KR20100020756A - 패턴이 형성된 투명전극 및 이를 이용한 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 패턴이 형성된 투명전극, 이의 제조방법, 이를 이용한 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로 구체적으로는 100 ~ 350 nm두께의 투명전극에 패턴이 형성된 투명전극에 관한 것이다. 본 발명에 따른 종래 기판에서뿐만 아니라, 플렉시블 기판에서 사용가능하며, 종래 투명전극에 비하여 패턴이 형성되어 있어 표면적, 광흡수층 및 전해질의 부피를 증가시킬 뿐만 아니라 패턴된 투명전극 내에 광흡수층이 증착됨으로써 빛의 산란을 감소시켜서 빛을 효율적으로 사용할 수 있는 태양전지를 제조할 수 있고, 이를 이용하여 석유에너지를 청정한 태양에너지로 대체하는데 유용하게 사용될 수 있다.
태양전지, 투명전극, 투명전극구조, 표면적, 에너지 전환효율
Description
본 발명은 패턴이 형성된 투명전극, 이의 제조방법, 이를 이용한 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 석유자원이 고갈되며, 석유에너지 발생되는 가스와 폐기물로 인한 환경오염이 날로 심각해져 전 세계적으로 대체 에너지원을 찾는데 많은 투자를 하고 있다.
그 중, 태양으로부터 방출되는 무한하고, 청정한 에너지를 활용하는 방법은 그 중요성이 더욱 부각되고 있다.
태양전지(solar cell)는 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치로서, 태양광모듈은 여러 개의 태양전지로 구성되어 있으며 그 재료에 따라 결정질 실리콘, 비정질 실리콘, 화합물 반도체 등으로 분류한다.
이 중, 상용화되어 있는 결정질 실리콘 태양전지의 원리는 전기적 성질이 다른 n형 반도체와 p형 반도체를 접합(이를 pn접합이라고 함)시켜놓으면, 접합부분에 전기장이 생겨 전자(electron)를 n형 반도체 쪽으로 끌어당기는 성질이 있다. 일반적으로 전자는 원자핵(nucleus)의 인력에 묶여있기 때문에, pn접합이 이루어졌다고해서 모든 전자가 이동하는 것은 아니지만 충분한 빛에너지를 받으면 고체 내부의 전자가 에너지를 받아 원자핵의 인력에서 벗어나 자유롭게 이동할 수 있는 자유전자(free electron)가 된다. 이를 광전효과(photoelectric effect)라고 하며, 이렇게 원자핵의 구속에서 벗어난 자유전자들은 pn접합의 원리에 따라 n형 반도체 쪽으로 이동하게 되고, 이 전자의 흐름이 곧 전류가 되어 태양광을 이용하여 전류를 생산할 수 있다.
상기의 원리를 바탕으로, 결정질 실리콘 대신, 비정질 실리콘, 화합물을 사용한 것이 비정질 실리콘 태양전지, 화합물 태양전지이다.
결정질 또는 비정실 실리콘 태양전지는 광흡수층으로 실리콘을 사용하는 태양전지로서 가장 먼저 개발되어 실용화되었으며 전기에너지로의 에너지 전환효율이 약 15 ~ 20%를 넘고 화합물 태양전지는 약 10 ~ 20%의 전환효율을 보이고 있지만 제조 단가가 고비용이며 복잡한 제조 공정이 필요하다는 단점이 있다.
이러한 고비용의 제조 단가를 극복하기 위하여 유기분자 태양전지(Organic D-A solar cell)와 염료감응 태양전지(Dye-sensitized solar cell) 등을 포함하는 유기 태양전지(organic solar cell)가 발표되었다.
특히, 유리(또는 pyrex)기판을 사용하는 염료감응 태양전지는 현재 6 ~ 10% 의 에너지 전환효율을 보이고 있으며 공정이 단순하고 저비용으로 차세대 태양전지의 상용화에 가장 근접해 있다. 그러나 현재의 낮은 전환효율을 개선할 필요가 있으며 전환 효율이 안정적으로 10 ~ 15% 이상 된다면 차세대 태양전지로서 크게 각광을 받을 수 있다. 또한 플렉시블 기판을 사용하는 염료감응 태양전지는 현재 효율이 2 ~ 3%이고 특별한 경우에 5 ~ 7% 까지 보고되고 있다.
태양전지는 일반적으로 투명전극을 사용하며, 주로 사용되고 있는 투명 전도성 산화물(transparent conducting oxide; TCO)들은 징크옥사이드(ZnO), 틴옥사이드(SnO), 인듐옥사이드-틴옥사이드 (In2O3-SnO: ITO), 불소첨가 틴옥사이드(fluorinated SnO: FTO)등의 산화물을 사용하며, 특히 인듐옥사이드-징크옥사이드 물질(In2O3-ZnO; IZO)은 특징으로서 저온 증착이 가능하고 증착 후에 고온의 열처리 없이도 낮은 저항도와 높은 광학적 투과도를 나타내어 플렉시블(flexible) 기판에도 적용가능하다.
이에, 본 발명자들은 투명전극에 패턴을 형성하여 태양광을 흡수하는 표면적, 광흡수층의 부피를 증가시킴과 동시에 빛의 산란을 감소시키고 종래의 공정을 이용한 패턴 제조방법을 알아내었으며 이를 구비하는 태양전지의 에너지 전환효율이 패턴이 없는 투명전극을 구비하는 태양전지보다 증가하였음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 표면적과 광흡수층을 증가시키고, 빛의 산란을 감소시켜 빛을 효율적으로 사용할 수 있는 패턴이 형성된 투명전극 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
나아가, 상기 패턴이 형성된 투명전극을 이용한 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 패턴이 형성된 투명전극 및 이의 제조방법을 제공한다.
나아가, 본 발명은 상기 패턴이 형성된 투명전극을 이용한 태양전지 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명 의한 투명전극은 종래 기판에서뿐만 아니라, 플렉시블 기판에서 사용가능하며, 종래 투명전극에 비하여 패턴이 형성되어 있어 표면적, 광흡수층 및 전해질의 부피를 증가시킬 뿐만 아니라 패턴이 형성된 투명전극 내에 광흡수층이 증착됨으로써 빛의 산란을 감소시켜서 빛을 효율적으로 사용할 수 있는 태양전지를 제조할 수 있고, 이를 이용하여 석유에너지를 청정한 태양에너지로 대체하는데 유 용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 100 ~ 350 nm 두께의 투명전극에 패턴이 형성된 투명전극을 제공한다.
상기 패턴이 형성되지 않은 부분의 투명전극이 350 nm를 초과하면 광흡수층 및 전해질양이 감소하여 태양전지 효율이 저하되는 문제가 있고, 100 nm미만이면 충분한 패턴이 이루어질 수 없는 문제가 있다.
상기 패턴이 형성된 부분의 투명전극의 두께는, 투명전극의 두께가 100 ~ 200 nm인 경우 전극두께의 10 ~ 50% 이내이고, 투명전극의 두께가 200 ~ 350 nm인 경우 전극두께의 20 ~ 50% 이내로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 패턴이 형성된 투명전극의 두께가 상기 범위보다 얇으면 태양광 전환효율이 낮은 문제가 있고, 상기 범위보다 두꺼우면 전기가 충분히 흐르지 못하는 문제가 있다.
상기 투명전극은 태양빛을 통과시키면서도, 전기가 흐를 수 있는 물질로 ITO, FTO, IZO, AZO, SnO2 또는 In2O3 등의 산화물 또는 이의 혼합산화물을 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 투명전극은 패턴이 형성되어, 상기 패턴의 깊이가 깊을수록 태양전지 내부에 구비되는 광흡수층 및 전해질의 양 및 전극의 표면적을 증가 시켜 태양광 전환효율을 증가시킬 수 있다(도 1참조).
또한, 본 발명은 직류 마그네트론 스퍼터링, 라디오 주파수 마그네트론 스퍼터링, 용액 증착법, 화학증착법 및 기상증착법으로 이루어지는 어느 하나의 방법으로 투명전극을 제조하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1의 투명전극에 리소그래피 및 식각공정으로 패턴을 형성시키는 단계 (단계 2)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 투명전극의 제조방법을 제공한다(도 2참조).
이하, 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 단계 1은 직류 마그네트론 스퍼터링, 라디오 주파수 마그네트론 스퍼터링, 용액 증착법, 화학증착법 및 기상증착법으로 이루어지는 어느 하나의 방법으로 투명전극을 제조하는 단계이다.
투명전극에 사용되는 물질은 종래 투명전극에 사용되는 ITO, FTO, IZO, AZO, SnO2, In2O3 등을 사용할 수 있으며, 상기 물질을 증착시킬 수 있는 직류 마그네트론 스퍼터링, 라디오 주파수 마그네트론 스퍼터링등의 물리적인 증착방법과, 졸-겔(Sol-Gel) 등의 용액 증착법, 화학증착법 또는 기상증착법 등의 화학적 및 물리적인 방법으로 투명전극을 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 단계 2는 상기 단계 1의 투명전극에 리소그래피 및 식각공정으로 패터닝을 형성시키는 단계이다.
상기 단계 1의 리소그래피는 반도체 공정에서 미세 패터닝을 형성시키는 방법으로, 빛에 민감한 포토레지스터을 박막위에 코팅한 후에 적절한 마스크(mask) 또는 레티클 (reticle)과 노광장치(stepper)를 이용하여 박막위에 패터닝을 하는 공정이다.
본 발명 따른 상기 단계 2의 식각공정은 패턴된 시료를 가지고 선택된 식각공정을 이용하여 마스크에 의하여 보호되지 않은 노출된 박막의 일부분을 제거한 후, 마스크 물질을 제거하여 패턴이 형성된 투명전극을 제조할 수 있다. 이때, 공정 습식식각법 또는 건식식각법을 사용하여 수행할 수 있다.
습식식각법은 리소그래피로 패턴이 형성되어 있는 투명전극을 용해시킬 수 있는 식각용액을 이용하여 식각하는 방법으로 증착된 막을 제거하기 위하여 제조된 투명전극의 화학적 성질에 따라 식각용액을 선택하여 수행할 수 있다. 습식식각법은 최소 패터닝할 수 있는 크기에 한계가 있으나, 식각비용이 적게 들어 경제적이다.
건식식각법은 저압에서 투명전극을 식각할 수 있는 식각가스 주입과 동시에 플라즈마를 생성하여 노출된 박막의 일부분을 제거하는 방법이다. 플라즈마에 의한 식각손상이 발생시킬 수 있으나 식각 후에 투명전극의 저항도와 투과도를 고려하면 식각되는 패턴의 모양과 크기가 수 마이크로 이하로 제조할 수 있다.
나아가, 본 발명은 상기 패턴이 형성된 투명전극을 구비하는 고효율 태양전지를 제공한다.
태양전지는 상,하부 투명기판과, 그 상, 하부 투명기판의 내측 표면에 각각 형성된 투명전극과, 일측 투명전극 위에 형성된 광흡수층, 타측 표면에 투명전극 위에 형성된 촉매박막전극과 상기 광흡수층과 촉매박막전극 사이에 충전된 전해질로 이루어진다.
본 발명에 따른 태양전지는 패턴이 형성된 투명전극을 사용하여 투명전극의 표면적을 넓히고, 광흡수층 및 전해질의 부피를 증가시켜고 동시에 패턴된 투명전극 안에 광흡수층을 증착시켜서 빛의 산란을 감소시켜서 입사된 빛을 효율적 이용하여 고효율을 얻는 것이며, 바람직하게는 본 발명의 투명전극을 구비하는 염료감응형 태양전지, 유기분자 태양전지, 실리콘 박막형 태양전지 또는 박막형 태양전지이다.
한편, 본 발명은 투명전극에 촉매박막전극을 증착시킨 후, 구멍을 형성시켜 상부전극을 제조하는 단계(단계 A);
상기 패턴이 형성된 투명전극에 광흡수층을 증착하여 하부전극을 제조하는 단계(단계 B);
상기 단계 B의 하부전극에 상기 단계 A의 상부전극을 양면테이프로 고정시키는 단계(단계 C); 및
상기 상부전극에 형성되어 있는 구멍을 통해 전해액을 주입시키고, 밀봉하는 단계(단계 D)로 이루어지는 패턴이 형성된 투명전극을 구비하는 태양전지 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법에 있어서, 단계 A는 투명전극에 촉매박막전극을 증착시킨 후, 구멍을 형성시켜 상부전극을 제조하는 단계이다.
상기 구멍은 태양전지를 밀봉하기 위하여 고온 용융 호일을 삽입할 공간이다. 상기 구멍은 드릴로 제조할 수 있으며, 그 직경이 0.5 ~ 3 mm인 것이 바람직하다. 이때, 상기 구멍의 직경이 3 mm을 초과하면 밀봉시키기 어려운 문제가 있고, 0.5 mm 미만이면 상기 고온 용융 호일이 삽입되지 않는 문제가 있다.
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법에 있어서, 단계 B는 상기 패턴이 형성된 투명전극에 광흡수층을 증착하여 하부전극을 제조하는 단계이다.
상기 광흡수층은 하부전극상에 증착되어, 태양광을 흡수하여 광전자를 여기시켜 투명전극으로 보내는 층이다. 이때, 광흡수층 증착은 마그네트론 스퍼터링,용액증착법, 기상증착법 또는 화학적 도포법인 것이 바람직하다. 광흡수층은 일반적으로 단결정, 다결정, 비정질 실리콘, 카드뮴설파이드(CdS), 구리인듐다이셀레나이드(CuInSe2), 산화 티타늄 입자, 산화나이오비움(Nb2O5)염료 또는 이의 혼합물을 사용한다. 상기 광흡수층 물질에 따라 마그네트론 스퍼터링, 졸-겔법 등의 용액 증착법, 기상증착법 또는 화학적 도포법 중 하나를 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법에 있어서, 단계 C는 상기 단계 B의 하부전극에 상기 단계 A의 상부전극을 양면테이프로 고정시키는 단계이다.
상기 단계 C는 상, 하부 전극을 조립하여 고정시키는 단계로, 전해질이 주입될 공간이 확보시키고, 전극과 테이프 사이에 빈공간 없이 고정시킨다. 이때, 상기 단계에서 전극과 테이프 사이에 빈공간이 있으면 전해액이 누수될 수 있는 문제가 있다.
본 발명에 따른 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 단계 D는 상기 상부전극에 형성되어 있는 구멍을 통해 전해액을 주입시키고, 밀봉하는 단계이다.
상기 단계 D는 상기 단계 C에서 상, 하부 전극이 고정된 태양전지에 상기 단계 A에서 형성된 구멍으로 전해액을 주입시키고, 상기 전해액이 유수되지 않도록 밀봉하는 단계이다.
상기 단계 D의 밀봉은 고온 용융 밀봉 호일(hot melt sealing foil)을 넣고 열전도테이프(thermal tape)로 부착하여 인두를 사용하여 열전도테이프의 후면을 짧은 시간 동안 수 회 가열하여 이루어진다. 이때, 열전도테이프를 통해 전해진 인두의 열은 삽입된 고온 용융 밀봉 호일을 용융시켜 상부전극에 형성된 구멍을 막아, 전해액이 누수되는 것을 방지할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
<제조예 1> 폴리에틸렌글리콜을 이용한 산화티타늄 페이스트의 제조
산화티타늄 입자(Degussa P25, 80% anatase-2-% rutile) 0.5 g을 탈이온수 1.5 ~ 2 ml와 혼합한 후, 막자사발을 이용하여 약 10분 동안 갈았다. 다음으로 아세틸아세톤(acetylacetone) 0.2 ml, 아세트 산(acetic acid) 0.2 ml, 분자량이 20 000인 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG) 0.15 g과 분자량이 500 000인 PEG 0.5 g을 순차적으로 혼합시키고, 상기 각각의 용액을첨가할 때마다 약 15 ~ 20 분 정도 갈았다. 마지막으로 에탄올(absolute ethanol)을 첨가하여 점도를 조절하고 20분 동안 갈아서 산화티타늄 페이스트를 제조하였다.
<제조예 2> 트리톤을 이용한 산화티타늄 페이스트의 제조
산화티타늄 입자 1 g을 탈이온수 3 ml와 혼합하여 30분 동안 교반시킨 후에 아세틸아세톤, 아세트 산, 트리톤(Triton, Polyoxyethylene(10) isooctlyphenyl ether, Mw= 646.85 g/mol)을 순차적으로 첨가하였다. 이때, 각 용액을 첨가할 때 마다 각각 30분씩 교반시켰다. 에탄올을 첨가하여 점도를 조절하고 균일기(homogenizer)를 이용하여 15분 동안 교반하여 산화티타늄 페이스트를 제조하였다.
<제조예 3> 염료의 제조
시스-비스(이소티오시아네이토)비스(2,2'-바이피리딜-4,4'-디카르복실레이토)-루테늄(II) 비스-테트라부틸암모늄(cis-bis(isothiocyanato)bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylato)-ruthenium(II) bis-tetrabutylammonium,(N719)) 35 mg을 에탄올 100 ml에 용해시킨 0.3 mM의 용액을 50 ℃로 가열된 핫플레이트(hot plate)에서 12 시간 동안 강하게 교반시켜 염료를 제조하였다. 상기 염료 용액은 상온(25 ℃)에서 빛이 차단된 상자에 보관하면서 사용하였다.
<제조예 4> 전해질 용액의 제조
요오드화리튬(LiI) 133.84 mg, 요오드(I2) 126.905 g, 4-터트-부틸피리딘(4-tert-butylpyridine) 0.73245 ml 및 1-헥실-2,3-디메틸-이미다졸륨(1-hexyl-2, 3-dimethyl-imidazolium) 1.8492 g을 메톡시아세토니트릴(methoxyacetonitrile)에 첨가하여 3 시간 동안 강하게 혼합시켰다.
<실시예 1> 패턴이 형성된 투명전극의 제조
단계 1. 투명전극을 제조하는 단계
유리기판을 In2O3:IZO의 비율이 9:1인 타겟과 7 cm가 떨어진 곳에 위치시킨 후, 공정압력 1 mTorr에서 순수한 아르곤 20 sccm을 흘려주면서 90 W rf 마그네트 론 파워로 투명전극을 증착시켰다. 이때, 증착되는 전극의 두께는 150 nm이다.
단계 2. 투명전극에 패터닝을 형성시키는 단계
상기 단계 1에서 투명전극에 3 ㎛ 폭의 종횡 선패턴을 형성하기 위하여, 투명전극 위에 투명전극의 접착력을 향상시킬 수 있는 접착 촉진제(adhesion promoter)시약을 도포하고, 포토레지스트(photoresist) 물질을 약 1.2 ㎛두께로 코팅한 후에, 핫 플레이트 위에서 90 ~ 95 ℃에서 60 ~ 90초 동안 가열하여 유기용매의 일부를 제거한다(soft baking). 광원의 조사장치인 마스크 얼라이너(mask aligner) 또는 노광장치(stepper)를 사용하여 일정 시간(exposure time) 빛에 노출시킨 후 빛에 현상액(developer)로 감광된 포토리지스트를 제거하였다. 상기 리소그래피 후, 상기 기판을 타겟과 14 cm가 떨어진 곳에 위치시키고, 5 mTorr 공정압력에서 염소농도가 20 %인 Cl2/Ar 혼합기체를 흘려주고, 700 W rf 마그네트론 파워(coil rf power)와 200 V의 직류 바이어스 전압(dc-bias)을 유리기판에 가해주어 패터닝을 건식식각법으로 형성하였다. 이때, 식각된 전극의 두께는 70 nm 이고, 패턴이 형성된 투명전극상에 잔존하는 포토레지스트물질은 스트리퍼(stripper) 용액 또는 O2 ashing법으로 제거하였으며, 식각 속도는 식각가스 종류, 식각가스 농도, 코일 rf power, 기판에 인가되는 바이어스 전압, 공정 압력 등을 이용하여 조절할 수 있다.
<실시예 2> 패턴이 형성된 투명전극의 제조 2
상기 실시예 1의 단계 2에서 40 % Cl2/Ar, 700 W coil rf power, 100 V dc-bias, 그리고 5 mTorr의 공정압력으로 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
<실시예 3> 패턴이 형성된 투명전극의 제조 3
상기 실시예 1의 단계 2에서 40 % Cl2/Ar, 700 W coil rf power, 200 V dc-bias, 그리고 5 mTorr의 공정압력으로 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
<실시예 4> 패턴이 형성된 전극을 구비하는 태양전지의 제조 1
단계 A. 상부전극을 제조하는 단계
패턴이 형성되지 않은 투명전극(비교예 1)에 백금을 증착시킨 후, 백금이 증착된 투명전극에 드릴로 구멍을 형성시켜 상부전극을 제조하였다.
단계 B. 하부전극을 제조하는 단계
상기 실시예 1의 패턴이 형성된 전극층 상에 제조예 1의 산화 티타늄을 코팅하고, 100 ℃에서 20 분 동안 가열하여 산화 티타늄내 수분을 증발시킨다. 다음으로, 50 ℃에서 5분 동안 가열시킨 후 0.3 mM의 제조예 3에 24시간 동안 침지시킨 후 에탄올로 세척하여 산화티타늄에 흡착되지 않은 염료를 제거하고 질소가스 내에서 건조시켜 하부전극을 제조하였다.
단계 C. 하부전극에 상부전극을 고정시키는 단계
상기 단계 B의 하부전극에 상기 단계 A의 상부전극을 양면테이프(카본테이프)로 고정시킨다.
단계 D. 전해액 주입 후 밀봉하는 단계
상기 제조예 4의 전해액을 상부전극에 형성되어 있는 구멍을 통해 주입시킨 후, 상기 구멍에 고온 용융 밀봉 호밀을 넣고 열전도테이프를 부착 및 가열하여 빌봉시켜 본 발명에 따른 태양전지를 제조하였다.
<실시예 5> 패턴이 형성된 전극을 구비하는 태양전지의 제조 2
상기 단계 B의 실시예 1 대신 실시예 2를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일하게 제조하였다.
<실시예 6> 패턴이 형성된 전극을 구비하는 태양전지의 제조 3
상기 단계 B의 실시예 1 대신 실시예 3을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일하게 제조하였다.
<비교예 1> 패턴이 형성되지 않은 투명전극 1
상기 실시예 1의 단계 1만을 수행하여 두께가 150 nm인 투명전극을 제조하였다.
<비교예 2> 패턴이 형성되지 않은 투명전극을 구비하는 태양전지 1
상기 실시예 4의 단계 B에서 실시예 1 대신 비교예 1을 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일하게 제조하였다.
<실험예 1> 전자주사현미경 관찰
초기 투명전극의 두께 150 nm인 상기 비교예 1(a), 실시예 1(b) ~ 2(c)의 투명전극과, 비교예 2(d), 실시예 4(e) ~ 5(f)의 단면을 전자주사현미경(S-4300, Hitachi)으로 분석하여 도 3에 나타내었고,
도 3에 나타낸 바와 같이, 비교예 1의 투명전극에 비해 실시예 1 ~ 2의 투명전극 표면적이 증가하는 것을 확인하였고 비교예 2의 광흡수층 부피에 비해 실시예 4 ~ 5의 광흡수층 부피가 증가하는 것을 확인하였다(점선원 내 참조).
<실험예 2> 전환율 측정
투명전극의 식각된 식각조건에 따른 전환효율을 측정하기 위하여, 비교예 2, 실시예 4 ~ 6의 전환효율을 측정하여 하기 표 1 및 도 4에 나타내었다
| 개방전압(mV) | 단락전류밀도(mA/cm2) | 채움인자(F.F)(%) | 전환효율(%) | |
| 비교예 2 | 749.18 | 6.18 | 65.82 | 3.05 |
| 실시예 4 | 746.50 | 5.31 | 66.26 | 2.63 |
| 실시예 5 | 756.77 | 7.20 | 70.14 | 3.82 |
| 실시예 6 | 744.60 | 7.40 | 63.72 | 3.51 |
표 1 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 식각된 투명전극을 구비하는 태양전지가 일반의 투명전극을 구비하는 태양전지보다 전환효율이 높은 것을 확인하였으며, 한편으로 식각공정이 투명전극에 식각손상을 발생하는 식각조건에서는 오히려 효율이 감소하는 것이 확인된다. 실시예 5의 경우 약 25% 이상 전환효율이 증가하는 것을 확인하였다.
도 1은 본 발명에 종래 투명전극과 본 발명에 따른 일실시형태의 광흡수층 증착부피 차를 나타낸 개념도이고;
도 2는 본 발명 따른 일실시형태의 제조방법을 나타낸 개념도이고;
도 3은 본 발명에 따른 일실시형태의 단면을 전자주사현미경으로 촬영한 사진이고((a) 비교예 1, (b) 실시예 1, (c) 실시예 2, (d)비교예 2, (e) 실시예 4, (d) 실시예 5); 및
도 4는 본 발명에 따른 일실시형태의 전환효율을 측정한 그래프이다((a)비교예 2 (b)실시예 4, (c) 실시예 5, (d) 실시예 6).
Claims (12)
100 ~ 350 nm 두께의 투명전극에 패턴이 형성된 투명전극.
제1항에 있어서, 상기 패턴이 형성된 부분의 투명전극의 두께는, 투명전극의 두께가 100 ~ 200 nm인 경우 전극두께의 10 ~ 50% 이내이고, 투명전극의 두께가 200 ~ 350 nm인 경우 전극두께의 20 ~ 50% 이내로 형성되는 것을 특징으로 하는 투명전극.
제1항에 있어서, 상기 투명전극은 ITO, FTO, IZO, AZO, SnO2 및 In2O3 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이의 혼합산화물인 것을 특징으로 하는 투명전극
제1항에 있어서, 상기 투명전극은 패턴의 형성에 의해 전극의 표면적 및 광흡수율이 증가되는 것을 특징으로 하는 투명전극.
직류 마그네트론 스퍼터링, 라디오 주파수 마그네트론 스퍼터링, 용액 증착법, 화학증착법 및 기상증착법으로 이루어지는 어느 하나의 방법으로 투명전극을 제조하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1의 투명전극에 리소그래피 및 식각공정으로 패턴을 형성시키는 단계(단계 2)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제1항의 투명전극 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 단계 2의 식각공정은 습식식각법 또는 건식식각법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 제1항의 투명전극 제조방법.
제1항의 투명전극을 구비하는 고효율 태양전지.
제7항에 있어서, 상기 고효율 태양전지는 염료감응형 태양전지, 유기분자 태양전지, 실리콘 박막형 태양전지 또는 박막형 태양전지인 것을 특징으로 하는 고효율 태양전지.
투명전극에 금속촉매전극을 증착시킨 후, 구멍을 형성시켜 상부전극을 제조 하는 단계(단계 A);
제1항의 투명전극에 광흡수층을 증착하여 하부전극을 제조하는 단계(단계 B);
상기 단계 B의 하부전극에 상기 단계 A의 상부전극을 양면테이프로 고정시키는 단계(단계 C); 및
상기 상부전극에 형성되어 있는 구멍을 통해 전해액을 주입시키고, 밀봉하는 단계(단계 D)로 이루어지는 제7항의 태양전지 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 단계 A의 구멍은 직경이 0.5 ~ 3 mm인 것을 특징으로 하는 제7항의 태양전지 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 단계 B의 광흡수층 증착은 마그네트론 스퍼터링, 용액증착법, 기상증착법 또는 화학적 도포법인 것을 특징으로 하는 제7항의 태양전지 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 단계 D의 밀봉은 고온 용융 밀봉 호일(hot melt sealing foil)을 넣고 열전도테이프(thermal tape)로 부착 및 가열하여 밀봉하는 것을 특징으로 하는 제8항의 태양전지 제조방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| J201 | Request for trial against refusal decision | ||
| AMND | Amendment | ||
| B601 | Maintenance of original decision after re-examination before a trial | ||
| S901 | Examination by remand of revocation | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| S601 | Decision to reject again after remand of revocation |