KR102499055B1 - 반도체 ｐｎ 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지에 관한 것으로, 본 발명은 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 두께의 범위에서 형성되는 제 1양자우물 절연막 및 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 두께의 범위에서 형성되는 제 1양자우물 반도체막이 하단으로부터 제 1양자우물 절연막, 제 1양자우물 반도체막, 제 1양자우물 절연막의 순서로 교대로 3개층 이상 적층된 구조로 형성된 제 1양자우물 구조층 및 상기 제 1양자우물 구조층의 상단 또는 하단에 p형 또는 n형 반도체 조성물로 형성된 제 1직결 반도체층을 포함하고, 상기 제 1직결 반도체층의 양 단 중 상기 제 1양자우물 구조층과 마주하는 일 단의 반대 단에는 도체 또는 부도체 조성물로 이루어진 층이 형성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 양자우물 구조가 반도체 pn 접합 구조의 상단 또는 하단에 형성된 태양전지에 관한 것이다.
탄소중립에 대한 필요성이 전 세계적으로 대두되는 가운데 안전하고 재생 가능하며 지속 가능한 청정에너지에 관한 관심이 커지고 있어, 이를 구현하기 위한 태양전지의 효율 향상과 생산성 향상에 대한 요구가 날로 증가하고 있다. 태양전지의 경우, 최근의 상업용 크기(274.3 cm2) 단결정 실리콘을 사용한 태양전지의 효율은 26.3%까지 증가하여 고효율화를 위한 태양전지 연구가 계속 진행되고 있다.
한편, 1.34eV의 에너지 밴드갭을 갖는 단일 접합 태양전지의 이론적인 최대 변환효율은 33.16% 라고 알려져 있다. 또한, 무한한 수의 접합을 갖는 태양전지일 때 이론적으로 산출된 효율은 86.8%까지 증가한다.
기존의 양자우물 구조의 태양전지는 양자우물 구조를 반도체의 pn 접합 사이에 삽입시키거나, 양자우물 구조를 태양전지 소자가 아닌 단순히 전극에 결합하는 구조로 되어 있었다. 이 때문에 기존에 개발된 태양전지 구조가 아닌 새로운 구조를 개발해야 하므로, 기존의 인프라를 활용하지 못하고, 최적화된 공정 조건을 다시 찾아야 하는 문제가 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 양자우물 구조가 기존에 개발되어 사용 중인 태양전지의 반도체 pn 접합 구조의 상단, 하단 또는 상하단 모두에 추가로 형성된 태양전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지는 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 두께의 범위에서 형성되는 제 1양자우물 절연막 및 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 폭의 범위에서 형성되는 제 1양자우물 반도체막이 하단으로부터 제 1양자우물 절연막, 제 1양자우물 반도체막, 제 1양자우물 절연막의 순서로 교대로 3개층 이상 적층된 구조로 형성된 제 1양자우물 구조층; 및 상기 제 1양자우물 구조층의 상단 또는 하단에 p형 또는 n형 반도체 조성물로 형성된 제 1직결 반도체층;을 포함하고, 상기 제 1직결 반도체층의 양 단 중 상기 제 1양자우물 구조층과 마주하는 일 단의 반대 단에는 도체 또는 부도체 조성물로 이루어진 층이 형성되며, 상기 제 1직결 반도체층은 인접하는 반도체층과 pn 접합을 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 제 1양자우물 구조층의 상단에 형성되어 태양광의 반사를 막는 반사 방지층; 상기 반사 방지층의 상단에 복수의 제 1금속막이 일정간격 이격되게 형성되어 전류를 흐르는 제 1금속층; 상기 제 1직결 반도체층의 하단에 형성되어 상기 제 1직결 반도체층과 pn 접합을 하는 p형 반도체 기판층; 및 상기 p형 반도체 기판층의 하단에 형성되어 전류를 흐르는 제 2금속층;을 더 포함하고, 상기 제 1직결 반도체층은 n형 반도체 조성물로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 제 1양자우물 구조층의 상단에 형성되어 태양광의 반사를 막는 반사 방지층; 상기 반사 방지층의 상단에 복수의 제 1금속막이 일정간격 이격되게 형성되어 전류를 흐르는 제 1금속층; 상기 제 1직결 반도체층의 하단에 형성되어 상기 제 1직결 반도체층과 pn 접합을 하는 n형 반도체 기판층; 및 상기 n형 반도체 기판층의 하단에 형성되어 전류를 흐르는 제 2금속층;을 더 포함하고, 상기 제 1직결 반도체층은 p형 반도체 조성물로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 제 1양자우물 구조층의 상단에 형성되어 태양광의 반사를 막는 반사 방지층; 상기 반사 방지층의 상단에 복수의 제 1금속막이 일정간격 이격되게 형성되어 전류를 흐르는 제 1금속층; 상기 제 1직결 반도체층의 하단에 형성되어 상기 제 1직결 반도체층과 pn 접합을 하는 p형 반도체 기판층; 상기 p형 반도체 기판층의 하단에 형성되어 광흡수하는 제 2양자우물 구조층; 및 상기 제 2양자우물 구조층의 하단에 형성되어 전류를 흐르는 제 2금속층;을 더 포함하고, 상기 제 1직결 반도체층은 n형 반도체 조성물로 형성되며, 상기 제 2양자우물 구조층은 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 두께의 범위에서 형성되는 제 2양자우물 절연막 및 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 폭의 범위에서 형성되는 제 2양자우물 반도체막이 하단으로부터 제 2양자우물 절연막, 제 2양자우물 반도체막, 제 2양자우물 절연막의 순서로 교대로 3개층 이상 적층된 구조로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 제 1양자우물 구조층의 상단에 형성되어 태양광의 반사를 막는 반사 방지층; 상기 반사 방지층의 상단에 복수의 제 1금속막이 일정간격 이격되게 형성되어 전류를 흐르는 제 1금속층; 상기 제 1직결 반도체층의 하단에 형성되어 상기 제 1직결 반도체층과 pn 접합을 하는 n형 반도체 기판층; 상기 n형 반도체 기판층의 하단에 형성되어 광흡수하는 제 2양자우물 구조층; 및 상기 제 2양자우물 구조층의 하단에 형성되어 전류를 흐르는 제 2금속층;을 더 포함하고, 상기 제 1직결 반도체층은 p형 반도체 조성물로 형성되며, 상기 제 2양자우물 구조층은 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 두께의 범위에서 형성되는 제 2양자우물 절연막 및 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 폭의 범위에서 형성되는 제 2양자우물 반도체막이 하단으로부터 제 2양자우물 절연막, 제 2양자우물 반도체막, 제 2양자우물 절연막의 순서로 교대로 3개층 이상 적층된 구조로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 제 1양자우물 구조층의 상단에 형성되어 태양광의 반사를 막는 반사 방지층; 상기 반사 방지층의 상단에 복수의 제 1금속막이 일정간격 이격되게 형성되어 전류를 흐르는 제 1금속층; 상기 제 1직결 반도체층의 내부에 일정간격 이격되게 형성된 복수의 제 2p형 또는 n형 반도체막; 상기 제 1직결 반도체층 및 제 2p형 또는 n형 반도체막의 하단에 형성되어 pn 접합을 하는 p형 또는 n형 반도체 기판층; 상기 p형 또는 n형 반도체 기판층의 하단에 형성된 이산화규소(SiO2) 박막층; 상기 이산화규소 박막층의 하단에 형성된 p 또는 n도핑(doping) 실리콘(Si) 박막층; 및 상기 p 또는 n도핑 실리콘 박막층의 하단에 형성되어 전류를 흐르는 제 2금속층;을 더 포함하고, 상기 제 1직결 반도체층은 p형 또는 n형 반도체 조성물로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 제 1양자우물 구조층의 상단에 형성되어 태양광의 반사를 막는 반사 방지층; 상기 제 1직결 반도체층의 하단에 형성되어 상기 제 1직결 반도체층과 pn 접합을 하고, 상기 제 1직결 반도체층과 접하는 면의 반대면 표면의 일정간격 이격된 요부(凹部)에 제 1p형 또는 n형 반도체막 및 제 1n형 또는 p형 반도체막이 형성된 p형 또는 n형 반도체 기판층; 상기 제 1p형 또는 n형 반도체막 및 제 1n형 또는 p형 반도체막의 하단에 복수의 제 2금속막이 형성되어 전류를 흐르는 제 2금속층; 및 상기 p형 또는 n형 반도체 기판층의 하단 중 상기 제 2금속막이 형성된 특정 부분 영역의 나머지 영역에 형성되어 상기 p형 또는 n형 반도체 기판층을 보호하는 패시베이션(passivation)층;을 더 포함하고, 상기 제 1직결 반도체층은 p형 또는 n형 반도체 조성물로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1양자우물 구조층, 제 1직결 반도체층 및 반사 방지층은, 텍스쳐(texture) 구조로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1양자우물 구조층 및 제 2양자우물 구조층에 포함된 제 1양자우물 절연막, 제 2양자우물 절연막, 제 1양자우물 반도체막 및 제 2양자우물 반도체막은, 단결정, 다결정 및 비정질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1양자우물 구조층 및 제 2양자우물 구조층은, 실리콘(Si) 또는 게르마늄(Ge)으로 이루어진 원소반도체 또는 갈륨비소(GaAs)로 이루어지는 화합물 반도체를 포함하는 반도체 pn접합구조에 직결 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1양자우물 구조층 및 제 2양자우물 구조층은, 두께변조에 의해 터널링 양자우물이 형성되어 가변형 에너지밴드갭이 됨으로써 단파장대의 흡수율이 증가되어 효율이 증대되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1양자우물 구조층 및 제 2양자우물 구조층이 상기 원소반도체 중 실리콘(Si)을 기판으로 사용하는 반도체 pn접합구조에 직결되는 경우, 상기 제 1양자우물 반도체막 및 제 2양자우물 반도체막은 최대전력이 얻어지는 파장인 500nm 근방의 태양광 파장에서 흡수되는 터널형 양자우물층의 반도체막 폭으로 설계되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1양자우물 구조층 및 제 2양자우물 구조층이 상기 원소반도체 중 게르마늄(Ge)을 기판으로 사용하는 반도체 pn접합구조에 직결되는 경우, 게르마늄(Ge)의 장파장대와, 가시광대 및 단파장대의 에너지를 흡수할 수 있는 가변형 에너지갭 양자우물구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반사 방지층은, 실리콘 나이트라이드(Si3N4) 또는 알루미늄 옥사이드(Al2O3)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 제 1양자우물 구조층의 상단에 형성되어 전기를 이동시키는 제 1투명 전극층; 상기 제 1투명 전극층의 상단에 복수의 제 1금속막이 일정간격 이격되게 형성되어 전류를 흐르는 제 1금속층; 상기 제 1직결 반도체층의 하단에 형성된 제 1진성 반도체층; 상기 제 1진성 반도체층의 하단에 형성된 n형 반도체 기판층; 상기 n형 반도체 기판층의 하단에 형성된 제 2진성 반도체층; 상기 제 2진성 반도체층의 하단에 형성된 제 2직결 반도체층; 상기 제 2직결 반도체층의 하단에 형성되어 광흡수하는 제 2양자우물 구조층; 상기 제 2양자우물 구조층의 하단에 형성되어 전기를 이동시키는 제 2투명 전극층; 및 상기 제 2투명 전극층의 하단에 복수의 제 2금속막이 일정간격 이격되게 형성되어 전류를 흐르는 제 2금속층;을 더 포함하고, 상기 제 1직결 반도체층은 p형 반도체 조성물로 형성되며, 상기 제 2직결 반도체층은 n형 반도체 조성물로 형성되고, 상기 제 2양자우물 구조층은 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 두께의 범위에서 형성되는 제 2양자우물 절연막 및 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 폭의 범위에서 형성되는 제 2양자우물 반도체막이 하단으로부터 제 2양자우물 절연막, 제 2양자우물 반도체막, 제 2양자우물 절연막의 순서로 교대로 3개층 이상 적층된 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제 1양자우물 구조층, 제 2양자우물 구조층, 제 1직결 반도체층, 제 2직결 반도체층, 제 1투명 전극층, 제 2투명 전극층, 제 1진성 반도체층 및 제 2진성 반도체층은 텍스쳐(texture) 구조로 형성되고, 상기 제 1양자우물 절연막, 제 2양자우물 절연막, 제 1양자우물 반도체막 및 제 2양자우물 반도체막은, 단결정, 다결정 및 비정질을 포함하며, 상기 제 1양자우물 구조층 및 제 2양자우물 구조층은, 실리콘(Si) 또는 게르마늄(Ge)으로 이루어진 원소반도체 또는 갈륨비소(GaAs)로 이루어지는 화합물 반도체를 포함하는 반도체 pn접합구조에 직결 가능하고, 상기 제 1투명 전극층 및 제 2투명 전극층은, 인-주석 산화물(Indium-Tin Oxide, ITO)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지는 에너지 밴드 다이어그램 분석 시 반도체와 절연체를 연속적으로 형성시켜 양자우물 구조의 구현 시, 투과손실 저감 및 단파장 손실 저감을 억제하여 이론적 변환효율의 한계를 뛰어넘을 수 있는 구조를 형성하는 효과가 있다. 또한, 기존의 pn 접합 구조의 중간에 양자우물 구조가 삽입되는 경우 공정이 복잡하게 될 가능성이 있었으며 pn 접합 계면에 악영향을 줄 가능성이 있었으나, 본 발명은 pn 접합 구조의 중간에 양자우물 구조를 삽입하는 구조에 비하여 공정이 단순하고 pn 접합 계면에 영향이 없다는 효과도 있다. 또한, 상부 전극이 터널링 양자우물 구조를 통하여 pn접합 에미터부까지 연결이 가능함에 따라 에미터 전극을 별도로 제작할 필요가 없으며, 이로인해 기존의 실버 페이스트를 이용한 고가 금속이 아닌 Cu, Al 등 저가의 금속으로 에미터 형성이 가능함에 따라 제조원가 절감이 가능하다. 그리고, 기존에 개발된 고효율 태양전지의 구조(PERC, PERL, TOPCon, HJT, IBC 등)에 모두 적용 가능하다는 효과도 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터널링 양자우물 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 p형 반도체 기판의 상단에 직결된 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 p형 반도체 기판의 상단에 직결된 태양전지에 있어서의 태양광이 조사되기 전후에 대한 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 n형 반도체 기판의 상단에 직결된 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 n형 반도체 기판의 상단에 직결된 태양전지에 있어서의 태양광이 조사되기 전후에 대한 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 p형 반도체 기판의 상단 및 하단에 모두 직결된 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 n형 반도체 기판의 상단 및 하단에 모두 직결된 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 티오피콘(TOPCon) 태양전지의 상단에 직결된 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 아이비씨(IBC) 태양전지의 상단에 직결된 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 헤테로졍션(Heterojunction) 태양전지의 상단에 직결된 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 p형 반도체 기판의 상단에 직결된 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 p형 반도체 기판의 상단에 직결된 태양전지에 있어서의 태양광이 조사되기 전후에 대한 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 n형 반도체 기판의 상단에 직결된 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 n형 반도체 기판의 상단에 직결된 태양전지에 있어서의 태양광이 조사되기 전후에 대한 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 p형 반도체 기판의 상단 및 하단에 모두 직결된 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 n형 반도체 기판의 상단 및 하단에 모두 직결된 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 티오피콘(TOPCon) 태양전지의 상단에 직결된 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 아이비씨(IBC) 태양전지의 상단에 직결된 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 헤테로졍션(Heterojunction) 태양전지의 상단에 직결된 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터널링 양자우물 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지(10)는 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 두께의 범위에서 형성되는 제 1양자우물 절연막(120) 및 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 폭의 범위에서 형성되는 제 1양자우물 반도체막(140)이 하단으로부터 제 1양자우물 절연막(120), 제 1양자우물 반도체막(140), 제 1양자우물 절연막(120)의 순서로 교대로 3개층 이상 적층된 구조로 형성된 제 1양자우물 구조층(100) 및 상기 제 1양자우물 구조층(100)의 상단 또는 하단에 p형 또는 n형 반도체 조성물로 형성된 제 1직결 반도체층(200)을 포함하고, 상기 제 1양자우물 구조층(100)을 기준으로 하여 상기 제 1직결 반도체층(200)의 반대 단에는 도체 또는 부도체 조성물로 이루어진 층이 형성되며, 상기 제 1직결 반도체층은 인접하는 반도체층과 pn 접합을 할 수 있다.
본 발명에 따른 양자우물 구조를 포함한 태양전지는 에너지갭의 증가 및 패시베이션 효과를 이용하는 양자우물 구조체를 기존에 개발된 태양전지 구조에 포함할 수 있다. 단결정 실리콘(Si)의 크기를 보어 반경(~ 5 nm)보다 더 작게 하면 양자구속이 일어날 수 있다. 이에 따라 에너지 밴드갭이 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 제 1양자우물 반도체막(140)으로 다결정 또는 비정질의 실리콘을 사용할 수 있다. 이 경우 에너지 밴드갭이 약 1.1ev부터 약 2.3 ev 까지 변화되어 기존의 태양전지에서보다 더 많은 단파장 영역대에서 태양광을 흡수할 수 있다. 이에 따라 태양전지 셀(cell)의 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 양자우물 부분에서 태양광 조사에 의한 ehp(electron hole pair)의 생생율은 터널링 확률 및 양자우물 폭의 변화에 따른 실효적 에너지 밴드갭에 의존할 수 있다.
터널링 확률은 하기와 같은 식으로 계산될 수 있다.
여기에서 T는 터널링 확률일 수 있다. 또한, d는 양자우물의 폭일 수 있다.
그리고, 에너지 밴드갭은 하기와 같은 식으로 계산될 수 있다.
여기에서 Eg는 에너지 밴드갭일 수 있다. 또한 d는 양자우물의 폭일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 p형 반도체 기판의 상단에 직결된 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 p형 반도체 기판의 상단에 직결된 태양전지에 있어서의 태양광이 조사되기 전후에 대한 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지(10)는 상기 제 1양자우물 구조층(100)의 상단에 형성되어 태양광의 반사를 막는 반사 방지층(300) 및 상기 반사 방지층(300)의 상단에 복수의 제 1금속막(420)이 일정간격 이격되게 형성되어 전류를 흐르는 제 1금속층(400)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1직결 반도체층(200)의 하단에 형성되어 상기 제 1직결 반도체층(200)과 pn 접합을 하는 p형 반도체 기판층(500) 및 상기 p형 반도체 기판층(500)의 하단에 형성되어 전류를 흐르는 제 2금속층(600)을 더 포함하고, 상기 제 1직결 반도체층(200)은 n형 반도체 조성물로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 반사 방지층(300)은, 실리콘 나이트라이드(Si3N4) 또는 알루미늄 옥사이드(Al2O3)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 p형 반도체 기판층(500)은 단결정 실리콘으로 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이, 양자우물 구조가 p형 반도체 기판의 상단에 직결된 태양전지에 있어서의 태양광이 조사되기 전후에 대한 에너지 밴드 다이어그램은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같으며, 여기서, QWs는 제 1양자우물 구조층이고, n+-sc는 제 1직결 반도체층이며, p-sc는 p형 반도체 기판층이고, w는 제 1양자우물 절연막의 두께이며, d는 제 1양자우물 반도체막의 폭이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 n형 반도체 기판의 상단에 직결된 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 n형 반도체 기판의 상단에 직결된 태양전지에 있어서의 태양광이 조사되기 전후에 대한 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지(10)는 상기 제 1양자우물 구조층(100)의 상단에 형성되어 태양광의 반사를 막는 반사 방지층(300) 및 상기 반사 방지층(300)의 상단에 복수의 제 1금속막(420)이 일정간격 이격되게 형성되어 전류를 흐르는 제 1금속층(400)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1직결 반도체층(200)의 하단에 형성되어 상기 제 1직결 반도체층(200)과 pn 접합을 하는 n형 반도체 기판층(520) 및 상기 n형 반도체 기판층(520)의 하단에 형성되어 전류를 흐르는 제 2금속층(600)을 더 포함하고, 상기 제 1직결 반도체층(200)은 p형 반도체 조성물로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 반사 방지층(300)은, 실리콘 나이트라이드(Si3N4) 또는 알루미늄 옥사이드(Al2O3)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 n형 반도체 기판층(520)은 단결정 실리콘으로 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이, 양자우물 구조가 n형 반도체 기판의 상단에 직결된 태양전지에 있어서의 태양광이 조사되기 전후에 대한 에너지 밴드 다이어그램은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같으며, 여기서, 여기서, QWs는 제 1양자우물 구조층이고, p+-sc는 제 1직결 반도체층이며, n-sc는 n형 반도체 기판층이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 p형 반도체 기판의 상단 및 하단에 모두 직결된 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지(10)는 상기 제 1양자우물 구조층(100)의 상단에 형성되어 태양광의 반사를 막는 반사 방지층(300) 및 상기 반사 방지층(300)의 상단에 복수의 제 1금속막(420)이 일정간격 이격되게 형성되어 전류를 흐르는 제 1금속층(400)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1직결 반도체층(200)의 하단에 형성되어 상기 제 1직결 반도체층(200)과 pn 접합을 하는 p형 반도체 기판층(500), 상기 p형 반도체 기판층(500)의 하단에 형성되어 광흡수하는 제 2양자우물 구조층(700) 및 상기 제 2양자우물 구조층(700)의 하단에 형성되어 전류를 흐르는 제 2금속층(600)을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제 1직결 반도체층(200)은 n형 반도체 조성물로 형성되며, 상기 제 2양자우물 구조층(700)은 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 두께의 범위에서 형성되는 제 2양자우물 절연막(720) 및 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 폭의 범위에서 형성되는 제 2양자우물 반도체막(740)이 하단으로부터 제 2양자우물 절연막(720), 제 2양자우물 반도체막(740), 제 2양자우물 절연막(720)의 순서로 교대로 3개층 이상 적층된 구조로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 반사 방지층(300)은, 실리콘 나이트라이드(Si3N4) 또는 알루미늄 옥사이드(Al2O3)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 p형 반도체 기판층(500)은 단결정 실리콘으로 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 n형 반도체 기판의 상단 및 하단에 모두 직결된 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지(10)는 상기 제 1양자우물 구조층(100)의 상단에 형성되어 태양광의 반사를 막는 반사 방지층(300) 및 상기 반사 방지층(300)의 상단에 복수의 제 1금속막(420)이 일정간격 이격되게 형성되어 전류를 흐르는 제 1금속층(400)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1직결 반도체층(200)의 하단에 형성되어 상기 제 1직결 반도체층(200)과 pn 접합을 하는 n형 반도체 기판층(520), 상기 n형 반도체 기판층(520)의 하단에 형성되어 광흡수하는 제 2양자우물 구조층(700) 및 상기 제 2양자우물 구조층(700)의 하단에 형성되어 전류를 흐르는 제 2금속층(600)을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제 1직결 반도체층(200)은 p형 반도체 조성물로 형성되며, 상기 제 2양자우물 구조층(700)은 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 두께의 범위에서 형성되는 제 2양자우물 절연막(720) 및 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 폭의 범위에서 형성되는 제 2양자우물 반도체막(740)이 하단으로부터 제 2양자우물 절연막(720), 제 2양자우물 반도체막(740), 제 2양자우물 절연막(720)의 순서로 교대로 3개층 이상 적층된 구조로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 반사 방지층(300)은, 실리콘 나이트라이드(Si3N4) 또는 알루미늄 옥사이드(Al2O3)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 n형 반도체 기판층(520)은 단결정 실리콘으로 형성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 티오피콘(TOPCon) 태양전지의 상단에 직결된 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지(10)는 상기 제 1양자우물 구조층(100)의 상단에 형성되어 태양광의 반사를 막는 반사 방지층(300) 및 상기 반사 방지층(300)의 상단에 복수의 제 1금속막(420)이 일정간격 이격되게 형성되어 전류를 흐르는 제 1금속층(400)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1직결 반도체층(200)의 내부에 일정간격 이격되게 형성된 복수의 제 2p형 반도체막(910), 상기 제 1직결 반도체층(200) 및 제 2p형 반도체막(910)의 하단에 형성되어 pn 접합을 하는 n형 반도체 기판층(520)을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 n형 반도체 기판층(520)의 하단에 형성된 이산화규소(SiO2) 박막층(930), 상기 이산화규소 박막층(930)의 하단에 형성된 p도핑(doping) 실리콘(Si) 박막층(940) 및 상기 p도핑 실리콘 박막층(940)의 하단에 형성되어 전류를 흐르는 제 2금속층(600)을 더 포함하고, 상기 제 1직결 반도체층(200)은 p형 반도체 조성물로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 반사 방지층(300)은, 실리콘 나이트라이드(Si3N4) 또는 알루미늄 옥사이드(Al2O3)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 n형 반도체 기판층(520)은 단결정 실리콘으로 형성될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 아이비씨(IBC) 태양전지의 상단에 직결된 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지(10)는 상기 제 1양자우물 구조층(100)의 상단에 형성되어 태양광의 반사를 막는 반사 방지층(300)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1직결 반도체층(200)의 하단에 형성되어 상기 제 1직결 반도체층(200)과 pn 접합을 하고, 상기 제 1직결 반도체층(200)과 접하는 면의 반대면 표면의 일정간격 이격된 요부(凹部)에 제 1p형 반도체막(900) 및 제 1n형 반도체막(920)이 형성된 n형 반도체 기판층(520)을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제 1p형 반도체막(900) 및 제 1n형 반도체막(920)의 하단에 복수의 제 2금속막(620)이 형성되어 전류를 흐르는 제 2금속층(600) 및 상기 n형 반도체 기판층(520)의 하단 중 상기 제 2금속막(620)이 형성된 특정 부분 영역의 나머지 영역에 형성되어 상기 n형 반도체 기판층(520)을 보호하는 패시베이션(passivation)층(970)을 더 포함하고, 상기 제 1직결 반도체층(200)은 p형 반도체 조성물로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 반사 방지층(300)은, 실리콘 나이트라이드(Si3N4) 또는 알루미늄 옥사이드(Al2O3)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 n형 반도체 기판층(520)은 단결정 실리콘으로 형성될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자우물 구조가 헤테로졍션(Heterojunction) 태양전지의 상단에 직결된 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지(10)는 상기 제 1양자우물 구조층(100)의 상단에 형성되어 전기를 이동시키는 제 1투명 전극층(820) 및 상기 제 1투명 전극층(820)의 상단에 복수의 제 1금속막(420)이 일정간격 이격되게 형성되어 전류를 흐르는 제 1금속층(400)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1직결 반도체층(200)의 하단에 형성된 제 1진성 반도체(i형 반도체)층(950), 상기 제 1진성 반도체층의 하단에 형성된 n형 반도체 기판층(520)을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 n형 반도체 기판층(520)의 하단에 형성된 제 2진성 반도체층(960) 및 상기 제 2진성 반도체층의 하단에 형성된 제 2직결 반도체층(800)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2직결 반도체층(800)의 하단에 형성되어 광흡수하는 제 2양자우물 구조층(700), 상기 제 2양자우물 구조층(700)의 하단에 형성되어 전기를 이동시키는 제 2투명 전극층(840) 및 상기 제 2투명 전극층(840)의 하단에 복수의 제 2금속막(620)이 일정간격 이격되게 형성되어 전류를 흐르는 제 2금속층(600)을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제 1직결 반도체층(200)은 p형 반도체 조성물로 형성되며, 상기 제 2직결 반도체층(800)은 n형 반도체 조성물로 형성되고, 상기 제 2양자우물 구조층(700)은 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 두께의 범위에서 형성되는 제 2양자우물 절연막(720) 및 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 폭의 범위에서 형성되는 제 2양자우물 반도체막(740)이 하단으로부터 제 2양자우물 절연막(720), 제 2양자우물 반도체막(740), 제 2양자우물 절연막(720)의 순서로 교대로 3개층 이상 적층된 구조로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 n형 반도체 기판층(520)은 단결정 실리콘으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 제 1양자우물 구조층(100), 제 2양자우물 구조층(700), 제 1직결 반도체층(200), 제 2직결 반도체층(800), 제 1투명 전극층(820), 제 2투명 전극층(840), 제 1진성 반도체층(950) 및 제 2진성 반도체층(960)은 텍스쳐(texture) 구조로 형성될 수 있다.
텍스쳐 구조란 표면에 굴곡이 있는 구조를 뜻한다.
태양전지는 최대한 많은 양의 태양광을 태양전지 셀(cell)의 내부로 흡수하여야 효율을 크게 할 수 있다. 태양전지 셀 표면에 태양광이 흡수되는 면적이 클수록 흡수되는 태양광의 양이 많아질 수 있다. 따라서 태양전지 셀 표면적을 최대한 넓히기 위하여 태양전지 셀의 표면에 굴곡이 있는 텍스쳐 구조를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시에에 따르면 상기 제 1양자우물 구조층(100) 및 제 2양자우물 구조층(700)에 포함된 제 1양자우물 절연막(120), 제 2양자우물 절연막(720), 제 1양자우물 반도체막(140) 및 제 2양자우물 반도체막(740)은, 단결정, 다결정 및 비정질을 포함할 수 있다.
고가의 단결정 반도체 뿐만 아니라, 비교적 저렴한 다결정 및 비정질 반도체를 이용할 수 있으므로 태양전지의 생산 비용을 절감할 수 있다.
또한, 상기 제 1양자우물 구조층(100) 및 제 2양자우물 구조층(700)은 원소 반도체 및 화합물 반도체 등 다양한 종류의 반도체에 직결할 수 있다.
원소 반도체란 실리콘(Si) 또는 게르마늄(Ge)과 같이 하나의 원소로 형성된 반도체를 말한다.
화합물 반도체란 GaAs 반도체와 같이 두 개 이상의 원소로 형성된 반도체를 말한다.
상기 제 1양자우물 구조층(100) 및 제 2양자우물 구조층(700)이 원소반도체 중 대부분의 상용화된 태양전지인 실리콘(Si)을 기판으로 사용하는 태양전지와 직결할 때에는 실험적으로 최대전력이 얻어지는 파장(500nm 근방의 태양광 파장)에서 흡수되는 터널형 양자우물층의 반도체 폭(d)으로 설계될 수 있다.
또한, 제 1양자우물 구조층(100) 및 제 2양자우물 구조층(700)이 원소반도체 중 게르마늄(Ge)과 같은 에너지밴드갭이 작은 반도체를 기판으로 사용하는 태양전지와 직결할 때에는 게르마늄(Ge)의 장파장대와 그 위에 가시광대 및 단파장대의 에너지를 흡수할 수 있는 가변형 에너지갭 양자우물구조를 포함할 수 있다.
아울러, 상기 제 1양자우물 구조층(100) 및 제 2양자우물 구조층(700)은 양자우물의 두께를 변화시켜 가면서 터널링 양자우물을 형성시켜 가변형 에너지밴드갭이 됨으로써 단파장대의 흡수율이 증가되어 효율이 증대될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 제 1양자우물 구조층 및 제 2양자우물 구조층을 기존 태양전지 구조의 상단, 하단 또는 상하단 모두에 형성할 수 있으므로 태양전지의 구조 또는 물성과 관계없이 제 1양자우물 구조층 및 제 2양자우물 구조층이 형성된 태양전지 셀을 제작할 수 있다.
본 발명에 따르면 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지는 에너지 밴드 다이어그램 분석 시 반도체와 절연체를 연속적으로 형성시켜 양자우물 구조의 구현 시, 투과손실 저감 및 단파장 손실 저감을 억제하여 이론적 변환효율의 한계를 뛰어넘을 수 있는 구조를 형성하는 효과가 있다. 또한, 기존의 pn 접합 구조의 중간에 양자우물 구조가 삽입되는 경우 공정이 복잡하게 될 가능성이 있었으며 pn 접합 계면에 악영향을 줄 가능성이 있었으나, 본 발명은 pn 접합 구조의 중간에 양자우물 구조를 삽입하는 구조에 비하여 공정이 단순하고 pn 접합 계면에 영향이 없다는 효과도 있다. 또한, 상부 전극이 터널링 양자우물 구조를 통하여 pn접합 에미터부까지 연결이 가능함에 따라 에미터 전극을 별도로 제작할 필요가 없으며, 이로인해 기존의 실버 페이스트를 이용한 고가 금속이 아닌 Cu, Al 등 저가의 금속으로 에미터 형성이 가능함에 따라 제조원가 절감이 가능하다. 그리고, 기존에 개발된 고효율 태양전지의 구조에 모두 적용 가능하다는 효과도 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
100: 제 1양자우물 구조층
120: 제 1양자우물 절연막 140 : 제 1양자우물 반도체막
200: 제 1직결 반도체층
300: 반사 방지층
400: 제 1금속층
420: 제 1금속막
500: p형 반도체 기판층
520: n형 반도체 기판층
600: 제 2금속층
620: 제 2금속막
700: 제 2양자우물 구조층
720: 제 2양자우물 절연막 740: 제 2양자우물 반도체막
800: 제 2직결 반도체층
820: 제 1투명 전극층 840: 제 2투명 전극층
900: 제 1p형 반도체 막 910: 제 2p형 반도체 막
920: 제 1n형 반도체 막 930: 이산화규소(SiO2) 박막층
940: p도핑 실리콘(Si) 박막층 950: 제 1진성 반도체층
960: 제 2진성 반도체층 970: 패시베이션층
10: 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지
120: 제 1양자우물 절연막 140 : 제 1양자우물 반도체막
200: 제 1직결 반도체층
300: 반사 방지층
400: 제 1금속층
420: 제 1금속막
500: p형 반도체 기판층
520: n형 반도체 기판층
600: 제 2금속층
620: 제 2금속막
700: 제 2양자우물 구조층
720: 제 2양자우물 절연막 740: 제 2양자우물 반도체막
800: 제 2직결 반도체층
820: 제 1투명 전극층 840: 제 2투명 전극층
900: 제 1p형 반도체 막 910: 제 2p형 반도체 막
920: 제 1n형 반도체 막 930: 이산화규소(SiO2) 박막층
940: p도핑 실리콘(Si) 박막층 950: 제 1진성 반도체층
960: 제 2진성 반도체층 970: 패시베이션층
10: 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지
Claims (16)
- 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 두께의 범위에서 형성되는 제 1양자우물 절연막 및 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 폭의 범위에서 형성되는 제 1양자우물 반도체막이 하단으로부터 제 1양자우물 절연막, 제 1양자우물 반도체막, 제 1양자우물 절연막의 순서로 교대로 3개층 이상 적층된 구조로 형성된 제 1양자우물 구조층; 및
상기 제 1양자우물 구조층의 상단 또는 하단에 p형 또는 n형 반도체 조성물로 형성된 제 1직결 반도체층;을 포함하고,
상기 제 1직결 반도체층의 양 단 중 상기 제 1양자우물 구조층과 마주하는 일 단의 반대 단에는 도체 또는 부도체 조성물로 이루어진 층이 형성되며,
상기 제 1직결 반도체층은 인접하는 반도체층과 pn 접합을 하는 것을 특징으로 하는 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1양자우물 구조층의 상단에 형성되어 태양광의 반사를 막는 반사 방지층;
상기 반사 방지층의 상단에 복수의 제 1금속막이 일정간격 이격되게 형성되어 전류를 흐르는 제 1금속층;
상기 제 1직결 반도체층의 하단에 형성되어 상기 제 1직결 반도체층과 pn 접합을 하는 p형 반도체 기판층; 및
상기 p형 반도체 기판층의 하단에 형성되어 전류를 흐르는 제 2금속층;을 더 포함하고,
상기 제 1직결 반도체층은 n형 반도체 조성물로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1양자우물 구조층의 상단에 형성되어 태양광의 반사를 막는 반사 방지층;
상기 반사 방지층의 상단에 복수의 제 1금속막이 일정간격 이격되게 형성되어 전류를 흐르는 제 1금속층;
상기 제 1직결 반도체층의 하단에 형성되어 상기 제 1직결 반도체층과 pn 접합을 하는 n형 반도체 기판층; 및
상기 n형 반도체 기판층의 하단에 형성되어 전류를 흐르는 제 2금속층;을 더 포함하고,
상기 제 1직결 반도체층은 p형 반도체 조성물로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1양자우물 구조층의 상단에 형성되어 태양광의 반사를 막는 반사 방지층;
상기 반사 방지층의 상단에 복수의 제 1금속막이 일정간격 이격되게 형성되어 전류를 흐르는 제 1금속층;
상기 제 1직결 반도체층의 하단에 형성되어 상기 제 1직결 반도체층과 pn 접합을 하는 p형 반도체 기판층;
상기 p형 반도체 기판층의 하단에 형성되어 광흡수하는 제 2양자우물 구조층; 및
상기 제 2양자우물 구조층의 하단에 형성되어 전류를 흐르는 제 2금속층;을 더 포함하고,
상기 제 1직결 반도체층은 n형 반도체 조성물로 형성되며,
상기 제 2양자우물 구조층은 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 두께의 범위에서 형성되는 제 2양자우물 절연막 및 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 폭의 범위에서 형성되는 제 2양자우물 반도체막이 하단으로부터 제 2양자우물 절연막, 제 2양자우물 반도체막, 제 2양자우물 절연막의 순서로 교대로 3개층 이상 적층된 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1양자우물 구조층의 상단에 형성되어 태양광의 반사를 막는 반사 방지층;
상기 반사 방지층의 상단에 복수의 제 1금속막이 일정간격 이격되게 형성되어 전류를 흐르는 제 1금속층;
상기 제 1직결 반도체층의 하단에 형성되어 상기 제 1직결 반도체층과 pn 접합을 하는 n형 반도체 기판층;
상기 n형 반도체 기판층의 하단에 형성되어 광흡수하는 제 2양자우물 구조층; 및
상기 제 2양자우물 구조층의 하단에 형성되어 전류를 흐르는 제 2금속층;을 더 포함하고,
상기 제 1직결 반도체층은 p형 반도체 조성물로 형성되며,
상기 제 2양자우물 구조층은 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 두께의 범위에서 형성되는 제 2양자우물 절연막 및 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 폭의 범위에서 형성되는 제 2양자우물 반도체막이 하단으로부터 제 2양자우물 절연막, 제 2양자우물 반도체막, 제 2양자우물 절연막의 순서로 교대로 3개층 이상 적층된 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1양자우물 구조층의 상단에 형성되어 태양광의 반사를 막는 반사 방지층;
상기 반사 방지층의 상단에 복수의 제 1금속막이 일정간격 이격되게 형성되어 전류를 흐르는 제 1금속층;
상기 제 1직결 반도체층의 내부에 일정간격 이격되게 형성된 복수의 제 2p형 반도체막;
상기 제 1직결 반도체층 및 제 2p형 반도체막의 하단에 형성되어 pn 접합을 하는 n형 반도체 기판층;
상기 n형 반도체 기판층의 하단에 형성된 이산화규소(SiO2) 박막층;
상기 이산화규소 박막층의 하단에 형성된 p도핑(doping) 실리콘(Si) 박막층; 및
상기 p도핑 실리콘 박막층의 하단에 형성되어 전류를 흐르는 제 2금속층;을 더 포함하고,
상기 제 1직결 반도체층은 p형 반도체 조성물로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1양자우물 구조층의 상단에 형성되어 태양광의 반사를 막는 반사 방지층;
상기 제 1직결 반도체층의 하단에 형성되어 상기 제 1직결 반도체층과 pn 접합을 하고, 상기 제 1직결 반도체층과 접하는 면의 반대면 표면의 일정간격 이격된 요부(凹部)에 제 1p형 반도체막 및 제 1n형 반도체막이 형성된 n형 반도체 기판층;
상기 제 1p형 반도체막 및 제 1n형 반도체막의 하단에 복수의 제 2금속막이 형성되어 전류를 흐르는 제 2금속층; 및
상기 n형 반도체 기판층의 하단 중 상기 제 2금속막이 형성된 특정 부분 영역의 나머지 영역에 형성되어 상기 n형 반도체 기판층을 보호하는 패시베이션(passivation)층;을 더 포함하고,
상기 제 1직결 반도체층은 p형 반도체 조성물로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지.
- 제 2항 내지 제 7항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제 1양자우물 구조층, 제 1직결 반도체층 및 반사 방지층은,
텍스쳐(texture) 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지.
- 제 4항 또는 제5항에 있어서,
상기 제 1양자우물 구조층 및 제 2양자우물 구조층에 포함된 제 1양자우물 절연막, 제 2양자우물 절연막, 제 1양자우물 반도체막 및 제 2양자우물 반도체막은,
단결정, 다결정 및 비정질을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지.
- 제 9항에 있어서,
상기 제 1양자우물 구조층 및 제 2양자우물 구조층은,
실리콘(Si) 또는 게르마늄(Ge)으로 이루어진 원소반도체 또는 갈륨비소(GaAs)로 이루어지는 화합물 반도체를 포함하는 반도체 pn접합구조에 직결 가능한 것을 특징으로 하는 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지.
- 제 9항에 있어서,
상기 제 1양자우물 구조층 및 제 2양자우물 구조층은,
두께변조에 의해 터널링 양자우물이 형성되어 가변형 에너지밴드갭이 됨으로써 단파장대의 흡수율이 증가되어 효율이 증대되는 것을 특징으로 하는 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지.
- 제 10항에 있어서,
상기 제 1양자우물 구조층 및 제 2양자우물 구조층이 상기 원소반도체 중 실리콘(Si)을 기판으로 사용하는 반도체 pn접합구조에 직결되는 경우,
상기 제 1양자우물 반도체막 및 제 2양자우물 반도체막은 최대전력이 얻어지는 파장인 500nm 근방의 태양광 파장에서 흡수되는 터널형 양자우물층의 반도체막 폭으로 설계되는 것을 특징으로 하는 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지.
- 제 10항에 있어서,
상기 제 1양자우물 구조층 및 제 2양자우물 구조층이 상기 원소반도체 중 게르마늄(Ge)을 기판으로 사용하는 반도체 pn접합구조에 직결되는 경우,
게르마늄(Ge)의 장파장대와, 가시광대 및 단파장대의 에너지를 흡수할 수 있는 가변형 에너지갭 양자우물구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지.
- 제 8항에 있어서,
상기 반사 방지층은,
실리콘 나이트라이드(Si3N4) 또는 알루미늄 옥사이드(Al2O3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1양자우물 구조층의 상단에 형성되어 전기를 이동시키는 제 1투명 전극층;
상기 제 1투명 전극층의 상단에 복수의 제 1금속막이 일정간격 이격되게 형성되어 전류를 흐르는 제 1금속층;
상기 제 1직결 반도체층의 하단에 형성된 제 1진성 반도체층;
상기 제 1진성 반도체층의 하단에 형성된 n형 반도체 기판층;
상기 n형 반도체 기판층의 하단에 형성된 제 2진성 반도체층;
상기 제 2진성 반도체층의 하단에 형성된 제 2직결 반도체층;
상기 제 2직결 반도체층의 하단에 형성되어 광흡수하는 제 2양자우물 구조층;
상기 제 2양자우물 구조층의 하단에 형성되어 전기를 이동시키는 제 2투명 전극층; 및
상기 제 2투명 전극층의 하단에 복수의 제 2금속막이 일정간격 이격되게 형성되어 전류를 흐르는 제 2금속층;을 더 포함하고,
상기 제 1직결 반도체층은 p형 반도체 조성물로 형성되며,
상기 제 2직결 반도체층은 n형 반도체 조성물로 형성되고,
상기 제 2양자우물 구조층은 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 두께의 범위에서 형성되는 제 2양자우물 절연막 및 0.5 nm 이상 5 nm 이하의 폭의 범위에서 형성되는 제 2양자우물 반도체막이 하단으로부터 제 2양자우물 절연막, 제 2양자우물 반도체막, 제 2양자우물 절연막의 순서로 교대로 3개층 이상 적층된 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지.
- 제 15항에 있어서,
상기 제 1양자우물 구조층, 제 2양자우물 구조층, 제 1직결 반도체층, 제 2직결 반도체층, 제 1투명 전극층, 제 2투명 전극층, 제 1진성 반도체층 및 제 2진성 반도체층은 텍스쳐(texture) 구조로 형성되고,
상기 제 1양자우물 절연막, 제 2양자우물 절연막, 제 1양자우물 반도체막 및 제 2양자우물 반도체막은, 단결정, 다결정 및 비정질을 포함하며,
상기 제 1양자우물 구조층 및 제 2양자우물 구조층은,
실리콘(Si) 또는 게르마늄(Ge)으로 이루어진 원소반도체 또는 갈륨비소(GaAs)로 이루어지는 화합물 반도체를 포함하는 반도체 pn접합구조에 직결 가능하고,
상기 제 1투명 전극층 및 제 2투명 전극층은,
인-주석 산화물(Indium-Tin Oxide, ITO)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 pn 접합구조와 직결된 터널링 양자우물 구조의 태양전지.
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