적어도 하나의 p형 그리드 전극 및 상기 n형 투명전도막의 상부에 형성되며 외부의 부하에 연결되어 전력을 생성하기 위한 적어도 하나의 n형 그리드 전극을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지는 상기 광 흡수층으로 투과된 태양광을 반사시키도록 상기 기판 및 상기 p형 투명전도막 사이에 형성되는 금속막을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조방법은 기판을 제공하는 단계, 상기 기판의 상부에 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 물질층을 포함하는 p형 투명전도막을 적층하는 단계, 상기 p형 투명전도막의 상부에 서브 마이크로미터 두께를 가지는 광 흡수층을 적층하는 단계, 상기 광 흡수층의 상부에 상기 광 흡수층과 p-n 접합층을 이루는 n형 버퍼층을 적층하는 단계 및 상기 n형 버퍼층의 상부에 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 물질층을 포함하는 n형 투명전도막을 적층하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 p형 투명전도막을 적층하는 단계는 상기 기판의 상부에 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제1 투명 전도층을 적층하는 단계, 상기 제1 투명 전도층의 상부에 금속 물질로 이루어진 금속 삽입층을 적층하는 단계 및 상기 금속 삽입층의 상부에 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제2 투명 전도층을 적층하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 n형 투명전도막을 적층하는 단계는 상기 버퍼층의 상부에 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제1 투명 전도층을 적층하는 단계, 상기 제1 투명 전도층의 상부에 금속 물질로 이루어진 금속 삽입층을 적층하는 단계 및 상기 금속 삽입층의 상부에 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제2 투명 전도층을 적층하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조방법은 상기 광 흡수층으로 투과된 태양광을 반사시키도록 상기 기판 및 상기 p형 투명전도막 사이에 금속막을 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 화합물 반도체인 광 흡수층의 두께를 서브 마이크로미터 크기로 줄여 입사 태양광의 일부를 투과시키도록 투명성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광차단 후면전극을 다층의 투명전도산화막으로 대체하여 태양광이 가시광의 파장 대역을 모두 투과 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 'n형 투명전도산화막-광흡수층-p형 투명전도산화막'의 샌드위치 구조를 가짐으로써 전면뿐만 아니라 후면으로부터 입사하는 태양광도 함께 이용하여 발전 가능할 수 있다.
도 1은 종래의 p-n 접합형 반도체 박막 태양전지를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2는 모노리식 집적화 공정을 통해 구현되는 종래의 투명한 박막 태양전지의 단면을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 p형 투명전도막 및 n형 투명전도막의 광투과 특성을 각각 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 있어서, 금속 삽입층의 두께에 따른 면저항 변화 및 광투과 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 2는 모노리식 집적화 공정을 통해 구현되는 종래의 투명한 박막 태양전지의 단면을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 p형 투명전도막 및 n형 투명전도막의 광투과 특성을 각각 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 있어서, 금속 삽입층의 두께에 따른 면저항 변화 및 광투과 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
종래의 반도체 박막 태양전지는 CIGS 또는 CdTe와 같은 광 흡수체 소재의 광 흡수율이 우수하여 2 ㎛ 내지 3 ㎛ 두께에서도 입사 태양광을 모두 흡수하여 전력으로 전환한다.
구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 박막 형성을 위한 유리 또는 폴리머 소재의 기판(10) 상부에 몰리브데늄(Mo) 또는 텅스텐(W) 등의 금속을 이용한 후면전극(20)이 증착된다. 여기서, 후면전극(20)은 광 흡수층(30)에서 생성된 '+'전기를 포집하는 p형 전극(양극)의 역할을 한다. 후면전극(20)과 광 흡수층(30)의 박막저항은 태양전지소자의 효율에 직접적인 영향을 주는 직렬저항을 좌우하며 최소의 값을 갖도록 하는 것이 중요하다.
후면전극(20)의 상부에는 광 흡수층(30)이 증착된다. 광 흡수층(30)은 CIGS, CdTe 또는 SnS와 같은 에너지 밴드갭이 1.1 eV 내지 1.5 eV 근처인 우수한 광 흡수 특성을 가지는 소재를 사용한다. 광 흡수층(30)은 전기적으로 다수의 전하가 정공인 p형 반도체가 된다. 광 흡수층(30)의 두께는 일반적으로 2 ㎛ 내지 3 ㎛ 가 되도록 증착되는데, 입사되는 태양광이 거의 흡수되며 만일 일부 투과되는 태양광이 발생하더라도 후면전극(20)에서 다시 차단되기 때문에 기판(10)으로까지 도달할 수 없다.
광 흡수층(30)의 상부에는 광 흡수층(30)과 p-n 반도체 접합을 이루기 위하여 다수의 전하가 전자인 n형 반도체 버퍼층(40)이 증착된다.
버퍼층(40)은 CdS와 Zn(O,S)계의 화합물 반도체를 사용한다. 이로써, 광 흡수층(30) 및 버퍼층(40)의 접촉계면에서 p-n 다이오드 접합층이 이루어지게 된다.
버퍼층(40)의 상부에는 광 흡수층(30)에서 광전변환되어 생성된 전자를 추출하기 위하여 n형 반도체 특성을 가지는 i-ZnO 삽입층(45)과 n형 투명전도막(50)이 차례대로 증착된다.
최종적으로, 투명전도막(50)의 상부에는 금속 그리드(1)가 형성됨으로써 n형 전극(음극)이 형성되어 박막 태양전지가 완성된다. 참고로, 도 1은 종래의 p-n 접합형 반도체 박막 태양전지를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
전술한 종래의 반도체 박막 태양전지는 광 흡수 특성이 매우 뛰어난 광 흡수층(30)과 금속을 사용하는 후면전극(20)으로 인해 투명한 태양전지로 구현될 수 없다. 따라서, 일부의 태양광을 투과시키기 위해서는 광 흡수층(30) 및 후면전극(20)의 일정 면적을 개방할 필요가 있다. 이와 같은 제작은 모노리식 집적화에 의한 모듈화 공정을 통해 구현할 수 있다. 박막 태양전지를 모듈화하는 모노리식 집적화 공정은 레이저를 이용한 3번의 스크라이빙으로 이루어진다.
상기 스크라이빙을 통해 박막 태양전지를 모듈화하는 모노리식 집적화 공정에 관하여 도 2를 참조하여 설명하고자 한다. 참고로, 도 2는 모노리식 집적화 공정을 통해 구현되는 종래의 투명한 박막 태양전지의 단면을 나타낸 도면이다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 투명성을 확보하기 위해 도 1의 구조에서 기판(10)의 상부에 p형 투명전도막(15)이 증착되며 p형 투명전도막(15)의 상부에 후면전극(20)이 증착된다.
첫 번째 스크라이브(P1)를 이용하여 p형 투명전도막(15)과 후면전극(20)을 분할하여 단위 셀을 설정한다. 단위 셀의 분할 폭은 약 5 ㎜ 내지 10 ㎜ 이다.
두 번째 스크라이브(P2)를 이용하여 광 흡수층(30)과 버퍼층(40)으로 구성된 p-n 접합층을 분할한다. 이때, 두 번째 스크라이브(P2)의 깊이는 후면전극(20)의 상단으로부터 버퍼층(40)까지 해당된다. 두 번째 스크라이브(P2)를 이용한 공정은 각 셀의 광 흡수층(30)의 넓이를 제한할 수 있다.
세 번째 스크라이브(P3)는 n형 투명전도막(50)을 버퍼층(40)의 상부에 형성한 후 최종적으로 셀을 분할하여 집적화를 마무리하는 공정이다. 이때, 세 번째 스크라이브(P3)의 깊이는 p형 투명전도막(15)의 상단으로부터 n형 투명전도막(50)까지 해당된다.
여기서, 세 번째 스크라이브(P3)의 선폭인 개구폭(W)을 조절하면 투과하는 태양광의 양을 제어할 수 있다. 광전류가 생성되지 않는 비 발전영역(a)의 폭은 절연성을 확보하고 광전류진로(direction)인 전하 수송 이동 경로를 확보하기 위해 좁게 구현하는 것이 일반적이다. 이와 같이, 불투명한 태양전지 소자에서도 비 발전영역(a)과 개구폭(W)의 면적을 제어함으로써 박막 태양전지 소자의 광 투과 기능을 구현할 수 있다.
그러나, 광 투과량을 증가시키기 위해 개구폭(W)의 면적을 넓히는 경우, 투과되는 태양광의 양은 증가하지만 비 발전영역(a)이 넓어져 유효 광전환효율이 감소하게 되는 문제가 발생한다.
이에 따라, 본 발명에서는 레이저 스크라이빙의 추가 공정없이 입사되는 태양광 일부의 투과성을 확보할 수 있는 투명한 박막 태양전지를 제안하고자 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지는 기판(110), p형 투명전도막(120), 광 흡수층(130), n형 버퍼층(140) 및 n형 투명전도막(150)을 포함하고, 상기 순서대로 적층되어 구성된다.
참고로, 본 발명에서 설명하는 태양전지는 태양전지소자의 개념으로 이해될 수 있다.
기판(110)은 태양전지 전체를 지지하는 기재로서 투명한 재질로 형성될 수 있다. 기판(110)은 후술하고자 하는 광 흡수층(130)의 형성에 사용되는 고온의 공정과정에서 박막의 성형을 유지하기 위해 열팽창계수(thermal expansion coefficient)가 잘 맞고 평평한 표면을 가지도록 구현되는 것이 바람직하다.
기판(110)은 단단한 소재인 소다라임유리(Sodalime Glass, SLG)과 같은 유리로 구현될 수 있다. 반면에, 기판(110)은 플렉시블한 소재인 폴리이미드(polymide)와 같은 플라스틱으로 구현될 수도 있다.
한편, 기판(110)의 상부에는 후술하고자 하는 광 흡수층(130)에서의 광전변환에 의해 생성된 전하 중 정공을 외부의 부하에 연결하기 위한 적어도 하나의 p형 그리드 전극(101)이 형성될 수 있다.
적어도 하나의 p형 그리드 전극(101)은 후술하고자 하는 p형 투명전도막(120) 및 광 흡수층(130)과 p형 옴접촉(ohmic contact)을 통해 외부로 전류를 추출하는 역할을 할 수 있다. 이로써, 태양전지의 일단에 형성된 적어도 하나의 p형 그리드 전극(101) 및 후술하고자 하는 태양전지의 타단에 형성된 적어도 하나의 n형 그리드 전극(102)을 통해 광 흡수층(130)으로부터 생성된 광전류가 각각 외부의 부하에 연결되어 전력이 생성될 수 있는 것이다.
p형 투명전도막(120)은 기판(110)의 상부에 적층되는 투명한 박막층으로서, 전기 전도성 물질로 이루어진 물질층을 포함할 수 있다.
즉, p형 투명전도막(120)은 종래의 박막 태양전지에 구비된 후면전극을 대체하는 투명 전극의 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, p형 투명전도막(120)은 ITO(indium tin oxide) 또는 FTO(fluorine-doped tin oxide) 등으로 구현될 수 있으며, 본 실시예에서는 ITO로 구현하였다.
p형 투명전도막(120)은 후술하고자 하는 광 흡수층(130)의 두께가 매우 작은 크기로 구현됨에 따라 광흡수층에 흡수되지 못하고 투과된 일부 태양광이 전달되되, 기판(110)을 통과하여 태양전지의 일단 쪽으로 투과하게 된다. 즉, p형 투명전도막(120)은 광 흡수층(130)에서 생성된 정공을 포집하는 p형 전극(양극)의 역할을 한다.
이에 따라, 본 실시예에서는 광 흡수층(130)을 투과하는 여분의 입사 태양광이 p형 투명전도막(120) 및 기판(110)을 통과함으로써 채광 및 시인성 확보가 가능한 창호 제작의 요구조건을 만족시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 후면에서 입사하는 태양광을 이용하여 태양광발전을 수행할 수 있어, 태양전지의 전면 및 후면이 모두 태양광발전에 사용되는 양면 태양전지로 활용할 수 있다.
광 흡수층(130)은 태양광을 흡수하여 전기에너지로 변환시키도록 하기 위한 화합물 반도체 층으로서, p형 투명전도막(120)의 상부에 적층될 수 있다. 구체적으로, 광 흡수층(130)은 광 흡수율이 우수한 소재로서 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)의 조합인 화합물로 구성된 CIGS 또는 카드뮴(CA) 및 텔루륨(Te)의 조합인 화합물로 구성된 CdTe로 구현될 수 있다.
광 흡수층(130)은 투과된 태양광을 흡수하여 생성된 전하를 정공 및 전자로 분리시켜 전류를 만들어내는 광전변환층으로 기능할 수 있다.
광 흡수층(130)은 1 마이크로미터 이하의 크기를 가지는 서브 마이크로미터 크기의 두께로 형성될 수 있다. 예컨대, 광 흡수층(130)의 두께는 0 ㎛ 초과 0.8 ㎛ 이하일 수 있고, 본 실시예에서는 광 흡수층(130)의 두께가 0.4 ㎛ 내지 0.5 ㎛ 인 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 실시예에서는 광 흡수층(130)의 두께를 매우 작은 크기로 구현하여 입사된 태양광의 일부를 p형 투명전도막(120) 및 기판(110)으로 전달되도록 함으로써 채광 및 시인성 확보가 가능한 창호 제작의 요구조건을 만족시킬 수 있다.
n형 버퍼층(140)은 광 흡수층(130)의 상부에 적층되는 n형 반도체로서, p형 반도체인 광 흡수층(130)과 p-n 다이오드 접합층으로 형성될 수 있다. 참고로, n형 버퍼층(140)의 두께는 약 50 ㎚로 구현될 수 있다.
n형 버퍼층(140)은 황화 카드뮴(CdS) 또는 황산아연(ZnS) 등으로 구현될 수 있다.
n형 투명전도막(150)은 n형 버퍼층(140)의 상부에 적층되는 투명한 박막층으로서, 전기 전도성 물질로 이루어진 물질층을 포함할 수 있다.
n형 투명전도막(150)은 ITO(indium tin oxide) 또는 FTO(fluorine-doped tin oxide) 등으로 구현될 수 있으며, 본 실시예에서는 ITO로 구현하였다.
n형 투명전도막(150)은 광 흡수층(130)에서 생성된 전자를 포집하는 n형 전극(음극)의 역할을 한다.
한편, n형 투명전도막(150)의 상부에는 후술하고자 하는 광 흡수층(130)에서의 광전변환에 의해 생성된 전하 중 전자를 외부의 부하에 연결하기 위한 적어도 하나의 n형 그리드 전극(102)이 형성될 수 있다.
적어도 하나의 n형 그리드 전극(102)은 외부로 전류를 추출하는 역할을 할 수 있다. 이로써, 전술한 적어도 하나의 p형 그리드 전극(101) 및 적어도 하나의 n형 그리드 전극(102)을 통해 광 흡수층(130)으로부터 생성된 광전류가 각각 외부의 부하에 연결되어 전력이 생성될 수 있는 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지는 기판(110), p형 투명전도막(120), 광 흡수층(130), n형 버퍼층(140) 및 n형 투명전도막(150)을 포함하고, 상기 순서대로 적층되어 구성된다.
본 발명의 다른 실시에에 따른 투명 박막 태양전지의 기판(110), 광 흡수층(130) 및 버퍼층은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 박막 태양전지의 기판(110), 광 흡수층(130) 및 버퍼층과 동일 및 유사하므로, 본 실시예에서는 p형 투명전도막(120) 및 n형 투명전도막(150)에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
p형 투명전도막(120)은 기판(110)의 상부에 적층되는 투명한 박막층으로서, 전기 전도성 물질로 이루어진 물질층을 포함할 수 있다.
p형 투명전도막(120)은 광 흡수층(130)의 두께가 매우 작은 크기로 구현됨에 따라 광흡수층에 흡수되지 못하고 투과된 일부 태양광이 전달되되, 기판(110)을 통과하여 태양전지의 일단 쪽으로 투과하게 된다. 즉, p형 투명전도막(120)은 광 흡수층(130)에서 생성된 정공을 포집하는 p형 전극(양극)의 역할을 한다.
이에 따라, 본 실시예에서는 광 흡수층(130)을 투과하는 여분의 입사 태양광이 p형 투명전도막(120) 및 기판(110)을 통과함으로써 채광 및 시인성 확보가 가능한 창호 제작의 요구조건을 만족시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 후면에서 입사하는 태양광을 이용하여 태양광발전을 수행할 수 있어, 태양전지의 전면 및 후면이 모두 태양광발전에 사용되는 양면 태양전지로 활용할 수 있다.
구체적으로, p형 투명전도막(120)은 금속 물질로 이루어진 금속 삽입층 및 전기 전도성 물질로 이루어진 적어도 하나의 투명한 물질층이 다층 구조로 형성될 수 있다.
예컨대, p형 투명전도막(120)은 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제1 투명 전도층(122), 금속 물질로 이루어진 금속 삽입층(124) 및 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제2 투명 전도층(126)을 포함하고, 상기 순서대로 3개의 층이 적층되어 구성될 수 있다.
제1 투명 전도층(122) 및 제2 투명 전도층(126)은 종래의 박막 태양전지에 구비된 후면전극을 대체하는 투명 전극의 역할을 수행할 수 있도록, ITO(indium tin oxide) 또는 FTO(fluorine-doped tin oxide) 등으로 구현될 수 있으며, 본 실시예에서는 ITO로 구현하였다.
제1 투명 전도층(122) 및 제2 투명 전도층의(126) 두께는 30 ㎚ 내지 100 ㎚로 구현될 수 있다. 이에 따라, 태양전지의 모든 흡수파장 대역인 400 ㎚ 내지 1100 ㎚에서 80% 이상의 높은 광투과성을 확보할 수 있다.
금속 삽입층(124)은 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브데늄(Mo) 등의 다양한 금속 물질로 구현될 수 있는데, 본 실시예에서는 Ag로 구현하였다.
금속 삽입층(124)의 두께는 6 ㎚ 내지 10 ㎚로 구현될 수 있다.
본 실시예에서는 제1 투명 전도층(122) 및 제2 투명 전도층(126) 사이에 금속 삽입층(124)을 배치함에 따라, p형 투명전도막(120)의 전기저항을 감소시키는 즉, 전기 전도성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
n형 투명전도막(150)은 n형 버퍼층(140)의 상부에 적층되는 투명한 박막층으로서, 전기 전도성 물질로 이루어진 물질층을 포함할 수 있다.
n형 투명전도막(150)은 광 흡수층(130)에서 생성된 전자를 포집하는 n형 전극(음극)의 역할을 한다.
구체적으로, n형 투명전도막(150)은 금속 물질로 이루어진 금속 삽입층 및 전기 전도성 물질로 이루어진 적어도 하나의 투명한 물질층이 다층 구조로 형성될 수 있다.
예컨대, n형 투명전도막(150)은 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제1 투명 전도층(152), 금속 물질로 이루어진 금속 삽입층(154) 및 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제2 투명 전도층(156)을 포함하고, 상기 순서대로 3개의 층이 적층되어 구성될 수 있다.
제1 투명 전도층(152) 및 제2 투명 전도층(156)은 ITO(indium tin oxide) 또는 FTO(fluorine-doped tin oxide) 등으로 구현될 수 있으며, 본 실시예에서는 ITO로 구현하였다.
제1 투명 전도층(152) 및 제2 투명 전도층(156)의 두께는 30 ㎚ 내지 100 ㎚로 구현될 수 있다. 이에 따라, 태양전지의 모든 흡수파장 대역인 400 ㎚ 내지 1100 ㎚에서 80% 이상의 높은 광투과성을 확보할 수 있다.
금속 삽입층(154)은 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브데늄(Mo) 등의 다양한 금속 물질로 구현될 수 있는데, 본 실시예에서는 Ag로 구현하였다.
금속 삽입층(154)의 두께는 6 ㎚ 내지 10 ㎚로 구현될 수 있다.
본 실시예에서는 제1 투명 전도층(152) 및 제2 투명 전도층(156) 사이에 금속 삽입층(154)을 배치함에 따라, n형 투명전도막(150)의 전기저항을 감소시키는 즉, 전기 전도성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지는 기판(110), 금속막(115), p형 투명전도막(120), 광 흡수층(130), n형 버퍼층(140), n형 반도체 삽입층(145) 및 n형 투명전도막(150)을 포함하고, 상기 순서대로 적층되어 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시에에 따른 투명 박막 태양전지의 기판(110), p형 투명전도막(120), 광 흡수층(130), 버퍼층 및 n형 투명전도막(150)은 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명 박막 태양전지의 기판(110), p형 투명전도막(120), 광 흡수층(130), n형 버퍼층(140) 및 n형 투명전도막(150)과 동일 및 유사하므로, 본 실시예에서는 금속막(115) 및 n형 반도체 삽입층(145)에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
금속막(115)은 기판(110) 및 p형 투명전도막(120) 사이에 형성되는 박막층으로서 광 흡수층(130)을 통해 투과된 일부 태양광을 반사시킬 수 있다.
이에 따라, 금속막(115)에 의해 반사된 투과 태양광은 다시 광 흡수층(130)에 전달 및 흡수되어 손상된 광전변환전류를 회복할 수 있다. 이로써, 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층(130)을 포함하는 태양전지를 사용하더라도 일반 두께의 광 흡수층(130)을 포함하는 태양전지와 유사한 광발전효율을 달성할 수 있다.
참고로, 금속막(115)은 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)으로 구현될 수 있다.
n형 반도체 삽입층(145)은 n형 투명전도막(150)의 전기 저항을 줄이기 위한 박막층으로서, n형 버퍼층(140)의 상부에 형성될 수 있다. 즉, n형 버퍼층(140) 및 n형 투명전도막(150) 사이에 n형 반도체 삽입층(145)이 배치됨으로써 n형 버퍼층(140)의 공극에 의한 누설 전류의 발생을 감소시킬 수 있다.
참고로, n형 반도체 삽입층(145)은 고유의 산화아연(i-ZnO)으로 구현될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 p형 투명전도막 및 n형 투명전도막의 광투과 특성을 각각 나타낸 그래프이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 태양전지가 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조를 가지는 경우 즉, p형 투명전도막(120) 및 n형 투명전도막(150)이 금속 삽입층(124,154)을 포함하는 경우는 태양전지가 본 발명의 일 실시예에 따른 구조를 가지는 경우, 즉 p형 투명전도막(120) 및 n형 투명전도막(150)이 금속 삽입층(124,154)을 포함하지 않는 경우와 유사한 광투과 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 p형 투명전도막(120) 및 n형 투명전도막(150)이 금속 삽입층(124,154)을 포함하는 경우에도 태양전지의 흡수 파장대역인 400 ㎚ 내지 1100 ㎚ 에서 여전히 80% 이상의 높은 투과도를 보이고 있다.
이를 통해, 금속 삽입층(124,154)은 p형 투명전도막(120) 및 n형 투명전도막(150)의 광투과 특성에 전혀 영향을 미치지 않음을 알 수 있다. 참고로, 본 실시예에서는 금속 삽입층(124,154)의 두께를 6.5 ㎚로 구현하였다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 있어서, 금속 삽입층의 두께에 따른 면저항 변화 및 광투과 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예 또는 또 다른 실시예에 있어서, 금속 삽입층(124,154)의 두께가 10 ㎚를 초과하게 되면 평균 광투과도가 80% 이하로 감소하는 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예 또는 또 다른 실시예에 있어서, 금속 삽입층(124,154)의 두께가 6 ㎚ 내지 8 ㎚인 경우, 평균 광투과도가 80% 이상을 유지하는 것을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 3 및 도 8을 참조하면, 단계(810)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 기판을 제공할 수 있다. 기판(110)은 태양전지 전체를 지지하는 것으로서, 단단한 소다라임유리와 같은 유리 소재 또는 플렉시블한 폴리이미드와 같은 플라스틱 소재로 구현할 수 있다.
다음으로, 단계(820)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 기판의 상부에 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 물질층을 포함하는 p형 투명전도막을 적층할 수 있다.
본 실시예에서는, p형 투명전도막이 투명 전극으로서 ITO로 구현되며, 상기 단계(820)에서는 ITO를 기판 상에 코팅시킴으로써 p형 투명전도막을 형성할 수 있다. 여기서, ITO소재는 기본적으로 n형 반도체 특성을 띠기 때문에 p형 반도체인 광 흡수층과의 전류 흐름을 제한할 수 있다. 이를 극복하기 위해 p형 투명전도막 및 p형 반도체인 광 흡수층 간의 옴접촉(ohmic contact)을 확보하는 것이 필수적이다. 이를 위하여, 금(Au), 니켈(Ni), 은(Ag), 백금(Pt) 등의 불순물 도핑을 통하여 p형 투명전도막을 제작할 수 있다.
다음으로, 단계(830)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 p형 투명전도막의 상부에 서브 마이크로미터 두께를 가지는 광 흡수층을 적층할 수 있다.
다음으로, 단계(840)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 광 흡수층의 상부에 광 흡수층과 p-n 접합층을 이루는 n형 버퍼층을 적층할 수 있다.
다음으로, 단계(850)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 n형 버퍼층의 상부에 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 물질층을 포함하는 n형 투명전도막을 적층할 수 있다.
본 실시예에서는, n형 투명전도막이 투명 전극으로서 ITO로 구현되며, 상기 단계(850)에서는 ITO를 n형 버퍼층 상에 코팅시킴으로써 n형 투명전도막을 형성할 수 있다. 여기서, ITO소재는 기본적으로 n형 반도체 특성을 띠기 때문에, n형 투명전도막을 형성하는데 있어서 추가 불순물 도핑을 하지 않고서도 n형 반도체 특성을 확보할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 투명 박막 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 4 및 도 9를 참조하면, 단계(910)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 기판을 제공할 수 있다.
다음으로, 단계(920)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 기판의 상부에 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제1 투명 전도층을 적층할 수 있다.
다음으로, 단계(930)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 제1 투명 전도층의 상부에 금속 물질로 이루어진 금속 삽입층을 적층할 수 있다.
다음으로, 단계(940)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 금속 삽입층의 상부에 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제2 투명 전도층을 적층할 수 있다.
다음으로, 단계(950)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 제2 투명 전도층의 상부에 서브 마이크로미터 두께를 가지는 광 흡수층을 적층할 수 있다.
다음으로, 단계(960)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 광 흡수층의 상부에 광 흡수층과 p-n 접합층을 이루는 n형 버퍼층을 적층할 수 있다.
다음으로, 단계(970)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 n형 버퍼층의 상부에 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제1 투명 전도층을 적층할 수 있다.
다음으로, 단계(980)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 제1 투명 전도층의 상부에 금속 물질로 이루어진 금속 삽입층을 적층할 수 있다.
다음으로, 단계(990)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 금속 삽입층의 상부에 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제2 투명 전도층을 적층할 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 투명 박막 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 5 및 도 10을 참조하면, 단계(1010)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 기판을 제공할 수 있다.
다음으로, 단계(1020)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 기판의 상부에 광 흡수층으로 투과된 태양광을 반사시키기 위한 금속막을 적층할 수 있다.
다음으로, 단계(1030a)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 금속막의 상부에 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제1 투명 전도층을 적층할 수 있다.
다음으로, 단계(1030b)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 제1 투명 전도층의 상부에 금속 물질로 이루어진 금속 삽입층을 적층할 수 있다.
다음으로, 단계(1030c)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 금속 삽입층의 상부에 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제2 투명 전도층을 적층할 수 있다.
다음으로, 단계(1040)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 제2 투명 전도층의 상부에 서브 마이크로미터 두께를 가지는 광 흡수층을 적층할 수 있다.
다음으로, 단계(1050)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 광 흡수층의 상부에 광 흡수층과 p-n 접합층을 이루는 n형 버퍼층을 적층할 수 있다.
다음으로, 단계(1060)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 n형 버퍼층의 상부에 n형 반도체 삽입층을 적층할 수 있다.
다음으로, 단계(1070a)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 n형 반도체 삽입층의 상부에 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제1 투명 전도층을 적층할 수 있다.
다음으로, 단계(1070b)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 제1 투명 전도층의 상부에 금속 물질로 이루어진 금속 삽입층을 적층할 수 있다.
다음으로, 단계(1070c)에서 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조 장치는 금속 삽입층의 상부에 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제2 투명 전도층을 적층할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1 : 금속 그리드
10,110 : 기판
20,50 : 투명전도막
101 : p형 그리드 전극
102 : n형 그리드 전극
115 : 금속막
120 : p형 투명전도막
122,152 : 제1 투명 전도층
124,154 : 금속 삽입층
126,156 : 제2 투명 전도층
30,130 : 광 흡수층
40,140 : n형 버퍼층
145 : n형 반도체 삽입층
150 : n형 투명전도막
10,110 : 기판
20,50 : 투명전도막
101 : p형 그리드 전극
102 : n형 그리드 전극
115 : 금속막
120 : p형 투명전도막
122,152 : 제1 투명 전도층
124,154 : 금속 삽입층
126,156 : 제2 투명 전도층
30,130 : 광 흡수층
40,140 : n형 버퍼층
145 : n형 반도체 삽입층
150 : n형 투명전도막
Claims (14)
- 기판의 상부에 적층되며, 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 물질층을 포함하는 p형 투명전도막;
상기 p형 투명전도막의 상부에 적층되며, 서브 마이크로미터 두께를 가지는 광 흡수층;
상기 광 흡수층의 상부에 적층되며 상기 광 흡수층과 p-n 접합층을 이루는 n형 버퍼층; 및
상기 n형 버퍼층의 상부에 적층되며, 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 물질층을 포함하는 n형 투명전도막
을 포함하고,
상기 p형 투명전도막 및 상기 n형 투명 전도막은
전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제1 투명 전도층;
상기 제1 투명 전도층의 상부에 형성되어 금속 물질로 이루어진 금속 삽입층; 및
상기 금속 삽입층의 상부에 형성되어 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제2 투명 전도층으로 구성되고,
상기 n형 버퍼층 및 상기 n형 투명전도막 사이에 n형 반도체 삽입층이 배치되는 것을 특징으로 하는 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 투명 전도층 및 상기 제2 투명 전도층의 두께는 30 ㎚ 내지 100 ㎚인 것을 특징으로 하는 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지.
- 제1항에 있어서,
상기 금속 삽입층의 두께는 6 ㎚ 내지 10 ㎚ 인 것을 특징으로 하는 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 투명 전도층 및 상기 제2 투명 전도층은 ITO(indium tin oxide)로 이루어지고,
상기 금속 삽입층은 은(Ag)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지.
- 제1항에 있어서,
상기 광 흡수층의 두께는 0.4 ㎛ 내지 0.5 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지.
- 제7항에 있어서,
상기 광 흡수층은
구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)의 조합인 화합물로 구성된 CIGS 또는 카드뮴(Cd) 및 텔루륨(Te)의 조합인 화합물로 구성된 CdTe로 이루어지는 것을 특징으로 하는 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지.
- 제1항에 있어서,
상기 기판의 상부에 형성되며 외부의 부하에 연결되어 전력을 생성하기 위한 적어도 하나의 p형 그리드 전극; 및
상기 n형 투명전도막의 상부에 형성되며 외부의 부하에 연결되어 전력을 생성하기 위한 적어도 하나의 n형 그리드 전극
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지.
- 제1항에 있어서,
상기 광 흡수층으로 투과된 태양광을 반사시키도록 상기 기판 및 상기 p형 투명전도막 사이에 형성되는 금속막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지.
- 기판을 제공하는 단계;
상기 기판의 상부에 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 물질층을 포함하는 p형 투명전도막을 적층하는 단계;
상기 p형 투명전도막의 상부에 서브 마이크로미터 두께를 가지는 광 흡수층을 적층하는 단계;
상기 광 흡수층의 상부에 상기 광 흡수층과 p-n 접합층을 이루는 n형 버퍼층을 적층하는 단계;
상기 n형 버퍼층의 상부에 n형 반도체 삽입층을 적층하는 단계; 및
상기 n형 반도체 삽입층의 상부에 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 물질층을 포함하는 n형 투명전도막을 적층하는 단계
를 포함하고,
상기 p형 투명전도막을 적층하는 단계는
상기 기판의 상부에 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제1 투명 전도층을 적층하는 단계;
상기 제1 투명 전도층의 상부에 금속 물질로 이루어진 금속 삽입층을 적층하는 단계; 및
상기 금속 삽입층의 상부에 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제2 투명 전도층을 적층하는 단계를 포함하고,
상기 n형 투명전도막을 적층하는 단계는
상기 버퍼층의 상부에 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제1 투명 전도층을 적층하는 단계;
상기 제1 투명 전도층의 상부에 금속 물질로 이루어진 금속 삽입층을 적층하는 단계; 및
상기 금속 삽입층의 상부에 전기 전도성 물질로 이루어진 투명한 제2 투명 전도층을 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제11항에 있어서,
상기 광 흡수층으로 투과된 태양광을 반사시키도록 상기 기판 및 상기 p형 투명전도막 사이에 금속막을 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지의 제조방법.
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| KR1020170115374A KR101919611B1 (ko) | 2017-09-08 | 2017-09-08 | 서브 마이크로미터 두께의 광 흡수층을 포함하는 투명 박막 태양전지 및 그 제조방법 |
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| KR101919611B1 true KR101919611B1 (ko) | 2018-11-19 |
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| KR (1) | KR101919611B1 (ko) |
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|---|---|---|---|---|
| WO2021240569A1 (en) * | 2020-05-27 | 2021-12-02 | Enel Green Power Italia S.r.l. | Solar cell and solar cells module |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101687991B1 (ko) * | 2015-10-20 | 2016-12-20 | 한국과학기술원 | 열차단형 반투명 태양전지 |
| KR101688401B1 (ko) * | 2014-10-31 | 2016-12-22 | 한국과학기술연구원 | 박막 태양전지의 제조 방법 및 모듈 구조 |
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2017
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|---|---|---|---|---|
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| KR101687991B1 (ko) * | 2015-10-20 | 2016-12-20 | 한국과학기술원 | 열차단형 반투명 태양전지 |
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|---|---|---|---|---|
| WO2021240569A1 (en) * | 2020-05-27 | 2021-12-02 | Enel Green Power Italia S.r.l. | Solar cell and solar cells module |
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