KR20060080828A - 태양전지 및 그의 제조 방법 - Google Patents

태양전지 및 그의 제조 방법 Download PDF

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KR20060080828A
KR20060080828A KR1020050001417A KR20050001417A KR20060080828A KR 20060080828 A KR20060080828 A KR 20060080828A KR 1020050001417 A KR1020050001417 A KR 1020050001417A KR 20050001417 A KR20050001417 A KR 20050001417A KR 20060080828 A KR20060080828 A KR 20060080828A
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Abstract

본 발명은 태양전지 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, P타입 반도체 기판 상부에 P타입 반도체층과 N타입 반도체층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 P타입 반도체 기판 하부에 P전극이 형성되어 있고, 상기 N타입 반도체층 상부에 N전극이 형성되어 이루어진 집광부와; 상기 집광부의 N타입 반도체층 상부에 형성되어 광을 방출하는 발광부로 구성된 실시예를 포함하여, 태양전지에 발광부를 일체로 형성함으로써, 광의 집광 및 발광을 하나의 소자에서 구현할 수 있는 효과가 있다,
태양전지, 발광부, 집광부

Description

태양전지 및 그의 제조 방법 { Solar cell and method for fabricating the same }
도 1은 일반적인 태양전지가 구동되는 개념을 설명하기 위한 도면
도 2a 내지 2c는 본 발명의 제 1 내지 3 실시예에 따른 발광부를 구비한 태양 전지의 개략적인 단면도
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제 1 내지 3 실시예에 따른 구체적인 예시를 도시한 단면도
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광부를 구비한 태양 전지의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광부를 구비한 태양 전지의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광부를 구비한 태양 전지의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101 : P타입 반도체 기판 102,112,122 : P타입 반도체층
103,113,123 : N타입 반도체층 104,114,152 : P전극
105,115,125,151 : N전극 111,121 : 반도체 기판
131 : N타입 화합물 반도체층 132 : 활성층
133 : P타입 화합물 반도체층 150 : 공통전극
본 발명은 태양전지 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양전지에 발광부를 일체로 형성하여, 광의 집광 및 발광을 하나의 소자에서 구현할 수 있는 태양전지 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 태양 전지(Solar cell)가 실용화되고 있고, 이에 대한 다각적인 연구 및 개발이 수행되고 있다.
현재, 태양 전지는 석유자원의 고갈이 예측됨에 따라, 태양에너지를 이용한 차세대 에너지원으로 각광을 받고 있다.
그러므로, 태양광을 보다 효과적으로 전기 에너지로 변환할 수 있으며, 다양한 성능을 갖는 태양 전지의 제작이 시도되고 있고, 특히, 광전 변환 효율이 우수한 특성을 갖는 태양 전지 제작이 시도되고 있다.
도 1은 일반적인 태양전지가 구동되는 개념을 설명하기 위한 도면으로서, P형 반도체층(10)과 N형 반도체층(11)을 접합시킨 후, 상기 P형 반도체층(10)의 하 부에 전극패드(12a)를 형성하고, 상기 N형 반도체층(11)의 상부에 전극패드(12b)를 형성하면, 태양전지(20)의 제조가 완성된다.
이런 태양전지(20)의 전극패드들(12a,12b)에 전구(30)를 연결하고, 상기 태양전지(20)를 태양광에 노출시키면, N형 반도체층(11)과 P형 반도체층(10)을 가로질러 전류가 흐르게 되는 광기전력 효과(Photovoltaic effect)에 의해 기전력이 발생하여 전기에너지가 발생되고, 이 전기에너지에 의해 전구(30)는 점등하게 된다. 이러한 태양전지는 집광 기능만을 가능하고, 축적된 에너지를 사용하기 위해서는 별도의 소자가 구비되어야하는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 태양전지에 발광부를 일체로 형성하여, 광의 집광 및 발광을 하나의 소자에서 구현할 수 있는 태양전지 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 1 양태(樣態)는, P타입 반도체 기판 상부에 P타입 반도체층과 N타입 반도체층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 P타입 반도체 기판 하부에 P전극이 형성되어 있고, 상기 N타입 반도체층 상부에 N전극이 형성되어 이루어진 집광부와;
상기 집광부의 N타입 반도체층 상부에 형성되어 광을 방출하는 발광부로 구성된 태양전지가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 2 양태(樣態)는, 반도체 기판 상부에 P타입 반도체층과 N타입 반도체층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 N타입 반도체층에서 P타입 반도체층의 일부까지 메사(Mesa) 식각되어 있고, 상기 메사식각된 P타입 반도체층 상부에 P전극이 형성되어 있고, 상기 N타입 반도체층 상부에 N전극이 형성되어 이루어진 집광부와;
상기 집광부의 반도체 기판 하부에 형성되어 광을 방출하는 발광부로 구성된 태양전지가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 3 양태(樣態)는, 반도체 기판 상부에 P타입 반도체층과 N타입 반도체층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 N타입 반도체층에서 P타입 반도체층의 일부까지 메사(Mesa) 식각되어 있고, 상기 메사식각된 P타입 반도체층 상부에 P전극이 형성되어 있고, 상기 N타입 반도체층 상부에 N전극이 형성되어 이루어진 집광부와;
상기 집광부의 메사식각된 P타입 반도체층 상부에 형성되어 광을 방출하는 발광부로 구성된 태양전지가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 4 양태(樣態)는, P타입 반도체 기판 상부에 P타입 반도체층과 N타입 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계와;
상기 N타입 반도체층 상부의 일 영역에 N타입 화합물 반도체층, 활성층과 P타입 화합물 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계와;
상기 P타입 화합물 반도체층에서 N타입 화합물 반도체층의 일부까지 메사식각하는 단계와;
상기 메사 식각된 N타입 화합물 반도체층의 일부를 감싸며 N타입 반도체층 상부에 공통전극을 형성하고, 상기 P타입 화합물 반도체층 상부 및 P타입 반도체 기판 하부 각각에 P전극을 형성하는 단계로 구성된 태양전지의 제조 방법이 제공된다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 5 양태(樣態)는, 반도체 기판 상부에 P타입 반도체층과 N타입 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계와;
상기 N타입 반도체층에서 P타입 반도체층 일부까지 메사식각하는 단계와;
상기 반도체 기판 하부에 N타입 화합물 반도체층, 활성층과 P타입 화합물 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계와;
상기 반도체 기판의 일영역이 노출되도록, P타입 화합물 반도체층에서 N타입 화합물 반도체층의 일 영역을 식각하는 단계와;
상기 메사 식각된 P타입 반도체층 상부 및 상기 P타입 화합물 반도체층 하부에 P전극을 형성하고, 상기 N타입 반도체층 상부 및 반도체 기판 하부에 N전극을 형성하는 단계로 구성된 태양전지의 제조 방법이 제공된다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 6 양태(樣態)는, 반도체 기판 상부에 P타입 반도체층과 N타입 반도체층이 순차적으로 적층하는 단계와;
상기 N타입 반도체층에서 P타입 반도체층 일부까지 메사식각하는 단계와;
상기 메사 식각된 P타입 반도체층 상부에 N타입 화합물 반도체층, 활성층과 P타입 화합물 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계와;
상기 P타입 화합물 반도체층에서 N타입 화합물 반도체층의 일부까지 메사식각하는 단계와;
상기 메사 식각된 N타입 화합물 반도체층의 일부를 감싸며 N타입 반도체층 상부에 공통전극을 형성하고, 상기 P타입 화합물 반도체층 상부에 P전극을 형성하고, 상기 N타입 반도체 기판 상부에 N전극을 형성하는 단계로 구성된 태양전지의 제조 방법이 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 2c는 본 발명의 제 1 내지 3 실시예에 따른 발광부를 구비한 태양 전지의 개략적인 단면도로서, 본 발명의 제 1 실시예의 태양전지는 도 2a에 도시된 바와 같이, P타입 반도체 기판(101) 상부에 P타입 반도체층(102)과 N타입 반도체층(103)이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 P타입 반도체 기판(101) 하부에 P전극(104)이 형성되어 있고, 상기 N타입 반도체층(103) 상부에 N전극(105)이 형성되어 이루어진 집광부와; 상기 집광부의 N타입 반도체층(103) 상부에 형성되어 광을 방출하는 발광부로 이루어진다.
그리고, 본 발명의 제 2 실시예의 태양전지는 도 2b와 같이, 반도체 기판(111) 상부에 P타입 반도체층(112)과 N타입 반도체층(113)이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 N타입 반도체층(113)에서 P타입 반도체층(112)의 일부까지 메사(Mesa) 식각되어 있고, 상기 메사식각된 P타입 반도체층(112) 상부에 P전극(114)이 형성되어 있고, 상기 N타입 반도체층(113) 상부에 N전극(115)이 형성되어 이루어진 집광부와; 상기 집광부의 반도체 기판(111) 하부에 형성되어 광을 방출하는 발광부로 이루어진다.
또한, 도 2c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예의 태양전지는 반도체 기판(121) 상부에 P타입 반도체층(122)과 N타입 반도체층(123)이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 N타입 반도체층(123)에서 P타입 반도체층(122)의 일부까지 메사(Mesa) 식각되어 있고, 상기 메사식각된 P타입 반도체층(122) 상부에 P전극(114)이 형성되어 있고, 상기 N타입 반도체층(123) 상부에 N전극(115)이 형성되어 이루어진 집광부와; 상기 집광부의 메사식각된 P타입 반도체층(122) 상부에 형성되어 광을 방출하는 발광부로 이루어진다.
이렇게 구성된 본 발명의 제 1 내지 3 실시예의 태양전지는 집광부의 P타입 반도체층과 N타입 반도체층에서 태양광을 집광하여 전자와 정공을 생성하고, 생성된 전류는 축전 시스템(미도시)에서 축전된다.
그리고, 태양전지의 발광부에서는 광을 방출함으로써, 본 발명의 태양전지는 광의 집광 및 발광이 하나의 소자에서 구현할 수 있는 장점이 있는 것이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제 1 내지 3 실시예에 따른 구체적인 예시를 도시한 단면도로서, 본 발명의 발광부는, N타입 화합물 반도체층(131) 상부에 활성층(132) 및 P타입 화합물 반도체층(133)이 순차적으로 형성되어 있고, 상기 P타입 화합물 반도체층(133)에서 N타입 화합물 반도체층(131)의 일부까지 메사식각되어 있는 구조물을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 화합물 반도체층은 GaN으로 형성하는 것이 바람직하다.
이 때, 도 3a와 같이, 집광부의 N타입 반도체층(103) 상부에는 발광부의 N타입 화합물 반도체층(131)의 일부를 감싸는 공통전극(150)이 형성되어 있다.
그리고, 집광부의 P타입 반도체 기판(101) 하부에는 P전극(104)이 형성되어 있다.
본 발명의 제 2 실시예에서는, 도 3b와 같이, 집광부의 N타입 반도체층(113)에서 P타입 반도체층(112)의 일부까지 메사식각되어 있고, 상기 메사식각된 P타입 반도체층(112) 상부에 P전극(114)이 형성되어 있고, 상기 N타입 반도체층(113) 상부에 N전극(115)이 형성되어 있다.
그리고, 반도체 기판(111) 하부의 일 영역에 발광부의 구조물이 형성되어 있고, 상기 반도체 기판(111) 하부의 타 영역에 N전극(151)이 형성되어 있고, 발광부의 P타입 화합물 반도체층(133) 하부에 P전극(152)이 형성되어 있다.
그리고, 도 3c에 도시된 바와 같은 본 발명의 제 3 실시예에서는, 집광부의 메사 식각된 P타입 반도체층(122)과 발광부의 N타입 반도체층(131)은 공통전극(150)에 연결되어 있고, 상기 발광부의 P타입 화합물 반도체층(133) 상부에 P전극(152)이 형성되어 있고, 집광부의 N타입 반도체층(123) 상부에 N전극(125)가 형성되어 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광부를 구비한 태양 전 지의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도로서, P타입 반도체 기판(101) 상부에 P타입 반도체층(102)과 N타입 반도체층(103)을 순차적으로 적층한다.(도 4a)
그 후, 상기 N타입 반도체층(103) 상부의 일 영역에 N타입 화합물 반도체층(131), 활성층(132)과 P타입 화합물 반도체층(133)을 순차적으로 적층한다.(도 4b)
그 다음, 상기 P타입 화합물 반도체층(133)에서 N타입 화합물 반도체층(131)의 일부까지 메사식각한다.(도 4c)
마지막으로, 상기 메사 식각된 N타입 화합물 반도체층(131)의 일부를 감싸며 N타입 반도체층(103) 상부에 공통전극(150)을 형성하고, 상기 P타입 화합물 반도체층(133) 상부 및 P타입 반도체 기판(101) 하부 각각에 P전극(152,104)을 형성한다.(도 4d)
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광부를 구비한 태양 전지의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도로서, 반도체 기판(111) 상부에 P타입 반도체층(112)과 N타입 반도체층(113)을 순차적으로 적층한다.(도 5a)
그 다음, 상기 N타입 반도체층(113)에서 P타입 반도체층(112) 일부까지 메사식각한다.(도 5b)
연속해서, 상기 반도체 기판(111) 하부에 N타입 화합물 반도체층(131), 활성층(132)과 P타입 화합물 반도체층(133)을 순차적으로 적층한다.(도 5c)
그 후, 상기 반도체 기판(111)의 일영역이 노출되도록, P타입 화합물 반도체층(133)에서 N타입 화합물 반도체층(131)의 일 영역을 식각한다.(도 5d)
마지막으로, 상기 메사 식각된 P타입 반도체층(112) 상부 및 상기 P타입 화 합물 반도체층(133) 하부에 P전극(114,152)을 형성하고, 상기 N타입 반도체층(115) 상부 및 반도체 기판(111) 하부에 N전극(151)을 형성한다.(도 5e)
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광부를 구비한 태양 전지의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도로서, 먼저, 반도체 기판(121) 상부에 P타입 반도체층(122)과 N타입 반도체층(123)이 순차적으로 적층한다.(도 6a)
그 다음, 상기 N타입 반도체층(123)에서 P타입 반도체층(122) 일부까지 메사식각한다.(도 6b)
그 후, 상기 메사 식각된 P타입 반도체층(122) 상부에 N타입 화합물 반도체층(131), 활성층(132)과 P타입 화합물 반도체층(133)을 순차적으로 적층한다.(도 6c)
연이어, 상기 P타입 화합물 반도체층(133)에서 N타입 화합물 반도체층(131)의 일부까지 메사식각한다.(도 6d)
계속하여, 상기 메사 식각된 N타입 화합물 반도체층(131)의 일부를 감싸며 N타입 반도체층(103) 상부에 공통전극(150)을 형성하고, 상기 P타입 화합물 반도체층(133) 상부에 P전극(152)을 형성하고, 상기 N타입 반도체 기판(123) 상부에 N전극(125)을 형성한다.(도 6e)
전술된 본 발명의 제 1 내지 3 실시예의 반도체 기판은 실리콘 기판을 사용하는 것이 바람직하고, N타입 반도체층과 P타입 반도체층은 실리콘 반도체층을 사용하는 것이 바람직하다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 태양전지에 발광부를 일체로 형성하여, 광의 집광 및 발광을 하나의 소자에서 구현할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (10)

  1. P타입 반도체 기판 상부에 P타입 반도체층과 N타입 반도체층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 P타입 반도체 기판 하부에 P전극이 형성되어 있고, 상기 N타입 반도체층 상부에 N전극이 형성되어 이루어진 집광부와;
    상기 집광부의 N타입 반도체층 상부에 형성되어 광을 방출하는 발광부로 구성된 태양전지.
  2. 반도체 기판 상부에 P타입 반도체층과 N타입 반도체층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 N타입 반도체층에서 P타입 반도체층의 일부까지 메사(Mesa) 식각되어 있고, 상기 메사식각된 P타입 반도체층 상부에 P전극이 형성되어 있고, 상기 N타입 반도체층 상부에 N전극이 형성되어 이루어진 집광부와;
    상기 집광부의 반도체 기판 하부에 형성되어 광을 방출하는 발광부로 구성된 태양전지.
  3. 반도체 기판 상부에 P타입 반도체층과 N타입 반도체층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 N타입 반도체층에서 P타입 반도체층의 일부까지 메사(Mesa) 식각되어 있고, 상기 메사식각된 P타입 반도체층 상부에 P전극이 형성되어 있고, 상기 N 타입 반도체층 상부에 N전극이 형성되어 이루어진 집광부와;
    상기 집광부의 메사식각된 P타입 반도체층 상부에 형성되어 광을 방출하는 발광부로 구성된 태양전지.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 발광부는 N타입 화합물 반도체층 상부에 활성층 및 P타입 화합물 반도체층을 순차적으로 형성되어 있고, 상기 P타입 화합물 반도체층에서 N타입 화합물 반도체층의 일부까지 메사식각되어 있는 구조물을 포함하고 있고,
    상기 집광부의 N타입 반도체층 상부에는 발광부의 N타입 화합물 반도체층의 일부를 감싸는 공통전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 발광부는 반도체 기판 하부의 일 영역에 형성되어 있고,
    상기 발광부는 N타입 화합물 반도체층 상부에 활성층 및 P타입 화합물 반도체층을 순차적으로 형성되어 있는 구조물을 포함하고 있고,
    상기 반도체 기판 하부의 타 영역에 발광부의 N전극이 형성되어 있고,
    상기 발광부의 P타입 화합물 반도체층 하부에 P전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 기판과 반도체층의 물질은,
    실리콘인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  7. P타입 반도체 기판 상부에 P타입 반도체층과 N타입 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계와;
    상기 N타입 반도체층 상부의 일 영역에 N타입 화합물 반도체층, 활성층과 P타입 화합물 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계와;
    상기 P타입 화합물 반도체층에서 N타입 화합물 반도체층의 일부까지 메사식각하는 단계와;
    상기 메사 식각된 N타입 화합물 반도체층의 일부를 감싸며 N타입 반도체층 상부에 공통전극을 형성하고, 상기 P타입 화합물 반도체층 상부 및 P타입 반도체 기판 하부 각각에 P전극을 형성하는 단계로 구성된 태양전지의 제조 방법.
  8. 반도체 기판 상부에 P타입 반도체층과 N타입 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계와;
    상기 N타입 반도체층에서 P타입 반도체층 일부까지 메사식각하는 단계와;
    상기 반도체 기판 하부에 N타입 화합물 반도체층, 활성층과 P타입 화합물 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계와;
    상기 반도체 기판의 일영역이 노출되도록, P타입 화합물 반도체층에서 N타입 화합물 반도체층의 일 영역을 식각하는 단계와;
    상기 메사 식각된 P타입 반도체층 상부 및 상기 P타입 화합물 반도체층 하부에 P전극을 형성하고, 상기 N타입 반도체층 상부 및 반도체 기판 하부에 N전극을 형성하는 단계로 구성된 태양전지의 제조 방법.
  9. 반도체 기판 상부에 P타입 반도체층과 N타입 반도체층이 순차적으로 적층하는 단계와;
    상기 N타입 반도체층에서 P타입 반도체층 일부까지 메사식각하는 단계와;
    상기 메사 식각된 P타입 반도체층 상부에 N타입 화합물 반도체층, 활성층과 P타입 화합물 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계와;
    상기 P타입 화합물 반도체층에서 N타입 화합물 반도체층의 일부까지 메사식각하는 단계와;
    상기 메사 식각된 N타입 화합물 반도체층의 일부를 감싸며 N타입 반도체층 상부에 공통전극을 형성하고, 상기 P타입 화합물 반도체층 상부에 P전극을 형성하고, 상기 N타입 반도체 기판 상부에 N전극을 형성하는 단계로 구성된 태양전지의 제조 방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 기판과 반도체층의 물질은,
    실리콘이고,
    상기 화합물 반도체층은,
    GaN으로 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
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