KR20090106750A - 마이크로 히터 어레이를 이용한 멀티 스택형 태양 전지 및이의 제조 방법 - Google Patents

마이크로 히터 어레이를 이용한 멀티 스택형 태양 전지 및이의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20090106750A
KR20090106750A KR1020080032072A KR20080032072A KR20090106750A KR 20090106750 A KR20090106750 A KR 20090106750A KR 1020080032072 A KR1020080032072 A KR 1020080032072A KR 20080032072 A KR20080032072 A KR 20080032072A KR 20090106750 A KR20090106750 A KR 20090106750A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heating
substrate
heating unit
layer
micro
Prior art date
Application number
KR1020080032072A
Other languages
English (en)
Inventor
최준희
한재용
안드레이 줄카니브
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020080032072A priority Critical patent/KR20090106750A/ko
Priority to US12/320,924 priority patent/US8138416B2/en
Publication of KR20090106750A publication Critical patent/KR20090106750A/ko
Priority to US13/339,984 priority patent/US20120103405A1/en
Priority to US13/339,875 priority patent/US20120108001A1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—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
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
    • H01L31/1844—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising ternary or quaternary compounds, e.g. Ga Al As, In Ga As P
    • 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
    • H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L31/03046—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0735—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising only AIIIBV compound semiconductors, e.g. GaAs/AlGaAs or InP/GaInAs solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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
    • Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 마이크로 히터 어레이를 이용한 고효율의 태양 전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 태양 전지는 기판상에 서로 교차하여 또는 서로 나란하게 각각 구비되는 제1 및 제2 마이크로 히터를 구성하는 제1 또는 제2 가열부로부터의 발열을 이용하여 제1 및 제2 가열부 중 어느 하나 이상에 형성되고, 제1 및 제2 가열부와 전기적으로 각각 연결되며, 외부로부터의 태양 광을 흡수하는 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층을 포함한다. 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층 각각에서 x는 서로 다른 값을 가지므로 다양한 범위의 파장을 갖는 태양 광이 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층에 의해 효율적으로 흡수될 수 있다. 그 결과 태양 전지의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 마이크로 히터 어레이를 이용하여 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층을 유리 기판상에 형성할 수 있으므로 대면적의 태양 전지를 구현할 수 있다.
마이크로 히터, pn 접합층, 멀티 스택형, 태양 전지, 유리 기판

Description

마이크로 히터 어레이를 이용한 멀티 스택형 태양 전지 및 이의 제조 방법{Multi-stacked solar cell using micro-heater array and method for manufacturing the same}
본 발명은 마이크로 히터 어레이를 이용한 멀티 스택형 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 기판상에서 서로 교차하는 또는 서로 나란한 제1 및 제2 마이크로 히터와 상기한 제1 및 제2 마이크로 히터를 이용하여 형성된 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층을 포함하는 고효율의 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
pn 접합은 정류작용을 하는 다이오드에 사용될 뿐 아니라 태양전지(Sola cell), 발광다이오드(Light emitting diode; LED), 이미지 센서(Image sensor) 등의 광전자 장치(Opto-electronic device)에 폭넓게 사용된다.
범용 단일층 태양 전지에 사용되는 pn 접합은 Si을 호스트(host) 물질로 사용하고, P와 B를 n-형 도핑물질과 p-형 도핑물질로 각각 첨가하여 형성한다. 그러나, 단일층 태양 전지의 경우, 그 효율이 낮은 문제가 있다. 구체적으로, 태양 전 지의 효율은 태양 전지의 호스트 물질의 밴드갭(band gap, Eg)에 의해 영향을 받는다. 태양 전지의 호스트 물질의 밴드갭이 큰 경우에는 밴드갭보다 작은 에너지의 광을 흡수하지 못하므로 비효율적이다. 반면, 호스트 물질의 밴드갭이 작은 경우에는 밴드갭보다 큰 에너지의 광은 흡수하나 밴드갭을 초과하는 여분의 에너지는 열로 손실되므로 역시 효율적이지 못하다. 단일층 태양 전지에 있어서, 호스트 물질이 CdTe인 경우 효율이 31%로 가장 좋지만 그 값은 역시 상대적으로 낮다.
반면에, 태양 광은 넓은 범위의 파장을 가지므로 태양 광을 전기 에너지로 효율적으로 이용하기 위해서는 넓은 범위의 파장을 갖는 태양 광을 흡수할 수 있는 호스트 물질이 요구된다.
또한, 고효율의 태양 전지를 대면적화하기 위해서는 유리 기판상에 고품질의 pn 접합을 형성할 수 있어야 한다. 그러나, 고품질의 pn 접합을 형성을 위해서는 통상 1000℃ 이상의 고온이 요구된다. 이러한 고온으로 인하여 고품질의 pn 접합을 형성할 수 있는 기판이 실리콘 웨이퍼, Al2O3, SiC 등의 고가의 기판으로 제한된다. 따라서, 유리기판을 기판으로 사용하지 못하므로 대면적의 pn 접합을 형성하기 어렵고 그에 따라 이를 이용하는 태양 전지의 대면적화가 어렵다.
본 발명은 마이크로 히터 어레이를 이용한 고효율의 멀티 스택형 태양 전지를 제공하고자 한다. 또한, 마이크로 히터 어레이를 이용하여 유리 기판 등 저가이면서 구득이 쉬운 기판상에 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층을 형성하여 고효율의 멀티 스택형 태양전지를 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지는 기판, 제1 마이크로 히터, 제2 마이크로 히터 및 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1 마이크로 히터는 상기 기판과 이격하여 존재하고, 일 방향으로 연장된 제1 가열부; 및 서로 이격되어 상기 기판상에 구비되고, 제1 가열부를 지지하는 제1 지지체들을 포함한다. 상기 제2 마이크로 히터는 상기 일 방향과 직교하는 방향으로 연장되어 상기 제1 가열부 상에서 상기 제1 가열부와 교차하는 제2 가열부; 및 서로 이격되어 상기 기판상에 구비되고, 제2 가열부를 지지하는 제2 지지체들을 포함한다. 상기 제1 및 제2 마이크로 히터는 하나 이상 각각 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층은 제1 또는 제2 가열부로부터의 발열을 이용하여 상기 제1 및 제2 가열부가 교차하는 영역에서 상기 제1 및 제2 가열부 중 어느 하나 이상에 형성되고, 상기 제1 및 제2 가열부와 전기적으로 각각 연결되며, 외부로부터의 태양 광을 흡수한다. 상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층 각각에서 x는 서로 다른 값을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지는 상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층이 형성된 영역에 대응하는 제2 가열부의 상부에 구비되어 외부로부터의 태양 광을 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층에 집중시키는 렌즈를 더 포함 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 스택형 태양 전지에서, 제2 마이크로 히터는 상기 기판과 이격하여 존재하고, 상기 제1 가열부와 이웃하여 나란하게 구비된 제2 가열부; 및 서로 이격되어 상기 기판상에 구비되고, 제2 가열부를 지지하는 제2 지지체들을 포함한다. 또한, 상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층은 제1 및 제2 가열부로부터의 발열을 이용하여 상기 제1 및 제2 가열부 중 어느 하나 이상에 형성되고, 상기 제1 및 제2 가열부와 전기적으로 각각 연결되며, 외부로부터의 태양 광을 흡수한다. 상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층 각각에서 x는 서로 다를 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 다른 태양 전지는 상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층이 형성된 영역에 대응하는 제1 및 제2 가열부 중 어느 하나 이상의 상부에 구비되어 외부로부터의 태양 광을 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층에 집중시키는 렌즈를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 태양 전지에 있어서, 상기 기판은 유리 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 및 제2 마이크로 히터는 독립적으로 각각 구동될 수 있다.
본 발명은 또한, 마이크로 히터 어레이를 이용하여 태양 전지를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이를 이용하여 태양 전지를 제조하는 방법은, 기판; 상기 기판과 이격하여 존재하고, 일 방향으로 연장된 제1 가열부 및 서로 이격되어 상기 기판상에 구비되고, 제1 가열부를 지지하는 제1 지지체들을 포함하는 하나 이상의 제1 마이크로 히터; 및 상기 기판과 이격하여 존재하고, 상기 제1 가열부와 이웃하여 나란하게 구비된 제2 가열부 및 서로 이격되어 상기 기판상에 구비되고, 제2 가열부를 지지하는 제2 지지체들을 포함하는 하나 이상의 제2 마이크로 히터로 이루어진 마이크로 히터 어레이에 전압 인가시 제1 가열부 또는 제2 가열부에서 발생하는 발열을 이용하여 상기 제1 및 제2 가열부가 교차하는 영역의 상기 제1 및 제2 가열부 중 어느 하나 이상에 서로 다른 x값을 갖는 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층을 형성하여 이루어진다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 제조하는 방법은, 기판; 상기 기판과 이격하여 존재하고, 일 방향으로 연장된 제1 가열부 및 서로 이격되어 상기 기판상에 구비되고, 제1 가열부를 지지하는 제1 지지체들을 포함하는 하나 이상의 제1 마이크로 히터; 및 상기 기판과 이격하여 존재하고, 상기 제1 가열부와 이웃하여 나란하게 구비된 제2 가열부 및 서로 이격되어 상기 기판상에 구비되고, 제2 가열부를 지지하는 제2 지지체들을 포함하는 하나 이상의 제2 마이크로 히터로 이루어진 마이크로 히터 어레이에 전압 인가시 발생하는 제1 가열부 또는 제2 가열부에 서 발생하는 발열을 이용하여 제1 및 제2 가열부 중 어느 하나 이상에 서로 다른 x값을 갖는 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층을 형성하여 이루어진다
상기한 본 발명의 실시예들에 따른 태양 전지를 제조하는 방법은 다음과 같다. 상기 마이크로 히터 어레이를 챔버 내에 구비한다. 상기 제1 및 제2 마이크로 히터 중 한 측에 전압을 인가한다. 상기 챔버 내부로 소스 개스와 p-형 도핑 개스를 주입하여 상기 인가된 전압에 의하여 발열된 제1 가열부 또는 제2 가열부에 p-형 InxGa1-xN층을 성장시킨다. 상기 챔버 내부로 소스 개스와 n-형 도핑 개스를 주입하여 상기 인가된 전압에 의하여 발열된 제1 가열부 또는 제2 가열부에 n-형 InxGa1 - xN층을 성장킨다. p-형 InxGa1 - xN층 및 n-형 InxGa1 - xN층을 성장시키는 각 단계를 반복 수행하여, x값이 서로 다른 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층을 형성할 수 있다. 또한, p-형 InxGa1 - xN층 및 n-형 InxGa1 - xN층을 순차로 성장시킬 수 있으며, 그 반대의 경우도 가능한다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지 및 이의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 발명의 실시예에서는 복수의 제1 및 제2 마이크로 히터가 기판상에 각각 구비된 마이크로 히터 어레이에 대하여 설명하지만, 하나의 제1 및 제2 마이크로 히터가 기판상에 각각 구비된 경우도 본 발명에 포함된다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지에 대하여 상술한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지를 나타낸 사시도이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지를 나타낸 평면도이며, 도 1c는 도 1b에 도시된 절단선 Ⅰ-Ⅰ'에 따라 절단한 단면도이다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지(101)는 마이크로 히터 어레이 및 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)을 포함한다.
본 실시예에서, 마이크로 히터 어레이는 기판(10), 상기 기판(10)상에서 일 방향(D1)으로 나란하게 각각 구비된 복수의 제1 마이크로 히터(20) 및 일 방향(D1)과 직교하는 방향(D2)으로 구비되어 상기 복수의 제1 마이크로 히터(20)와 각각 교차하는 복수의 제2 마이크로 히터(30)를 포함한다. 상기 복수의 제 1 및 제2 마이크로 히터(20, 30)는 독립적으로 각각 구동될 수 있다.
상기 복수의 제1 마이크로 히터(20) 각각은, 제1 가열부(21) 및 제1 지지체들(22)을 포함한다. 상기 제1 가열부(21)는 상기 기판(10)과 이격하여 존재하고, 일 방향(D1)으로 연장된다. 상기 제1 지지체들(22)은 상기 기판(10)과 제1 가열부(21)와의 사이에 부분적으로 구비되어 제1 가열부(21)를 지지한다.
상기 복수의 제2 마이크로 히터(30) 각각은, 제2 가열부(31) 및 제2 지지체 들(32)을 포함한다. 상기 제2 가열부(31)는 일 방향(D1)과 직교하는 방향(D2)으로 연장되어 상기 제1 가열부(21) 상에서 상기 제1 가열부(21)와 교차한다. 상기 제2 지지체들(32)은 상기 기판(10)과 제2 가열부(31)와의 사이에 부분적으로 구비되어 상기 제2 가열부(31)를 지지한다.
상기 제1 및 제2 지지체들(22, 32)은 상기 제1 및 제2 가열부(21, 31)가 교차하는 영역 이외에서, 상기 제1 및 제2 가열부(21, 31)의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 각각 배열된다.
복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)은 제1 또는 제2 가열부(21, 31)로부터의 발열을 이용하여 상기 제1 및 제2 가열부(21, 31)가 교차하는 영역의 상기 제1 및 제2 가열부(21, 31) 중 어느 하나 이상에 형성되고, 상기 제1 및 제2 가열부(21, 31)와 전기적으로 각각 연결된다.
이하에서 각각의 구성요소에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 실시예에서, 제1 및 제2 마이크로 히터(20, 30)는 그 구조 및 형상이 서로 동일한 예가 설명된다. 다만 제1 및 제2 마이크로 히터(20, 30)의 사이즈는 서로 다를 수 있다.
도 1a 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 제2 가열부(31)는 상기 제1 가열부(21)로부터 일정 간격 이격되어 상기 제1 가열부(21) 상에 구비된다. 상기 제1 및 제2 가열부(21, 31)가 교차하는 영역에서 서로 이격되도록, 상기 제1 가열부(21) 및 상기 기판(10) 사이의 간격(S1)이 상기 제2 가열부(31) 및 상기 기판(10) 사이의 간격(S2)보다 작다. 이에 따라서, 상기 제1 지지체들(22)의 높이가 제2 지지체들(32)의 높이보다 작다. 한편, 상기 제1 및 제2 가열부(21, 31) 사이의 간격은 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)이 상기 제1 및 제2 가열부(21, 31)와 각각 전기적으로 연결될 수 있도록 상기 제1 및 제2 가열부(21, 31) 사이에 형성되는 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)의 두께와 일치하도록 설정될 수 있다.
상기 제1 및 제2 가열부(21, 31)는 몰리브덴, 텅스텐, 탄화실리콘 등으로 이루어질 수 있으며, 전력 인가에 의하여 발광 및 발열하게 된다. 제1 및 제2 가열부(21, 31)는 동일한 물질로 형성되거나, 서로 다른 물질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 가열부(21, 31)가 교차하는 영역에서, 상기 제2 가열부(31)에 개구부(33)를 형성하거나, 상기 제2 가열부(31)를 투명 전극물질로 형성할 수 있다. 이는 상기 제1 및 제2 가열부(21, 31) 사이에 형성되는 복수의 InxGa1 -xN pn 접합층(40)에서 광을 흡수할 수 있도록 하기 위함이다. 본 실시예에서는 상기 제2 가열부(21)에 개구부(33)가 형성되어, 외부로부터의 태양 광이 상기 개구부(33)를 통하여 상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)으로 전달될 수 있다.
한편, 상기 제1 및 제2 지지체들(22, 32)은 상기 제1 및 제2 가열부(21, 31)로부터 발생하는 열의 손실을 방지하기 위하여 열전도율이 작은 물질로 이루어질 수 있다. 일예로 상기 제1 및 제2 지지체들(22, 32)은 SiOx 또는 Si3N4 등의 절연물질로 이루어질 수 있다.
상기 기판(10)은 유리 재질로 이루어질 수 있다. 상기 기판(10)이 유리 재질 로 이루어진 경우 복사열(가시광선이나 IR)을 투과하므로 기판(10)의 온도가 예컨데 50℃ 이하로 유지되면서 제1 및 제2 가열부(21, 31)에서 600~2000℃의 고온으로 히팅이 수행될 수 있다. 따라서 마이크로 히터 어레이는 고온의 히팅을 요구하는 pn 접합을 유리 기판상에 형성하는 데 이용될 수 있다. 이에 따라, pn 접합 소자의 대면적화가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 가열부(21, 31) 각각은 제1 영역들(A1) 및 제2 영역들(A2)로 구분되고, 상기 제1 영역들(A1)은 상기 제1 및 제2 가열부(21, 31)와 상기 제1 및 제2 지지체들(22,32)이 각각 접촉하는 접촉 영역(CA)에 대응하고, 제2 영역들(A2)은 상기 제1 영역들(A1)의 사이에 각각 존재한다. 이때, 접촉 영역(CA)의 면적은 제1 및 제2 지지체들(22, 32)이 상기 제1 및 제2 가열부(21, 31) 각각의 지지를 유지하는 한도에서 가능한 감소 되도록 조절되어야 한다. 상기 접촉 영역(CA)의 면적이 작을수록 상기 제1 가열부(21) 및 제1 지지체들(22) 간의 열전달과 상기 제2 가열부(31) 및 제2 지지체들(32) 간의 열전달이 감소 되고, 이에 따라 마이크로 히터 어레이의 구동에 소모되는 전력을 감소시킬 수 있다.
참고로, 도 1a 내지 도 1c에서는 제1 영역들(A1)과 접촉 영역(CA)이 원형으로 도시되어 있지만, 식각에 따라서는 상기 제1 영역들(A1)이나 접촉 영역(CA)의 형상이 원형이 아닌 사각형 내지 기타 다른 형상이 될 수 있다.
한편, 상기 제1 영역들(A1)의 각 폭이 상기 제2 영역들(A2)의 각 폭보다 큰 것이 바람직하다. 그 이유는 제1 및 제2 지지체들(22, 32)의 식각과 특히 접촉 영 역(CA)의 식각을 용이하게 하기 위하여는, 상기 제1 영역들(A1)의 각 폭을 상기 제2 영역들(A2)의 각 폭보다 크도록 할 필요가 있기 때문이다. 또한, 제2 영역들(A2)의 각 폭은 상기 제1 영역들(A1)의 각 폭보다 작아야 상기 제2 영역들(A2)의 발광 및 발열이 상기 제1 영역들(A1)보다 더욱 커질 수 있기 때문이다. 이러한 기술 구성은 발광 및 발열 위치의 조절이 가능하게 한다.
이와 같이 본 실시예에서는 제1 및 제2 가열부(21, 31)를 제1 영역들(A1)과 제2 영역들(A2)을 구분하고, 제2 영역들(A2)에서의 발광 및 발열을 크게 하고 제1 및 제2 지지체들(22, 32)에 의하여 각각 지지 되는 제1 영역들(A1)에서는 발광 및 발열을 작게 하되, 발광 및 발열이 작은 제1 영역들(A1)에서의 열전달 면적을 또한 최소화함으로써, 불필요한 전력 낭비를 줄이고 인가된 전압이 제2 영역들(A1)의 고온의 히팅에 효율적으로 사용되도록 할 수 있다.
한편, 제1 및 제2 가열부(21, 31)는 상기 제2 영역들(A2)에서 서로 교차되므로, 상기 교차된 영역에서의 고온의 히팅을 이용하여 상기 제1 및 제2 가열부(21, 31)의 사이에 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)을 형성할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 제1 마이크로 히터(20)를 구동시켜서 제1 가열부(21)로부터의 발열을 이용하여 제1 가열부(21)에 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)을 형성함은 물론, 제2 마이크로 히터(30)을 구동시켜서 제2 가열부(31)에 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)을 형성할 수도 있다. 또한, 제1 마이크로 히터(20) 및 제2 마이크로 히터(30)를 순차로 구동시켜서 제1 가열부(21) 및 제2 가열부(31)의 양측에 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)을 각각 형성할 수 있다. 또한, 복수의 제1 및 제2 마이크로 히터(20, 30) 각각에 포함된 제1 가열부(21) 및 제2 가열부(31)는 독립적으로 발열될 수 있으므로 제1 및 제2 가열부(21, 31)의 교차영역 중 일부에만 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)이 제1 가열부(21)에 형성된 예를 설명한다. 한편, 상기 제1 가열부(21)의 제2 영역(A2)에서 국부적으로 고온의 히팅이 가능하므로 상기 제1 가열부(21) 중 제2 영역(A2)에 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)을 형성시킬 수 있다.
도 1a 및 도 1c를 참조하면, 상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)은 복층 구조를 이루며, InxGa1 - xN pn 접합층(40)에서 x는 0 이상 1 이하의 값을 갖는다. 또한, 상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40) 각각에서 x는 서로 다른 값을 가지며, 복수의 InxGa1-xN pn 접합층(40) 각각은 p-형 InxGa1 - xN층 및 n-형 InxGa1 - xN층을 포함한다.
본 실시예에서, 상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)은 세 개의 InxGa1 - xN pn 접합층(41, 42, 43)을 갖는다. 상기 제1 InxGa1 - xN pn 접합층(41)은 제1 p-형 InxGa1 - xN층(41a) 및 제1 n-형 InxGa1 - xN층(41b)으로 이루어지고, 상기 제2 InxGa1 - xN pn 접합층(42)은 제2 p-형 InxGa1 - xN층(42a) 및 제2 n-형 InxGa1 - xN층(42b)으로 이루어지며, 상기 제3 InxGa1 - xN pn 접합층(43)은 제3 p-형 InxGa1 - xN층(43a) 및 제3 n-형 InxGa1 - xN층(43b)으로 이루어진다.
한편, 본 실시예에서는 p-형 InxGa1 - xN층 및 n-형 InxGa1 - xN층이 순차로 형성되어 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)이 형성된 예가 설명되지만, n-형 InxGa1 - xN층 및 p-형 InxGa1 - xN층이 순차로 형성되어 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)을 형성할 수 있다.
상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40) 각각에서 x 값을 서로 다르게 조절하여 상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)으로 입사되는 태양 광을 효율적으로 흡수할 수 있다. 상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40) 각각을 이루는 호스트 물질인 InxGa1 - xN은 In, Ga이 고용체를 형성하므로 In 및 Ga의 양에 따라 x값을 0 에서 1의 범위로 조절할 수 있고, x값에 따라 InXGa1 - XN의 밴드갭(Eg)을 변화시킬 수 있다. 그 결과, 서로 다른 x값을 갖는 InXGa1 - XN pn 접합층을 적층하여 Eg이 서로 다른 복수의 InXGa1-XN pn 접합층(40)을 구성함으로써, 복수의 InXGa1 - XN pn 접합층(40) 각각이 서로 다른 파장의 태양 광을 흡수할 수 있다. x값에 따라, 상기 InXGa1 - XN의 Eg을 0.7 eV (590 nm)∼3.4 eV (120 nm)로 변화시킬 수 있다. 이는 다양한 범위의 파장을 갖는 태양 광의 스펙트럼과 거의 일치하여 상기 복수의 InXGa1 - XN pn 접합층(40)으로 입사된 태양 광 중 파장이 짧은 빛은 Eg이 큰 InXGa1 - XN pn 접합층이 흡수하고, 파장이 긴 빛은 Eg이 작은 InXGa1 - XN pn 접합층이 흡수하도록 하여 상기 복수의 InXGa1 - XN pn 접합층(40)으로 입사된 태양 광을 손실을 방지할 수 있다. 그 결과 태양 전지(101)의 효율을 향상시킬 수 있다. 일예로, InXGa1 - XN pn 접합층(40)이 2층으로 적층된 경우 태양 전지는 약 50%의 최대효율을 가지며, 3층으로 적층된 경우에는 56 %, 36층으로 적층된 경우에는 72 %까지 태양 전지의 최대효율이 증가할 수 있다.
한편, 상기 InXGa1 - XN에서 x값이 0인 경우 InXGa1 - XN pn 접합층의 Eg는 3.4eV이고, InXGa1 - XN에서 x값이 0.4인 경우 InXGa1 - XN pn 접합층의 Eg는 1.0eV이고, InXGa1 - XN에서 x값이 1인 경우 InXGa1 - XN pn 접합층의 Eg는 0.7eV이다. 즉, InXGa1 - XN에서 x값이 커질수록 InXGa1 - XN pn 접합층의 Eg이 작아지므로, 복수의 InXGa1 - XN pn 접합층(40) 중 x값이 작은 InXGa1 - XN pn 접합층에서 단 파장의 태양 광을 흡수하고, 복수의 InXGa1 - XN pn 접합층(40) 중 x값이 큰 InXGa1 - XN pn 접합층에서 장 파장의 태양 광을 흡수할 수 있다.
따라서, 태양 광이 입사되는 측의 복수의 InXGa1 - XN pn 접합층(40)을 Eg이 큰 InXGa1-XN pn 접합층에서 Eg가 작은 InXGa1 - XN pn 접합층으로 배치되도록 구성하여, 단 파장의 태양 광부터 장 파장의 태양 광이 순차로 상기 복수의 InXGa1 - XN pn 접합층(40)에 흡수되도록 할 수 있다.
일예로, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)이 세 개의 InxGa1 - xN pn 접합층(41, 42, 43)으로 이루어진 경우, 태양 광이 입사되는 측에서 제2 가열부(31)와 접하는 최외층의 제3 InxGa1 - xN pn 접합층(43)의 x 값은 0이고, 중간층의 제2 InxGa1 - xN pn 접합층(42)의 x값은 0.4이고, 제1 가열부(21)와 접하는 최내층의 제1 InxGa1 - xN pn 접합층(41)의 x값은 1일 수 있다. 이 경우, 제3 InxGa1 - xN pn 접합층(43)에서 제1 InxGa1 - xN pn 접합층(41)으로 태양 광이 진행하면서 단 파장에서 장파장의 태양 광이 흡수된다.
본 실시예에서, 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)은 상기 제1 가열부(21)로부터의 발열에 의해 상기 제1 가열부(21)에 직접 성장되어 상기 제1 및 제2 가열부(21, 31)와 전기적으로 각각 연결되므로, 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40) 형성 후에, 제1 및 제2 가열부(21, 31)를 태양 전지(101)의 양 전극으로 사용할 수 있다. 따라서, 별도의 전극층을 구비할 필요가 없으므로 태양 전지(101)의 박형화 및 경량화가 가능하다.
복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)은 금속유기화학기상증착(Metal organic chemical vapor deposition; MOCVD)법으로 제조될 수 있으며, TMIn, TEGa, 및 NH3 는 호스트 InXGa1 - XN을 형성하기 위한 In, Ga 및 N의 소스로 각각 사용되며, p-형 도핑 개스로는 Cp2Mg 이 사용되고, n-형 도핑 개스로는 SiH4이 사용될 수 있다.
한편, InXGa1 - XN을 성장시키기 위해서는 약 1000 ℃ 이상의 성장온도가 요구된다. 따라서 이러한 고온의 히팅 조건으로 인하여 사용가능한 기판이 실리콘 웨이퍼, Al2O3 기판, SiC 기판 등 고가의 기판으로 제한되어 대면적의 태양 전지를 제조하는 데에 한계가 있었으나, 마이크로 히터 어레이를 이용하여 InXGa1 - XN을 형성하는 경우, 유리 기판의 온도를 상온으로 유지할 수 있으므로 유리 기판상에 InXGa1 - XN pn 접합층을 형성시킬 수 있다. 그에 따라 대면적의 태양 전지를 제조가능하게 되었다.
한편, 본 실시예에서는 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)이 제1 가열부(21)의 상면 및 하면 양측에 대칭적으로 형성된 예가 도시되었지만, 공정 조건을 달리하여 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)을 제1 가열부(21)의 상면에만 형성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지의 다른 태양을 나타낸 단면도이다. 도 1c에 도시된 구성요소와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 병기하고 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
태양 전지(101)는 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)이 형성된 영역에 대응하는 제1 및 제2 가열부(21, 31) 중 어느 하나 이상의 상부에 구비되어 외부로부터의 태 양 광(L)을 상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)에 집중시키는 렌즈(60)를 더 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서, 태양 전지(101)는 제2 가열부(31)의 상부에 구비된 렌즈(60)를 더 포함한다. 상기 렌즈(60)은 도 1a에 도시된 바와 같이 상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)이 형성된 영역에 대응하여 어레이 형태로 제1 및 제2 가열부(21, 31)의 교차영역에 별개로 구비될 수 있으며, 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)이 형성된 영역의 제1 가열부(21) 또는 제2 가열부(31)의 길이 방향을 따라 실린더 또는 반 실린더 형상의 렌즈가 구비될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지를 나타낸 도면이다. 도 1a 내지 도 1c에 도시된 구성요소와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조 번호를 병기하고 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지(102)는 마이크로 히터 어레이 및 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)을 포함한다.
본 실시예에서, 복수의 제1 및 제2 마이크로 히터(20', 30') 각각이 제1 및 제2 연결부들(27, 37)을 더 포함하고, 제1 및 제2 지지체들(26, 36)이 상기 제1 및 제2 가열부(25, 35)의 하부에 구비되는 것이 아니라 제1 및 제2 연결부들(27, 37) 의 하부에 각각 구비되는 것을 제외하고, 본 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이 및 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)은 도 1a 내지 도 1c에 도시된 마이크로 히터 어레이 및 복수의 InxGa1 - xN pn 접합에 대응한다.
복수의 제1 마이크로 히터(20') 각각은, 제1 가열부(25), 제1 지지체들(26) 및 제1 연결부들(27)을 포함한다. 상기 제1 가열부(25)는 기판(10)과 이격하여 존재하고, 일 방향(D1)으로 연장된다. 상기 제1 연결부들(27)은 상기 제1 가열부(25)의 양측으로부터 각각 연장되고, 상기 제1 가열부(25)의 길이방향을 따라 서로 이격되어 배열된다. 상기 제1 지지체들(26)은 상기 기판(10)과 상기 제1 연결부들(27)의 사이에 각각 구비되어 상기 제1 가열부(25) 및 제1 연결부들(27)을 지지한다.
상기 복수의 제2 마이크로 히터(30') 각각은, 제2 가열부(35), 제2 지지체들(36) 및 제1 연결부들(37)을 포함한다. 상기 제2 가열부(35)는 기판(10)과 이격하여 존재하고, 일 방향(D1)과 직교하는 방향(D2)으로 연장되어 상기 제1 가열부(25) 상에서 상기 제1 가열부(25)와 교차한다. 상기 제2 연결부들(37)은 상기 제2 가열부(35)의 양측으로부터 각각 연장되고, 상기 제2 가열부(35)의 길이방향을 따라 서로 이격되어 배열된다. 상기 제1 지지체들(36)은 상기 기판(10)과 상기 제2 연결부들(37)의 사이에 각각 구비되어 상기 제2 가열부(35) 및 제2 연결부들(37)을 지지한다.
제1 및 제 2 가열부(25, 35)가 서로 교차하는 영역에서, 상기 제1 및 제 2 가열부(25, 35)가 일정거리 이격되도록 상기 제1 지지체들(26)의 높이가 상기 제2 지지체들(36)의 높이 보다 작다. 상기 제1 및 제2 가열부(25, 35) 각각은 양단의 전압 인가에 의하여 발광 및 발열하게 되며, 독립적으로 구동될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제2 가열부(35)는 투명 전극물질로 형성되어 태양 광을 제2 가열부(35)의 하부에 구비된 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)으로 통과시킨다.
복수의 제2 마이크로 히터(30')는 복수의 제1 마이크로 히터(20')와 직교하는 방향으로 기판(10)상에 구비된 것을 제외하고, 그 구성 및 형상이 상기 복수의 제1 마이크로 히터(20')의 구성 및 형상에 대응한다. 이하에서는 상기 복수의 제1 마이크로 히터(20')를 기준으로, 그 구조를 더 상세하게 설명한다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 제1 연결부들(27)은 상기 제1및 제2 가열부(25, 35)가 교차하는 영역 이외에서, 제1 가열부(25)의 양측에 각각 구비될 수 있다. 본 실시예에서 상기 제1 연결부들(27)은 상기 제1 가열부(25)의 길이방향(D1)과 직교한 방향(D2)으로 각각 연장되고, 상기 제1 가열부(25)의 양측에 대칭적으로 구비된다. 그러나, 상기 제1 연결부들(27)은 상기 제1 가열부(25)의 양측에 엇갈려서 각각 구비될 수 있다. 상기 제1 연결부들(27)은 제1 가열부(25)의 재질과 동일한 재질로 이루어지며, 동일한 공정을 통하여 상기 제1 가열부(25)와 일체로 형성된다.
상기 제1 지지체들(26)은 상기 제1 연결부들(27)의 각 하부에 부분적으로 구비되어, 상기 제1 연결부들(27)과 부분적으로 접촉된다. 여기서, 상기 제1 연결부 들(27) 각각은 제3 영역(A3) 및 제4 영역(A4)으로 나뉜다. 상기 제3 영역(A3)은 상기 제1 연결부들(27)과 상기 제1 지지체들(26)이 각각 접하는 접촉 영역(CA)에 대응한다. 상기 제4 영역(A4)은 상기 제1 가열부(25)와 제3 영역(A3)과의 사이에 존재한다. 본 실시예에서, 상기 제1 지지체들(26)은 상기 제1 연결부들(27)의 각 단부의 하부에 각각 구비된다.
제1 연결부들(27)이 상기 제1 지지체들(26)에 의해 지지 됨으로써 상기 제1 연결부들(27)과 일체로 형성된 제1 가열부(25)가 상기 제1 지지체들(26)과의 접촉 없이도 상기 제1 지지체들(26)에 의해 지지 될 수 있다. 또한, 상기 제1 가열부(25)와 상기 제1 지지체들(26)은 상기 제1 연결부들(27)에 의해 서로 이격되어 존재하므로 상기 제1 지지체들(26)의 각 형상이 상기 제1 가열부(25)의 온도 분포에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 상기 제1 가열부(25)는 균일한 온도 분포를 유지할 수 있다.
제1 마이크로 히터(20')에서, 제1 가열부(25) 및 제1 연결부들(27) 간의 열전달과 제1 연결부들(27) 및 상기 제1 지지체들(26) 간의 열전달이 일어나는 영역의 면적을 감소, 바람직하게는 지지를 유지하는 한도에서 최소화시키면 상기 제1 마이크로 히터(20')의 구동에 소모되는 전력을 절감할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 가열부(25)의 양측으로부터 상기 제1 연결부들(27)로 각각 전달되는 열전도도는 상기 제1 연결부들(27)의 제4 영역(A4)의 길이(L)가 길수록 작아지고, 상기 제1 연결부들(27)의 폭(W1, W2)이 작을수록 작아진다. 또한, 상기 제1 연결부들(27)로부터 상기 제1 지지체들(26)로 각각 전달되는 열전도도는 상기 접촉 영역(CA)의 폭이 작을수록 작아진다.
따라서, 상기 제1 가열부(25)의 지지를 유지하는 한도에서 상기 제1 연결부들(27)의 제4 영역(A4)의 길이(L)를 최대화시키거나 상기 제1 연결부들(27)의 폭(W1, W2) 및 상기 접촉 영역(CA)을 최소화시키면 상기 제1 가열부(21)부터 발생한 열의 손실을 감소시킬 수 있다. 그 결과, 제1 마이크로 히터(20')의 구동에 소모되는 전력을 절감할 수 있고, 인가된 전력이 상기 제1 가열부(25)의 고온 히팅에 효율적으로 사용되도록 할 수 있다.
일예로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 제1 연결부들(27)의 제4 영역(A4)의 폭(W2)을 상기 제1 가열부(25)의 폭(W3)보다 작게 형성하여 상기 제1 가열부(25)로부터 상기 제1 연결부들(27)의 제4 영역(A4)로 전달되는 열량을 감소시킬 수 있다. 또한, 제1 연결부들(27)로부터 제1 지지체들(26)로 전달되는 열의 손실을 감소시키기 위해, 접촉 영역(CA)의 폭을 제3 영역의 폭(W1)보다 작게 형성할 수 있다.
한편, 상기 접촉 영역(CA) 및 상기 제1 연결부들(27)의 제3 영역(A3)의 면적이 지나치게 작은 경우에 상기 제1 지지체들(26)에 의한 지지 자체가 어려워져 구조적 안정성을 확보할 수 없다. 따라서, 접촉 영역(CA) 및 상기 제3 영역(A3)의 면적은 제1 지지체들(26)이 제1 가열부(25) 및 제1 연결부들(27)의 지지를 유지할 수 있는 최소한의 면적 이상이 되도록 하여야 한다. 그 결과, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 제3 영역(A3)의 폭(W1) 및 상기 접촉 영역(CA)의 폭은 상기 제4 영역(A4)의 폭(W2)보다 크게 형성될 수 있다.
제2 마이크로 히터(30')의 경우에도 상기한 바와 같이, 제2 가열부(35) 및 제2 연결부들(37) 간의 열전달과 제2 연결부들(37) 및 상기 제2 지지체들(36) 간의 열전달이 일어나는 영역의 면적을 조절하여 제2 마이크로 히터(30')의 구동에 소모되는 전력을 절감할 수 있다.
참고로, 도 3a 및 도 3b에는 상기 제1 및 제2 연결부들(27, 37)의 제3 영역(A3)과 접촉 영역(CA)이 원형으로 도시되어 있지만, 식각에 따라서는 상기 제3 영역(A3)이나 접촉 영역(CA)의 형상이 원형이 아닌 사각형 내지 기타 다른 형상이 될 수 있다.
복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)은 제1 가열부(25)로부터의 발열을 이용하여 상기 제1 및 제2 가열부(25, 35)가 교차하는 영역의 상기 제1 가열부(25) 상에 직접 성장하여 상기 제1 및 제2 가열부(25, 35)와 전기적으로 각각 연결된다. 상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40) 각각은 서로 다른 x값을 가지므로 다양한 파장의 태양 광을 효율적으로 흡수할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지를 나타낸 평면도이다. 도 4b는 도 4a에 도시된 절단선 Ⅱ-Ⅱ'에 따라 절단한 단면도이다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 구성요소 중 도 1a 내지 도 3c에 도시된 구성요소와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조 번호를 병기하고 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전 지(103)는 마이크로 히터 어레이 및 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)을 포함한다.
본 실시예에서, 상기 복수의 제1 마이크로 히터(20) 각각은, 제1 가열부(21) 및 제1 지지체들(22)을 포함한다. 상기 제1 가열부(21)는 상기 기판(10)과 이격하여 존재하고, 일 방향(D1)으로 연장된다. 상기 제1 지지체들(22)은 상기 기판(10)과 제1 가열부(21)와의 사이에 부분적으로 구비되어 제1 가열부(21)를 지지한다.
상기 복수의 제2 마이크로 히터(30') 각각은, 제2 가열부(35), 제2 지지체들(36) 및 제1 연결부들(37)을 포함한다. 상기 제2 가열부(35)는 기판(10)과 이격하여 존재하고, 일 방향(D1)과 직교하는 방향(D2)으로 연장되어 상기 제1 가열부(21) 상에서 상기 제1 가열부(21)와 교차한다. 상기 제2 연결부들(37)은 상기 제2 가열부(35)의 양측으로부터 각각 연장되고, 상기 제2 가열부(35)의 길이방향을 따라 서로 이격되어 배열된다. 상기 제2 지지체들(36)은 상기 기판(10)과 상기 제2 연결부들(37)의 사이에 각각 구비되어 상기 제2 가열부(35) 및 제2 연결부들(37)을 지지한다.
제1 및 제2 가열부(21, 35)가 서로 교차하는 영역에서, 상기 제1 및 제 2 가열부(21, 35)가 일정거리 이격되도록 상기 제1 지지체들(22)의 높이가 상기 제2 지지체들(36)의 높이 보다 작다. 상기 제1 및 제2 가열부(21, 35) 각각은 양단의 전압 인가에 의하여 발광 및 발열하게 되며, 독립적으로 구동될 수 있다. 상기 제2 가열부(35)는 투명 전극물질로 형성된다.
본 실시예에서, 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)은 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 제2 가열부(35)로부터의 발열을 이용하여 상기 제2 가열부(35) 상에 형성되어 상기 제1 및 제2 가열부(25, 35)와 전기적으로 각각 연결된다. 상기 복수의 InxGa1-xN pn 접합층(40)은 서로 다른 x값을 갖는 세 개의 InxGa1 - xN pn 접합층(41, 42, 43)이 적층되어, 다양한 파장의 태양 광을 효율적으로 흡수할 수 있다.
도 5a 내지 도 6b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지를 설명하기 위한 도면이다. 도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이를 나타낸 평면도이고, 도 5b는 도 5a에 도시된 절단선 Ⅲ-Ⅲ'에 따라 절단한 단면도이다. 도 6a는 도 5a에 도시된 제1 및 제2 가열부에 형성된 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층을 나타낸 평면도이다. 도 6b는 도 6a에 도시된 절단선 Ⅳ-Ⅳ'에 따라 절단한 단면도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 실시예에서 이용되는 마이크로 히터 어레이는 기판(110), 상기 기판(110)상에 서로 교번하여 나란하게 배치되는 복수의 제1 마이크로 히터(120) 및 제2 마이크로 히터(130)를 포함한다.
본 실시예에서, 상기 복수의 제1 마이크로 히터(120) 각각은 제1 가열부(121) 및 제1 지지체들(122)을 포함한다 상기 제1 가열부(121)는 상기 기판(110)과 이격하여 존재하고, 일 방향으로 연장된다. 상기 제1 지지체들(122)은 상기 기판(110)과 상기 제1 가열부(121)의 사이에 부분적으로 구비되어 상기 제1 가열부(121)를 지지한다.
상기 복수의 제2 마이크로 히터(130) 각각은 상기 제1 마이크로 히터(120)와 마찬가지로 제2 가열부(131) 및 제2 지지체들(132)을 포함한다. 상기 제2 가열부(131)는 상기 기판(110)과 이격하여 존재하고, 상기 제1 가열부(121)와 나란하게 구비된다. 상기 제2 지지체들(132)은 상기 기판(110)과 상기 제2 가열부(131)의 사이에 부분적으로 구비되어 상기 제2 가열부(131)를 지지한다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 가열부(121, 131) 각각은 제1 영역들(A1) 및 제2 영역들(A2)으로 구분될 수 있다. 상기 제1 영역들(A1)은 상기 제1 및 제2 가열부(121, 131)와 상기 제1 및 제2 지지체들(122, 132)이 각각 접촉하는 접촉 영역(CA)에 대응하고, 상기 제2 영역들(A2)은 상기 제1 영역들(A1)의 사이에 각각 존재한다 상기 제1 및 제2 가열부(121, 131)의 제1 영역(A1)보다 제2 영역(A2)에서 고온의 발열이 가능하다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1 마이크로 히터(120) 및 제2 마이크로 히터(130)는 제1 가열부(121)의 제1 영역들(A1) 및 제2 영역들(A2)과 제2 가열부(131)의 제1 영역들(A1) 및 제2 영역들(A2)이 서로 각각 인접하도록 나란하게 배치된다.
본 실시예의 제1 및 제2 가열부(121, 131)는 도 1a 및 도 1b에 도시된 제1 가열부(21)와 동일한 형상 및 구조를 갖는다. 따라서 본 실시예의 제1 및 제2 가열부(121, 131)에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 제1 및 제2 마이크로 히터(120, 130)의 형상은 도 2a에 도시된 제1 마이크로 히터(20')의 형상과 동일할 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)은 상기 제1 가열부(121)로부터의 발열을 이용하여 상기 제1 가열부(121) 상에 형성되어 상기 제1 및 제2 가열부(121, 131)와 전기적으로 각각 연결된다. 상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)은 서로 다른 x값을 갖는 세 개의 InxGa1 - xN pn 접합층(41, 42, 43)이 적층되어, 다양한 파장의 태양 광을 효율적으로 흡수할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는, 상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)이 상기 제2 가열부(131) 상에 형성된 p-형 InxGa1 - xN층(51a)과 접촉하여 상기 제2 가열부(131)와 전기적으로 연결된다. 여기서, 상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40) 중 최외층인 제3 InxGa1-xN pn 접합층(43)의 n-형 InxGa1 - xN층(43b)이 제2 가열부(131) 상에 형성된 p-형 InxGa1 - xN층(51a)과 접촉한다.
한편, 제1 가열부(121) 상에 형성된 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층의 최외층이 p-형 InxGa1 - xN층인 경우 제2 가열부(131) 상에 n-형 InxGa1 - xN층을 형성하여 복수의 InxGa1-xN pn 접합층과 접촉시킬 수 있다.
상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)은 도 1a 내지 도 1c에서 설명된 복수의 InxGa1-xN pn 접합층과 구성이 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
본 실시예의 도면에는 도시하지 않았지만, 태양 전지(111)는 상기 복수의 InxGa1-xN pn 접합층(40)이 형성된 영역에 대응하는 제1 가열부(121)의 상부에 구비되어 외부로부터의 광을 집중시키는 렌즈를 더 포함할 수 있다.
도 6c는 도 5a 및 도 5b에 도시된 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 구성요소와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 병기하고 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 6c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지(111')는 제2 가열부(131)로부터의 발열을 이용하여 제2 가열부(131)상에 형성된 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(50)을 더 포함할 수 있다. 본 실시예에서 제2 가열부(131)상에 형성된 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(50)은 두 개의 제1 및 제2 InxGa1 - xN pn 접합층(51, 52)이 제2 가열부(131)상에 순차로 형성된다. 이 경우, 상기 제1 가열부(121)상에 형성된 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)의 최외층이 제3 n-형 InxGa1 - xN층(43b)이므로, 제2 가열부(131)상에 형성된 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(50)의 최외층은 p-형 InxGa1 - xN층(52b)으로 구성되어 상기 제1 가열부(121)상에 형성된 제3 n-형 InxGa1 - xN층(43b)과 서로 접한다. 따라서, 상기 제2 가열부(131)상에 형성된 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(50)은 제1 n-형 InxGa1 - xN층(51a), 제1 p-형 InxGa1 - xN층(51b), 제2 n-형 InxGa1 - xN층(52a) 및 제2 p-형 InxGa1 - xN층(52b)이 순차로 적층된 구조를 갖는다.
본 실시예의 도면에는 도시하지 않았지만, 태양 전지(111')는 상기 복수의 InxGa1-xN pn 접합층(40, 50)이 형성된 영역에 대응하는 제1 가열부(121) 및 제2 가열부(131)의 제2 영역의 상부에 구비되어 외부로부터의 광을 집중시키는 렌즈를 더 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이를 이용하여 복수의 InxGa1-xN pn 접합층을 갖는 태양 전지를 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 7에 도시된 마이크로 히터 어레이는 설명의 편의를 위하여 도 1a에 도시된 마이크로 히터를 간략하게 나타낸 것이다. 도 8a 내지 도 8c는 도 7에 도시된 절단선 V-V'에 따라 절단된 단면을 기준으로 제1 및 제2 가열부의 교차 영역에 복수의 InxGa1-xN pn 접합층을 형성하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 8c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이를 이용하여 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층을 형성하는 방법은 다음과 같다.
마이크로 히터 어레이를 챔버(210) 내에 구비한다. 외부의 전원부(220)에 의해 상기 제1 및 제2 마이크로 히터(20, 30) 중 한 측에 전압을 인가한다. 본 실시예에서는 제1 마이크로 히터(20)에 전압을 인가하여 제1 가열부(21)를 고온으로 히팅한다. 상기 제1 가열부(21)는 고온 발열하여 통상 가지 광선이나 적외선 형태인 복사열을 방출한다.
챔버(210)의 외부에는 호스트 물질 InxGa1 - xN의 In, Ga 및 N의 소스 개스인 TMIn, TEGa, 및 NH3와 p-형 도핑 개스인 Cp2Mg 와 n-형 도핑 개스인 SiH4 개스를 챔버(210) 내부로 각각 공급하는 복수의 개스 공급관(230)이 구비되어 있다. 상기 TMIn, TEGa, 및 NH3의 공급량을 조절하여 다양한 조성비를 갖는 복수의 InXGa1 - XN pn 접합층(40)을 형성할 수 있다.
상기 챔버(210)와 연결된 개스 공급관(230)을 통하여 상기 챔버(210) 내부로 소스 개스 TMIn, TEGa, 및 NH3 와 p-형 도핑 개스 Cp2Mg를 주입하여 도 8a에 도시된 바와 같이, 상기 인가된 전압에 의하여 발열된 제1 가열부(21)에 제1 p-형 InxGa1 - xN층(41a)을 성장시킨다.
상기 챔버(210) 내부로 주입된 소스 개스와 p-형 도핑 개스는 고온의 제1 가열부(21)에서 직접 반응을 일으켜 제1 p-형 InXGa1 - XN층(41a)으로 성장된다. 공정 조건에 따라서, 제1 가열부(21)의 발열 온도, 발열 시간에 따라서 제1 p-형 InXGa1 - XN층(41a)의 성장 영역을 조절할 수 있다. 즉, 제1 p-형 InXGa1 - XN층(41a)을 제1 가열부(21)의 상부에만 성장시키거나, 제1 가열부(21)의 상면 및 하면 모두에 성장시킬 수도 있다.
또한 제1 가열부(21)에서 제1 지지체들(22)과의 접촉이 없는 제2 영역에서 고온의 발열이 가능하므로, 제1 p-형 InXGa1 - XN층(41a)은 주로 제1 가열부(21)의 제2 영역에 성장된다.
다음으로, 제1 가열부(21)의 히팅 상태를 유지하면서, 상기 챔버(210) 내부로 소스 개스 TMIn, TEGa, 및 NH3와 n-형 도핑 개스 SiH4를 주입하여 도 8b에 도시된 바와 같이, 제1 p-형 InxGa1 - xN층(41a) 상에 제1 n-형 InxGa1 - xN층(41b)을 성장시킨다. 상기 챔버(210) 내부로 주입된 소스 개스와 n-형 도핑 개스는 고온의 제1 가열부(21) 상에서 직접 반응을 일으켜 상기 제1 p-형 InxGa1 - xN층(41a) 상에서 성장된다. 그 결과, 상기 제1 및 제2 가열부(21, 31)의 사이에 제1 InxGa1 - xN pn 접합층(41)이 형성된다.
이후 소스 개스, p-형 도핑 개스 및 n-형 도핑 개스의 공급량을 각각 조절하면서, p-형 InxGa1 - xN층 및 n-형 InxGa1 - xN층을 성장시키는 과정을 반복 수행하여, 제1 가열부(21)상에 x값이 서로 다른 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)을 형성할 수 있다. 이때, 형성된 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)이 상기 제1 및 제2 가열부(21, 31)와 각각 전기적으로 연결된다.
또한, 도 8c에 도시된 바와 같이, 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)을 형성한 후에 상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)을 어닐링(annealing)하는 과정을 추가할 수 있다. 어닐링을 통하여 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)을 결정화(crystallization)시키거나, 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)과 상기 제1 및 제2 가열부(21, 31) 사이의 접촉 저항을 감소 시킬 수 있다.
한편, 상기 챔버(210)의 하부에는 스크러버(scrubber)(250)가 구비되어 있어, 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40) 형성 후 챔버(210) 내부에 남아있는 개스를 흡입하여 중화시킨다.
상기에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이를 이용하여 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)을 금속유기화학증착법(Metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)으로 형성한 예를 설명하였다. 본 발명에 따른 마이크로 히터 어레이를 이용하는 경우, 통상의 MOCVD과는 달리 챔버 내부의 온도, 특히 기판(10)의 온도를 상온으로 유지하면서, 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)이 형성되는 제1 또는 제2 가열부(21, 31)만을 국부적으로 고온으로 히팅할 수 있다. 그에 따라 유리 기판상에 고온의 히팅을 요구하는 InxGa1 - xN pn 접합층을 형성할 수 있다. 또한, InxGa1-xN pn 접합층을 형성하기 위해 플라즈마나 복잡한 가열도구를 필요로 하지 않으므로 공정 챔버를 단순화할 수 있고, 태양 전지의 제조 비용을 감소할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 가열부(21, 31)로부터의 고온의 발열을 이용하여 복수의 InxGa1-xN pn 접합층(40)을 제1 및 제2 가열부(21, 31) 상에 직접 성장시킬 수 있으므로 태양 전지의 제조공정 용이하다.
한편, 본 실시예와 달리, 제1 가열부(21)상에 n-형 InxGa1 - xN층을 먼저 형성 하고, p-형 InxGa1 - xN층을 n-형 InxGa1 - xN층 상에 순차로 성장시켜, 상기 제1 가열부(21)상에 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)을 형성할 수 있다.
또한, 도 6b에 도시된 바와 같이 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40) 형성 후에 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)과 접하는 p-형 InxGa1 - xN층(51a)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 마이크로 히터(130)에 전압을 인가하고, 챔버(210) 내부로 소스 개스와 p-형 도핑 개스를 공급하여 상기 전압 인가에 의하여 발열된 제2 가열부(131) 상에 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)의 최외층과 접하는 p-형의 InxGa1 - xN층(51a)을 형성할 수 있다.
나아가, 도 6c에 도시된 바와 같이, 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40) 형성 후에 제1 가열부(121) 상에 형성된 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)과 접하는 복수의 InxGa1-xN pn 접합층(50)을 제2 가열부(131) 상에 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 마이크로 히터(130)에 전압을 인가하고, 챔버(210) 내부로 소스 개스와 n-형 도핑 개스를 공급하여 상기 전압 인가에 의하여 발열된 제2 가열부(131)상에 제1 n-형 InxGa1 - xN층(51a)을 형성하다. 이후 챔버(210) 내부로 소스 개스와 p-형 도핑 개스를 공급하여 제1 n-형 InxGa1 - xN층(51a) 상에 제1 p-형 InxGa1 - xN층(51b)을 성장시킨다.
다음으로, 소스 개스, n-형 도핑 개스 및 p-형 도핑 개스의 공급량을 각각 조절하여, 제2 n-형 InxGa1 - xN층(52a) 및 제2 p-형 InxGa1 - xN층(52b)을 성장시키는 과정을 반복 수행하여, 제2 가열부(131)상에 x값이 서로 다른 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(50)을 형성할 수 있다.
상기 제2 가열부(131)에 형성된 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(50)의 최외층은 상기 제1 가열부(121)에 형성된 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층(40)의 최외층과 서로 접하며, 상기 최외층들은 서로 다른 형의 InxGa1 - xN층을 갖는다. 따라서 상기 제1 및 제2 가열부(121, 131) 사이에 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층이 연속적으로 구비될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 마이크로 히터 어레이를 이용하여 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층을 형성하므로, 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층 형성시 기판 온도가 상온 근처가 되도록 할 수 있다. 따라서, 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층을 유리기판 등에 구현할 수 있으며, 그 결과, 고효율 태양 전지를 대면적화할 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지를 나타낸 사시도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지를 나타낸 평면도이다.
도 1c는 도 1b에 도시된 절단선 Ⅰ-Ⅰ'에 따라 절단한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지의 다른 태양을 나타낸 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지를 나타낸 도면이다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지를 나타낸 평면도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 절단선 Ⅱ-Ⅱ'에 따라 절단한 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이를 나타낸 평면도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 절단선 Ⅲ-Ⅲ'에 따라 절단한 단면도이다.
도 6a는 도 5a에 도시된 제1 및 제2 가열부에 형성된 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층을 나타낸 평면도이다.
도 6b는 도 6a에 도시된 절단선 Ⅳ-Ⅳ'에 따라 절단한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 히터 어레이를 이용하여 복수의 InxGa1-xN pn 접합층을 갖는 태양 전지를 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 도 7에 도시된 절단선 V-V'에 따라 절단된 단면을 기준으로 제1 및 제2 가열부의 교차 영역에 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층을 형성하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
20, 20' -- 제1 마이크로 히터 21, 25 -- 제1 가열부
22, 26 -- 제1 지지체들 30, 30' -- 제2 마이크로 히터
31, 35 -- 제2 가열부 32, 36 -- 제2 지지체들
40 -- 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층 41 - 제1 InxGa1 - xN pn 접합층
42 - 제2 InxGa1 - xN pn 접합층 43 -제3 InxGa1 - xN pn 접합층
60 - 렌즈 101~103 - 태양 전지

Claims (22)

  1. 기판;
    상기 기판과 이격하여 존재하고, 일 방향으로 연장된 제1 가열부; 및 서로 이격되어 상기 기판상에 구비되고, 제1 가열부를 지지하는 제1 지지체들을 포함하는 하나 이상의 제1 마이크로 히터;
    상기 일 방향과 직교하는 방향으로 연장되어 상기 제1 가열부 상에서 상기 제1 가열부와 교차하는 제2 가열부; 및 서로 이격되어 상기 기판상에 구비되고, 제2 가열부를 지지하는 제2 지지체들을 포함하는 하나 이상의 제2 마이크로 히터; 및
    제1 또는 제2 가열부로부터의 발열을 이용하여 상기 제1 및 제2 가열부가 교차하는 영역의 상기 제1 및 제2 가열부 중 어느 하나 이상에 형성되고, 상기 제1 및 제2 가열부와 전기적으로 각각 연결되며, 외부로부터의 태양 광을 흡수하는 복수의 InxGa1-xN pn 접합층을 포함하고,
    상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층 각각에서 x는 서로 다른 값을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지.
  2. 기판;
    상기 기판과 이격하여 존재하고, 일 방향으로 연장된 제1 가열부; 및 서로 이격되어 상기 기판상에 구비되고, 제1 가열부를 지지하는 제1 지지체들을 포함하는 하나 이상의 제1 마이크로 히터;
    상기 기판과 이격하여 존재하고, 상기 제1 가열부와 이웃하여 나란하게 구비된 제2 가열부; 및 서로 이격되어 상기 기판상에 구비되고, 제2 가열부를 지지하는 제2 지지체들을 포함하는 하나 이상의 제2 마이크로 히터; 및
    제1 또는 제2 가열부로부터의 발열을 이용하여 상기 제1 및 제2 가열부 중 어느 하나 이상에 형성되고, 상기 제1 및 제2 가열부와 전기적으로 각각 연결되며, 외부로부터의 태양광을 흡수하는 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층을 포함하고,
    상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층 각각에서 x는 서로 다른 값을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 기판은 유리 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    제1 및 제2 마이크로 히터는 독립적으로 각각 구동되는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지.
  5. 제 1항 또는 제2 항에 있어서, 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층 각각은,
    p-형 InxGa1 - xN층 및 n-형 InxGa1 - xN층을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층이 형성된 영역에 대응하는 제2 가열부의 상부에 구비되어 외부로부터의 태양 광을 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층에 집중시키는 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층이 형성된 영역에 대응하는 제1 및 제2 가열부 중 어느 하나 이상의 상부에 구비되어 외부로부터의 태양 광을 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층에 집중시키는 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    복수의 InxGa1 - xN pn 접합층은 적층 구조를 이루고,
    상기 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층 중 태양 광이 입사되는 측에 인접하여 구비된 제1 InxGa1 - xN pn 접합층의 x값이 상기 제1 InxGa1 - xN pn 접합층보다 태양 광으로부터 멀리 구비된 제2 InxGa1 - xN pn 접합층의 x 값보다 작은 것을 특징으로 하는 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가열부가 교차하는 영역에서 서로 이격되도록 상기 제1 가열부 및 상기 기판 사이의 간격은 상기 제2 가열부 및 상기 기판 사이의 간격보다 작은 것을 특징으로 하는 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가열부가 교차하는 영역에서, 상기 제2 가열부에 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 제2 가열부는 투명전극으로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지.
  12. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1 지지체들은 상기 기판과 제1 가열부와의 사이에 부분적으로 구비되고, 상기 제2 지지체들은 상기 기판과 제2 가열부와의 사이에 부분적으로 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지.
  13. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    제1 마이크로 히터는, 상기 제1 가열부의 양측으로부터 각각 연장되고, 상기 제1 가열부의 길이방향을 따라 서로 이격되어 배열된 제1 연결부들을 더 포함하고,
    제2 마이크로 히터는, 상기 제2 가열부의 양측으로부터 각각 연장되고, 상기 제2 가열부의 길이방향을 따라 서로 이격되어 배열된 제2 연결부들을 더 포함하고,
    상기 제1 지지체들은 상기 기판과 상기 제1 연결부들의 사이에 각각 구비되어 상기 제1 가열부 및 제1 연결부들을 지지하고, 상기 제2 지지체들은 상기 기판과 상기 제2 연결부들의 사이에 각각 구비되어 상기 제2 가열부 및 제2 연결부들을 지지하는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지.
  14. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    제1 마이크로 히터는, 제1 가열부의 양측으로부터 각각 연장되고, 상기 제1 가열부의 길이방향을 따라 서로 이격되어 배열된 제1 연결부들을 더 포함하고,
    상기 제1 지지체들은 상기 기판과 상기 제1 연결부들의 사이에 각각 구비되어 상기 제1 가열부 및 제1 연결부들을 지지하고, 상기 제2 지지체들은 상기 기판과 제2 가열부와의 사이에 부분적으로 구비되어 상기 제2 가열부를 지지하는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지.
  15. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    제2 마이크로 히터는, 제2 가열부의 양측으로부터 각각 연장되고, 상기 제2 가열부의 길이방향을 따라 서로 이격되어 배열된 제2 연결부들을 더 포함하고,
    상기 제2 지지체들은 상기 기판과 상기 제2 연결부들의 사이에 각각 구비되어 상기 제2 가열부 및 제2 연결부들을 지지하고, 상기 제1 지지체들은 상기 기판과 제1 가열부와의 사이에 부분적으로 구비되어 상기 제1 가열부를 지지하는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지.
  16. 기판;
    상기 기판과 이격하여 존재하고, 일 방향으로 연장된 제1 가열부; 및 서로 이격되어 상기 기판상에 구비되고, 제1 가열부를 지지하는 제1 지지체들을 포함하는 하나 이상의 제1 마이크로 히터; 및
    상기 일 방향과 직교하는 방향으로 연장되어 상기 제1 가열부 상에서 상기 제1 가열부와 교차하는 제2 가열부; 및 서로 이격되어 상기 기판상에 구비되고, 제2 가열부를 지지하는 제2 지지체들을 포함하는 하나 이상의 제2 마이크로 히터
    로 이루어진 마이크로 히터 어레이에 전압 인가시 제1 가열부 또는 제2 가열부에서 발생하는 발열을 이용하여 상기 제1 및 제2 가열부가 교차하는 영역의 상기 제1 및 제2 가열부 중 어느 하나 이상에 서로 다른 x값을 갖는 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지 제조방법.
  17. 기판;
    상기 기판과 이격하여 존재하고, 일 방향으로 연장된 제1 가열부; 및 서로 이격되어 상기 기판상에 구비되고, 제1 가열부를 지지하는 제1 지지체들을 포함하는 하나 이상의 제1 마이크로 히터; 및
    상기 기판과 이격하여 존재하고, 상기 제1 가열부와 이웃하여 나란하게 구비된 제2 가열부; 및 서로 이격되어 상기 기판상에 구비되고, 제2 가열부를 지지하는 제2 지지체들을 포함하는 하나 이상의 제2 마이크로 히터
    로 이루어진 마이크로 히터 어레이에 전압 인가시 발생하는 제1 가열부 또는 제2 가열부에서 발생하는 발열을 이용하여 제1 및 제2 가열부 중 어느 하나 이상에 서로 다른 x값을 갖는 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지 제조방법.
  18. 제 16항 또는 제 17항에 있어서,
    상기 마이크로 히터 어레이를 챔버 내에 구비하는 단계(가);
    상기 제1 및 제2 마이크로 히터 중 한 측에 전압을 인가하는 단계(나);
    상기 챔버 내부로 소스 개스와 p-형 도핑 개스를 주입하여 상기 인가된 전압에 의하여 발열된 제1 가열부 또는 제2 가열부에 p-형 InxGa1 - xN층을 성장시키는 단계(다); 및
    상기 챔버 내부로 소스 개스와 n-형 도핑 개스를 주입하여 상기 인가된 전압에 의하여 발열된 제1 가열부 또는 제2 가열부에 n-형 InxGa1 - xN층을 성장시키는 단계(라)를 포함하고,
    (다) 단계 및 (라)단계를 반복 수행하여 x 값이 서로 다른 제1 복수의 InxGa1 -xN pn 접합층을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지 제조방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 마이크로 히터 중 다른 측에 전압을 인가하는 단계(마); 및
    (다) 단계 또는 (라) 단계를 수행하여 상기 제1 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층의 최외층의 p-형 InxGa1 - xN층 또는 n-형 InxGa1 - xN층과 다른 형의 InxGa1 - xN층을 상기 인가된 전압에 의하여 발열된 제1 가열부 또는 제2 가열부에 형성하는 단계(바)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지 제조방법.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 마이크로 히터 중 다른 측에 전압을 인가하는 단계(마);
    (다) 단계 및 (라)단계를 반복 수행하여 x 값이 서로 다른 제2 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층을 상기 인가된 전압에 의하여 발열된 제1 가열부 또는 제2 가열부에 형성하는 단계(바)를 더 포함하고,
    상기 제2 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층의 최외층은 상기 제1 복수의 InxGa1 - xN pn 접합층의 최외층과 서로 접하며, 서로 다른 형의 InxGa1 - xN층을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지 제조방법.
  21. 제 18항에 있어서, 상기 기판으로 유리 기판을 사용하는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지 제조방법.
  22. 제 18항에 있어서,
    제1 및 제2 마이크로 히터는 독립적으로 각각 구동되는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터 어레이를 이용한 태양 전지 제조방법.
KR1020080032072A 2008-04-07 2008-04-07 마이크로 히터 어레이를 이용한 멀티 스택형 태양 전지 및이의 제조 방법 KR20090106750A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080032072A KR20090106750A (ko) 2008-04-07 2008-04-07 마이크로 히터 어레이를 이용한 멀티 스택형 태양 전지 및이의 제조 방법
US12/320,924 US8138416B2 (en) 2008-04-07 2009-02-09 Solar cell and method for manufacturing the same
US13/339,984 US20120103405A1 (en) 2008-04-07 2011-12-29 Solar cell
US13/339,875 US20120108001A1 (en) 2008-04-07 2011-12-29 Method for manufacturing solar cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080032072A KR20090106750A (ko) 2008-04-07 2008-04-07 마이크로 히터 어레이를 이용한 멀티 스택형 태양 전지 및이의 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090106750A true KR20090106750A (ko) 2009-10-12

Family

ID=41132145

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080032072A KR20090106750A (ko) 2008-04-07 2008-04-07 마이크로 히터 어레이를 이용한 멀티 스택형 태양 전지 및이의 제조 방법

Country Status (2)

Country Link
US (3) US8138416B2 (ko)
KR (1) KR20090106750A (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101338350B1 (ko) 2007-07-16 2013-12-31 삼성전자주식회사 마이크로 히터를 이용한 나노 구조 또는 다결정 실리콘형성 방법, 이에 따라 형성된 나노 구조 또는 다결정실리콘 및 이들을 이용하는 전자 장치
KR101318292B1 (ko) * 2007-11-30 2013-10-18 삼성전자주식회사 마이크로 히터, 마이크로 히터 어레이, 그 제조 방법 및이를 이용한 전자 장치
KR20090095314A (ko) 2008-03-05 2009-09-09 삼성전자주식회사 비정질막의 결정화 방법 및 이를 적용한 박막 태양전지 및박막 태양 전지의 제조 방법
KR20090102031A (ko) * 2008-03-25 2009-09-30 삼성전자주식회사 마이크로 히터 어레이, 이를 이용한 ｐｎ 접합 형성방법,및 마이크로 히터 어레이 및 ｐｎ 접합을 포함하는 ｐｎ접합 소자
KR20090122083A (ko) * 2008-05-23 2009-11-26 삼성전자주식회사 마이크로 히터, 마이크로 히터 어레이, 그 제조 방법 및이를 이용한 전자 장치
KR20090128006A (ko) * 2008-06-10 2009-12-15 삼성전자주식회사 마이크로 히터, 마이크로 히터 어레이, 그 제조 방법 및이를 이용한 패턴 형성 방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5034068A (en) * 1990-02-23 1991-07-23 Spectrolab, Inc. Photovoltaic cell having structurally supporting open conductive back electrode structure, and method of fabricating the cell
US5853497A (en) * 1996-12-12 1998-12-29 Hughes Electronics Corporation High efficiency multi-junction solar cells
US6717045B2 (en) * 2001-10-23 2004-04-06 Leon L. C. Chen Photovoltaic array module design for solar electric power generation systems
US7217882B2 (en) * 2002-05-24 2007-05-15 Cornell Research Foundation, Inc. Broad spectrum solar cell
US7825328B2 (en) * 2007-04-09 2010-11-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Nitride-based multi-junction solar cell modules and methods for making the same

Also Published As

Publication number Publication date
US20120103405A1 (en) 2012-05-03
US8138416B2 (en) 2012-03-20
US20120108001A1 (en) 2012-05-03
US20090250112A1 (en) 2009-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102640263B (zh) 在半导体应用上的结晶处理
KR20090106750A (ko) 마이크로 히터 어레이를 이용한 멀티 스택형 태양 전지 및이의 제조 방법
US8629436B2 (en) Backside only contact thin-film solar cells and devices, systems and methods of fabricating same, and products produced by processes thereof
US8324498B2 (en) Method of forming crystalline layer, and thin film solar cell and method of fabricating the solar cell adopting the method of forming crystalline layer
US8633373B2 (en) Sub-micrometer gap thermophotovoltaic structure (MTPV) and fabrication method therefor
JP2014207475A (ja) 高効率太陽電池構造体および製造方法
KR101245556B1 (ko) 제어된 상 분리 도메인 구조를 만드는 장치
US20130043567A1 (en) Method For Forming Silicon Film, Method For Forming PN Junction And PN Junction Formed Using The Same
KR20180095413A (ko) 태양전지의 제조 방법
KR20100070753A (ko) 광기전력 변환 소자의 제조 방법
JP5474341B2 (ja) マイクロヒーターアレイ及びマイクロヒーターアレイを備えたｐｎ接合、並びにその形成方法
JP2009117814A (ja) 多接合マルチスペクトルソーラーコンバータ
KR101062668B1 (ko) 레이저와 흡수층을 이용한 도핑방법
CN103594541A (zh) 用于太阳能电池的多晶硅/单晶硅异质结结构及其制备方法
JP5908951B2 (ja) 薄膜太陽電池モジュール及び製造方法
KR101643132B1 (ko) 탄소 기판을 이용한 태양 전지 제조 방법
KR20210057483A (ko) 태양 전지 패널
KR100913114B1 (ko) 고온 특성이 개선된 벌크형 실리콘 태양 전지 및 그 제조방법
US20240188311A1 (en) Solar cell, manufacturing method thereof, and solar cell module including same
KR102257815B1 (ko) 태양 전지 모듈
KR100971739B1 (ko) 태양전지 제조방법
KR101031881B1 (ko) 태양전지의 제조방법
Okoye et al. Criteria for Realizing the Multi–Crystal Silicon Solar Cell (PV Cell) With Efficiency, Which Could be used in Electricity Generation in Nigeria
KR20150091627A (ko) 증착장치
KR20110079150A (ko) 투명전극, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 태양전지

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right