KR20090042905A - 스펙트럼을 개질하기 위한 란탄족 원소를 포함하는 실리콘 태양전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents
스펙트럼을 개질하기 위한 란탄족 원소를 포함하는 실리콘 태양전지 및 이의 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20090042905A KR20090042905A KR1020097001777A KR20097001777A KR20090042905A KR 20090042905 A KR20090042905 A KR 20090042905A KR 1020097001777 A KR1020097001777 A KR 1020097001777A KR 20097001777 A KR20097001777 A KR 20097001777A KR 20090042905 A KR20090042905 A KR 20090042905A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- silicon material
- lanthanide element
- silicon
- layer
- lanthanide
- Prior art date
Links
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 72
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 title claims abstract description 69
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 26
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 25
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 40
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 title description 2
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 claims abstract description 57
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 11
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 3
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 3
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 2
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 abstract 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 14
- 238000005090 crystal field Methods 0.000 description 4
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- OBNDGIHQAIXEAO-UHFFFAOYSA-N [O].[Si] Chemical class [O].[Si] OBNDGIHQAIXEAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 1
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000028016 temperature homeostasis Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0216—Coatings
- H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
- H01L31/02168—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells the coatings being antireflective or having enhancing optical properties for the solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
- H01L31/055—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means where light is absorbed and re-emitted at a different wavelength by the optical element directly associated or integrated with the PV cell, e.g. by using luminescent material, fluorescent concentrators or up-conversion arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System
- H01L31/0288—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System characterised by the doping material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
본 발명의 목적은 태양전지의 에너지 생성 효율을 개선하는 것이다. 본 발명에 따르면, 실리콘 재료는 하나 이상의 상이한 란탄족 원소로 도핑되어서 상기 재료가 약 60 nm 깊이의 층으로 침투된다. 따라서, 에너지가 1.2 eV의 실리콘 재료의 밴드 갭 보다 적어도 두배인 광자는 상기 란탄족 원소의 4f 홀전자의 여기 및 재결합에 의해, 상기 실리콘 밴드 갭의 영역의 에너지를 갖는 적어도 2개의 광자로 전환된다. 그 결과, 상기 실리콘 밴드 갭에 가까운 유리한 에너지를 갖는 추가적인 광자는 전자-정공 쌍 형성에 제공된다.
Description
본 발명은 태양전지용 실리콘 재료의 도핑 방법, 대응하는 방법으로 도핑된 실리콘 재료, 및 상기 실리콘 재료로부터 제조된 태양전지에 관한 것이다.
"간접 반도체(indirect semiconductor)"로서의 실리콘의 특성 때문에, 실리콘은 분위기 온도에서 약한 발광 특성을 가질 뿐이다. 강렬한 전계발광은 단지 약 20K의 온도에서 검출될 수 있다. 따라서 400 내지 1200 nm의 파장 범위에서 실리콘의 우수한 흡수 특성은 실리콘이 특히 광전지 프로세스용 출발 재료로서 적합하게 만드는 근거이다.
붕소 및 인의 원소로 도핑된 실리콘은 특유한 광 흡수성을 가진다. 란탄족 원소의 특유한 특성은 외부 쉘 전자에 의한 주위 결정장(surrounding crystal field)으로부터 4f 오비탈의 홀전자(unpaired electrons)가 거의 완벽하게 차폐된 것이다. 따라서, 결정장과 독립적으로, 이러한 홀전자의 여기 상태의 에너지 준위는 대체로 일정하다. 결정장과의 제한된 상호작용에도 불구하고, 상기 에너지 준위의 점유(population)에 대한 가정적인 확률은 결정장에 의해 크게 영향을 받으며 결정 구조의 함수로서 발광 밴드(emission band)의 상이한 양자 효율에서 뚜렷하다. 완벽하게 상이한 기술 분야에서, 란탄족 원소는 천연 및 공업적인 형광체(phosphor)에서 발광 부활제(activator)로서 알려져 있다.
본 발명의 과제는 전술한 방법, 실리콘 재료 및 선행 기술의 문제를 제거할 수 있고 특히 완성된 태양전지의 에너지 효율을 개선할 수 있는 태양 전지를 제공하는 것이다.
이러한 과제는 제1항의 특징을 갖는 방법, 제23항의 특징을 갖는 실리콘 재료 및 제27항의 특징을 갖는 실리콘 재료로부터 제조된 태양전지에 의해 해결된다. 본 발명의 유리하고 바람직한 구현예는 추가적인 청구항의 주제를 형성하고 이후 더 상세하게 설명된다. 하기 특징들 중 몇몇은 한번만 열거된다. 그러나, 이와 독립적으로, 이들은 상기 방법, 상기 실리콘 재료 및 상기 완성된 태양전지에 모두 적용될 수 있다. 명시된 인용에 의해 상기 청구항들의 표현은 상세한 설명의 내용의 일부분을 구성한다.
도핑될 실리콘 재료는 공지된 바와 같이, 평평한 형태, 즉 웨이퍼 등으로 존재한다. 본 발명에 따르면, 란탄족 원소는 1㎛ 미만의 실리콘 재료의 최상층 또는 최상 영역으로 도핑되고, 결과적으로 실리콘 재료의 흡수 특성을 개질한다. 이는 단결정 및 다결정 태양전지에 모두 일어날 수 있다.
상기 실리콘 구조 또는 상기 태양전지의 추가적인 구조로의 란탄족 원소의 혼입을 통할 뿐만 아니라, 상기 구조들로부터의 혼합된 상에서, 태양광의 자외선 및 근자외선의 더 효율적인 이용을 달성할 수 있다. 이는 란탄족 원소의 4f 홀전자(unpaired 4f electrons)의 여기 및 재결합을 통한 실리콘의 밴드 갭(1.12 eV)보다 적어도 2배 더 큰 에너지를 갖는 광자로부터, 실리콘의 밴드 갭보다 약간 더 큰 또는 동일한 에너지를 갖는 2 이상의 광자가 형성되는 형태로 일어난다. 이후 추가적인 광자가 전자-정공 쌍 형성을 위한 실리콘 갭에 가까운 에너지를 가지고 이용할 수 있다는 점에서, 외인성 광발광(extrinsic photoluminescence)은 전기 에너지의 발생에 기여할 수 있다. 란탄족 원소의 전자의 여기 및 재결합을 통하여 발생하는 광자는 p 또는 n-실리콘에서 전자-정공 쌍의 형성에 직접적으로 기여하기 위한 것이다.
유리하게는 란탄족 원소 또는 대응하는 도핑 재료는 실리콘 재료의 최상층 또는 표면에 적용된다. 이는 적용 프로세스가 단순하고 또한 실리콘 재료의 최상층에서 전술한 광자의 전환이 전기 에너지의 연속적인 발생을 위하여 특히 잘 이용될 수 있는 장점을 가진다. 이러한 정도까지 실리콘 재료 또는 태양전지의 최상층의 도핑은 특히 유리하다.
본 발명의 일 구현예에서, 란탄족 원소는 실리콘 재료, 또는 일부만 실리콘으로부터 제조된 실제 실리콘 재료 상의 층으로 도입될 수 있다. 일 가능성은 반사방지층 또는 Si3N4 층이다. 다른 가능성은 TCO 층, 즉 광투과 전도성 산화물, 예를 들면 ZnO 또는 TiO이다. 또 다른 가능성 있는 층은 탄소 나노튜브(CNT)로 이루어지고, 이는 태양전지 실리콘에 적용될 수 있다. 또 다른 가능성 있는 층은, 어떤 경우에는 또한 SiOX 또는 SiO2와 공동으로, 비정질 실리콘(a-실리콘)으로 이루어진다. 단지 부분적으로 실리콘으로 형성된 층으로의 도입에 관하여 전술된 경우에 있어서, 란탄족 원소는 또한 산소-리간드장(oxygen-ligand field)을 갖는 무기물 상(mineral phases)에 혼입될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 란탄족 원소는 실리콘 재료의 pn 접합의 영역으로 도핑될 수 있다. 이는 또한 훨씬 더 큰 에너지를 갖는 광자로부터 실리콘의 밴드 갭의 근처에서 광자를 생성시키는데 효과적이다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 란탄족 원소는 후면 전계(back surface filed)의 영역, 즉 실리콘 재료의 후면으로 도핑될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 란탄족 원소는 SiO2를 본질적으로 포함하는 실리콘 재료층으로 도핑될 수 있다.
고온 하에서 자유 산소 및 질소의 존재를 갖는 현재 Si-태양전지 제조에 사용되는 확산 프로세스는 또한 상기 실리콘에 대한 계면 안에 또는 계면에서 또는 상기 실리콘 재료에서 하기와 같은 구조 또는 상(phase)을 형성할 수 있다:
1. 란탄족 원소-산소 클러스터
2. Si-B-P-O-란탄족 원소 상
3. 란탄족 원소-Si-O-N-상 또는 이들의 혼합된 상
엄격하게 말해서 순수한 Si-란탄족 원소 화합물은 아닌 이들 영역은 또한 란탄족 원소-커플링된 전자 정공-쌍 형성의 전술한 프로세스를 통하여 효율의 상승에 기여할 수 있다. 다른 목적은 실리콘-지배적인(silicon-dominated) 구조에서 란탄족 원소와 공동으로 산소 클러스터를 생성하고, 그 결과 상기 스펙트럼의 가시 영역 (400-800 nm)에서의 방출(emission)을 갖는, 많은 란탄족 원소에서 알려진, 광발광을 가능케 하는 확산 프로세스를 위한 것이다.
태양전지 표면에 가까운 pn-접합에서 도입된 란탄족 원소의 확산은 p-지배적인 O-란탄족 원소 구조 또는 클러스터의 형성을 위한 목표된 방식으로 사용될 수 있다. 하나의 가능성은 실리콘 재료안으로 란탄족 원소를 확산하는 것이다. 다른 가능성은 스퍼터링 프로세스에서 란탄족 원소를 적용하는 것으로 이루어진다. 이러한 목적을 위하여 종래의 스퍼터링원(sputtering source) 및 적용 장치가 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 란탄족 원소를 이용한 도핑은 상기 란탄족 원소가 수성 용액 또는 겔에 포함된 상태로 일어날 수 있고, 이는 실리콘 재료에 적용된다. 이후 유리하게는 확산을 위한 자동 온도 조절(thermostatting)이 수반된다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 란탄족 원소는 기체상 프로세스 또는 CVD 프로세스에 의해 적용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 실리콘 재로안으로 란탄족 원소의 적용 및 확산을 위하여 플라즈마 프로세스를 사용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 란탄족 원소는 응축(condensation)에 의해서, 즉 기체와 같은 상(gas-like phase)으로부터의 침착에 의해 적용될 수 있다. 이는 자동 온도 조절없이 일어날 수 있으나, 자동 온도 조절은 란탄족 원소의 확산을 위하여 유리하다고 생각된다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 란탄족 원소는 고상 접촉(solid state contact)에 의해, 즉 직접 란탄족 원소 재료 적용에 의해 적용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 란탄족 원소를 이용한 실리콘 재료의 도핑은 이온 주입에 의해 일어날 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 란탄족 원소는 유리하게는 열적 작용 하에서 또는 자동 온도 조절에 의해, 실리콘 재료 상의 란탄족 원소-도핑된 층으로부터 실리콘 재료안으로 도핑될 수 있다.
란탄족 원소의 적용에 수반하여, 추가적인 단계에서 상기 실리콘 재료 또는 표면은 자동 온도 조절될 수 있다. 이는 도핑 재료의 더 우수한 확산을 위해 사용될 수 있으나, 완전히 필수적인 것은 아니다.
수 개의 란탄족 원소는 당해 재료을 위하여 사용될 수 있으나, 단일 란탄족 원소 재료을 사용하는 것도 가능하다. 또한 도핑을 위하여 다양한 란탄족 원소의 조합을 사용하는 것도 가능하고, 이는 이후 공동으로 존재한다. 적합한 란탄족 원소는 특히, 주요 방출선(emission line)이 광의 가시 영역, 즉 1.2 eV 보다 약간 낮게 있는 것이 있고 La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu에 의해 구성되는 것 들이다. 그러나, 본 발명의 보호 범위 내에서 유리하게는, Er은 사용되는 란탄족 원소로부터 배제된다. 란탄족 원소를 이용한 도핑은 또한 다른 도핑 원소들, 예를 들면 Mn2+와 커플링되어 일어날 수 있다. 특히 주요 방출선이 광의 가시 영역에 있다는 사실 때문에, 자외선 및 근자외선 영역에서 실리콘 재료의 광흡수는 실리콘 재료 자체에서 뿐만 아니라, p 및 n-도핑된 실리콘, 실리콘-산소 클러스터, SiO(x) 및 Si3N4에서 개선될 수 있다. 실리콘 재료의 다양한 무기물 상에서 광흡수는 또한 개선될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 란탄족 원소의 확산은 1㎛ 미만, 예를 들면 단지 500 내지 600 nm의 깊이에서 일어나서, 상기 확산 프로세스는 더 단순하게 될 수 있다. 게다가 덜 깊은 확산이 적절하다고 생각된다.
란탄족 원소를 이용한 도핑으로부터 얻어진 층은 실리콘 재료에서 일어날 수 있고, 또한 독립층을 형성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 층은 유리하게는 실리콘 재료 또는 완성된 태양전지에서 상대적으로 높게 위치한다.
본 발명의 실리콘 재료는 전술한 가능성을 갖는 방법을 사용하여 창의적으로 제조된다. 본 발명의 태양전지는 이후 그러한 실리콘 재료로부터 제조될 수 있다.
이들 및 추가적인 특징은 청구범위 및 상세한 설명으로부터 알아 낼 수 있고, 단일하게 또는 부조합의 형태로서, 상기 각각의 특징들은 본 발명의 구현예에서 및 다른 분야에서 실시될 수 있고, 본원에서 청구된 보호 범위에 대한 유리하고 독립적으로 보호할 수 있는 구현예를 나타낸다. 각각의 섹션으로의 상기 적용의 세분 및 부제는 이하의 기재의 일반적인 유효성을 일체 제한하지 않는다.
Claims (27)
- 태양전지용 실리콘 재료의 도핑 방법으로서, 상기 실리콘 재료가 웨이퍼 등과 같은 평평한 형태로 존재하고, 란탄족 원소가 상기 실리콘 재료의 흡수 특성을 개질하기 위하여 1㎛ 미만의 최상층 또는 최상 영역으로 도핑되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 실리콘 재료의 도핑 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 란탄족 원소 또는 상기 도핑 재료가 상기 최상층 또는 상기 표면에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 란탄족 원소가 태양전지용 실리콘 상에 Si3N4를 주로 포함하는 층으로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 란탄족 원소가 태양전지용 실리콘 상의 TCO 층으로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 란탄족 원소가 태양전지용 실리콘 상의 투명 탄소 나노튜브 층으로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 란탄족 원소가 태양전지용 비정질 실리콘 상의 층으로 도입되고, 상기 층이 바람직하게는 Si3N4를 주로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 란탄족 원소가 태양전지용 실리콘의 pn 접합의 영역으로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 란탄족 원소가 태양전지용 실리콘의 후면 전계(back surface filed)의 영역으로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 란탄족 원소가 태양전지용 실리콘 상의 SiO2를 주로 포함하는 층으로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 란탄족 원소가 상기 실리콘 재료로 확산되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 란탄족 원소가 스퍼터링 프로세스에 의해 상기 실리콘 재료로 적용되거나 도입되는 것을 특징으로 하는 방 법.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 란탄족 원소가 수성 용액 또는 겔로서 상기 실리콘 재료로 적용되거나 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 란탄족 원소가 기체상 프로세스에 의해 상기 실리콘 재료로 적용되거나 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 란탄족 원소가 플라즈마 프로세스에 의해 상기 실리콘 재료로 적용되거나 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 란탄족 원소가 응축(condensation)에 의해 상기 실리콘 재료로 적용되거나 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 란탄족 원소가 고상 접촉에 의해 상기 실리콘 재료로 적용되거나 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 란탄족 원소가 이온 주입 에 의해 상기 실리콘 재료로 적용되거나 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 란탄족 원소가 란탄족 원소-도핑층 및 이후 상기 실리콘 재료로의 상기 란탄족 원소의 확산을 통해서 상기 실리콘 재료로 적용되거나 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘 재료에 또는 상기 실리콘 재료 안으로 상기 란탄족 원소의 적용 이후에 자동 온도 조절(thermostatting)이 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 에르븀이 상기 사용된 란탄족 원소로부터 배제되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 란탄족 원소가 상기 실리콘 재료 안으로 1000 nm 미만, 및 바람직하게는 500 내지 600 nm의 깊이로 확산되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 란탄족 원소-도핑된 층이 바람직하게는 실리콘 재료층 내에 독립적인 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 태양전지의 제조를 위한 웨이퍼 등의 형태의 실리콘 재료로서, 상기 실리콘 재료가 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 방법을 사용하여 란탄족 원소로 도핑되는 것을 특징으로 하는 실리콘 재료.
- 제23항에 있어서, 에르븀이 상기 사용된 란탄족 원소로부터 배제되는 것을 특징으로 하는 실리콘 재료.
- 제23항 또는 제24항에 있어서, 상기 란탄족 원소가 상기 실리콘 재료 안으로 1000 nm 미만, 및 바람직하게는 500 내지 600 nm의 깊이로 확산되는 것을 특징으로 하는 실리콘 재료.
- 제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 란탄족 원소-도핑된 층이 바람직하게는 실리콘 재료층 내에 독립적인 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 재료.
- 제23항 내지 제26항 중 어느 한 항에 따른 실리콘 재료를 가지거나 또는 제23항 내지 제26항 중 어느 한 항에 따른 실리콘 재료로부터 제조된 태양전지.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102006031300A DE102006031300A1 (de) | 2006-06-29 | 2006-06-29 | Verfahren zur Dotierung von Siliziummaterial für Solarzellen, entsprechend dotiertes Siliziummaterial und Solarzelle |
| DE102006031300.3 | 2006-06-29 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20090042905A true KR20090042905A (ko) | 2009-05-04 |
Family
ID=38371030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020097001777A KR20090042905A (ko) | 2006-06-29 | 2007-05-31 | 스펙트럼을 개질하기 위한 란탄족 원소를 포함하는 실리콘 태양전지 및 이의 제조 방법 |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20090199902A1 (ko) |
| EP (1) | EP2038935A1 (ko) |
| JP (1) | JP2009542018A (ko) |
| KR (1) | KR20090042905A (ko) |
| CN (1) | CN101501863A (ko) |
| AU (1) | AU2007264127A1 (ko) |
| DE (1) | DE102006031300A1 (ko) |
| NO (1) | NO20090454L (ko) |
| SG (1) | SG186507A1 (ko) |
| TW (1) | TW200805693A (ko) |
| WO (1) | WO2008000332A1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190093251A (ko) * | 2018-02-01 | 2019-08-09 | 성균관대학교산학협력단 | 단일 밴드 상향 변환 발광체 및 이의 제조 방법 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2311431B2 (es) * | 2008-06-06 | 2009-07-21 | Universidad Politecnica De Madrid | Procedimiento de fabricacion de dispositivos optoelectronicos de banda intermedia basados en tecnologia de lamina delgada. |
| CN102828242B (zh) * | 2012-09-06 | 2015-05-27 | 西安隆基硅材料股份有限公司 | 含有下转换发光量子点的晶体硅及其制备方法 |
| WO2016055669A1 (es) * | 2014-10-08 | 2016-04-14 | Universidad De La Laguna | Colector fotovoltaico |
| CN105552170A (zh) * | 2016-01-29 | 2016-05-04 | 佛山市聚成生化技术研发有限公司 | 一种太阳能电池的制备方法及由该方法制备的太阳能电池 |
| CN105762206A (zh) * | 2016-04-11 | 2016-07-13 | 西安隆基硅材料股份有限公司 | 晶体硅及其制备方法 |
| CN105839182A (zh) * | 2016-04-11 | 2016-08-10 | 西安隆基硅材料股份有限公司 | 晶体硅及其制备方法 |
| CN106169512A (zh) * | 2016-08-24 | 2016-11-30 | 晶科能源有限公司 | 一种稀土掺杂的晶体硅、其制备方法及太阳能电池 |
| CN110577209A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-12-17 | 天津大学 | 原位合成碳纳米管表面负载氧化铜纳米颗粒的制备方法 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3949463A (en) * | 1973-02-13 | 1976-04-13 | Communications Satellite Corporation (Comsat) | Method of applying an anti-reflective coating to a solar cell |
| US5249195A (en) * | 1992-06-30 | 1993-09-28 | At&T Bell Laboratories | Erbium doped optical devices |
| US5322813A (en) * | 1992-08-31 | 1994-06-21 | International Business Machines Corporation | Method of making supersaturated rare earth doped semiconductor layers by chemical vapor deposition |
| JP3698215B2 (ja) * | 1995-01-23 | 2005-09-21 | 勝泰 河野 | 受光素子 |
| DE19522539C2 (de) * | 1995-06-21 | 1997-06-12 | Fraunhofer Ges Forschung | Solarzelle mit einem, eine Oberflächentextur aufweisenden Emitter sowie Verfahren zur Herstellung derselben |
| JPH10125940A (ja) * | 1996-10-16 | 1998-05-15 | Toshiba Corp | 光電変換素子 |
| JPH10270807A (ja) * | 1997-03-27 | 1998-10-09 | Shinichiro Uekusa | 発光素子用半導体及びその製造方法 |
| JP2001077388A (ja) * | 1999-09-07 | 2001-03-23 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 太陽電池およびその製造方法 |
| JP2001320067A (ja) * | 2000-03-02 | 2001-11-16 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 光電変換装置 |
| US6734453B2 (en) * | 2000-08-08 | 2004-05-11 | Translucent Photonics, Inc. | Devices with optical gain in silicon |
| JP4291973B2 (ja) * | 2001-02-08 | 2009-07-08 | 大阪瓦斯株式会社 | 光電変換材料および光電池 |
| JP2003243682A (ja) * | 2002-02-19 | 2003-08-29 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 太陽電池 |
| US6768048B2 (en) * | 2002-12-04 | 2004-07-27 | The Boeing Company | Sol-gel coatings for solar cells |
| CA2522405A1 (en) * | 2003-04-16 | 2004-11-04 | Apollon Solar | Photovoltaic module and production method thereof |
| JP2005026534A (ja) * | 2003-07-04 | 2005-01-27 | Sharp Corp | 半導体デバイスおよびその製造方法 |
-
2006
- 2006-06-29 DE DE102006031300A patent/DE102006031300A1/de not_active Withdrawn
-
2007
- 2007-05-31 WO PCT/EP2007/004807 patent/WO2008000332A1/de active Application Filing
- 2007-05-31 CN CNA2007800290750A patent/CN101501863A/zh active Pending
- 2007-05-31 SG SG2011045366A patent/SG186507A1/en unknown
- 2007-05-31 JP JP2009516927A patent/JP2009542018A/ja active Pending
- 2007-05-31 US US12/306,622 patent/US20090199902A1/en not_active Abandoned
- 2007-05-31 EP EP07725694A patent/EP2038935A1/de not_active Withdrawn
- 2007-05-31 KR KR1020097001777A patent/KR20090042905A/ko not_active Application Discontinuation
- 2007-05-31 AU AU2007264127A patent/AU2007264127A1/en not_active Abandoned
- 2007-06-28 TW TW096123432A patent/TW200805693A/zh unknown
-
2009
- 2009-01-29 NO NO20090454A patent/NO20090454L/no not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190093251A (ko) * | 2018-02-01 | 2019-08-09 | 성균관대학교산학협력단 | 단일 밴드 상향 변환 발광체 및 이의 제조 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101501863A (zh) | 2009-08-05 |
| NO20090454L (no) | 2009-03-11 |
| DE102006031300A1 (de) | 2008-01-03 |
| SG186507A1 (en) | 2013-01-30 |
| US20090199902A1 (en) | 2009-08-13 |
| TW200805693A (en) | 2008-01-16 |
| JP2009542018A (ja) | 2009-11-26 |
| AU2007264127A1 (en) | 2008-01-03 |
| EP2038935A1 (de) | 2009-03-25 |
| WO2008000332A1 (de) | 2008-01-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20090042905A (ko) | 스펙트럼을 개질하기 위한 란탄족 원소를 포함하는 실리콘 태양전지 및 이의 제조 방법 | |
| CN105144396B (zh) | 具有氮氧化硅电介质层的太阳能电池 | |
| JP2013529857A (ja) | トンネル誘電体層を伴う太陽電池の製造方法 | |
| JP2006269421A (ja) | 電界発光ダイオード、電界発光ダイオードアレイ、及び電界発光ダイオードの製造方法 | |
| AU2013363569B2 (en) | Solar cell emitter region fabrication using etch resistant film | |
| Xu et al. | Electroluminescent polycrystalline Er-doped Lu3Al5O12 nanofilms fabricated by atomic layer deposition on silicon | |
| EP1999799B1 (en) | Device for converting electromagnetic radiation energy into electrical energy and method of manufacturing such a device | |
| CN102511084A (zh) | 多晶硅太阳能电池用合成发光变换器及基于此的太阳能电池元件 | |
| Ma et al. | Crystallization and electroluminescence performance of the Er-doped polycrystalline Gd3Ga5O12 nanofilms fabricated by atomic layer deposition on silicon | |
| Lv et al. | Carbon quantum dots anchored on the anti-reflection silica layer as solid luminescence down-shifting materials in solar panel encapsulation | |
| Vivaldo et al. | Study of the photon down‐conversion effect produced by thin silicon‐rich oxide films on silicon solar cells | |
| CN106133916B (zh) | 太阳能电池光接收表面的钝化 | |
| CN101950786B (zh) | 一种硅基发光二极管的制备方法 | |
| Kar et al. | White light emission of wide‐bandgap silicon carbide: A review | |
| Lu et al. | Si nanocrystals-based multilayers for luminescent and photovoltaic device applications | |
| CN104282777A (zh) | 具掺杂碳化硅层的结晶硅太阳能电池及其制造方法 | |
| Verma et al. | Application of ZnO nanoparticles to enhance photoluminescence in porous silicon and its possible utilization for improving the short wavelength quantum efficiency of silicon solar cell | |
| Wang et al. | Site of the Er3+ optical centers of the 1.54 μm room-temperature emission in Er-doped porous silicon and the excitation mechanism | |
| KR101133252B1 (ko) | 고효율 및 고내구성을 갖는 태양전지용 반사방지막, 이를 포함하는 태양전지 및 그 제조하는 방법 | |
| TWI401809B (zh) | 具有增強之轉換效率之光伏打裝置及波長轉換器及其方法 | |
| US20140034900A1 (en) | Wavelength converting material | |
| TW201626585A (zh) | 太陽能電池及其製造方法 | |
| CN202395024U (zh) | 设有电流阻绝层的发光二极管 | |
| KR20100084912A (ko) | 실리콘 고분자와 산소계 광-형광체로 이루어진 발광 컨버터조성물과 이 발광 컨버터 조성물이 코팅된 실리콘 태양전지 | |
| Filippov et al. | Visible and IR photoluminescence of erbium doped porous silicon films |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |