KR102071481B1 - Transparent bifacial solar cells with improved transparency employing silver oxide embedded transparent electrodes and manufacturing method of the same - Google Patents
Transparent bifacial solar cells with improved transparency employing silver oxide embedded transparent electrodes and manufacturing method of the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR102071481B1 KR102071481B1 KR1020180093199A KR20180093199A KR102071481B1 KR 102071481 B1 KR102071481 B1 KR 102071481B1 KR 1020180093199 A KR1020180093199 A KR 1020180093199A KR 20180093199 A KR20180093199 A KR 20180093199A KR 102071481 B1 KR102071481 B1 KR 102071481B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- peak
- transparent electrode
- area
- silver
- layer
- Prior art date
Links
- NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N silver oxide Chemical compound [O-2].[Ag+].[Ag+] NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 81
- 229910001923 silver oxide Inorganic materials 0.000 title abstract description 41
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 11
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 53
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 47
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 62
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 32
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 29
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 40
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 24
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 24
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 21
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 18
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 description 14
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 12
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 10
- 229910000108 silver(I,III) oxide Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 9
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 8
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 3
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000005118 spray pyrolysis Methods 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002042 Silver nanowire Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000005361 soda-lime glass Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022466—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers
- H01L31/022491—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers composed of a thin transparent metal layer, e.g. gold
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022466—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers
- H01L31/022483—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers composed of zinc oxide [ZnO]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
- H01L31/0376—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including amorphous semiconductors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
- H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
- H01L31/0684—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells double emitter cells, e.g. bifacial solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
- H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type
- H01L31/0725—Multiple junction or tandem solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S20/00—Supporting structures for PV modules
- H02S20/20—Supporting structures directly fixed to an immovable object
- H02S20/22—Supporting structures directly fixed to an immovable object specially adapted for buildings
- H02S20/26—Building materials integrated with PV modules, e.g. façade elements
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
- Y02A30/60—Planning or developing urban green infrastructure
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/10—Photovoltaic [PV]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
Description
본 발명은 양면 수광형 태양전지 및 이의 제조방법에 대한 것으로서, 더 상세하게는 BIPV(building-integrated photovoltaic) 시스템에 적용 가능하도록 산화은 투명 전극을 사용하여 개선된 투과성을 갖는 양면 수광형 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a double-sided light-receiving solar cell and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a double-sided light-receiving solar cell having improved permeability using a silver oxide transparent electrode to be applicable to a building-integrated photovoltaic (BIPV) system and its It relates to a manufacturing method.
BIPV(Building-Integrated Photovoltaic) 시스템은 주거 건물에 전력을 공급하며 환경 보호를 촉진하고 화석 연료 에너지 사용을 줄이는 데 가장 유망한 건물 관련 기술 중 하나이다. 특히, 최근 건물의 주요 외관 구성 요소를 형성하기 때문에 BIPV 창의 광학적 및 열적 특성을 향상시키는 데 관심을 기울이고 있다. BIPV 창으로 사용하기 위한 대표적인 투명한 태양전지 모듈은 염료감응형 태양전지, 유기 태양전지 등이 있다. 그러나 이들 태양전지는 장기간 작동시 열악한 신뢰성과 관련된 문제를 극복해야하는 문제점이 있다.Building-Integrated Photovoltaic (BIPV) systems are one of the most promising building technologies for powering residential buildings, promoting environmental protection and reducing fossil fuel energy use. In particular, attention has been paid to improving the optical and thermal properties of BIPV windows because they form the main facade component of buildings in recent years. Typical transparent solar cell modules for use as BIPV windows include dye-sensitized solar cells and organic solar cells. However, these solar cells have a problem that must overcome the problems associated with poor reliability in long-term operation.
또한, 반투명 태양 전지의 성능을 향상시키기 위해서는 투명성이 높고 전도성이 우수한 전극이 필요하다. 가장 일반적으로 투명한 전도성 전극으로 사용되는 투명한 전도성 산화물(TCOs)은 전도도를 향상시키기 위해 어닐링(annealing) 공정을 거쳐 약 300℃ 이상의 온도에서 스퍼터링 방법을 사용하여 제조된다. 그러나, 비정질 실리콘 태양전지 모듈의 경우, 하부 실리콘을 열화시키고, 실리콘과 전면 접촉부 사이의 계면에서 바람직하지 않은 균열을 유도할 수 있다. In addition, in order to improve the performance of the translucent solar cell, an electrode having high transparency and excellent conductivity is required. Transparent conductive oxides (TCOs), most commonly used as transparent conductive electrodes, are prepared using a sputtering method at a temperature of about 300 ° C. or more through an annealing process to improve conductivity. However, in the case of an amorphous silicon solar cell module, it is possible to degrade the lower silicon and induce undesirable cracking at the interface between the silicon and the front contact.
최근, 탄소나노튜브, 그래핀 및 은(Ag) 나노와이어 등과 같은 새로운 전극 물질에 대한 개발이 진행중이다. 탄소 기반의 전극은 일반적으로 면저항(Rsq)이 다른 투명 전도성 전극보다 몇 배나 높으며, 은 나노와이어는 높은 투과율과 낮은 면저항을 갖지만, 은 재료 자체의 부식 문제로 인해 장기간 안정된 전기 전도성을 갖지 못한다.Recently, development of new electrode materials, such as carbon nanotubes, graphene and silver (Ag) nanowires, is in progress. Carbon-based electrodes typically have several times higher sheet resistance (Rsq) than other transparent conductive electrodes, and silver nanowires have high transmittance and low sheet resistance, but they do not have long-term stable electrical conductivity due to corrosion problems of the silver material itself.
종래의 BIPV 시스템에 적용되는 태양전지 모듈은 장기간 작동시 열악한 신뢰성과 관련된 문제를 극복해야 하며, 투명성이 높고 전도성이 우수한 새로운 형태의 전극의 개발이 필요한 문제점이 있다.The solar cell module applied to the conventional BIPV system has to overcome the problems associated with poor reliability during long-term operation, and there is a problem that a new type of electrode having high transparency and excellent conductivity is required.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 산화은 투명 전극을 사용하여 개선된 투과성을 갖는 양면 수광형 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a double-sided light-receiving solar cell having improved permeability using a silver oxide transparent electrode and a method for manufacturing the same. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 광전변환층; 상기 광전변환층의 일면에 형성된 제 1 투명전극층; 및 상기 광전변환층의 타면에 형성된 제 2 투명전극층;을 포함하고, 상기 제 2 투명전극층은 산소가 도핑된 은(Ag)을 포함하며, 상기 제 2 투명전극층에 있어서, 은(Ag)의 X-선 회절 피크의 면적과, Ag2O 및 AgO의 X-선 회절 피크의 면적을 이용하여 계산한 하기 수학식 1이 0.4 내지 6.8의 범위를 가지는, 양면 수광형 태양전지가 제공된다. According to an aspect of the present invention for solving the above problems, a photoelectric conversion layer; A first transparent electrode layer formed on one surface of the photoelectric conversion layer; And a second transparent electrode layer formed on the other surface of the photoelectric conversion layer, wherein the second transparent electrode layer includes silver (Ag) doped with oxygen, and in the second transparent electrode layer, X of silver (Ag) is included. A double-sided light receiving solar cell is provided, in which
(수학식 1)(Equation 1)
(Ag2O 피크의 면적 + AgO 피크의 면적) / Ag 피크의 면적(Area of Ag 2 O peak + area of AgO peak) / area of Ag peak
단, Ag2O 피크의 면적, AgO 피크의 면적 및 Ag 피크의 면적은 각각 Ag2O 의 (111)면, AgO의 (002)면 및 Ag의 (111)면의 X-선 회절 피크를 의미하며, 피크의 면적은 하기 수학식 2에 의해 정의된다. However, the area of the Ag 2 O peak, the area of the AgO peak, and the area of the Ag peak mean X-ray diffraction peaks of the (111) plane of Ag 2 O, the (002) plane of AgO, and the (111) plane of Ag, respectively. The area of the peak is defined by
(수학식 2)(Equation 2)
피크의 면적 = 피크의 높이(P) × 각 조성 피크의 반가폭(W) Area of peak = height of peak (P) x half width of each composition peak (W)
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 투명전극층은 산화물-금속-산화물(Oxide-Metal-Oxide, OMO) 적층구조를 가질 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the second transparent electrode layer may have an oxide-metal-oxide (OMO) stacked structure.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 투명전극층은 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)을 더 함유하며, 상기 산화물-금속-산화물 적층 구조는 AZO-AgOx-AZO 적층 구조일 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the second transparent electrode layer may further contain zinc oxide (AZO) doped with aluminum, and the oxide-metal-oxide stacked structure may be an AZO-AgOx-AZO stacked structure. .
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광전변환층은 P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층을 포함하고, 상기 P형 반도체층와 상기 N형 반도체층 중 하나는 상기 제 1 투명전극층 또는 상기 제 2 투명전극층과 접촉할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the photoelectric conversion layer includes a P-type semiconductor layer, an I-type semiconductor layer, and an N-type semiconductor layer, wherein one of the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer is the first layer. It may be in contact with the transparent electrode layer or the second transparent electrode layer.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광전변환층은 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H) 박막층을 포함할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the photoelectric conversion layer may include a hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) thin film layer.
한편, 본 발명의 다른 관점에 따르면, 기판 상에 제 1 투명전극층을 형성하는 단계; 상기 제 1 투명전극층 상에 광전변환층을 형성하는 단계; 및 상기 광전변환층 상에 제 2 투명전극층을 형성하는 단계를 포함하는 양면 수광형 태양전지의 제조방법이 제공된다. On the other hand, according to another aspect of the invention, forming a first transparent electrode layer on a substrate; Forming a photoelectric conversion layer on the first transparent electrode layer; And forming a second transparent electrode layer on the photoelectric conversion layer.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 투명전극층을 형성하는 단계는, 챔버 내에 공정가스를 공급하고, 은(Ag) 타겟을 이용한 스퍼터링 방법으로 산소가 도핑된 은(Ag) 박막을 증착하는 단계를 포함하며, 상기 공정가스로 불활성가스 및 산소가스를 혼합한 혼합가스를 사용하되, 상기 공정가스 내 상기 산소가스의 분압은 5% 내지 20% 범위일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the forming of the second transparent electrode layer may include supplying a process gas into the chamber, and forming a silver (Ag) thin film doped with oxygen by a sputtering method using a silver (Ag) target. Including the step of depositing, using a mixed gas mixed with an inert gas and oxygen gas as the process gas, the partial pressure of the oxygen gas in the process gas may range from 5% to 20%.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 투명전극층을 형성하는 단계는, 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO) 타겟을 이용하여 상기 광전변환층 상에 제 1 AZO 박막을 형성하는 단계; 상기 은(Ag) 타겟을 이용하여 상기 제 1 AZO 박막 상에 상기 산소가 도핑된 은(Ag) 박막을 형성하는 단계; 및 상기 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO) 타겟을 이용하여 상기 산소가 도핑된 은(Ag) 박막 상에 제 2 AZO 박막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the forming of the second transparent electrode layer may include forming a first AZO thin film on the photoelectric conversion layer using a zinc oxide (AZO) target doped with aluminum; Forming a silver (Ag) thin film doped with oxygen on the first AZO thin film using the silver (Ag) target; And forming a second AZO thin film on the oxygen-doped silver (Ag) thin film using the aluminum doped zinc oxide (AZO) target.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 투명전극층을 형성하는 단계 이후에 상기 제 1 투명전극층의 표면을 텍스처링(texturing)하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, after the step of forming the first transparent electrode layer may include the step of texturing the surface of the first transparent electrode layer (texturing).
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광전변환층을 형성하는 단계는, PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)을 이용하여 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H) 박막층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the forming of the photoelectric conversion layer may include forming a hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) thin film layer using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). can do.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예에 따르면, 비독성이며, 대면적으로 제조가 가능하고, 장시간 가동시에도 신뢰성이 우수하고, 투과도 및 전기전도성이 우수한 산화은 투명 전극을 사용하여 개선된 투과성을 갖는 양면 수광형 태양전지의 제조방법을 제공할 수 있으며, 상기 제조방법에 의해 구현된 산화은 투명 전극을 사용하여 개선된 투과성을 갖는 양면 수광형 태양전지를 제공할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to the embodiment of the present invention made as described above, non-toxic, large-area manufacturing, reliable in a long time operation, excellent transmittance and electrical conductivity is improved permeability using a silver transparent electrode It is possible to provide a method for manufacturing a double-sided light-receiving solar cell having, and can provide a double-sided light-receiving solar cell having improved permeability using the silver oxide transparent electrode implemented by the manufacturing method. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화은 투명 전극을 사용하여 개선된 투과성을 갖는 양면 수광형 태양전지의 구조를 개략적으로 도해하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실험예에 따른 산화은 투명 전극을 사용하여 개선된 투과성을 갖는 양면 수광형 태양전지 샘플들의 전류-전압 특성을 분석한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실험예에 따른 산화은 투명 전극을 사용하여 개선된 투과성을 갖는 양면 수광형 태양전지 샘플들의 X선 회절 분석, 면저항 및 표면의 미세구조를 분석한 결과이다.
도 4는 본 발명의 실험예에 따른 산화은 투명 전극을 사용하여 개선된 투과성을 갖는 양면 수광형 태양전지 샘플들의 파장에 따른 반사율과 흡수율을 측정한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실험예에 따른 산화은 투명 전극을 사용하여 개선된 투과성을 갖는 양면 수광형 태양전지 샘플들의 파장에 따른 투과도 및 양자효율을 측정한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실험예에 따른 산화은 투명 전극을 사용하여 개선된 투과성을 갖는 양면 수광형 태양전지 샘플들의 양면투과시 전류-전압 특성 및 투과도를측정한 결과이다.1 is a view schematically illustrating the structure of a double-sided light receiving solar cell having improved transmittance using a silver oxide transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph analyzing current-voltage characteristics of double-sided light-receiving solar cell samples having improved permeability using a silver oxide transparent electrode according to an experimental example of the present invention.
3 is a result of analyzing the X-ray diffraction, sheet resistance and the microstructure of the surface of the double-sided light-receiving photovoltaic cells having improved transmittance using the silver oxide transparent electrode according to the experimental example of the present invention.
Figure 4 is a graph measuring the reflectance and the absorbance according to the wavelength of the double-sided light-receiving solar cell samples having improved transmittance using the silver oxide transparent electrode according to the experimental example of the present invention.
5 is a graph measuring transmittance and quantum efficiency according to wavelength of double-sided light-receiving solar cell samples having improved transmittance using a silver oxide transparent electrode according to an experimental example of the present invention.
6 is a result of measuring current-voltage characteristics and transmittance during double-sided transmission of double-sided light-receiving photovoltaic cell samples having improved transmittance using a silver oxide transparent electrode according to an experimental example of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples can be modified in many different forms, and the scope of the present invention is as follows. It is not limited to an Example. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the present invention.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 산화은 투명 전극을 사용하여 개선된 투과성을 갖는 양면 수광형 태양전지에 대하여 설명한다.First, referring to FIG. 1, a double-sided light receiving type solar cell having improved permeability using a silver oxide transparent electrode according to an exemplary embodiment of the present invention will be described.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화은 투명 전극을 사용하여 개선된 투과성을 갖는 양면 수광형 태양전지의 구조를 개략적으로 도해하는 도면이다.1 is a view schematically illustrating a structure of a double-sided light receiving solar cell having improved transmittance using a silver oxide transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화은 투명 전극을 사용하여 개선된 투과성을 갖는 양면 수광형 태양전지(100)는 광전변환층(30), 광전변환층(30)의 일면에 형성된 제 1 투명전극층(20) 및 광전변환층(30)의 타면에 형성된 제 2 투명전극층(40)을 포함할 수 있다. 광전변환층(30)은 예를 들어, 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H) 박막층을 포함할 수 있다. 상기 수소화된 비정질 실리콘은 비독성 물질로서, 대면적으로 제조가 가능하고, 신뢰성이 우수한 이점이 있다. Referring to FIG. 1, a double-sided light receiving
한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 광전변환층(30)은 P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층을 포함할 수 있다. 예컨대, 수소화된 비정질 실리콘은 P형 또는 N형의 도전형 제어가 가능하다. 그러므로 상기 수소화된 비정질 실리콘을 P형과 N형으로 제조하여 PN 접합 구조를 형성할 수 있다. 그러나, 비정질 반도체이기 때문에 캐리어 이동도가 작고, 재결합 수명이 짧기 때문에 소수 캐리어의 확산 길이는 약 0.1㎛ 내지 1㎛이고, 확산만을 이용하는 PN 접합 구조에서는 충분한 광시전력효과를 기대할 수 없다. Although not shown in the drawings, the
따라서, PN 접합 구조 사이에 약 0.5㎛ 두께의 I형 반도체층을 개재하여 PIN 접합 구조로 형성한다. 상기 I형 반도체층은 고저항을 가지며, I형 반도체층에 가해지는 내부전계에 의해 빛에 따라 생성된 전자와 정공을 빠르게 각각 P형 반도체층과 N형 반도체층으로 유입시킨다.Therefore, the PN junction structure is formed into a PIN junction structure via an I-type semiconductor layer having a thickness of about 0.5 mu m. The I-type semiconductor layer has a high resistance and rapidly flows electrons and holes generated by the light into the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer by the internal electric field applied to the I-type semiconductor layer.
또한, 수소화된 비정질 실리콘에서는 원자배열의 장거리 질서가 없으므로 광학천이시 파수보존이 필요 없다. 그러므로 간접천이형에서 파수보존을 위해서 포논의 도움이 필요한 결정질 실리콘 대비, 흡수단의 고에너지축에서 큰 흡수계수를 가지므로 약 0.5㎛의 두께정도로 얇은 광전변환층(30)을 형성할 수 있다.In addition, in hydrogenated amorphous silicon, there is no long-range order of atomic arrangements, and therefore, no preservation is required during optical transition. Therefore, the indirect transition type has a large absorption coefficient at the high energy axis of the absorption stage, compared to crystalline silicon that requires the help of phonon to form a thin
또한, 상기 P형 반도체층와 상기 N형 반도체층 중 하나는 제 1 투명전극층(20) 또는 제 2 투명전극층(40)과 접촉한다. 여기서, P형 반도체층과 접촉하는 투명전극층 및 N형 반도체층과 접촉하는 투명전극층의 종류는 제조과정에 따라 서로 달라진다. 예를 들면, P형 반도체층이 먼저 형성될 경우, 전면에 배치되는 제 1 투명전극층(20)에 P형 반도체층이 접촉되고, N형 반도체층은 제 2 투명전극층(40)에 접촉된다. 반면에 N형 반도체층이 먼저 형성될 경우, N형 반도체층이 제 1 투명전극층(20)에 접촉되고, P형 반도체층이 제 2 투명전극층(40)에 접촉된다.In addition, one of the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer is in contact with the first
한편, 제 1 투명전극층(20)은 기판(10) 상에 형성된다. 여기서, 기판(10)은 투명한 재질이면 어떤 것을 사용해도 무방하며, 예를 들어, 유리(glass) 또는 폴리머(polymer) 재질을 사용할 수 있다. 제 1 투명전극층(20)은 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Flourine doped Tin Oxide) 등과 같은 투명한 전도성 산화물을 사용할 수 있다. 제 1 투명전극층(20)으로서 상기 투명한 전도성 산화물을 사용하되, 제 1 투명전극층(20)이 구조적으로 단단한 재료일 경우, 즉, BIPV용으로서, 외부의 충격 등에 강한 재질일 경우, 기판(10)을 사용하지 않고, 제 1 투명전극층(20) 자체를 전극과 기판용도로 사용할 수도 있다. Meanwhile, the first
한편, 제 2 투명전극층(40)은 산화물-금속-산화물(Oxide-Metal-Oxide, 이하 OMO) 적층구조를 가지며, 제 1 산화물층(42), 금속층(44) 및 제 2 산화물층(46)이 순서대로 적층된 형태일 수 있다. 투명한 전도성 산화물층 사이에 높은 전도성을 가진 금속 박막을 가진 다층 전극을 삽입한 OMO 구조는 저온 공정을 이용하여 제작할 수 있다. On the other hand, the second
제 1 산화물층(42)은 예를 들어, 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)을 포함할 수 있으며, 경우에 따라서 전면에 사용된 제 1 투명전극층(20)과 동일한 재료를 사용할 수도 있다. The
금속층(44)은 예를 들어, 금속 중에서 가장 작은 저항성을 갖는 은(Ag)을 사용하되, 순수한 은(Ag)이 아닌 소정 량의 산소가 도핑된 은(Ag)을 포함한다. 이를 AgOx로 표현할 수 있으며, 상기 AgOx에서 x는 임의의 실수로서, 산소의 함유량에 따라 달라진다. 제 2 산화물층(46)은 제 1 산화물층(42)과 같은 재료를 사용하나, 경우에 따라서 제 1 산화물층(42)에서 사용한 재료와 상이한 재료를 사용할 수도 있다. The metal layer 44 uses, for example, silver (Ag) having the smallest resistance among metals, but includes silver (Ag) doped with a predetermined amount of oxygen, not pure silver (Ag). This can be expressed as AgOx, where x in the AgOx is any real number and depends on the content of oxygen. The
한편, OMO 전극의 전도도와 투과율은 전도성 산화물층(42, 46)과 금속층(44)의 두께로 결정된다. 따라서, 종래에는 최적의 광학적 및 전기적 특성을 위해 금속층(44)의 적절한 두께를 결정하는 데 주로 초점을 맞추었다. Meanwhile, the conductivity and transmittance of the OMO electrode are determined by the thicknesses of the conductive oxide layers 42 and 46 and the metal layer 44. Thus, the prior art has focused primarily on determining the appropriate thickness of the metal layer 44 for optimal optical and electrical properties.
금속층(44)으로 사용되는 은(Ag)은 입자 성장 초기에 은 금속 원자가 별개의 섬으로 형성된다. 그러나 특정 임계 두께에서, OMO 막의 전기 저항 및 광 흡수는 은 금속층(44) 두께의 감소와 함께 급격하게 증가한다. 예를 들면, 이 임계 두께보다 크면 은 금속층(44)의 두께에 따라 전기 저항이 감소하는 반면, 가시광 및 근적외선 영역에서 은 금속층(44)의 강한 반사 때문에 투과율이 급격히 떨어진다. Silver (Ag), which is used as the metal layer 44, is formed at the beginning of grain growth as islands with separate silver metal atoms. However, at certain critical thicknesses, the electrical resistance and light absorption of the OMO film increase rapidly with the decrease of the silver metal layer 44 thickness. For example, if it is larger than this threshold thickness, the electrical resistance decreases with the thickness of the silver metal layer 44, while the transmittance drops sharply due to the strong reflection of the silver metal layer 44 in the visible and near infrared regions.
이를 해결하기 위해서, 본 발명에서는 제 2 투명전극층(40)의 금속층(44)으로서, 산소가 도핑된 은(Ag)을 기반으로 하는 OMO 구조를 개발함으로써 전기적 특성의 큰 손실이 없이 가시광 파장대역에서의 투과율을 향상시켰다. 즉, 본 발명의 기술사상을 따르는 OMO 구조는 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)의 사이에 산소가 도핑된 은(Ag) 포함하는 금속층이 배치되는 구조를 가지며, 이를 AZO-AgOx-AZO로 표현한다. In order to solve this problem, in the present invention, as the metal layer 44 of the second
산소가 도핑된 은(Ag)의 도핑된 산소의 함량에 따라 Ag와 함께 Ag의 산화물, 예컨대, Ag2O 이나 AgO가 함께 공존할 수 있다. 본 발명의 발명자는 전기전도도 및 광투과도를 최적화하기 위해서는 Ag 내에 도핑되는 최적의 산소함량이 존재함을 발견하였으며, 이에 대한 상세한 설명은 실험예를 통해서 보다 구체적으로 후술한다.Oxides of Ag, such as Ag 2 O or AgO, may coexist together with Ag depending on the content of oxygen doped silver (Ag). The inventors of the present invention have found that there is an optimum oxygen content doped in Ag in order to optimize the electrical conductivity and light transmittance, and the detailed description thereof will be described later in more detail through experimental examples.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화은 투명 전극을 사용하여 개선된 투과성을 갖는 양면 수광형 태양전지(100)의 제조방법에 대하여 설명한다.Next, a method of manufacturing a double-sided light receiving
본 발명의 산화은 투명 전극을 사용하여 개선된 투과성을 갖는 양면 수광형 태양전지(100)의 제조방법은 기판(10) 상에 제 1 투명전극층(20)을 형성하는 단계, 제 1 투명전극층(20) 상에 광전변환층(30)을 형성하는 단계 및 광전변환층(30) 상에 제 2 투명전극층(40)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Method for manufacturing a double-sided light receiving
기판(10) 상에 제 1 투명전극층(20)을 형성하는 방법은 본 발명이 목적으로 하는 물성값을 갖는 막을 형성할 수 있는 방법이면 되며, 구체적으로 스퍼터링 방식, 전자빔 방식, 이온 플레이팅 방식, 스크린 인쇄 방식 또는 화학적 기상 증착(CVD) 방식, 스프레이 열분해 방식(SPD), 피로졸법 등과 같은 증착 방식 중 어느 하나를 사용하여 제 1 투명전극층(20)을 형성할 수 있다. 상기 증착 방식들은 기공지된 기술들로서 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.The method of forming the first
제 1 투명전극층(20)을 형성한 이후에, 제 1 투명전극층(20)의 표면의 적어도 일부를 텍스처링(texturing)할 수 있다. 상기 텍스처링은 결정질 실리콘 태양전지에서 사용되는 방식을 이용할 수 있으며, 상기 텍스처링 구조에 따라 빛의 반사율 및 굴절율을 제어함으로써 보다 높은 광전변환효율을 만족할 수 있다. After forming the first
텍스처링 이후에 제 1 투명전극층(20) 상에 수소화된 비정질 실리콘을 포함한 광전변환층(30)을 형성한다. 예를 들어, PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)을 이용하여 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H) 박막층을 표면이 텍스처링 된 제 1 투명전극층(20) 상에 형성할 수 있다. 여기서, 광전변환층(30)은 제 1 투명전극층(20)의 표면 구조에 의해 같은 형태의 박막층으로 형성될 수 있다.After texturing, a
이와 연속적으로, 제 2 투명전극층(40)을 광전변환층(30) 상에 형성할 수 있다. 구체적으로, 제 2 투명전극층(40)은 예를 들어, 스퍼터링 방식을 이용하여 형성할 수 있다. 먼저, 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO) 타겟을 이용하여 광전변환층(30) 상에 제 1 AZO 박막(42)을 형성하는 단계, 은(Ag) 타겟을 이용하여 제 1 AZO 박막(44) 상에 은(Ag) 및 산화은(AgOx) 박막(44)을 형성하는 단계 및 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO) 타겟을 이용하여 은(Ag) 및 산화은(AgOx) 박막(44) 상에 제 2 AZO 박막(46)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 AZO 박막은 도 1의 제 1 산화물층(42)으로 이해될 수 있고, 은(Ag) 및 산화은(AgOx) 박막은 금속층(44)으로 이해될 수 있으며, 제 2 AZO 박막은 제 2 산화물층(46)으로 이해될 수 있다.Subsequently, the second
또한, 제 2 투명전극층(40)을 형성하는 단계는, 스퍼터링 방식을 이용하며, 챔버 내에 공정가스를 공급하고, 은(Ag) 타겟에 고전압을 인가함으로써 광전변환층(30) 상에 은(Ag) 및 산화은(AgOx) 박막(44)을 증착하는 단계를 포함하되, 상기 공정가스로 불활성가스 및 산소가스를 혼합한 혼합가스를 사용하되, 상기 공정가스 내 상기 산소가스의 분압은 5% 내지 20%일 수 있다. 여기서, 상기 불활성가스는 아르곤, 질소 또는 이들의 혼합가스를 포함한다.In addition, the forming of the second
한편, 상기 공정가스 내 산소가스의 분압은 5% 내지 20%의 범위에서 제어되어 은 및 산화은 박막(44)을 형성할 수 있으나, 제 1 AZO 박막(42), 제 2 AZO 박막(46)의 두께에 따라서 은 및 산화은 박막(44)의 두께가 제어될 수 있고, 산소가스의 분압에 의해 전도도 및 투과도가 각각 변화하게 된다. 따라서, 공정가스 내 산소가스의 분압은 제 2 투명전극층(40)을 구성하는 다층 박막들의 두께에 따라 조절되며, 바람직하게는 10% 내지 15%일 수 있으며, 더 바람직하게는 11% 내지 14%의 범위일 수 있다.On the other hand, the partial pressure of the oxygen gas in the process gas is controlled in the range of 5% to 20% to form the silver and silver oxide thin film 44, but the first AZO
이하에서, 본 발명의 실시예를 토대로 본 발명의 산화은 투명 전극을 사용하여 개선된 투과성을 갖는 양면 수광형 태양전지(100)를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 양면 수광형 태양전지(100)에 대해서 좀 더 구체적으로 설명한다. 이하 실시예에서, 제 2 투명전극층(40)은 산소분압을 제어함에 따라 다양한 형태의 OMO 구조를 포함하는 것으로 이해된다.Hereinafter, a method for manufacturing a double-sided light-receiving
이하에서는, 본 발명의 이해를 돕기 위한 실시예들을 설명한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실시예들만으로 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, embodiments for better understanding of the present invention will be described. However, the following experimental examples are only for helping understanding of the present invention, and the present invention is not limited only to the following examples.
<실시예><Example>
먼저, 소다라임유리 기판(10) 상에 FTO(fluorine-doped tin oxide) 박막(20)을 형성하였다. 이후에 FTO 박막(20)의 표면을 텍스처링 하였으며, PECVD 방식을 이용하여 약 250℃의 온도에서 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H) 박막(30)을 PIN 접합 구조로 합성하였다. 수소화된 비정질 실리콘 박막은 다중 챔버 클러스터 시스템에서 수행되었으며, P형의 수소화된 비정질 실리콘 박막층은 B2H6, PH3 및 CO2의 도판트 가스의 혼합물로 증착되었다. I형의 수소화된 비정질 실리콘 박막층은 40.68㎒ 및 30W의 매우 높은 주파수 조건에서 H2로 희석된 SiH4 소스가스를 사용하여 증착되었다. 이후에 N형의 SiOx 박막층은 P형의 수소화된 비정질 실리콘 박막층을 형성하는 것과 동일한 가스의 혼합물로 증착되었다. First, a fluorine-doped tin oxide (FTO)
상기 수소화된 비정질 실리콘 박막(30)을 형성한 이후에 연속적으로 수소화된 비정질 실리콘 박막(30) 상에 OMO 구조를 갖는 전극(40)을 형성하였다. OMO구조를 갖는 전극(40)은 스퍼터링 공정을 통해 분리된 챔버에서 각각 증착시켰다. 먼저, 제 1 AZO 박막(42)은 실온에서 500W의 DC 전력에서 마그네트론 스퍼터링 시스템을 사용하여 수행하였다. 증착 챔버는 스퍼터링 전, 1.8 × 10-6Torr로 배기시키고, 스퍼터링은 10.2sccm의 유량으로 Ar 가스로 2mTorr에서 수행하였다. 여기서, 약 55㎚ 두께의 제 1 AZO 박막(42)은 1wt%의 알루미늄이 도핑된 산화아연 타겟을 이용하여 증착하였다.After the hydrogenated amorphous silicon
은 및 산화은 박막(44)은 실온에서 약 50W의 DC 전력에서 마그네트론 스퍼터링 시스템을 사용하여 수행하였다. 여기서, 약 8㎚ 두께의 은 및 산화은 박막(44)은 20sccm의 Ar 가스 유량의 조건하에서 0sccm, 1sccm, 3sccm 및 5sccm로 O2 가스의 유량을 제어하면서 증착하였다. 스퍼터링 공정은 4mTorr의 공정 압력에서 수행하였다. 상기 O2 가스의 유량에 따라 각각 제조된 샘플은 순서대로 실험예 1, 실험예 2, 실험예 3 및 실험예 4로 이해된다.Silver and silver oxide thin films 44 were performed using a magnetron sputtering system at a DC power of about 50 W at room temperature. Here, a thin film of silver and silver oxide 44 having a thickness of about 8 nm was deposited while controlling the flow rate of the O 2 gas at 0 sccm, 1 sccm, 3 sccm and 5 sccm under conditions of an Ar gas flow rate of 20 sccm. The sputtering process was performed at a process pressure of 4 mTorr. Samples prepared according to the flow rate of the
이후에 제 2 AZO 박막(46)은 실온에서 500W의 DC 전력에서 마그네트론 스퍼터링 시스템을 사용하여 수행하였으며, 제 1 AZO 박막(42)와 동일한 공정조건으로 동일한 두께로 증착하였다. Thereafter, the second AZO
실험예 샘플을 각각 제조한 이후에, 서피스 프로파일러(P-11, KLA-Tencor)를 사용하여 박막의 두께를 측정하고, 분광분석 엘립소미터(SE MG-1000, nano-view)를 이용하여 각 박막의 굴절률 및 흡광계수를 측정하였으며, 4프로브 시스템(MCP-T600, Mitsubishi Chemical Co.)을 사용하여 전극의 면저항을 측정하였다. 원자력 현미경(NX10, Park system)을 사용하여 전극의 표면 미세구조를 분석하였으며, 표면 거칠기는 각 층에 대해 1 × 1㎛의 표면적에서 제곱 평균 제곱근 값으로 평가 하였다. Experimental Example After each sample was prepared, the thickness of the thin film was measured using a surface profiler (P-11, KLA-Tencor), and using a spectroscopic ellipsometer (SE MG-1000, nano-view). The refractive index and the extinction coefficient of each thin film were measured, and the sheet resistance of the electrode was measured using a four probe system (MCP-T600, Mitsubishi Chemical Co.). The surface microstructure of the electrode was analyzed using an atomic force microscope (NX10, Park system), and the surface roughness was evaluated as the root mean square value at a surface area of 1 × 1 ㎛ for each layer.
박막의 결정 구조는 Cu, Kα 방사선(1.54 Å)을 이용한 X 선 회절법(XRD, X'pert MPD, PANalytic)을 사용하여 2θ 범위 30 °내지 80 °에서 분석하였으며, 자외선-가시광선 분광 광도계(Cary 5000, Varian)를 사용하여 300㎚ 내지 800㎚의 파장 범위에서 박막의 반사율 및 투과율을 분석하였다.The crystal structure of the thin film was analyzed by X-ray diffraction method (XRD, X'pert MPD, PANalytic) using Cu, Kα radiation (1.54 Å) at 30 ° to 80 ° in the 2θ range, and an ultraviolet-visible spectrophotometer ( Cary 5000, Varian) was used to analyze the reflectance and transmittance of the thin film in the wavelength range of 300 nm to 800 nm.
양자 효율 측정 시스템(IQE-200, Newport Co.)을 사용하여 태양전지의 외부 양자 효율을 측정하였으며, 태양 광 시뮬레이터(Oriel 300, Newport Co.)와 소스 미터(Keithley 2400)를 사용하여 효율(θ), 개방 회로 전압 (VOC), 단락 전류 밀도 (JSC)를 분석하였으며, 표준 권장 AM1.5G 방사 조도(front incident) 및 발광 다이오드(light-emitting diode, LED) 조명하에서 측정하였다. LED의 조사 밀도는 LED의 스펙트럼 밀도를 고려하여 조도계(LX1330B)로 측정했을 때 약 0.3 ㎾/㎠였다.The external quantum efficiency of the solar cell was measured using a quantum efficiency measurement system (IQE-200, Newport Co.), and the efficiency ( θ using a solar simulator (
도 2는 본 발명의 실험예에 따른 산화은 투명 전극을 사용하여 개선된 투과성을 갖는 양면 수광형 태양전지 샘플들의 전류-전압 특성을 분석한 그래프이다.2 is a graph analyzing current-voltage characteristics of double-sided light-receiving solar cell samples having improved permeability using a silver oxide transparent electrode according to an experimental example of the present invention.
도 2의 (a)는 AgOx 박막의 산소가스의 유량 변화에 따른 전면 입사 및 후면 입사에 대한 전류-전압 특성을 각각 측정한 것으로서, 도 2의 (b)에서 각 파라미터별로 비교하였다. 전면에서 광이 입사되는 경우, 실험예 1의 경우, 효율(θ) 5.5%, 단락전류(Jsc) 10.2㎃/㎠, 필팩터(FF) 67%, 개방전압(Voc) 0.80V를 나타낸다. 반면, 실험예 4의 경우는 경향이 상이하였다. 후면에서 광이 입사되는 경우, 산소가스의 유량이 3sccm으로 증가할 때까지 태양전지의 효율은 증가하나, 실험예 4의 경우는 산소가스의 유량이 5sccm으로 증가할 경우 효율이 낮아졌다.FIG. 2 (a) shows current-voltage characteristics for front and rear incidences according to changes in the flow rate of oxygen gas of the AgOx thin film, respectively, and compared with each parameter in FIG. 2 (b). In the case where light is incident on the front surface, in Experimental Example 1, the efficiency ( θ ) is 5.5%, the short circuit current (Jsc) is 10.2 mA /
산소가스의 유량에 따른 개방전압은 약 0.01V의 무시할만한 편차를 가지며, 전면 및 후면 광 입사 조건하에서 단락전류와 필팩터는 태양전지 효율에 영향을 끼쳤다. 특히, 후면 광 입사 조건에서 단락전류와 필팩터가 효율 변화에 주요한 요인으로 고려되는 것을 확인할 수 있었다.The open voltage according to the flow rate of oxygen gas has a negligible variation of about 0.01V. Under the front and rear light incident conditions, the short circuit current and the fill factor influence the solar cell efficiency. In particular, it was confirmed that the short-circuit current and the fill factor are considered as the main factors in the efficiency change under the back light incident conditions.
도 3은 본 발명의 실험예에 따른 산화은 투명 전극을 사용하여 개선된 투과성을 갖는 양면 수광형 태양전지 샘플들의 X선 회절 분석, 면저항 및 표면의 미세구조를 분석한 결과이다.3 is a result of analyzing the X-ray diffraction, sheet resistance and the microstructure of the surface of the double-sided light-receiving photovoltaic cells having improved transmittance using the silver oxide transparent electrode according to the experimental example of the present invention.
도 3의 (a)는 각 실험예 샘플들의 X선 회절 패턴을 측정한 결과로서, 은 및 산화은(AgOx) 박막의 X선 회절 패턴이다. 모든 실험예 샘플에서 (111)의 바람직한 배향을 갖는 은(Ag)이 검출었으나, 산소가스의 함유량이 증가될수록 금속 은(Ag)의 상(phase)은 점차적으로 열화되고, Ag2O 상(phase)의 회절 피크는 실험예 3에서 나타났다. 특히, 실험예 4의 경우, 은(Ag) 피크는 거의 식별이 가능하지 않았으며, 이러한 상의 변화는 은 및 산화은(AgOx) 박막의 전도도를 감소시키는 것을 의미한다. FIG. 3A shows X-ray diffraction patterns of the samples of each experimental example, and is an X-ray diffraction pattern of silver and silver oxide (AgOx) thin films. Although silver (Ag) having a preferred orientation of (111) was detected in all the experimental examples, the phase of the metal silver (Ag) gradually degraded as the content of oxygen gas increased, and the Ag 2 O phase The diffraction peak of) was shown in Experimental Example 3. In particular, in Experimental Example 4, the silver (Ag) peak was hardly discernible, and the change of the phase meant that the conductivity of the silver and silver oxide (AgOx) thin films was reduced.
도 3의 (a)를 참조하면, 실험예에 따라 Ag의 (111)면, Ag2O의 (111)면 및 AgO의 (002)면의 피크 면적이 상이하게 나타남을 확인할 수 있다. 이에 실험예에 따른 피크의 상대적인 비를 비교하기 위하여 수학식 1로 정의되는 면적비를 제시하였으며, 피크 각각의 면적은 수학식 2를 이용하여 정의하였다. Referring to FIG. 3 (a), it can be seen that peak areas of the (111) plane of Ag, the (111) plane of Ag 2 O and the (002) plane of AgO are different from each other according to the experimental example. In order to compare the relative ratios of the peaks according to the experimental example, the area ratio defined by
(수학식 1)(Equation 1)
(Ag2O(111) 피크의 면적 + AgO(002) 피크의 면적) / Ag(111) 피크의 면적(Area of Ag 2 O (111) peak + area of AgO (002) peak) / area of Ag (111) peak
(수학식 2)(Equation 2)
피크의 면적 = 피크의 높이(P) × 각 조성 피크의 반가폭(W)Area of peak = height of peak (P) x half width of each composition peak (W)
(여기서, 상기 반가폭(W)은 각 조성 피크의 높이(P)의 1/2에 해당하는 지점에서의 피크의 폭을 의미함)(Wherein, the half width (W) means the width of the peak at a point corresponding to 1/2 of the height (P) of each composition peak)
상기 수학식 1 및 수학식 2에 의해 연산된 각 조성의 면적 및 면적비는 하기 표 1에 정리하였다.Areas and area ratios of the respective compositions calculated by
[sccm]Oxygen flow rate
[sccm]
[㎠]Ag (111)
[Cm2]
[㎠]Ag 2 O (111)
[Cm2]
[㎠]AgO (002)
[Cm2]
표 1을 참조하면, 수학식 1로 표현되는 면적비가 0.4 보다 크거나 6.8 보다 작은 범위를 가질 수 있음을 확인할 수 있다. 이러한 면적비는 정성적으로는 본 발명의 OMO 구조에서 금속층에서의 은(Ag) 및 산화은(AgO, Ag2O)간의 면적비율로 해석될 수 있다. 즉 면적비가 클수록 금속층 내에 포함된 은(A)의 함량이 상대적으로 더 적다는 것을 의미할 수 있다. Referring to Table 1, it can be seen that the area ratio represented by
만약, 면적비가 0.4 보다 작을 경우, 전기전도도 측면에서는 유리할 수 있으나, 투과도 측면에서 악영향을 끼치게 되므로 소정의 파장 대역에서의 광을 투과시키지 못해 전체적인 광전변환효율을 떨어트리게 된다. If the area ratio is smaller than 0.4, it may be advantageous in terms of electrical conductivity, but since it adversely affects in terms of transmittance, it does not transmit light in a predetermined wavelength band, thereby reducing the overall photoelectric conversion efficiency.
반면에, 면적비가 6.8 보다 클 경우, 투과도 측면에서는 유리하나, 은(Ag) 금속의 함량이 상대적으로 적어 전기전도도 특성이 나빠져 광전변환효율을 떨어트리게 된다. 따라서, 은 및 산화은(AgOx) 박막의 두께뿐 아니라, 상기 박막 내의 산화은의 면적비는 적절하게 조절되어야 하며, 보다 바람직하게는 2.0 내지 3.0의 범위내에서 적절하게 제어해야 한다.On the other hand, if the area ratio is greater than 6.8, it is advantageous in terms of permeability, but the content of silver (Ag) metal is relatively low, resulting in deterioration of the electrical conductivity, thereby reducing the photoelectric conversion efficiency. Therefore, not only the thickness of the silver and silver oxide (AgOx) thin film, but also the area ratio of silver oxide in the thin film should be appropriately controlled, more preferably within the range of 2.0 to 3.0.
도 3의 (b)는 산소가스의 유량별 샘플들의 면저항 및 태양전지 샘플의 필팩터(FF)를 분석한 결과이다. 산소가스의 유량을 증가시킴에 따라 면저항은 증가하며, 실험예 1의 경우 9Ω/□에서 실험예 3의 경우 12Ω/□까지 증가하였다. 그러나, 실험예 4의 경우 59Ω/□으로 급격하게 증가하였다. 이는 산소가스의 유량이 5sccm이 되는 부근에서 Ag2O로의 상전이에 대한 면저항의 증가가 이루어지는 것을 의미한다.3 (b) is a result of analyzing the sheet resistance of the samples for each flow rate of oxygen gas and the fill factor (FF) of the solar cell sample. As the flow rate of oxygen gas was increased, the sheet resistance increased, and in Experimental Example 1, the sheet resistance increased from 9 kV / □ to Experimental Example 3 to 12 kV / □. However, in the case of
면저항의 증가는 직렬 저항(Rs)의 증가에 직접적으로 기여하여 필팩터(FF)의 감소를 결정한다. 또, 실험예 4 샘플에서 감소된 단락전류(Jsc)는 전극의 낮은 전도율과 관련이 있다.The increase in sheet resistance directly contributes to the increase in series resistance Rs and determines the decrease in fill factor FF. In addition, the reduced short-circuit current (Jsc) in the sample of
도 3의 (c) 및 (d)에 의하면, 은(Ag) 금속 박막의 표면 거칠기는 약 8㎚의 두께이며, 산소가스의 유량이 증가함에 따라 두께가 감소한다. 산소가스의 유량이 증가하면 각 샘플의 표면 조도는 1.37㎚에서 0.74㎚로 감소한다. 이는 은(Ag) 금속 박막이 스퍼터링 방법을 통해 증착되는 경우, 초기 성정시 섬 모양으로 형성되며, 산소가 첨가됨에 따라 핀홀 및 경계의 불연속성이 감소되어 은(Ag) 금속층을 포함하는 산화은(AgOx) 박막의 연속적인 표면 경계가 형성된다.According to FIGS. 3C and 3D, the surface roughness of the silver (Ag) metal thin film is about 8 nm in thickness, and the thickness decreases as the flow rate of oxygen gas increases. As the flow rate of oxygen gas increases, the surface roughness of each sample decreases from 1.37 nm to 0.74 nm. When the silver (Ag) metal thin film is deposited through a sputtering method, it is formed into an island shape at the time of initial determination, and as oxygen is added, the discontinuity of pinholes and boundaries is reduced, and thus, silver oxide (AgOx) containing a silver (Ag) metal layer Continuous surface boundaries of the film are formed.
도 4는 본 발명의 실험예에 따른 산화은 투명 전극을 사용하여 개선된 투과성을 갖는 양면 수광형 태양전지 샘플들의 파장에 따른 반사율과 흡수율을 측정한 그래프이다.Figure 4 is a graph measuring the reflectance and the absorbance according to the wavelength of the double-sided light-receiving solar cell samples having improved transmittance using the silver oxide transparent electrode according to the experimental example of the present invention.
도 4의 (a) 및 (b)는 각 실험예 샘플들의 굴절률(n)과 흡광계수(k)를 측정한 결과이다. 순수한 은(Ag) 금속 박막의 경우, 강한 플라즈마 주파수(3.9eV, ~ 400nm)의 전자가 분명히 관찰되며, 높은 흡광계수(k) 값은 박막의 금속 상(phase)을 보여준다. 은(Ag) 금속 박막의 산화가 진행됨에 따라 전자 밀도와 플라즈마 주파수가 감소한다. 랜덤한 산화은(AgOx) 입자는 플라즈마 주파수를 교란하여 플라즈마 주파수의 파장을 더 길고 넓게 만들어서 도 4의 (a)에서 실험예 3 및 실험예 4 샘플과 같이 증착된 박막에서 플라즈마 주파수를 식별 할 수 없었다. 또, 도 4의 (b)에 도시 된 흡광계수(k) 값의 감소는 금속-유전체 산화은(AgOx) 박막의 중간상(intermediate phase)의 변화로 해석 될 수 있다.4 (a) and 4 (b) are the results of measuring the refractive index (n) and the extinction coefficient (k) of each test sample. In the case of pure silver (Ag) metal thin films, electrons with strong plasma frequencies (3.9 eV, ~ 400 nm) are clearly observed, and high extinction coefficient (k) values show the metal phase of the thin films. As the oxidation of the silver (Ag) metal thin film proceeds, the electron density and the plasma frequency decrease. The random silver oxide (AgOx) particles perturbed the plasma frequency, making the wavelength of the plasma frequency longer and wider, so that the plasma frequency could not be identified in the thin films deposited as in the samples of
수소화된 비정질 실리콘 태양전지의 후면전극으로 OMO 구조의 전극이 사용될 때, 장파장 대역에서의 광 투과율은 매우 중요하다. 이는 단파장의 빛이 수소화된 비정질 실리콘 광전변환층에 흡수되어 전력을 생성하여 장파장 대역의 빛만 남기 때문이다. When the OMO structure electrode is used as the back electrode of the hydrogenated amorphous silicon solar cell, the light transmittance in the long wavelength band is very important. This is because the light of short wavelength is absorbed by the hydrogenated amorphous silicon photoelectric conversion layer to generate electric power, leaving only the light of the long wavelength band.
한편, 본 발명자는 OMO 구조의 후면 전극층의 반사율, 투과율 및 흡광도를 계산하였고, 도 4의 (c)는 OMO 구조의 후면 전극층이 유사한 반사율을 갖는 것을 도시하고 있다. 그러나, 실험예 3 및 실험예 3에서와 같이, 산소가스의 유량이 3sccm 내지 5sccm을 갖는 것들은 500㎚ 내지 800㎚의 파장 범위에서 약간 높은 반사율을 갖는다. On the other hand, the present inventors calculated the reflectance, transmittance and absorbance of the back electrode layer of the OMO structure, Figure 4 (c) shows that the back electrode layer of the OMO structure has a similar reflectance. However, as in Experimental Example 3 and Experimental Example 3, those having an oxygen gas flow rate of 3 sccm to 5 sccm have a slightly high reflectance in the wavelength range of 500 nm to 800 nm.
도 4의 (d)에 의하면, 산소가스의 유량 증가에 따라, OMO 구조의 후면 전극층의 흡광도는 감소하지만, 실험예 4의 경우 흡광도가 급격히 증가하고, 실험예 3의 경우 장파장 영역에서 가장 낮은 흡광도가 얻어진다.According to (d) of FIG. 4, as the flow rate of the oxygen gas increases, the absorbance of the rear electrode layer of the OMO structure decreases, but in Experimental Example 4, the absorbance increases rapidly, and in Experimental Example 3, the lowest absorbance in the long wavelength region. Is obtained.
도 5는 본 발명의 실험예에 따른 산화은 투명 전극을 사용하여 개선된 투과성을 갖는 양면 수광형 태양전지 샘플들의 파장에 따른 투과도 및 양자효율을 측정한 그래프이다.5 is a graph measuring transmittance and quantum efficiency according to wavelength of double-sided light-receiving solar cell samples having improved transmittance using a silver oxide transparent electrode according to an experimental example of the present invention.
도 5의 (a)는 OMO 구조의 후면 전극층의 시뮬레이션된 투과율을 도시하고 있다. 그 결과, 장파장 영역에서 가장 높은 투과율을 보여 주며, 실험예 3에서 증착 된 OMO 박막은 도 5의 (b)에서와 같이 실제로 측정된 투과율과 일치한다. 도 5의 (b)에서 500㎚ 내지 800㎚ 파장 대역에서의 평균 투과율은 산소가스의 유량이 0에서 3sccm으로 증가함에 따라 87.33 %에서 93.27 %로 증가하였다. 그러나, 실험예 4의 경우, 동일한 파장 대역에서 가장 낮은 투과율을 나타낸다. 5 (a) shows the simulated transmittance of the back electrode layer of the OMO structure. As a result, it shows the highest transmittance in the long wavelength region, the OMO thin film deposited in Experimental Example 3 is consistent with the actually measured transmittance as shown in (b) of FIG. In (b) of FIG. 5, the average transmittance in the wavelength range of 500 nm to 800 nm increased from 87.33% to 93.27% as the flow rate of oxygen gas increased from 0 to 3 sccm. However, in Experimental Example 4, the lowest transmittance was shown in the same wavelength band.
한편, 도 2 및 도 4를 다시 참조하면, 600㎚ 이하의 파장 범위의 광은 주로 수소화된 비정질 실리콘에 의해 흡수되며, 이 범위에서의 반사는 전면으로 입사되는 광에 대한 단락전류(Jsc)의 값이 다른 OMO 전극과 유사하도록 비슷한 특성을 갖는다. 실험예 3와 같이 은(Ag) 금속 박막의 산화가 너무 많이 진행되면 후면전극의 전도도가 감소하고 필팩터(FF)가 감소한다. 후면으로 입사되는 광의 경우, 도 5의 (b)의 평균 투과율에 따라 단락전류(Jsc) 값이 얻어졌으며, 이는 도 5의 (c) 및 (d)에 나타난 외부 양자 효율 측정치로 확인할 수 있었다.Meanwhile, referring back to FIGS. 2 and 4, light in the wavelength range of 600 nm or less is mainly absorbed by hydrogenated amorphous silicon, and the reflection in this range is determined by the short circuit current (Jsc) of the light incident on the front surface. It has similar properties so that the value is similar to other OMO electrodes. If the oxidation of the silver (Ag) metal thin film proceeds too much as in Experimental Example 3, the conductivity of the rear electrode decreases and the fill factor FF decreases. In the case of the light incident on the back surface, the short-circuit current (Jsc) value was obtained according to the average transmittance of (b) of FIG. 5, which was confirmed by the external quantum efficiency measurement shown in (c) and (d) of FIG. 5.
도 6은 본 발명의 실험예에 따른 산화은 투명 전극을 사용하여 개선된 투과성을 갖는 양면 수광형 태양전지 샘플들의 양면투과시 전류-전압 특성 및 투과도를측정한 결과이다.6 is a result of measuring current-voltage characteristics and transmittance during double-sided transmission of double-sided light-receiving photovoltaic cell samples having improved transmittance using a silver oxide transparent electrode according to an experimental example of the present invention.
도 6의 (a)는 양면 수광된 태양전지 샘플의 효율(b-θ), 단락전류(b-JSC), 개방전압(b -VOC) 및 필팩터(b-FF)를 각각 측정한 결과로서, 각 실험예 샘플별로 측정하여 정리한 것이다.FIG. 6A is a result of measuring the efficiency (b- θ ), short-circuit current (b-JSC), open voltage (b-VOC), and fill factor (b-FF) of the double-sided light-received solar cell sample, respectively. , It is measured and summarized for each experimental sample.
실험예 1의 경우, 양면 효율이 7.4%, 양면 단락전류 값이(b-Jsc) 14.0㎃/㎠, 양면 필팩터(b-FF)가 65% 및 양면 개방전압(b-Voc)가 0.81V로 측정되었다. 예상대로, 실험예 2 및 실험예 3은 필팩터(FF)의 점진적인 감소에도 불구하고, 높은 단락전류(Jsc)가 각각 15.0㎃/㎠ 및 15.2㎃/㎠으로 나타났으며, 이 때 양면 효율이 7.9% 및 7.7%의 높은 값을 나타내었다. 양면 단락전류(b-Jsc)의 값은 도 2의 전면 입사 및 후면 입사시 측정된 단락전류의 합에 해당하며, 개방전압은 도 2를 참조하여 상술한 바와 같이, 무시할만한 편차를 가졌다. In Experimental Example 1, the double-sided efficiency was 7.4%, the double-sided short-circuit current value (b-Jsc) was 14.0 mA /
결과적으로, 필팩터(FF)와 단락전류(Jsc)는 실험예 2의 경우, 가장 높은 효율을 얻는데 영향을 미쳤다. BIPV에 적용되는 태양전지의 경우, 양면 수광시 태양전지의 효율 향상이 바람직하나, 효율 뿐만 아니라 가시광선 파장대역에서의 전체 투과율도 중요하다. 도 6의 (b)에 도시 된 바와 같이, 실험예 3의 경우, 500㎚ 내지 800㎚ 파장대역에서의 평균 투과율은 실험예 1의 경우, 18.78%에서 실험예 3의 경우, 평균 투과율은 21.9%로 상당히 개선된 투과율을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 실험예 3의 투과율 향상은 도 6의 (c)에서 시각적으로 확인할 수 있다.As a result, the fill factor (FF) and the short-circuit current (Jsc) had the effect of obtaining the highest efficiency in the case of Experimental Example 2. In the case of the solar cell applied to the BIPV, it is desirable to improve the efficiency of the solar cell when receiving both sides, but not only the efficiency but also the total transmittance in the visible wavelength range is important. As shown in (b) of FIG. 6, in Experimental Example 3, the average transmittance in the wavelength range of 500 nm to 800 nm was 18.78% in Experimental Example 1, and in the case of Experimental Example 3, the average transmittance was 21.9%. As can be seen that it has a significantly improved transmittance. Transmittance improvement of Experimental Example 3 can be visually confirmed in FIG.
BIPV에 적용되는 태양전지에서 셀 효율과 투과율이 모두 중요하기 때문에, 은(Ag) 금속 박막층에 적절한 양의 산소를 첨가함으로써 높은 투과도와 높은 효율을 갖는 OMO 구조의 후면전극을 제조할 수 있다.Since both cell efficiency and transmittance are important in a solar cell applied to BIPV, an OMO structure back electrode having high transmittance and high efficiency may be manufactured by adding an appropriate amount of oxygen to a silver (Ag) metal thin film layer.
정리하면, 본 발명자는 은(Ag) 금속 상이 산소가스의 유량이 증가하는 조건 하에서 금속-유전체 중간 상으로 전이되어 산화은(AgOx)을 기반으로 하는 OMO 구조의 광학적 및 전기적 특성을 또한 변화시키는 것을 확인하였다. 시뮬레이션 결과, 양면 수광형 태양전지의 후면전극에 대해서 적정량의 산소가 첨가된 산화은 기반의 후면전극이 최적인 것을 확인하였다. In summary, the inventors have found that the silver (Ag) metal phase is transferred to the metal-dielectric intermediate phase under conditions of increasing flow rate of oxygen gas to also change the optical and electrical properties of the silver oxide (AgOx) based OMO structure. It was. As a result of the simulation, it was confirmed that the silver oxide-based back electrode with an appropriate amount of oxygen was optimal for the back electrode of the double-sided light receiving solar cell.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
10 : 기판
20 : 제 1 투명전극층
30 : 광전변환층
40 : 제 2 투명전극층
42 : 제 1 산화물층
44 : 금속층
46 : 제 2 산화물층
100 : 양면 수광형 태양전지10: substrate
20: first transparent electrode layer
30: photoelectric conversion layer
40: second transparent electrode layer
42: first oxide layer
44: metal layer
46: second oxide layer
100: double sided light receiving solar cell
Claims (9)
상기 광전변환층의 일면에 형성된 제 1 투명전극층; 및
상기 광전변환층의 타면에 형성된 제 2 투명전극층;을 포함하고,
상기 제 2 투명전극층은 산소가 도핑된 은(Ag)을 포함하며,
상기 제 2 투명전극층에 있어서, 은(Ag)의 X-선 회절 피크의 면적과, Ag2O 및 AgO의 X-선 회절 피크의 면적을 이용하여 계산한 하기 수학식 1이 0.4 내지 6.8의 범위를 가지는,
양면 수광형 태양전지.
(수학식 1)
(Ag2O 피크의 면적 + AgO 피크의 면적) / Ag 피크의 면적
단, Ag2O 피크의 면적, AgO 피크의 면적 및 Ag 피크의 면적은 각각 Ag2O 의 (111)면, AgO의 (002)면 및 Ag의 (111)면의 X-선 회절 피크를 의미하며, 피크의 면적은 하기 수학식 2에 의해 정의된다.
(수학식 2)
피크의 면적 = 피크의 높이(P) × 각 조성 피크의 반가폭(W) Photoelectric conversion layer;
A first transparent electrode layer formed on one surface of the photoelectric conversion layer; And
And a second transparent electrode layer formed on the other surface of the photoelectric conversion layer.
The second transparent electrode layer includes silver (Ag) doped with oxygen,
In the second transparent electrode layer, the following Equation 1 calculated using the area of the X-ray diffraction peaks of silver (Ag) and the area of the X-ray diffraction peaks of Ag 2 O and AgO is in the range of 0.4 to 6.8. Having,
Double sided light receiving solar cell.
(Equation 1)
(Area of Ag 2 O peak + area of AgO peak) / area of Ag peak
However, the area of the Ag 2 O peak, the area of the AgO peak, and the area of the Ag peak mean X-ray diffraction peaks of the (111) plane of Ag 2 O, the (002) plane of AgO, and the (111) plane of Ag, respectively. The area of the peak is defined by Equation 2 below.
(Equation 2)
Area of peak = height of peak (P) x half width of each composition peak (W)
상기 제 2 투명전극층은 산화물-금속-산화물(Oxide-Metal-Oxide, OMO) 적층구조를 갖는,
양면 수광형 태양전지.The method of claim 1,
The second transparent electrode layer has an oxide-metal-oxide (OMO) stacked structure,
Double sided light receiving solar cell.
상기 광전변환층은 P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층을 포함하고,
상기 P형 반도체층와 상기 N형 반도체층 중 하나는 상기 제 1 투명전극층 또는 상기 제 2 투명전극층과 접촉하는,
양면 수광형 태양전지.The method of claim 1,
The photoelectric conversion layer includes a P-type semiconductor layer, an I-type semiconductor layer and an N-type semiconductor layer,
One of the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer is in contact with the first transparent electrode layer or the second transparent electrode layer,
Double sided light receiving solar cell.
상기 광전변환층은 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H) 박막층을 포함하는,
양면 수광형 태양전지.The method of claim 4, wherein
The photoelectric conversion layer includes a hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) thin film layer,
Double sided light receiving solar cell.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180093199A KR102071481B1 (en) | 2018-08-09 | 2018-08-09 | Transparent bifacial solar cells with improved transparency employing silver oxide embedded transparent electrodes and manufacturing method of the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180093199A KR102071481B1 (en) | 2018-08-09 | 2018-08-09 | Transparent bifacial solar cells with improved transparency employing silver oxide embedded transparent electrodes and manufacturing method of the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102071481B1 true KR102071481B1 (en) | 2020-01-30 |
Family
ID=69321259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180093199A KR102071481B1 (en) | 2018-08-09 | 2018-08-09 | Transparent bifacial solar cells with improved transparency employing silver oxide embedded transparent electrodes and manufacturing method of the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102071481B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220026800A (en) * | 2020-08-26 | 2022-03-07 | 한국재료연구원 | Manufacturing method of the transparent bifacial solar cells module and the transparent bifacial solar cells module manufactured thereof |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120044779A (en) * | 2010-10-28 | 2012-05-08 | 삼성전자주식회사 | Solar cell and method for manufacturing the solar cell |
| KR101784439B1 (en) * | 2012-02-14 | 2017-10-11 | 엘지전자 주식회사 | Thin film solar cell |
| KR20180035057A (en) * | 2016-09-28 | 2018-04-05 | 코오롱인더스트리 주식회사 | Organic photovoltaics and method for manufacturing the same |
| KR101884643B1 (en) * | 2017-07-06 | 2018-08-03 | 한국과학기술연구원 | Zinc-doped tine oxide based transparent conducting oxide, multilayered transparent conducting film using the same and method for preparing the same |
-
2018
- 2018-08-09 KR KR1020180093199A patent/KR102071481B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120044779A (en) * | 2010-10-28 | 2012-05-08 | 삼성전자주식회사 | Solar cell and method for manufacturing the solar cell |
| KR101784439B1 (en) * | 2012-02-14 | 2017-10-11 | 엘지전자 주식회사 | Thin film solar cell |
| KR20180035057A (en) * | 2016-09-28 | 2018-04-05 | 코오롱인더스트리 주식회사 | Organic photovoltaics and method for manufacturing the same |
| KR101884643B1 (en) * | 2017-07-06 | 2018-08-03 | 한국과학기술연구원 | Zinc-doped tine oxide based transparent conducting oxide, multilayered transparent conducting film using the same and method for preparing the same |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220026800A (en) * | 2020-08-26 | 2022-03-07 | 한국재료연구원 | Manufacturing method of the transparent bifacial solar cells module and the transparent bifacial solar cells module manufactured thereof |
| KR102444650B1 (en) * | 2020-08-26 | 2022-09-20 | 한국재료연구원 | Manufacturing method of the transparent bifacial solar cells module and the transparent bifacial solar cells module manufactured thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7071496B2 (en) | Electronic device and method for manufacturing the same | |
| US10056507B2 (en) | Photovoltaic device with a zinc magnesium oxide window layer | |
| US20110259395A1 (en) | Single Junction CIGS/CIS Solar Module | |
| US20090194165A1 (en) | Ultra-high current density cadmium telluride photovoltaic modules | |
| EP3110770B1 (en) | Coated glazing | |
| JP3801342B2 (en) | Solar cell substrate, manufacturing method thereof, and semiconductor element | |
| US20100200059A1 (en) | Dual-side light-absorbing thin film solar cell | |
| CN108878570B (en) | Hole selection type MoOx/SiOx(Mo)/n-Si heterojunction, solar cell device and preparation method thereof | |
| US20110146784A1 (en) | Photovoltaic device back contact | |
| US8247686B2 (en) | Multi-layer N-type stack for cadmium telluride based thin film photovoltaic devices and methods of making | |
| Jo et al. | Transparent bifacial a-Si: H solar cells employing silver oxide embedded transparent rear electrodes for improved transparency | |
| KR102071481B1 (en) | Transparent bifacial solar cells with improved transparency employing silver oxide embedded transparent electrodes and manufacturing method of the same | |
| JP5270889B2 (en) | Method for manufacturing thin film photoelectric conversion device | |
| KR20210099964A (en) | Manufacturing method of the transparent bifacial solar cells and the transparent bifacial solar cells manufactured thereof | |
| KR102241098B1 (en) | Semi-transparent amorphous silicon thin film solar cell comprising hydrogenated P-I-N layer and manufacturing method of the same | |
| JP5469298B2 (en) | Transparent conductive film for photoelectric conversion device and method for producing the same | |
| AU2012203024A1 (en) | Multi-layer N-type stack for cadmium telluride based thin film photovoltaic devices and methods of making | |
| JP5405923B2 (en) | Photoelectric conversion element and manufacturing method thereof | |
| KR102444650B1 (en) | Manufacturing method of the transparent bifacial solar cells module and the transparent bifacial solar cells module manufactured thereof | |
| KR102297241B1 (en) | Semitransparent thin film solar cell and manufacturing method of the same | |
| KR20220165016A (en) | Solar power generation system | |
| US10822269B2 (en) | Method of manufacture of a coated glazing | |
| TWI466306B (en) | Flexible solar cell with high transmission and the manufacturing process thereof | |
| CN107785447B (en) | Crystalline silicon solar cell and preparation method thereof | |
| KR20150136721A (en) | Solar cell comprising high quality cigs absorber layer and method of fabricating the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |