KR102625556B1 - Transparent solar cells with multilayer front electrodes and their manufacturing methods - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중층의 전면전극을 갖는 투명태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 인듐주석산화물을 포함하는 전면전극에 금속층을 삽입함으로써 가시광선에서 양호한 투명성을 유지하면서도 발전효율을 개선시킬 수 있는 투명태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a transparent solar cell having a multi-layer front electrode and a method of manufacturing the same. A transparent solar cell capable of improving power generation efficiency while maintaining good transparency in visible light by inserting a metal layer into the front electrode containing indium tin oxide. It's about solar cells.
Description
본 발명은 다중층의 전면전극을 갖는 투명태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 인듐주석산화물을 포함하는 전면전극에 금속층을 삽입함으로써 가시광선에서 양호한 투명성을 유지하면서도 발전효율을 개선시킬 수 있는, 다중층의 전면전극을 갖는 투명태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a transparent solar cell having a multi-layer front electrode and a method of manufacturing the same, which can improve power generation efficiency while maintaining good transparency in visible light by inserting a metal layer into the front electrode containing indium tin oxide. It relates to a transparent solar cell having a multi-layer front electrode and a method of manufacturing the same.
온실 효과로 인한 지구온난화 현상은 지구상에서 살아온 인류에게 심각한 위협으로 다가오고 있다. 과거의 에너지 생산은 주로 석탄, 석유 및 천연가스 등의 화석연료를 사용해왔고 이러한 화석연료의 사용은 온실 가스(greenhouse gas)의 생성을 필연적으로 동반해왔다. 이러한 온실 가스는 해수면 상승 및 자외선의 필터링을 담당하는 오존의 파괴를 불러일으켜왔다. 이러한 온실 가스의 증가로 인해서 인류는 살아갈 대지의 면적의 부족과 숨쉴 산소의 부족을 겪고 있다. 나아가, 과도한 자외선 복사가 인간의 신체에 직접 닿게 되어 피부의 변색, 면역 기능 감소, 광 피부 노화 및 피부암 등의 심각한 위험을 불러일으킨다. 이러한 문제로 풍력, 수력, 원자력 및 해양에너지 등과 같이 친환경적이고 지속가능한 발전을 가능할 수 있게 하는 신재생 에너지 자원의 필요성이 대두되고 있다. 태양 전지(solar cell)에 의한 태양에너지는 가장 광범위하고 쉽게 구할 수 있는 청정 에너지 자원으로 온실 가스의 생산 없이 발전할 수 있는 가장 궁극적인 형태 중 하나이다. 태양 전지로 대표되는 태양광 모듈은 전기자동차, 건물, 차량, 전자기기 및 방산기기 등 다양한 분야에서 응용되어 활용되고 있다. 그러나 이런 수많은 응용분야에도 불구하고 기존의 태양광 모듈은 대부분 검은색 계통의 불투명재질이기 때문에 사용자의 시야를 차단하는 문제점이 있고 광투과성이 필요한 스마트윈도우와 같은 장치에 활용하기 난해한 문제점이 있었다. 따라서 이런 단점을 보완한 투명하면서도 고효율의 에너지를 생산할 수 있는 투명 태양광 패널 및 투명 태양광 전지에 대한 연구에 대한 필요성이 대두되고 있다. 투명태양전지는 가시 광선에서 높은 투명성을 갖는 태양전지로 사용자는 투명태양전지의 존재를 크게 인식하지 않으면서도 특정 모듈에서 전기 에너지를 생성할 수 있다.Global warming caused by the greenhouse effect poses a serious threat to humanity living on Earth. Energy production in the past has mainly used fossil fuels such as coal, oil, and natural gas, and the use of these fossil fuels has inevitably been accompanied by the creation of greenhouse gases. These greenhouse gases have caused sea levels to rise and the destruction of ozone, which is responsible for filtering ultraviolet rays. Due to this increase in greenhouse gases, humanity is experiencing a shortage of land to live on and a shortage of oxygen to breathe. Furthermore, excessive ultraviolet radiation reaches the human body directly, causing serious risks such as skin discoloration, decreased immune function, photo-skin aging, and skin cancer. Due to these problems, the need for new and renewable energy resources that enable eco-friendly and sustainable development, such as wind power, hydropower, nuclear power, and marine energy, is emerging. Solar energy from solar cells is the most widespread and easily available clean energy resource and is one of the ultimate forms of power generation without producing greenhouse gases. Solar modules, represented by solar cells, are applied and utilized in various fields such as electric vehicles, buildings, vehicles, electronic devices, and defense equipment. However, despite these numerous application fields, most existing solar modules are made of black, opaque materials, which blocks the user's view and makes them difficult to use in devices such as smart windows that require light transparency. Therefore, there is an emerging need for research into transparent solar panels and transparent solar cells that can produce transparent and highly efficient energy that compensate for these shortcomings. A transparent solar cell is a solar cell that has high transparency in visible light and allows users to generate electrical energy from a specific module without being significantly aware of the existence of the transparent solar cell.
파장에 있어서, 가시광선은 무지개색을 가지며, 이는 태양 스펙트럼의 에너지 양의 약 50 %를 차지한다. 사람의 눈은 가시광선을 볼 수 있지만 자외선(UV) 또는 적외선(IR)과 같은 단파장 또는 장파장 조명을 보지는 못한다. 상대적으로 긴 파장을 갖는 적외선(IR) 광은 광자 에너지가 적고 태양전지에서의 전력생성은 비효율적이다. 그러나, 상대적으로 짧은 파장을 갖는 자외선(UV) 광은 높은 광자 에너지를 가지고, 또한 눈 질환과 피부암 등을 야기할 수도 있다. In terms of wavelength, visible light has a rainbow of colors, which accounts for about 50% of the energy content of the solar spectrum. The human eye can see visible light, but cannot see short- or long-wavelength light, such as ultraviolet (UV) or infrared (IR). Infrared (IR) light, which has a relatively long wavelength, has low photon energy and power generation in solar cells is inefficient. However, ultraviolet (UV) light with a relatively short wavelength has high photon energy and may also cause eye diseases and skin cancer.
따라서, 강한 자외선(UV)광의 흡수는 태양전지의 발전에 있어서는 효과적이고, 사람의 건강 및 물질에 대한 자외선으로 유도되는 손상을 제거하거나 감소시킬 수 있는 이점이 있다.Therefore, absorption of strong ultraviolet (UV) light is effective in the power generation of solar cells and has the advantage of eliminating or reducing damage induced by ultraviolet rays to human health and materials.
한편, 태양복사에너지에서 높은 에너지를 갖는 광자의 비율은 약 7%정도로 전체 스펙트럼에서 차지하는 비율이 상대적으로 낮다. 따라서, 고효율의 전력 에너지를 생산하기 위해서는 전체 태양복사스펙트럼에서 높은 에너지를 갖는 광자만을 검출할 필요성이 있다. 이에 대해 종래에는 유기물 소재 또는 페로브스카이트 소재를 활용한 태양전지에 대한 연구가 진행되어 왔다. 그러나 상기 소재를 기반으로 한 태양전지는 장치의 안정성을 보장할 수 없어 기상환경에 제약을 받을 수밖에 없었고 광범위한 면적에 대한 발전효율을 보장할 수 없었다. 이런 단점을 개선하고자 최근에는 반도체를 활용한 금속산화물 기반 투명태양전지에 연구가 진행되고 있고 광 흡수 물질의 개선을 통한 투명태양전지의 전력효율 향상에 대한 필요성 또한 대두되고 있다.Meanwhile, the proportion of photons with high energy in solar radiation energy is about 7%, which is a relatively low proportion of the entire spectrum. Therefore, in order to produce highly efficient power energy, there is a need to detect only photons with high energy in the entire solar radiation spectrum. In relation to this, research has been conducted on solar cells using organic materials or perovskite materials. However, solar cells based on the above materials could not guarantee the stability of the device, so they were limited by the weather environment and could not guarantee power generation efficiency over a wide area. To improve these shortcomings, research has recently been conducted on metal oxide-based transparent solar cells using semiconductors, and the need to improve the power efficiency of transparent solar cells by improving light absorption materials is also emerging.
또한 태양전지가 스마트윈도우, 건물 및 차량에 응용되어 활용되기 위해서는 투명하거나 사용자의 목적에 부합하는 색상이거나 주변 환경과 어우러지는 색상을 갖는 것이 필수적이다. 그러나 종래의 태양전지는 고효율의 전력생산을 위하여 검은색 계열의 불투명 재질을 사용함으로써 사용자 시야를 차단하는 문제점과 주변환경과 어울리지 못하는 문제점이 있었고 이로 인해 광투과성이 필요한 스마트윈도우나 빌딩 및 차량에 응용되기 난해한 문제점이 있었다. Additionally, in order for solar cells to be applied and utilized in smart windows, buildings, and vehicles, it is essential that they are transparent, have a color that matches the user's purpose, or have a color that blends in with the surrounding environment. However, conventional solar cells used black, opaque materials for high-efficiency power production, which had the problem of blocking the user's view and not being compatible with the surrounding environment. As a result, they were not applied to smart windows, buildings, and vehicles that require light transparency. There was a problem that made it difficult to achieve.
따라서, 전력변환 효율성 향상과 함께 투명하거나 목적에 부합하는 적절한 색상을 가질 수 투명태양전지에 대한 새로운 연구 및 개발에 대한 필요성이 대두되고 있다.Therefore, there is an emerging need for new research and development on transparent solar cells that can improve power conversion efficiency and be transparent or have an appropriate color to suit the purpose.
본 발명의 목적은 인듐주석산화물을 포함하는 전면전극에 금속층을 삽입함으로써 가시광선에서 양호한 투명성을 유지하면서도 발전효율을 개선시킬 수 있는 다중층의 전면전극을 갖는 투명태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The object of the present invention is to provide a transparent solar cell having a multi-layer front electrode that can improve power generation efficiency while maintaining good transparency in visible light by inserting a metal layer into the front electrode containing indium tin oxide, and a method of manufacturing the same. The purpose is to
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는, 다중층의 전면전극을 갖는 투명태양전지로서, FTO를 포함하는 투명전극을 포함하는 유리기판; 상기 유리기판 위에 배치되는 광흡수층; 상기 광흡수층 위에 배치되는 하부ITO층; 상기 하부ITO층 위에 배치되는 금속박막층; 및 상기 금속박막층 위에 배치되는 상부ITO층을 포함하는, 투명태양전지를 제공한다. In order to solve the above problems, in one embodiment of the present invention, there is provided a transparent solar cell having a multi-layer front electrode, comprising: a glass substrate including a transparent electrode including FTO; a light absorption layer disposed on the glass substrate; a lower ITO layer disposed on the light absorption layer; A metal thin film layer disposed on the lower ITO layer; and an upper ITO layer disposed on the metal thin film layer.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 상부ITO층과 상기 하부ITO층은 10 내지 500nm의 두께 범위를 갖고, 상기 금속박막층은 1 내지 100 nm의 두께 범위를 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the upper ITO layer and the lower ITO layer may have a thickness range of 10 to 500 nm, and the metal thin film layer may have a thickness range of 1 to 100 nm.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 상부ITO층과 상기 하부ITO층의 두께는 1:1 내지 1:100의 비율을 갖고, 상기 금속박막층과의 두께는 상기 상부ITO층과 상기 하부ITO층의 두께의 합산값과 1:5 내지 1:1000의 비율을 가질 수 있다. In one embodiment of the present invention, the thickness of the upper ITO layer and the lower ITO layer has a ratio of 1:1 to 1:100, and the thickness of the metal thin film layer is the thickness of the upper ITO layer and the lower ITO layer. It may have a ratio of 1:5 to 1:1000 with the sum of the values.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 광흡수층은 박막 반도체 및 2D물질을 포함하고, 상기 박막 반도체는 실리콘을 포함하고, 상기 2D물질은 SnS를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the light absorption layer may include a thin film semiconductor and a 2D material, the thin film semiconductor may include silicon, and the 2D material may include SnS.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 금속박막층은 Ni, Ag, Co, Pd를 포함하는 금속물질을 포함하고, 상기 금속박막층의 두께는 1 내지 100 두께 범위를 가질 수 있다. In one embodiment of the present invention, the metal thin film layer includes a metal material including Ni, Ag, Co, and Pd, and the thickness of the metal thin film layer may range from 1 to 100.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 투명태양전지는 400 내지 800nm의 파장의 범위를 갖는 광에 대하여 40% 이상의 투과율을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the transparent solar cell may have a transmittance of 40% or more for light having a wavelength range of 400 to 800 nm.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예는, 다중층의 전면전극을 갖는 투명태양전지의 제조방법으로서, FTO를 포함하는 투명전극을 포함하는 유리기판을 배치하는 단계; 상기 유리기판 위에 배치되는 광흡수층을 배치하는 단계; 상기 광흡수층 위에 배치되는 하부ITO층을 배치하는 단계; 상기 하부ITO층 위에 배치되는 금속박막층을 배치하는 단계; 및 상기 금속박막층 위에 배치되는 상부ITO층을 배치하는 단계;를 포함하는 투명태양전지의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above problems, an embodiment of the present invention provides a method of manufacturing a transparent solar cell having a multi-layer front electrode, comprising the steps of disposing a glass substrate including a transparent electrode including FTO; disposing a light absorption layer disposed on the glass substrate; Disposing a lower ITO layer disposed on the light absorption layer; Disposing a metal thin film layer disposed on the lower ITO layer; and disposing an upper ITO layer disposed on the metal thin film layer.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기존의 금속 산화물 기반의 투명태양전지에 비하여 자외선 광뿐만 아니라 다른 파장대의 광을 더욱 흡수하고, 캐리어 수집을 보다 용이하게 함으로써, 발전효율을 현저하게 개선할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, compared to existing metal oxide-based transparent solar cells, it absorbs not only ultraviolet light but also light of other wavelengths more and makes carrier collection easier, thereby significantly improving power generation efficiency. It can be effective.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 투명태양전지로서 1개의 광원(AM1.5G, 100mW/cm2)에 대하여 0.507 V의 개방전압, 3.00 mA/cm2의 단락전류밀도를 가져 0.45%의 전력변환효율을 갖는 투명태양전지를 구현할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the transparent solar cell has an open-circuit voltage of 0.507 V and a short-circuit current density of 3.00 mA/cm 2 for one light source (AM1.5G, 100 mW/cm 2 ), resulting in a power conversion of 0.45%. An efficient transparent solar cell can be implemented.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 투명태양전지로서 1개의 광원(AM1.5G, 100mW/cm2)에 대하여 150.3 cm2/Vs의 캐리어 이동성을 가져 기존 단일 ITO 전극보다 높은 전력변환효율을 갖는 다중층의 전면전극을 포함하는 투명태양전지를 구현할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, as a transparent solar cell, it has a carrier mobility of 150.3 cm 2 /Vs for one light source (AM1.5G, 100 mW/cm 2 ) and has a multilayer solar cell with higher power conversion efficiency than the existing single ITO electrode. A transparent solar cell including a layered front electrode can be implemented.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 투명태양전지로서 1개의 광원(AM1.5G, 100mW/cm2)에 대하여 173.4 Ω/□의 표면저항을 가져 기존 단일 ITO 전극보다 높은 전력변환효율을 갖는 다중층의 전면전극을 포함하는 투명태양전지를 구현할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, as a transparent solar cell, it has a surface resistance of 173.4 Ω/□ for one light source (AM1.5G, 100mW/cm 2 ) and is a multi-layered solar cell with higher power conversion efficiency than the existing single ITO electrode. A transparent solar cell including a front electrode can be implemented.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 40% 이상의 가시광 투과성을 가져 사용자의 시계를 제한하지 않는 투명태양전지로서 빌딩 및 자동차 등에서 응용될 수 있는 창문 유형의 투명태양전지로 활용될 수 있는 효과를 발휘할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, it is a transparent solar cell that has a visible light transmittance of 40% or more and does not limit the user's field of vision, and can be used as a window-type transparent solar cell that can be applied to buildings, automobiles, etc. there is.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지의 전기적 및 광학적 특성에 대한 사항들을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지의 I-V 및 외부양자효율(EQE) 특성에 대한 사항들을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지의 CIE색상에 대한 사항들을 도시한다Figure 1 schematically shows the structure of a transparent solar cell according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows details on the electrical and optical characteristics of a transparent solar cell according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows details on the IV and external quantum efficiency (EQE) characteristics of a transparent solar cell according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows details about the CIE color of a transparent solar cell according to an embodiment of the present invention.
다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나 이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.Various embodiments and/or aspects are now disclosed with reference to the drawings. In the following description, for purposes of explanation, numerous specific details are set forth to facilitate a general understanding of one or more aspects. However, it will also be appreciated by those skilled in the art that this aspect(s) may be practiced without these specific details. The following description and accompanying drawings set forth in detail certain example aspects of one or more aspects. However, these aspects are illustrative and some of the various methods in the principles of the various aspects may be utilized, and the written description is intended to encompass all such aspects and their equivalents.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다. As used herein, “embodiments,” “examples,” “aspects,” “examples,” etc. may not be construed to mean that any aspect or design described is better or advantageous over other aspects or designs. .
더불어, 용어 "또는"은 배타적 "또는"이 아니라 내포적 "또는"을 의미하는 것으로 의도된다. 즉, 달리 특정되지 않거나 문맥상 명확하지 않은 경우에, "X는 A 또는 B를 이용한다"는 자연적인 내포적 치환 중 하나를 의미하는 것으로 의도된다. 즉, X가 A를 이용하거나; X가 B를 이용하거나; 또는 X가 A 및 B 모두를 이용하는 경우, "X는A 또는 B를 이용한다"가 이들 경우들 어느 것으로도 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 "및/또는"이라는 용어는 열거된 관련 아이템들 중 하나 이상의 아이템의 가능한 모든 조합을 지칭하고 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Additionally, the term “or” is intended to mean an inclusive “or” and not an exclusive “or.” That is, unless otherwise specified or clear from context, “X utilizes A or B” is intended to mean one of the natural implicit substitutions. That is, either X uses A; X uses B; Or, if X uses both A and B, “X uses A or B” can apply to either of these cases. Additionally, the term “and/or” as used herein should be understood to refer to and include all possible combinations of one or more of the related listed items.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Additionally, the terms "comprise" and/or "comprising" mean that the feature and/or element is present, but exclude the presence or addition of one or more other features, elements and/or groups thereof. It should be understood as not doing so.
또한, 본 명세서에서 명백하게 다른 내용을 지시하지 않는 “한”과, “상기”와 같은 단수 표현들은 복수 표현들을 포함한다는 것이 이해될 수 있을 것이다. Additionally, in this specification, it will be understood that singular expressions such as “unless” and “above” include plural expressions unless otherwise clearly indicated.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Additionally, terms including ordinal numbers, such as first, second, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention. The term and/or includes any of a plurality of related stated items or a combination of a plurality of related stated items.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Additionally, the terms used in this specification are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
또한, 본 발명의 실시예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In addition, in the embodiments of the present invention, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, are generally understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. It has the same meaning as Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless clearly defined in the embodiments of the present invention, have an ideal or excessively formal meaning. It is not interpreted as
후술하는 투명태양전지는 다중층의 전면전극을 갖는 투명태양전지, 상부ITO층 및 하부ITO층은 ITO전극, 상부ITO층, 하부ITO층 및 금속박막층을 포함하는 층을 투명전극 등 설명의 편의성을 위한 다른 표현법이 사용될 수 있다.The transparent solar cell described later is a transparent solar cell having a multi-layer front electrode, the upper ITO layer and the lower ITO layer are ITO electrodes, and the layer including the upper ITO layer, lower ITO layer, and metal thin film layer is a transparent electrode, etc. for convenience of explanation. Other expressions may be used for:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지의 구조를 개략적으로 도시한다.Figure 1 schematically shows the structure of a transparent solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 1에서 도시된 바와 같이, 다중층의 전면전극을 갖는 투명태양전지로서, FTO를 포함하는 유리기판(100); 상기 유리기판(100) 위에 광흡수층(200); 상기 광흡수층(200) 위에 하부ITO층(300); 상기 하부ITO층(300) 위에 금속박막층(400); 상기 금속박막층(400) 위에 상부ITO층(500)을 포함하는, 투명태양전지를 형성한다.As shown in FIG. 1, a transparent solar cell having a multi-layer front electrode includes a glass substrate 100 including FTO; A light absorption layer 200 on the glass substrate 100; a lower ITO layer 300 on the light absorption layer 200; A metal thin film layer 400 on the lower ITO layer 300; A transparent solar cell including an upper ITO layer 500 is formed on the metal thin film layer 400.
본 발명에서는, 하부ITO층(300)과 상부ITO층(500) 사이에 금속박막층(400)을 배치하여 가시광에 대하여 0.45% 전력변환효율(PCE)과 51.7 %의 광투과율을 보장할 수 있는 투명태양전지를 구현하였다. In the present invention, a transparent metal film layer 400 is disposed between the lower ITO layer 300 and the upper ITO layer 500 to ensure 0.45% power conversion efficiency (PCE) and 51.7% light transmittance for visible light. A solar cell was implemented.
광학적 특성의 측면에서, 박막 Si (바람직하게는 수소화된(hydrogenated) 비정질(amorphous) Si, a-Si:H)는 적절한 에너지 밴드 갭 값 (1.7-2.1 eV)을 갖는다. 또한 Si 박막의 에너지 밴드 갭은 다양한 방법으로 확실하게 조정할 수 있고, Si 박막의 두께도 조정될 수 있다. In terms of optical properties, thin film Si (preferably hydrogenated amorphous Si, a-Si:H) has an appropriate energy band gap value (1.7-2.1 eV). Additionally, the energy band gap of the Si thin film can be reliably adjusted by various methods, and the thickness of the Si thin film can also be adjusted.
종래의 투명태양전지는 UV 에너지를 흡수해 전력변환효율을 개선한 투명태양전지를 구현하는데 중점을 두었지만, 후술하는 실험결과에서 증명되는 바와 같이, 본원 발명의 투명태양전지는 상기 사항뿐만 아니라 우수한 광투과율을 가진다.Conventional transparent solar cells focused on implementing transparent solar cells that absorbed UV energy and improved power conversion efficiency, but as evidenced by the experimental results described later, the transparent solar cells of the present invention not only provide the above-mentioned features but also provide excellent power conversion efficiency. It has light transmittance.
또한 본원 발명의 투명태양전지는 무기물을 사용하여 강한 안정성을 확보함으로써 투명태양전지를 생산하는 데 있어 신뢰성과 안정성을 보장할 수 있다. In addition, the transparent solar cell of the present invention can ensure reliability and stability in producing a transparent solar cell by ensuring strong stability by using inorganic materials.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중층의 전면전극을 갖는 투명태양전지의 제조방법에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for manufacturing a transparent solar cell having a multi-layer front electrode according to an embodiment of the present invention will be described.
불소 도핑된 산화 주석 (FTO)이 코팅된 유리 기판(100) (735159 Aldrich, 표면 저항 7Ω / □)을 아세톤, 메탄올 및 탈 이온수 (DI) 수를 사용하여 10 분 동안 초음파 세정 하였다. 각각 흐르는 N2 가스를 사용하여 건조시켰다. A fluorine-doped tin oxide (FTO)-coated glass substrate (100) (735159 Aldrich, surface resistance 7 Ω/□) was ultrasonically cleaned using acetone, methanol, and deionized (DI) water for 10 min. Each was dried using flowing N 2 gas.
FTO를 포함하는 유리 기판(100) 상에 Si 박막층을 형성하기 위해, 플라즈마 강화 화학 기상 증착 (PECVD) 시스템을 사용함이 바람직하다. 실란 (SiH4) 및 수소 (H2)의 가스 혼합물의 글로 방전 분해에는 RF 전력 (13.56MHz, 56mW/cm2)이 사용되었다. 이 공정 동안, 수소화된 비정질 Si (a-Si : H)는 15 nm 의 두께로 증착될 수 있다. 얇은 Si 막은 기능성 층으로서 적용되어 기존의 금속산화물 기반 투명태양전지의 캐리어 수집의 한계를 개선하였다. 또한, Si 막은 유리한 광학 에너지 밴드 갭을 가지며, 이는 짧은 파장의 UV 범위에서 보다 긴 파장의 광까지의 광 이용을 효과적으로 확장시켰다. 동시에 투명태양전지를 통한 광자 흡수가 크게 향상되어 실질적으로 투명태양전지 자체의 성능을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 투명태양전지에서는 Si 박막이 광-생성된 캐리어를 촉진하기 위한 중간 에너지 레벨을 제공한다. 이와 같은 본 발명은 투명 발전기 혹은 인지하지 못하는 발전기의 실제적인 구현을 가능하게 할 수 있다.To form a Si thin film layer on the glass substrate 100 including FTO, it is preferred to use a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) system. RF power (13.56 MHz, 56 mW/cm 2 ) was used for glow discharge decomposition of a gas mixture of silane (SiH 4 ) and hydrogen (H 2 ). During this process, hydrogenated amorphous Si (a-Si:H) can be deposited to a thickness of 15 nm. A thin Si film was applied as a functional layer to improve the carrier collection limitations of existing metal oxide-based transparent solar cells. Additionally, Si films have an advantageous optical energy band gap, which effectively expands light utilization from the short-wavelength UV range to longer-wavelength light. At the same time, photon absorption through the transparent solar cell is greatly improved, substantially improving the performance of the transparent solar cell itself. In transparent solar cells according to embodiments of the present invention, the Si thin film provides an intermediate energy level to promote photo-generated carriers. This invention can enable the practical implementation of a transparent generator or an unrecognized generator.
이어서, 상기 광흡수층(200) 위에 투명전극을 부착하였다. 투명태양전지의 투명전극은 광흡수층으로서 더 많은 광자를 흡수하고 광발생 캐리어(photo-generated carriers)를 효율적으로 수집하기 위한 역할로 전기적 특성을 개선하는데 주요한 요인이 된다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에서는 전기 전도성 및 광학적 특성이 우수한 투명 ITO전극을 사용하였다. 바람직하게는 상기 ITO전극사이에 금속박막층(400)을 배치함으로써 종래의 단독 ITO전극만을 사용한 투명태양전지보다 우수한 전기적 및 광학적 특성을 가진 투명태양전지를 구현할 수 있다.Next, a transparent electrode was attached on the light absorption layer 200. The transparent electrode of a transparent solar cell serves as a light absorption layer to absorb more photons and efficiently collect photo-generated carriers, which is a major factor in improving electrical characteristics. Specifically, in one embodiment of the present invention, a transparent ITO electrode with excellent electrical conductivity and optical properties was used. Preferably, by disposing the metal thin film layer 400 between the ITO electrodes, a transparent solar cell with better electrical and optical properties than a conventional transparent solar cell using only a single ITO electrode can be implemented.
결과적으로 투명태양전지의 투명전극의 한쪽은 FTO 층에 의해 구현되고, 다른 쪽은 ITO층에 의해 형성된다. FTO 및 ITO는 우수한 전기 전도성으로 인해 우수한 투명 전극을 만들어 우수한 전력변환효율(PCE)을 보장할 수 있다. As a result, one side of the transparent electrode of the transparent solar cell is implemented by the FTO layer, and the other side is formed by the ITO layer. Due to their excellent electrical conductivity, FTO and ITO can make excellent transparent electrodes and ensure excellent power conversion efficiency (PCE).
이와 같이 제조된 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지는 FTO를 포함하는 기판(100) / 광흡수층(200) / 하부ITO층(300) / 금속박막층(400) / 상부ITO층(500)의 구성을 갖는다. The transparent solar cell according to an embodiment of the present invention manufactured in this way includes a substrate containing FTO (100) / light absorption layer (200) / lower ITO layer (300) / metal thin film layer (400) / upper ITO layer (500) It has a composition of
본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지의 전기적, 광학적 특성 및 성능을 도출하기 위하여 1 이상의 측정장치를 이용하여 사용했다. In order to derive the electrical and optical characteristics and performance of a transparent solar cell according to an embodiment of the present invention, one or more measuring devices were used.
구체적으로 본 발명의 일 실시예에서는 전계방출주사전자현미경 및 전계방출형 투과전자현미경을 사용하여 하부ITO층(300), 상부ITO층(500) 및 금속박막층(400)을 포함한 투명태양전지의 단면을 관찰했다.Specifically, in one embodiment of the present invention, a cross section of a transparent solar cell including the lower ITO layer 300, the upper ITO layer 500, and the metal thin film layer 400 was used using a field emission scanning electron microscope and a field emission transmission electron microscope. observed.
또한 투명태양전지의 전기적 특성을 도출하기 위하여 정전위기/정전류기를 사용하여 투명태양전지의 전류 및 전압 특성을 도출했다. In addition, in order to derive the electrical characteristics of the transparent solar cell, the current and voltage characteristics of the transparent solar cell were derived using a constant potential/constant current device.
또한 투명태양전지의 성능을 측정하기 위한 시뮬레이터로 시뮬레이션 시스템이 사용되었다.Additionally, a simulation system was used as a simulator to measure the performance of transparent solar cells.
또한, 100mW/cm2의 광원에서 I-V특성을 도출하기 위하여 태양광전력계가 사용되었다.Additionally, a solar power meter was used to derive IV characteristics from a light source of 100 mW/cm 2 .
또한, 가시광 및 자외선 영역에서의 광 투과율을 측정하기위해 분광광도계가 사용되었다.Additionally, a spectrophotometer was used to measure light transmittance in the visible and ultraviolet regions.
구체적으로, 상기 하부ITO층(300)과 상기 상부ITO층(500)는 80 nm의 두께를 갖으며 두 층은 동일한 두께를 형성한다. 이와 같이 하부ITO층(300)과 상부ITO층(500)는 캐리어 수집을 용이하게 하여 광전효율을 증가시키면서, 투명성에 대한 저하를 최소화하기 위한 범위에서 선택될 수 있다.Specifically, the lower ITO layer 300 and the upper ITO layer 500 have a thickness of 80 nm, and the two layers have the same thickness. In this way, the lower ITO layer 300 and the upper ITO layer 500 can be selected within a range to facilitate carrier collection and increase photoelectric efficiency while minimizing degradation in transparency.
구체적으로, 상기 금속박막층(400)은 상기 하부ITO층(300)과 상기 상부ITO층(500) 사이에 배치되며 두께는 3 내지 7nm이다. 이와 같은 금속박막층(400)의 두께는 투명성과 광전효율 조절 목적에 따라 가변할 수 있으나, 위의 범위에서 캐리어 수집을 용이하게 하여 광전효율을 증가시키면서, 투명성에 대한 저하를 최소화할 수 있다.Specifically, the metal thin film layer 400 is disposed between the lower ITO layer 300 and the upper ITO layer 500 and has a thickness of 3 to 7 nm. The thickness of the metal thin film layer 400 may vary depending on the purpose of controlling transparency and photoelectric efficiency, but within the above range, carrier collection can be facilitated to increase photoelectric efficiency while minimizing degradation in transparency.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지는 FTO를 포함하는 기판(100) / 광흡수층(200) / 하부ITO층(300) / 금속박막층(400) / 상부ITO층(500)의 구성을 가진다. 상기 하부ITO층(300) 및 상부ITO층(500)는 80 nm의 동일한 두께를 가지며, 상기 금속박막층(400)은 상기 하부ITO층(300) 및 상부ITO층(500) 사이에 배치되며 5nm의 두께를 갖는다. 상술한 수치로 통해 구현된 본원 발명의 투명태양전지는 1개의 광원(AM1.5G, 100mW/cm2)에 대하여 0.45% 전력변환효율(PCE), 150.3 cm2/Vs의 캐리어 이동성, 173.4 Ω/□의 표면저항을 가져 기존 단일 ITO 전극보다 높은 전력변환효율(PCE)을 갖고 40% 이상의 가시광 투과성을 가져 사용자의 시계를 제한하지 않는 것을 특징으로 할 수 있다.Preferably, the transparent solar cell according to an embodiment of the present invention includes a substrate 100 including FTO / light absorption layer 200 / lower ITO layer 300 / metal thin film layer 400 / upper ITO layer 500. It has a composition of The lower ITO layer 300 and the upper ITO layer 500 have the same thickness of 80 nm, and the metal thin film layer 400 is disposed between the lower ITO layer 300 and the upper ITO layer 500 and has a thickness of 5 nm. It has a thickness. The transparent solar cell of the present invention implemented through the above-mentioned values has a power conversion efficiency (PCE) of 0.45%, a carrier mobility of 150.3 cm 2 /Vs, and 173.4 Ω/ for one light source (AM1.5G, 100 mW/cm 2 ). It has a surface resistance of □, has a higher power conversion efficiency (PCE) than the existing single ITO electrode, and has visible light transmittance of more than 40%, so it does not limit the user's field of vision.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지의 전기적 및 광학적 특성에 대한 사항들을 도시한다. Figure 2 shows details on the electrical and optical characteristics of a transparent solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지의 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 투명태양전지는 FTO를 포함하는 기판(100) / 광흡수층(200) / 하부ITO층(300) / 금속박막층(400) / 상부ITO층(500)의 구성을 가지며 하부ITO층(300)과 상부ITO층(500)은 동일한 두께를 가진다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지의 투명전극은 다중층으로써 금속박막층(400)이 하부ITO층(300)과 상부ITO층(500) 사이에 배치된다. Figure 2(a) schematically shows the structure of a transparent solar cell according to an embodiment of the present invention. As shown in (a) of Figure 2, the transparent solar cell consists of a substrate 100 including FTO / light absorption layer 200 / lower ITO layer 300 / metal thin film layer 400 / upper ITO layer 500. The lower ITO layer 300 and the upper ITO layer 500 have the same thickness. In addition, the transparent electrode of the transparent solar cell according to an embodiment of the present invention is a multi-layer, and the metal thin film layer 400 is disposed between the lower ITO layer 300 and the upper ITO layer 500.
구체적으로 ITO층은 투명전극의 하나로서 더 많은 광자를 흡수하고 광발생 캐리어(photo-generated carriers)를 효율적으로 수집하기 위한 광흡수층으로 작용하며 전기적 특성을 결정짓는 주요한 요인이 된다. Specifically, the ITO layer, as one of the transparent electrodes, absorbs more photons and acts as a light absorption layer to efficiently collect photo-generated carriers, and is a major factor in determining electrical characteristics.
구체적으로 본 발명의 일 실시예에서는 160 nm의 두께를 갖는 ITO단독구조와 1,3 및 5 nm의 두께를 갖는 금속박막층(400)을 삽입하고 상부와 하부 각각 80 nm의 두께를 갖는 다중층 구조의 전면전극을 갖는 투명태양전지의 전기적 및 광학적 특성을 비교함으로써 높은 전력변환효율(PCE)과 40% 이상의 가시광 투과성을 갖는 투명태양전지를 구현할 수 있다.Specifically, in one embodiment of the present invention, an ITO single structure with a thickness of 160 nm and a metal thin film layer 400 with a thickness of 1, 3, and 5 nm are inserted, and a multi-layer structure with a top and bottom thickness of 80 nm each By comparing the electrical and optical properties of transparent solar cells with front electrodes, it is possible to implement transparent solar cells with high power conversion efficiency (PCE) and visible light transmittance of more than 40%.
도 2의 (b) 및 (b-1)은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지의 구조를 전계방출주사전자현미경 및 전계방출형 투과전자현미경을 사용하여 관찰한 이미지를 도시한 것이다. 도 2의 (b) 및 (b-1)에 도시된 바와 같이 하부ITO층(300)과 상부ITO층(500) 사이에 금속박막층(400)이 약 10:1의 두께로 형성되어 있는 것을 알 수 있다.Figures 2 (b) and (b-1) show images of the structure of a transparent solar cell according to an embodiment of the present invention observed using a field emission scanning electron microscope and a field emission transmission electron microscope. As shown in (b) and (b-1) of Figure 2, it can be seen that the metal thin film layer 400 is formed between the lower ITO layer 300 and the upper ITO layer 500 with a thickness of about 10:1. You can.
도 2의 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지의 금속박막층(400) 두께에 대한 다중층 전면전극의 광학적 특성을 도시한 것이다. 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 단일 ITO전극을 갖는 투명태양전극이 가장 우수한 광투과율을 가지며 금속박막층(400)의 두께가 증가함에 따라 광투과율이 저하되는 것을 알 수 있다. Figure 2 (c) shows the optical characteristics of the multilayer front electrode relative to the thickness of the metal thin film layer 400 of the transparent solar cell according to an embodiment of the present invention. As shown in Figure 2 (c), it can be seen that the transparent solar electrode with a single ITO electrode has the best light transmittance, and as the thickness of the metal thin film layer 400 increases, the light transmittance decreases.
구체적으로 400 내지 800 nm의 파장을 갖는 가시광선영역에서 단일 ITO전극이 79.2%의 평균투과율(average transmittance value)을 가져 가장 우수하며 금속박막층(400)이 포함된 다중층 전극의 경우 금속박막층(400)의 두께에 반비례하여 평균투과율이 저하되는 것을 알 수 있다.Specifically, in the visible light region with a wavelength of 400 to 800 nm, a single ITO electrode is the best with an average transmittance value of 79.2%, and in the case of a multilayer electrode containing a metal thin film layer (400), the metal thin film layer (400) is the best. ) It can be seen that the average transmittance decreases in inverse proportion to the thickness.
그러나 이러한 단일 ITO전극의 우수한 광학적 특성에도 불구하고 전기적 특성과 광학적 특성을 모두 고려했을 때 금속박막층(400)이 포함된 다중층 전극이 본원 발명의 해결과제인 고효율의 전력변환을 구현하기 위한 투명태양전지를 구현하는데 적합할 수 있다. 단일 ITO전극과 금속박막층(400)를 포함한 다중층전극의 전기적 특성은 후술하도록 한다.However, despite the excellent optical properties of this single ITO electrode, considering both electrical and optical properties, a multi-layer electrode including a metal thin film layer 400 is a transparent solar electrode for realizing high-efficiency power conversion, which is the problem solved by the present invention. It may be suitable for implementing a battery. The electrical characteristics of the single ITO electrode and the multi-layer electrode including the metal thin film layer 400 will be described later.
도 2의 (d)는 본 발명의 일 실시예에 투명태양전지의 금속박막층(400) 두께에 따른 다중층 전면전극의 전기적 특성을 도시한 것이다. 또한 단일 ITO전극과 금속박막층(400)을 포함하는 다중층 전극의 전기적 특성과 이를 결정짓는 복수의 요소들은 하기의 표 1과 같다.Figure 2(d) shows the electrical characteristics of the multi-layer front electrode according to the thickness of the metal thin film layer 400 of the transparent solar cell in one embodiment of the present invention. In addition, the electrical characteristics of the multi-layer electrode including a single ITO electrode and the metal thin film layer 400 and a plurality of factors that determine them are shown in Table 1 below.
표 1Table 1
투명태양전지의 전기적 특성은 캐리어 이동성, 캐리어 농도 및 저항 값 등에 의해 결정된다. 도 2의 (d) 및 표 1에 도시된 바와 같이 다중층 전극의 금속박막층(400)의 두께는 전기적 특성을 결정짓는 주요한 요소 중 하나이다. 구체적으로 금속박막층(400)의 두께가 증가함에 따라 표면저항, 캐리어 이동성, 개방전압, 전류밀도, 충전율(fill-factor) 등 투명전극의 전기적 특성을 결정짓는 요소가 개선되는 것을 알 수 있다. The electrical characteristics of a transparent solar cell are determined by carrier mobility, carrier concentration, and resistance value. As shown in Figure 2(d) and Table 1, the thickness of the metal thin film layer 400 of the multilayer electrode is one of the main factors determining the electrical characteristics. Specifically, it can be seen that as the thickness of the metal thin film layer 400 increases, the factors that determine the electrical characteristics of the transparent electrode, such as surface resistance, carrier mobility, open-circuit voltage, current density, and fill-factor, are improved.
바람직하게는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지는 도 2의 (c), (d) 및 표 1에 도시된 바와 같이 전기적 및 광학적 특성을 모두 고려하여 ITO전극 사이에 배치되는 금속박막층(400)의 두께를 결정한다. 구체적으로 5 nm의 두께를 갖는 금속박막층(400)을 포함하는 다중층전극을 가진 투명태양전지가 높은 전력변환효율(PCE)을 가지면서 40% 이상의 가시광 투과성을 가져 전기적 및 광학적 특성이 모두 우수하다. 또한 24.2 Ω/의 표면저항 및 74.5 cm2/Vs의 캐리어 이동성으로 0.45%의 전력변환효율(PCE)을 가져 전기적 특성이 우수하고 이 경우 51.7%의 광투과율을 가져 일반적인 창 형태의 투명태양전지에서 요구하는 수치를 상회한다.Preferably, the transparent solar cell according to an embodiment of the present invention has a metal thin film layer ( 400) to determine the thickness. Specifically, a transparent solar cell with a multilayer electrode containing a metal thin film layer 400 with a thickness of 5 nm has a high power conversion efficiency (PCE) and visible light transmittance of more than 40%, and has excellent electrical and optical properties. . In addition, it has excellent electrical characteristics with a surface resistance of 24.2 Ω/ and a carrier mobility of 74.5 cm 2 /V s , resulting in a power conversion efficiency (PCE) of 0.45%. In this case, it has a light transmittance of 51.7%, making it a typical window-shaped transparent solar cell. exceeds the required value.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지의 I-V 및 외부양자효율(EQE) 특성에 대한 사항들을 도시한다.Figure 3 shows the I-V and external quantum efficiency (EQE) characteristics of a transparent solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지의 1개의 광원(AM1.5G, 100mW/cm2)에 대한 전력변환효율(PCE)를 도시한 것이다. 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 단일 ITO전극은 0.373 V의 개방전압(VOC), 2.82 mA/cm2의 단락전류밀도(Jsc)를 가져 0.32 %의 전력변환효율(PCE)을 갖는다. 반면에 1 nm의 두께를 갖는 금속박막층(400)을 포함하는 다중층전극은 0.323 V의 개방전압(VOC), 2.11 mA/cm2의 단락전류밀도(Jsc)를 가져 0.17 %의 전력변환효율(PCE)을 가져 단일 ITO전극에 비해 전기적 특성이 저하된 것을 알 수 있다. Figure 3 (a) shows the power conversion efficiency (PCE) for one light source (AM1.5G, 100mW/cm 2 ) of a transparent solar cell according to an embodiment of the present invention. As shown in (a) of Figure 3, a single ITO electrode has an open-circuit voltage (V OC ) of 0.373 V and a short-circuit current density (J sc ) of 2.82 mA/cm 2 , resulting in a power conversion efficiency (PCE) of 0.32%. have On the other hand, the multilayer electrode containing a metal thin film layer 400 with a thickness of 1 nm has an open-circuit voltage (V OC ) of 0.323 V and a short-circuit current density (J sc ) of 2.11 mA/cm2, resulting in a power conversion efficiency of 0.17%. (PCE), it can be seen that the electrical properties are deteriorated compared to a single ITO electrode.
반면에 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지는 5 nm의 두께를 갖는 금속박막층(400)을 포함하는 다중층전극을 사용하여 0.507 V의 개방전압(VOC), 3.00 mA/cm2의 단락전류밀도(Jsc)를 가져 0.45 %의 전력변환효율(PCE)을 가져 단일 ITO전극에 비해 우수한 전기적 특성이 갖는다. 이는 본원 발명에서의 스퍼터링 다중층의 전면전극(sputtering Multi-stacked transparent-electrode)투명태양전지가 종래의 유기물 소재 또는 페로브스카이트 소재를 사용한 투명태양전지보다 유망하고 대규모 생산을 위한 안정성 확보에도 유리함을 의미한다.On the other hand, the transparent solar cell according to an embodiment of the present invention uses a multilayer electrode including a metal thin film layer 400 with a thickness of 5 nm, and has an open-circuit voltage (V OC ) of 0.507 V and an open-circuit voltage (V OC ) of 3.00 mA/cm 2 . It has a short-circuit current density (J sc ) and a power conversion efficiency (PCE) of 0.45%, providing excellent electrical properties compared to a single ITO electrode. This means that the sputtering multi-stacked transparent-electrode transparent solar cell of the present invention is more promising than the transparent solar cell using conventional organic materials or perovskite materials and is also advantageous in securing stability for large-scale production. means.
도 3의 (b)는 암전상태에서 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지의 I-V특성곡선을 도시한 것이다. 암전상태에서의 I-V특성 곡선에서 순방향 바이어스 및 역방향 바이어스상태에서 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지의 전기적 특성을 도출할 수 있다. Figure 3(b) shows the I-V characteristic curve of a transparent solar cell according to an embodiment of the present invention in a dark state. The electrical characteristics of the transparent solar cell according to an embodiment of the present invention can be derived in the forward bias and reverse bias states from the I-V characteristic curve in the dark state.
일반적인 반도체는 역방향 바이어스에서 공핍층(depletion layer)의 두께가 증가하고 매우 적은 순방향 전류를 도통 시킴으로써 절연체로 작동하게 된다. 반면에 항복전압을 초과하는 역방향 바이어스 전압이 인가되었을 경우 역방향 항복(Reverse bias breakdown)이 발생하고 전기저항이 파괴될 우려가 있다. 따라서 일반적인 환경에서 역방향 바이어스 전류를 최소화함으로써 반도체의 전기적 특성을 개선할 수 있다.A typical semiconductor operates as an insulator by increasing the thickness of the depletion layer in reverse bias and conducting a very small forward current. On the other hand, if a reverse bias voltage exceeding the breakdown voltage is applied, there is a risk that reverse bias breakdown may occur and electrical resistance may be destroyed. Therefore, the electrical characteristics of semiconductors can be improved by minimizing reverse bias current in a general environment.
도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지는 순방향 바이어스에서 금속박막층(400)의 두께가 증가함에 따라 ITO전극의 순방향 바이어스 전류가 증가한다. 반면에 역방향 바이어스에서도 금속박막층(400)의 두께가 증가함에 따라 역방향 바이어스 전류 또한 함께 증가한다. 이는 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 1nm의 두께를 갖는 금속박막층(400)을 포함하는 투명태양전지에 역방향 전압이 인가되었을 때 누설전류(J0)의 값이 가장 큰 것을 통해 도출할 수 있다.As shown in Figure 3 (b), the forward bias current of the ITO electrode increases as the thickness of the metal thin film layer 400 increases in the forward bias of the transparent solar cell according to an embodiment of the present invention. On the other hand, in reverse bias, as the thickness of the metal thin film layer 400 increases, the reverse bias current also increases. This can be derived from the fact that the value of leakage current (J 0 ) is the largest when a reverse voltage is applied to a transparent solar cell including a metal thin film layer 400 with a thickness of 1 nm, as shown in (b) of FIG. 3 . You can.
도 3의 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지의 임피던스 특성을 도시한 것이다. 임피던스 분광기법(impedance spectroscopy)을 사용하여 단일 ITO전극 및 금속박막층(400)이 포함된 다중층 전극의 임피던스 특성곡선을 도출할 수 있다. 구체적으로 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이 투명태양전지의 콜-콜 플롯(cole-cole plot)은 해당 임피던스 값의 실수부(Z')와 허수부(Z'')에 의해 결정되며 주파수가 증가함에 따라 임피던스 특성곡선은 반원을 형성한다. 구체적으로 션트 저항(Rsh)과 직렬 저항(RS)의 합이 특성곡선의 시작점이 되고 직렬 저항(RS)이 특성곡선의 끝점이 된다.Figure 3(c) shows the impedance characteristics of a transparent solar cell according to an embodiment of the present invention. The impedance characteristic curve of a single ITO electrode and a multilayer electrode including a metal thin film layer 400 can be derived using impedance spectroscopy. Specifically, as shown in (c) of Figure 3, the Cole-Cole plot of the transparent solar cell is determined by the real part (Z') and the imaginary part (Z'') of the corresponding impedance value. As the frequency increases, the impedance characteristic curve forms a semicircle. Specifically, the sum of the shunt resistance (R sh ) and the series resistance (R S ) becomes the starting point of the characteristic curve, and the series resistance (R S ) becomes the end point of the characteristic curve.
일반적으로 투명전지의 전기 성능을 극대화하기 위해서는 작은 직렬 저항 (Rs)와 큰 션트 저항 (RSH) 값이 요구되며, 이는 충전율(Fill-factor)을 향상하고, 전압과 전류의 최대 출력전력을 증대할 수 있기 때문이다.In general, in order to maximize the electrical performance of transparent cells, small series resistance (Rs) and large shunt resistance (RSH) values are required, which can improve the fill-factor and increase the maximum output power of voltage and current. Because you can.
도 3의 (c)에 도시된 바와 같이 단독 ITO전극을 사용하는 투명태양전지의 션트 저항(RSH)값(콜-콜 플롯의 실수부)이 가장 큰 것을 알 수 있다. 반면에 금속박막층(400)이 포함된 다중층 전극의 경우 금속박막층(400)의 두께에 대한 션트 저항(RSH)값의 의존성이 매우 크다. 이중 5nm의 금속박막층(400)을 포함하는 다중층 전면전극의 경우 션트 저항(RSH)의 값이 170.51 Ω/cm2으로 가장 크고 직렬 저항(RS)값은 51.76 Ω/cm2로 가장 작다. 이는 5nm의 금속박막층(400)을 포함하는 투명태양전지가 0.45%의 가장 좋은 전력변환효율(PCE)을 가질 수 있는 요인이 되며 양질의 투명태양전지를 생산하기 위한 가장 적절한 조건임을 의미한다.As shown in Figure 3 (c), it can be seen that the shunt resistance (R SH ) value (real part of the Cole-Cole plot) of the transparent solar cell using a single ITO electrode is the highest. On the other hand, in the case of a multilayer electrode including a metal thin film layer 400, the dependence of the shunt resistance (R SH ) value on the thickness of the metal thin film layer 400 is very large. Among them, in the case of a multilayer front electrode containing a 5 nm metal thin film layer 400, the shunt resistance (R SH ) value is the highest at 170.51 Ω/cm 2 and the series resistance (R S ) value is the smallest at 51.76 Ω/cm 2 . This means that a transparent solar cell containing a 5 nm metal thin film layer 400 can have the best power conversion efficiency (PCE) of 0.45% and is the most appropriate condition for producing a high-quality transparent solar cell.
도 3의 (d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지의 외부양자효율(External-quantum-efficiency, EQE)을 도시한 것이다.Figure 3(d) shows the external-quantum-efficiency (EQE) of a transparent solar cell according to an embodiment of the present invention.
외부양자효율(EQE)은 태양전지에서 수집한 전하 캐리어 수와 외부에서 태양 전지에 주어진 광자 수의 비율로 투명태양전지의 발광효율을 결정짓는 주요한 요소 중 하나이다. 구체적으로 외부양자효율(EQE)은 하기의 식과 같이 표현될 수 있으며 높은 외부양자효율(EQE)값은 발광체가 같은 에너지로 더 높은 휘도의 광을 발산할 수 있다는 것을 의미한다. External quantum efficiency (EQE) is the ratio of the number of charge carriers collected by the solar cell and the number of photons given to the solar cell from the outside, and is one of the main factors that determines the luminous efficiency of a transparent solar cell. Specifically, external quantum efficiency (EQE) can be expressed as the following equation, and a high external quantum efficiency (EQE) value means that the light emitting body can emit light of higher brightness with the same energy.
여기서 는 외부광자효율이고, 는 광추출효율이고, 는 주입효율이고, 는 발광효율이다.here is the external photon efficiency, is the light extraction efficiency, is the injection efficiency, is the luminous efficiency.
도 3의 (d)에 도시된 바와 같이 광전류밀도는 해당 파장에서 광자 에너지에 비례하며 특정파장에서 투명태양전지의 성능을 보여주고 있다. 구체적으로 단독 ITO전극을 갖는 투명태양전지의 외부양자효율(EQE)의 피크 값은 450 nm파장에서 발생했다. 반면에 금속박막층(400)이 포함된 다중층 전극을 포함하는 투명태양전지의 외부양자효율(EQE)의 피크 값은 그보다 짧은 430 nm파장에서 발생했다. As shown in Figure 3 (d), the photocurrent density is proportional to the photon energy at the corresponding wavelength, showing the performance of the transparent solar cell at a specific wavelength. Specifically, the peak value of external quantum efficiency (EQE) of a transparent solar cell with a single ITO electrode occurred at a wavelength of 450 nm. On the other hand, the peak value of external quantum efficiency (EQE) of a transparent solar cell including a multilayer electrode including a metal thin film layer 400 occurred at a shorter wavelength of 430 nm.
또한 금속박막층(400)의 두께에 대한 투명태양전지의 외부양자효율(EQE)의 차이를 확인할 수 있다. 구체적으로 단독 ITO전극을 갖는 투명태양전지와 3 nm의 금속박막층(400)이 포함된 다중층 전극을 갖는 투명태양전지의 경우 각각 0.32% 와 0.30%로 유사한 외부양자효율(EQE)을 갖음에도 불구하고 파장별 영역에서는 상이한 외부양자효율(EQE)을 갖는 것을 알 수 있다. In addition, the difference in external quantum efficiency (EQE) of the transparent solar cell can be confirmed depending on the thickness of the metal thin film layer 400. Specifically, the transparent solar cell with a single ITO electrode and the transparent solar cell with a multilayer electrode containing a 3 nm thin metal film layer 400 have similar external quantum efficiencies (EQE) of 0.32% and 0.30%, respectively. It can be seen that each wavelength region has a different external quantum efficiency (EQE).
구체적으로 장파장 영역(λ≥400 nm)에서 단독 ITO전극을 갖는 투명태양전지가 3 nm의 금속박막층(400)이 포함된 다중층 전극을 갖는 투명태양전지보다 외부양자효율(EQE)이 우수하지만, 단파장 영역(λ≤400 nm)에서 3 nm의 금속박막층(400)이 포함된 다중층 전극을 갖는 투명태양전지가 단독 ITO전극을 갖는 투명태양전지보다 외부양자효율(EQE)이 우수하다. Specifically, in the long wavelength region (λ≥400 nm), the external quantum efficiency (EQE) of a transparent solar cell with a single ITO electrode is superior to that of a transparent solar cell with a multilayer electrode containing a 3 nm thin metal film layer 400. In the short wavelength range (λ≤400 nm), a transparent solar cell with a multilayer electrode containing a 3 nm thin metal film layer 400 has superior external quantum efficiency (EQE) than a transparent solar cell with a single ITO electrode.
반면에 5 nm의 금속박막층(400)이 포함된 다중층 전극을 갖는 투명태양전지의 경우 장파장 영역과 단파장영역 모두에서 우수한 외부양자효율(EQE)을 갖는다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지는 5 nm의 금속박막층(400)이 포함된 다중층 전극을 갖는 투명태양전지를 선택하여 장파장 영역과 단파장 영역 모두에서 우수한 외부양자효율(EQE)을 갖는 것이 바람직하다.On the other hand, a transparent solar cell with a multilayer electrode containing a 5 nm metal thin film layer 400 has excellent external quantum efficiency (EQE) in both the long and short wavelength regions. Therefore, the transparent solar cell according to an embodiment of the present invention selects a transparent solar cell having a multilayer electrode containing a 5 nm metal thin film layer 400 to achieve excellent external quantum efficiency (EQE) in both the long and short wavelength regions. It is desirable to have it.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지의 CIE색상에 대한 사항들을 도시한다Figure 4 shows details about the CIE color of a transparent solar cell according to an embodiment of the present invention.
종래의 태양전지는 우수한 전기적 특성을 위해 미적 가치를 저해할 수밖에 없는 형태로 발전해왔다. 구체적으로 종래의 태양전지는 대부분 검은색 계열의 불투명 재질을 사용하여 사용자의 시야를 차단하고 미관을 해치는 단점이 있었다. 따라서 본원 발명의 과제를 해결하기 위한 투명태양전지는 상술한 우수한 전기적 특성을 유지하면서도 미관을 해치지 않는 광학특성에 대한 증명이 필요하다. 또한 이에 대한 증명은 국제적으로 공인된 색상데이터를 이용하여 인증되어야 할 것이다.Conventional solar cells have developed into a form that inevitably compromises their aesthetic value in favor of excellent electrical characteristics. Specifically, conventional solar cells mostly use black, opaque materials, which have the disadvantage of blocking the user's view and impairing aesthetics. Therefore, a transparent solar cell to solve the problem of the present invention needs to demonstrate optical characteristics that do not impair aesthetics while maintaining the excellent electrical characteristics described above. Additionally, this proof must be authenticated using internationally recognized color data.
도 4의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지의 색상을 색상 좌표계에 매핑한 이미지이다. 국제조명위원회(CIE)에서 제공하는 CIE xy 1931 색상 다이어그램(CIE xy 1931 chromaticity diagram)을 참조색 좌표로 사용하였다. 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 투명태양전지의 색상을 포함하는 색상지도를 색상 계산 프로그램(OSRAM Sylvania Inc.)을 이용하여 매핑(Mapping)시킬 수 있다. Figure 4 (a) is an image mapping the color of a transparent solar cell according to an embodiment of the present invention to a color coordinate system. The CIE xy 1931 chromaticity diagram provided by the International Commission on Illumination (CIE) was used as reference color coordinates. A color map including the colors of a plurality of transparent solar cells according to an embodiment of the present invention can be mapped using a color calculation program (OSRAM Sylvania Inc.).
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 AM1.5G 광원 및 D65 광원(표준 흰색)에서의 색상스펙트럼은 각각 (0.348, 0.347)과 (0.325, 0.315)으로 CIE좌표계에 매핑된다. 반면 1,3,5 nm의 금속박막층(400)이 포함된 다중층 전극을 갖는 투명태양전지의 색상스펙트럼은 각각 (0.428, 0.418), (0.427, 0.415), (0.429, 0.419)으로 CIE좌표계에 매핑된다. 이러한 색상데이터를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지의 광학 특성을 증명할 수 있으며 추가적으로 더 우수한 광학 특성을 갖는 투명태양전지의 개발 가능성을 보여주고 있다.As shown in (a) of Figure 4, the color spectra from the AM1.5G light source and the D65 light source (standard white) are mapped to the CIE coordinate system as (0.348, 0.347) and (0.325, 0.315), respectively. On the other hand, the color spectrum of a transparent solar cell with a multilayer electrode containing 1, 3, and 5 nm metal thin film layers 400 is (0.428, 0.418), (0.427, 0.415), and (0.429, 0.419), respectively, in the CIE coordinate system. is mapped. Through this color data, the optical properties of the transparent solar cell according to an embodiment of the present invention can be proven and additionally, it shows the possibility of developing a transparent solar cell with better optical properties.
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도 4의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명태양전지를 창문형 태양광 모듈에 구현한 모습이다. 구체적으로 단독 ITO전극을 갖는 투명태양전지와 금속박막층(400)이 포함된 다중층 전극을 갖는 투명태양전지를 창문 유리에 적용한 일례로 표 1에 도시된 바와 같이 단독 ITO전극을 갖는 투명태양전지의 광투과율이 79.2%로 가장 좋고, 금속박막층(400)이 포함된 다중층 전극을 갖는 투명태양전지의 경우 금속박막층(400)의 두께에 반비례해 광투과율이 결정되는 것을 알 수 있다. 또한 본 발명에 일 실시예에 따른 5 nm의 금속박막층(400)이 포함된 다중층 전극을 갖는 투명태양전지의 경우에도 51.7%의 광투과율을 가져 사용자의 시계를 크게 방해하지 않는 것을 알 수 있다.Figure 4 (b) shows a transparent solar cell according to an embodiment of the present invention implemented in a window-type solar module. Specifically, as an example of applying a transparent solar cell with a single ITO electrode and a multi-layer electrode including a metal thin film layer 400 to window glass, the transparent solar cell with a single ITO electrode is shown in Table 1. The light transmittance is the best at 79.2%, and in the case of a transparent solar cell having a multi-layer electrode including a metal thin film layer 400, the light transmittance is determined in inverse proportion to the thickness of the metal thin film layer 400. In addition, it can be seen that the transparent solar cell having a multi-layer electrode including a 5 nm metal thin film layer 400 according to an embodiment of the present invention has a light transmittance of 51.7% and does not significantly interfere with the user's field of vision. .
본원 발명의 다중층의 전면전극을 포함하는 투명태양전지는 0.507 V의 개방전압(VOC), 3.00 mA/cm2의 단락전류밀도(Jsc), 150.3 cm2/Vs의 캐리어 이동성, 173.4 Ω/□의 표면저항으로 0.45%의 전력변환효율(PCE)을 갖는 전기적 특성과 51.7%의 광투과율을 갖는 광학적 특성을 갖는 것을 특징으로 한다. 또한 본원 발명의 투명태양전지는 무기물 기반이기 때문에, 강한 안정성을 보였고, 별도의 보호 패키지가 없이 안정적인 팬 구동을 구현함을 확인하였다. 이와 같은 투명태양전지는 우수한 광투과율을 보장함으로써 스마트폰 디스플레이, 스크린, 차량, 빌딩의 유리 등에도 사용될 수 있는 가능성을 보이고 있다.The transparent solar cell including the multi-layer front electrode of the present invention has an open-circuit voltage (V OC ) of 0.507 V, a short-circuit current density (J sc ) of 3.00 mA/cm 2 , a carrier mobility of 150.3 cm 2 /Vs, and 173.4 Ω. It is characterized by having electrical properties with a power conversion efficiency (PCE) of 0.45% with a surface resistance of /□ and optical properties with a light transmittance of 51.7%. In addition, since the transparent solar cell of the present invention is based on inorganic materials, it showed strong stability and was confirmed to implement stable fan operation without a separate protection package. Such transparent solar cells have the potential to be used in smartphone displays, screens, vehicles, and building glass by ensuring excellent light transmittance.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기존의 금속 산화물 기반의 투명태양전지에 비하여 자외선 광뿐만 아니라 다른 파장대의 광을 더욱 흡수하고, 캐리어 수집을 보다 용이하게 함으로써, 발전효율을 현저하게 개선할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, compared to existing metal oxide-based transparent solar cells, it absorbs not only ultraviolet light but also light of other wavelengths more and makes carrier collection easier, thereby significantly improving power generation efficiency. It can be effective.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 투명태양전지로서 1개의 광원(AM1.5G, 100mW/cm2)에 대하여 0.507 V의 개방전압, 3.00 mA/cm2의 단락전류밀도를 가져 0.45%의 전력변환효율을 갖는 투명태양전지를 구현할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the transparent solar cell has an open-circuit voltage of 0.507 V and a short-circuit current density of 3.00 mA/cm 2 for one light source (AM1.5G, 100 mW/cm 2 ), resulting in a power conversion of 0.45%. An efficient transparent solar cell can be implemented.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 투명태양전지로서 1개의 광원(AM1.5G, 100mW/cm2)에 대하여 150.3 cm2/Vs의 캐리어 이동성을 가져 기존 단일 ITO 전극보다 높은 전력변환효율을 갖는 다중층의 전면전극을 포함하는 투명태양전지를 구현할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, as a transparent solar cell, it has a carrier mobility of 150.3 cm 2 /Vs for one light source (AM1.5G, 100 mW/cm 2 ) and has a multilayer solar cell with higher power conversion efficiency than the existing single ITO electrode. A transparent solar cell including a layered front electrode can be implemented.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 투명태양전지로서 1개의 광원(AM1.5G, 100mW/cm2)에 대하여 173.4 Ω/□의 표면저항을 가져 기존 단일 ITO 전극보다 높은 전력변환효율을 갖는 다중층의 전면전극을 포함하는 투명태양전지를 구현할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, as a transparent solar cell, it has a surface resistance of 173.4 Ω/□ for one light source (AM1.5G, 100mW/cm 2 ) and is a multi-layered solar cell with higher power conversion efficiency than the existing single ITO electrode. A transparent solar cell including a front electrode can be implemented.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 40% 이상의 가시광 투과성을 가져 사용자의 시계를 제한하지 않는 투명태양전지로서 빌딩 및 자동차 등에서 응용될 수 있는 창문 유형의 투명태양전지로 활용될 수 있는 효과를 발휘할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, it is a transparent solar cell that has a visible light transmittance of 40% or more and does not limit the user's field of vision, and can be used as a window-type transparent solar cell that can be applied to buildings, automobiles, etc. there is.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.The description of the presented embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to these embodiments will be apparent to those skilled in the art, and the general principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the invention. Thus, the present invention is not limited to the embodiments presented herein, but is to be construed in the broadest scope consistent with the principles and novel features presented herein.
Claims (7)
FTO를 포함하는 투명전극을 포함하는 유리기판;
상기 유리기판 위에 배치되는 광흡수층;
상기 광흡수층 위에 배치되는 하부ITO층;
상기 하부ITO층 위에 배치되고, Ni를 포함하는 금속박막층; 및
상기 금속박막층 위에 배치되는 상부ITO층을 포함하고,
상기 투명태양전지는 3 내지 5 nm의 두께 범위를 가지는 상기 금속박막층의 두께에 따라 외부양자효율이 결정되고,
3 내지 5 nm의 두께범위를 가지는 상기 금속박막층을 포함하는 상기 투명태양전지는,
단파장영역(λ<400nm, λ는 입사광의 파장)에서 단독ITO전극층을 갖는 투명태양전지보다 외부양자효율이 높고,
외부양자효율의 피크 값이 단독ITO전극층을 갖는 투명태양전지보다 짧은 파장에서 발생하는, 투명태양전지.
A transparent solar cell with a multi-layer front electrode,
A glass substrate including a transparent electrode including FTO;
a light absorption layer disposed on the glass substrate;
a lower ITO layer disposed on the light absorption layer;
A metal thin film layer disposed on the lower ITO layer and containing Ni; and
It includes an upper ITO layer disposed on the metal thin film layer,
The external quantum efficiency of the transparent solar cell is determined depending on the thickness of the metal thin film layer having a thickness range of 3 to 5 nm,
The transparent solar cell including the metal thin film layer having a thickness range of 3 to 5 nm,
In the short wavelength region (λ<400nm, λ is the wavelength of incident light), the external quantum efficiency is higher than that of a transparent solar cell with a single ITO electrode layer,
A transparent solar cell in which the peak value of external quantum efficiency occurs at a shorter wavelength than that of a transparent solar cell with a single ITO electrode layer.
상기 상부ITO층과 상기 하부ITO층은 10 내지 500nm의 두께 범위를 갖는, 투명태양전지.
In claim 1,
A transparent solar cell wherein the upper ITO layer and the lower ITO layer have a thickness range of 10 to 500 nm.
상기 상부ITO층과 상기 하부ITO층의 두께는 1:1 내지 1:100의 비율을 갖고,
상기 금속박막층과의 두께는 상기 상부ITO층과 상기 하부ITO층의 두께의 합산값과 1:5 내지 1:1000의 비율을 갖는, 투명태양전지.
In claim 1,
The thickness of the upper ITO layer and the lower ITO layer has a ratio of 1:1 to 1:100,
A transparent solar cell, wherein the thickness of the metal thin film layer has a ratio of 1:5 to 1:1000 with the sum of the thicknesses of the upper ITO layer and the lower ITO layer.
상기 광흡수층은 박막 반도체 및 2D물질을 포함하고,
상기 박막 반도체는 실리콘을 포함하고,
상기 2D물질은 SnS를 포함하는, 투명태양전지.
In claim 1,
The light absorption layer includes a thin film semiconductor and a 2D material,
The thin film semiconductor includes silicon,
The 2D material is a transparent solar cell containing SnS.
상기 투명태양전지는 400 내지 800nm의 파장의 범위를 갖는 광에 대하여 40% 이상의 투과율을 갖는, 투명태양전지.
In claim 1,
The transparent solar cell has a transmittance of 40% or more for light having a wavelength range of 400 to 800 nm.
FTO를 포함하는 투명전극을 포함하는 유리기판을 배치하는 단계;
상기 유리기판 위에 배치되는 광흡수층을 배치하는 단계;
상기 광흡수층 위에 배치되는 하부ITO층을 배치하는 단계;
상기 하부ITO층 위에 배치되고, Ni를 포함하는 금속박막층을 배치하는 단계; 및
상기 금속박막층 위에 배치되는 상부ITO층을 배치하는 단계;를 포함하고,
상기 투명태양전지는 3 내지 5 nm의 두께 범위를 가지는 상기 금속박막층의 두께에 따라 외부양자효율이 결정되고,
3 내지 5 nm의 두께범위를 가지는 상기 금속박막층을 포함하는 상기 투명태양전지는,
단파장영역(λ<400nm, λ는 입사광의 파장)에서 단독ITO전극층을 갖는 투명태양전지보다 외부양자효율이 높고,
외부양자효율의 피크 값이 단독ITO전극층을 갖는 투명태양전지보다 짧은 파장에서 발생하는, 투명태양전지의 제조방법.
A method of manufacturing a transparent solar cell having a multi-layer front electrode,
Placing a glass substrate including a transparent electrode including FTO;
disposing a light absorption layer disposed on the glass substrate;
Disposing a lower ITO layer disposed on the light absorption layer;
Disposing a metal thin film layer disposed on the lower ITO layer and containing Ni; and
It includes; disposing an upper ITO layer disposed on the metal thin film layer,
The external quantum efficiency of the transparent solar cell is determined depending on the thickness of the metal thin film layer having a thickness range of 3 to 5 nm,
The transparent solar cell including the metal thin film layer having a thickness range of 3 to 5 nm,
In the short wavelength region (λ<400nm, λ is the wavelength of incident light), the external quantum efficiency is higher than that of a transparent solar cell with a single ITO electrode layer,
A method of manufacturing a transparent solar cell in which the peak value of external quantum efficiency occurs at a shorter wavelength than that of a transparent solar cell with a single ITO electrode layer.
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