KR20100037861A - Thin film type solar cell and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지(Solar Cell)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 박막형 태양전지에 관한 것이다. The present invention relates to a solar cell, and more particularly to a thin film solar cell.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다. Solar cells are devices that convert light energy into electrical energy using the properties of semiconductors.
태양전지의 구조 및 원리에 대해서 간단히 설명하면, 태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole)과 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 되는 원리이다. The structure and principle of the solar cell will be briefly described. The solar cell has a PN junction structure in which a P (positive) type semiconductor and a N (negative) type semiconductor are bonded to each other. Holes and electrons are generated in the semiconductor by the energy of the incident solar light. At this time, the holes (+) are moved toward the P-type semiconductor by the electric field generated in the PN junction. Negative (-) is the principle that the electric potential is generated by moving toward the N-type semiconductor to generate power.
이와 같은 태양전지는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다. Such solar cells may be classified into a substrate type solar cell and a thin film type solar cell.
기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이고, 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이다. The substrate type solar cell is a solar cell manufactured by using a semiconductor material such as silicon as a substrate, and the thin film type solar cell is a solar cell manufactured by forming a semiconductor in the form of a thin film on a substrate such as glass.
기판형 태양전지는 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수하기는 하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승되는 단점이 있다. Substrate-type solar cells, although somewhat superior in efficiency compared to thin-film solar cells, there is a limitation in minimizing the thickness in the process and there is a disadvantage that the manufacturing cost is increased because of the use of expensive semiconductor substrates.
박막형 태양전지는 기판형 태양전지에 비하여 효율이 다소 떨어지기는 하지만, 얇은 두께로 제조가 가능하고 저가의 재료를 이용할 수 있어 제조비용이 감소되는 장점이 있어 대량생산에 적합하다. Although thin-film solar cells are somewhat less efficient than substrate-type solar cells, they can be manufactured in a thin thickness and inexpensive materials can be used to reduce manufacturing costs, making them suitable for mass production.
이하 도면을 참조로 종래의 박막형 태양전지에 대해서 설명하기로 한다. Hereinafter, a thin film solar cell according to the related art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래의 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view of a conventional thin film solar cell.
도 1에서 알 수 있듯이, 종래의 박막형 태양전지는 기판(10), 전면전극층(20), 반도체층(30), 후면반사층(50) 및 후면전극층(60)으로 이루어진다. As can be seen in FIG. 1, the conventional thin film solar cell includes a
상기 전면전극층(20)은 태양광이 입사되는 면이기 때문에 투명한 도전물질을 이용하여 형성된다. The
상기 반도체층(30)은 실리콘과 같은 반도체물질을 이용하여 형성하는데, P형(Positive) 반도체층, I형(Intrinsic) 반도체층 및 N형(Negative) 반도체층이 순서대로 적층된 소위 PIN구조로 형성된다. The
상기 후면반사층(50)은 ZnO와 같은 도전물질을 이용하여 형성한다. 상기 후면반사층(50)은 상기 반도체층(30)을 투과한 태양광을 산란시켜 다양한 각으로 진 행시킴으로써 상기 후면전극층(60)에서 반사되어 상기 반도체층(30)으로 재입사되는 광의 비율을 증가시키는 역할을 한다. The
상기 후면전극층(60)은 Ag, Al과 같은 불투명한 금속을 이용하여 형성함으로써, 상기 후면반사층(50)을 투과한 태양광을 상기 반도체층(30)으로 재입사시킨다. The
이와 같은 종래의 박막형 태양전지는 입사되는 태양광에 의해 반도체층(30)에서 정공 및 전자가 생성되고 그와 같은 정공 및 전자가 상기 전면전극층(20) 및 후면전극층(60)에서 수집되어 전류를 생성시키게 된다. In the conventional thin film solar cell, holes and electrons are generated in the
종래의 박막형 태양전지는 태양광의 입사면에 형성되는 전면전극층(20)은 투명한 도전물질로 형성하지만, 태양광의 입사면과 반대면에 형성되는 후면전극층(60)은 불투명한 도전물질로 형성하였다. 그 이유는 입사된 태양광을 상기 후면전극층(60)에서 반사시켜 상기 반도체층(30)으로 재입사시키기 위해서였다. In the conventional thin film solar cell, the
그러나, 종래의 박막형 태양전지는 비록 상기 후면전극층(60)을 불투명한 도전물질로 형성함으로써 상기 반도체층(30)으로 태양광을 재입사시킬 수는 있지만 그 양이 많지 않아서 실제로 효율증진에 큰 영향을 미치지는 않으며, 오히려 태양광의 입사면과 반대면으로도 광이 입사될 수 있는데, 그와 같은 광이 태양전지 내부로 입사되는 것이 원천적으로 차단되는 단점이 있다. 또한, 종래의 박막형 태양전지는 후면전극층(60)을 불투명한 도전물질로 형성하였기 때문에, 채광이 요하는 건물의 유리창 등으로 적용될 수는 없어 그 적용상의 한계가 있다. However, in the conventional thin film solar cell, although the
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 태양광의 입사면 뿐만 아니라 태양광의 입사면과 반대면으로도 광이 입사되도록 함으로써 모든 방향의 광을 이용하여 전지효율을 향상시킬 수 있으며 또한 채광이 요하는 건물의 유리창 등으로도 적용이 가능한 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been devised to solve the above-mentioned problems, and the present invention improves battery efficiency by using light in all directions by allowing light to be incident not only on the incident surface of sunlight but also on the opposite side of the incident surface of sunlight. It is also an object of the present invention to provide a thin-film solar cell and a method of manufacturing the same, which can be applied to a glass window of a building that requires light.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 기판 상에 형성된 제1전극; 상기 제1전극 상에 형성된 제1반도체층; 및 상기 제1반도체층 상에 형성된 제2전극을 포함하여 이루어지며, 상기 제1전극 및 제2전극은 투명한 도전물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지를 제공한다. The present invention, the first electrode formed on the substrate to achieve the above object; A first semiconductor layer formed on the first electrode; And a second electrode formed on the first semiconductor layer, wherein the first electrode and the second electrode are made of a transparent conductive material.
이때, 상기 제1반도체층과 상기 제2전극 사이에, 버퍼층 및 제2반도체층이 순서대로 추가로 형성될 수 있다. In this case, a buffer layer and a second semiconductor layer may be further formed in order between the first semiconductor layer and the second electrode.
본 발명은 기판 상에서 소정 패턴으로 형성된 제1전극; 상기 제1전극 상에서 소정 영역에 콘택부를 구비하여 형성된 제1반도체층; 상기 제1반도체층 상에서 소정 패턴으로 형성된 제2전극; 상기 제2전극 상에서 소정 영역에 콘택부를 구비하여 형성된 제2반도체층; 및 상기 제2반도체층 상에서 소정 패턴으로 형성되며, 상기 콘택부를 통해 상기 제1전극과 전기적으로 연결된 제3전극을 포함하여 이루어지고, 상기 제1전극, 제2전극, 및 제3전극은 투명한 도전물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지를 제공한다. The present invention comprises a first electrode formed in a predetermined pattern on the substrate; A first semiconductor layer formed with a contact portion in a predetermined region on the first electrode; A second electrode formed in a predetermined pattern on the first semiconductor layer; A second semiconductor layer formed with a contact portion in a predetermined region on the second electrode; And a third electrode formed on the second semiconductor layer in a predetermined pattern and electrically connected to the first electrode through the contact portion, wherein the first electrode, the second electrode, and the third electrode are transparent conductive materials. It provides a thin-film solar cell, characterized in that made of a material.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지는, 상기 제3전극의 상부에 형성된 절연층; 상기 절연층 상에 형성된 제4전극; 상기 제4전극 상에 형성된 제3반도체층; 및 상기 제3반도체층 상에 형성된 제5전극을 추가로 포함하여 이루어지며, 상기 제4전극 및 제5전극은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다. At this time, the thin-film solar cell according to an embodiment of the present invention, the insulating layer formed on the third electrode; A fourth electrode formed on the insulating layer; A third semiconductor layer formed on the fourth electrode; And a fifth electrode formed on the third semiconductor layer, wherein the fourth electrode and the fifth electrode may be made of a transparent conductive material.
본 발명은 기판 상에서 소정 간격으로 이격 형성된 복수 개의 제1전극; 상기 제1전극 상에서 소정 영역에 콘택부를 구비하여 형성된 제1반도체층; 상기 제1반도체층 상에서 소정 간격으로 이격 형성된 복수 개의 제2전극; 상기 제2전극 상에서 소정 영역에 콘택부를 구비하여 형성된 제2반도체층; 상기 제2반도체층 상에서 소정 간격으로 이격 형성된 복수 개의 제3전극을 포함하여 이루어지고, 상기 제3전극은 상기 콘택부를 통해 상기 제1전극 및 이웃하는 상기 제2전극과 전기적으로 연결되며, 상기 제1전극, 제2전극, 및 제3전극은 투명한 도전물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지를 제공한다. The present invention includes a plurality of first electrodes spaced apart at predetermined intervals on the substrate; A first semiconductor layer formed with a contact portion in a predetermined region on the first electrode; A plurality of second electrodes spaced apart at predetermined intervals on the first semiconductor layer; A second semiconductor layer formed with a contact portion in a predetermined region on the second electrode; And a plurality of third electrodes spaced apart at predetermined intervals on the second semiconductor layer, wherein the third electrode is electrically connected to the first electrode and the neighboring second electrode through the contact portion. The first electrode, the second electrode, and the third electrode provides a thin film solar cell, characterized in that made of a transparent conductive material.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지는, 상기 제3전극의 상부에 형성된 절연층; 상기 절연층 상에 소정 간격으로 이격 형성된 제4전극; 상기 제4전극 상에 형성되며, 콘택부를 구비한 제3반도체층; 및 상기 제3반도체층에 구비된 콘택부를 통해 상기 제4전극과 연결되며, 소정 간격으로 이격 형성된 제5전극을 추가로 포함하며, 상기 제4전극 및 제5전극은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다. At this time, the thin-film solar cell according to an embodiment of the present invention, the insulating layer formed on the third electrode; Fourth electrodes spaced apart at predetermined intervals on the insulating layer; A third semiconductor layer formed on the fourth electrode and having a contact portion; And a fifth electrode connected to the fourth electrode through a contact portion provided in the third semiconductor layer and spaced apart at a predetermined interval, wherein the fourth electrode and the fifth electrode may be made of a transparent conductive material. .
또한, 본 발명은 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지는, 상기 제3전극의 상 부에 형성된 제3반도체층; 상기 제3반도체층 상에 소정 간격으로 이격 형성된 복수 개의 제4전극; 상기 제4전극 상에 형성된 제4반도체층; 및 상기 제4반도체층 상에 소정 간격으로 이격 형성된 제5전극을 추가로 포함하며, 상기 제3반도체층 및 제4반도체층의 소정 영역에는 콘택부가 형성되어 있고, 상기 제5전극은 상기 제3반도체층 및 제4반도체층의 소정 영역에 형성된 콘택부를 통해 상기 제3전극 및 이웃하는 상기 제4전극과 전기적으로 연결되며, 상기 제4전극 및 제5전극은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다. In addition, the present invention is a thin film solar cell according to another embodiment, the third semiconductor layer formed on the third electrode; A plurality of fourth electrodes spaced apart at predetermined intervals on the third semiconductor layer; A fourth semiconductor layer formed on the fourth electrode; And a fifth electrode spaced apart from each other at predetermined intervals on the fourth semiconductor layer, wherein a contact portion is formed in a predetermined region of the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer, and the fifth electrode is the third electrode. The third electrode and the neighboring fourth electrode may be electrically connected to each other through contact portions formed in predetermined regions of the semiconductor layer and the fourth semiconductor layer, and the fourth electrode and the fifth electrode may be made of a transparent conductive material.
상기 제1반도체층이 PIN구조로 형성되고 상기 제2반도체층이 NIP구조로 형성되거나, 또는 상기 제1반도체층이 NIP구조로 형성되고 상기 제2반도체층이 PIN구조로 형성될 수 있다. The first semiconductor layer may be formed of a PIN structure, the second semiconductor layer may be formed of a NIP structure, or the first semiconductor layer may be formed of a NIP structure, and the second semiconductor layer may be formed of a PIN structure.
본 발명은 기판 상에 제1전극을 형성하는 공정; 상기 제1전극 상에 제1반도체층을 형성하는 공정; 및 상기 제1반도체층 상에 제2전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지며, 상기 제1전극 및 제2전극은 투명한 도전물질을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법을 제공한다. The present invention provides a process for forming a first electrode on a substrate; Forming a first semiconductor layer on the first electrode; And forming a second electrode on the first semiconductor layer, wherein the first electrode and the second electrode are formed using a transparent conductive material. do.
이때, 상기 제1반도체층을 형성하는 공정 및 상기 제2전극을 형성하는 공정 사이에, 상기 제1반도체층 상에 버퍼층을 형성하는 공정; 및 상기 버퍼층 상에 제2반도체층을 형성하는 공정을 추가로 포함할 수 있다. At this time, between the step of forming the first semiconductor layer and the step of forming the second electrode, forming a buffer layer on the first semiconductor layer; And forming a second semiconductor layer on the buffer layer.
본 발명은 기판 상에 소정 패턴의 제1전극을 형성하는 공정; 상기 제1전극 상에 제1반도체층을 형성하는 공정; 상기 제1반도체층 상에 소정 패턴의 제2전극을 형성하는 공정; 상기 제2전극 상에 제2반도체층을 형성하는 공정; 상기 제1반도체 층 및 제2반도체층의 소정영역을 제거하여 콘택부를 형성하는 공정; 및 상기 콘택부를 통해 상기 제1전극과 전기적으로 연결되는 소정 패턴의 제3전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지며, 상기 제1전극, 제2전극, 및 제3전극은 투명한 도전물질을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법를 제공한다. The present invention comprises the steps of forming a first electrode of a predetermined pattern on a substrate; Forming a first semiconductor layer on the first electrode; Forming a second electrode of a predetermined pattern on the first semiconductor layer; Forming a second semiconductor layer on the second electrode; Forming a contact portion by removing predetermined regions of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; And forming a third electrode having a predetermined pattern electrically connected to the first electrode through the contact portion, wherein the first electrode, the second electrode, and the third electrode are made of a transparent conductive material. It provides a method for producing a thin film solar cell, characterized in that forming.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법은, 상기 제3전극의 상부에 절연층을 형성하는 공정; 상기 절연층 상에 제4전극을 형성하는 공정; 상기 제4전극 상에 제3반도체층을 형성하는 공정; 및 상기 제3반도체층 상에 제5전극을 형성하는 공정을 추가로 포함하며, 상기 제4전극 및 제5전극은 투명한 도전물질을 이용하여 형성할 수 있다. At this time, the manufacturing method of the thin-film solar cell according to an embodiment of the present invention, forming an insulating layer on the upper portion of the third electrode; Forming a fourth electrode on the insulating layer; Forming a third semiconductor layer on the fourth electrode; And forming a fifth electrode on the third semiconductor layer, wherein the fourth electrode and the fifth electrode may be formed using a transparent conductive material.
본 발명은 기판 상에, 소정 간격으로 이격 형성되는 복수 개의 제1전극을 형성하는 공정; 상기 제1전극 상에 제1반도체층을 형성하는 공정; 상기 제1반도체층 상에, 소정 간격으로 이격 형성되는 복수 개의 제2전극을 형성하는 공정; 상기 제2전극 상에 제2반도체층을 형성하는 공정; 상기 제1반도체층 및 제2반도체층의 소정영역을 제거하여 콘택부를 형성하는 공정; 및 상기 콘택부를 통해 상기 제1전극 및 이웃하는 상기 제2전극과 전기적으로 연결되며, 소정 간격으로 이격 형성되는 복수 개의 제3전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지며, 상기 제1전극, 제2전극, 및 제3전극은 투명한 도전물질을 이용하여 형성하는것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법을 제공한다. The present invention is a step of forming a plurality of first electrodes spaced apart at predetermined intervals on the substrate; Forming a first semiconductor layer on the first electrode; Forming a plurality of second electrodes spaced apart at predetermined intervals on the first semiconductor layer; Forming a second semiconductor layer on the second electrode; Forming a contact portion by removing predetermined regions of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; And forming a plurality of third electrodes electrically connected to the first electrode and the neighboring second electrode through the contact portion and spaced apart from each other by a predetermined interval. The electrode and the third electrode provide a method of manufacturing a thin film solar cell, characterized in that formed using a transparent conductive material.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법은, 상기 제3 전극의 상부에 절연층을 형성하는 공정; 상기 절연층 상에 소정 간격으로 이격되는 제4전극을 형성하는 공정; 상기 제4전극 상에 소정의 콘택부를 구비한 제3반도체층을 형성하는 공정; 및 상기 제3반도체층에 구비된 콘택부를 통해 상기 제4전극과 연결되며, 소정 간격으로 이격되는 제5전극을 형성하는 공정을 추가로 포함하며, 상기 제4전극 및 제5전극은 투명한 도전물질을 이용하여 형성할 수 있다. At this time, the manufacturing method of the thin-film solar cell according to an embodiment of the present invention, forming an insulating layer on the upper portion of the third electrode; Forming fourth electrodes spaced apart at predetermined intervals on the insulating layer; Forming a third semiconductor layer having a predetermined contact portion on the fourth electrode; And forming a fifth electrode connected to the fourth electrode through the contact portion provided in the third semiconductor layer and spaced apart by a predetermined interval, wherein the fourth electrode and the fifth electrode are transparent conductive materials. It can be formed using.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법은, 상기 제3전극 상에 제3반도체층을 형성하는 공정; 상기 제3반도체층 상에, 소정 간격으로 이격 형성되는 복수 개의 제4전극을 형성하는 공정; 상기 제4전극 상에 제4반도체층을 형성하는 공정; 상기 제3반도체층 및 제4반도체층의 소정영역을 제거하여 콘택부를 형성하는 공정; 및 상기 제3반도체층 및 제4반도체층의 소정영역을 제거하여 형성한 콘택부를 통해 상기 제3전극 및 이웃하는 상기 제4전극과 전기적으로 연결되며, 소정 간격으로 이격 형성되는 복수 개의 제5전극을 형성하는 공정을 포함하며, 상기 제4전극 및 제5전극은 투명한 도전물질을 이용하여 형성할 수 있다.In addition, a method of manufacturing a thin film solar cell according to another embodiment of the present invention, the step of forming a third semiconductor layer on the third electrode; Forming a plurality of fourth electrodes spaced apart at predetermined intervals on the third semiconductor layer; Forming a fourth semiconductor layer on the fourth electrode; Forming a contact portion by removing predetermined regions of the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer; And a plurality of fifth electrodes electrically connected to the third electrode and the neighboring fourth electrode through contact portions formed by removing predetermined regions of the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer and spaced apart at predetermined intervals. Forming a step, wherein the fourth electrode and the fifth electrode may be formed using a transparent conductive material.
상기 제1반도체층을 형성하는 공정은 PIN구조로 형성하는 공정으로 이루어지고 상기 제2반도체층을 형성하는 공정은 NIP구조로 형성하는 공정으로 이루어지거나, 또는 상기 제1반도체층을 형성하는 공정은 NIP구조로 형성하는 공정으로 이루어지고 상기 제2반도체층을 형성하는 공정은 PIN구조로 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다. The process of forming the first semiconductor layer is a process of forming a PIN structure and the process of forming the second semiconductor layer is a process of forming a NIP structure, or the process of forming the first semiconductor layer is The process of forming the NIP structure and the process of forming the second semiconductor layer may be performed by the process of forming the PIN structure.
상기와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다. According to the present invention as described above has the following effects.
첫째, 본 발명은 태양전지를 구성하는 전극을 투명한 도전물질로 형성하기 때문에, 태양광이 입사되는 면 뿐만아니라 그 반대면으로도 태양광이 입사될 수 있어 태양전지의 효율이 상승되며, 또한 태양전지 전체에서 태양광이 투과할 수 있기 때문에 채광이 요하는 건물의 유리창 등으로도 적용이 가능하여 다양한 분야에 적용될 수 있는 효과를 얻을 수 있다. First, since the present invention forms the electrode constituting the solar cell with a transparent conductive material, the solar light can be incident on the opposite side as well as the solar light incident to increase the efficiency of the solar cell, and Since sunlight can penetrate the entire battery, it can be applied to glass windows of buildings that require light, and thus can be applied to various fields.
둘째, 본 발명은 제1전극, PIN구조의 제1반도체층 및 제2전극의 조합에 의해 구성되는 제1태양전지와, 제2전극, NIP구조의 제2반도체층 및 제3전극의 조합에 의해 구성되는 제2태양전지가 병렬로 연결되는 구성을 가짐으로써 제1태양전지 및 제2태양전지 사이에서 전류 매칭(Current matching)을 위한 공정이 요하지 않게 된다. 따라서, 전류 매칭을 위한 공정이 요하지 않으면서도, 기판에 입사된 태양광은 제1태양전지 및 제2태양전지 각각에서 흡수되어 전체 박막형 태양전지의 효율이 증진되는 효과를 얻을 수 있다. Second, the present invention relates to a combination of a first solar cell formed by a combination of a first electrode, a first semiconductor layer of a PIN structure, and a second electrode, and a combination of a second electrode, a second semiconductor layer of a NIP structure, and a third electrode. Since the second solar cells constituted by the second solar cells are connected in parallel, a process for current matching between the first solar cell and the second solar cell is not required. Therefore, the solar light incident on the substrate is absorbed by each of the first solar cell and the second solar cell without requiring a process for current matching, thereby improving the efficiency of the entire thin-film solar cell.
셋째, 본 발명은 박막형 태양전지를 복수 개의 단위셀로 분리하고, 각각의 단위셀을 직렬로 연결한 구성을 가짐으로써, 기판이 대면적화되더라도 전극의 크기를 줄일 수 있고, 그에 따라 전극저항의 증가를 방지할 수 있어 태양전지의 효율이 증진되는 효과를 얻을 수 있다. Third, the present invention has a configuration in which a thin-film solar cell is separated into a plurality of unit cells and each unit cell is connected in series, so that the size of the electrode can be reduced even if the substrate is large, thereby increasing the electrode resistance. Can be prevented to obtain the effect of improving the efficiency of the solar cell.
넷째, 본 발명은 제1태양전지 및 제2태양전지로 구성된 박막형 태양전지 상부에 별도의 제3태양전지를 구성하거나, 또는 제1태양전지 및 제2태양전지의 조합을 상하로 이중으로 형성함으로써 태양전지의 효율이 증진되는 효과를 얻을 수 있다. Fourth, the present invention by forming a separate third solar cell on top of the thin-film solar cell consisting of the first solar cell and the second solar cell, or by forming a combination of the first solar cell and the second solar cell up and down The effect of improving the efficiency of the solar cell can be obtained.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<박막형 태양전지><Thin Film Solar Cell>
제1실시예First embodiment
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다. 2 is a schematic cross-sectional view of a thin film solar cell according to a first embodiment of the present invention.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제1실시예에 따른 박막형 태양전지는 기판(100), 제1전극(200), 제1반도체층(300) 및 제2전극(400)을 포함하여 이루어진다. As can be seen in Figure 2, the thin-film solar cell according to the first embodiment of the present invention comprises a
상기 기판(100)은 유리 또는 투명한 플라스틱을 이용하여 형성한다. The
상기 제1전극(200)는 상기 기판(100) 상에 형성되며, 태양광이 입사되는 면에 형성되므로 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 이용하여 형성할 수 있다. Since the
상기 제1전극(200)은 입사되는 태양광이 태양전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 텍스처(texturing)가공 공정 등을 통해 그 상부 면을 요철구조로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 텍스처 가공공정이란 물질 표면을 울퉁불퉁한 요철구조로 형성하여 마치 직물의 표면과 같은 형상으로 가공하는 공정으로서, 포토리소그라피법(photolithography)을 이용한 식각공정, 화학용액을 이용한 이방성 식각공정(anisotropic etching), 또는 기계적 스크라이빙(mechanical scribing)을 이용한 홈 형성 공정 등을 통해 수행할 수 있다. 이와 같은 텍스처 가공공정을 상기 제1전극(200)에 수행할 경우 입사되는 태양광의 산란에 의해 태양전지 내부로 태양광이 흡수되는 비율이 증가하게 되어, 태양전지의 효율이 증진되는 효과가 있다. The
상기 제1반도체층(300)은 상기 제1전극(200) 상에 형성되며, P형 반도체층, I형 반도체층, 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성된다. 이와 같이 상기 제1반도체층(300)이 PIN구조로 형성되면, I형 반도체층이 P형 반도체층과 N형 반도체층에 의해 공핍(depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(drift)되어, 결국 정공은 P형 반도체층을 통해 제1전극(200)으로 수집되고 전자는 N형 반도체층을 통해 제2전극(400)으로 수집된다. The
상기 제2전극(400)은 상기 제1반도체층(300) 상에 형성되며, ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 이용하여 형성한다. 이와 같이, 가장 위층에 형성되는 제2전극(400)이 투명한 도전물질로 이루어지기 때문에, 제2전극(400)을 통해서도 태양광이 입사될 수 있어 태양전지의 효율이 상승될 수 있다. The
제2실시예Second embodiment
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다. 본 발명의 제2실시예에 따른 박막형 태양전지는 PIN구조의 반도체층을 2층으로 적층한 소위 텐덤(tandem) 구조의 박막형 태양전지에 관한 것으로서, 전술한 제1실시예와 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 3 is a schematic cross-sectional view of a thin film solar cell according to a second embodiment of the present invention. The thin film type solar cell according to the second embodiment of the present invention relates to a thin film type solar cell having a tandem structure in which a PIN layer of semiconductor layers is laminated in two layers. The description will be omitted.
도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제2실시예에 따른 박막형 태양전지는 기판(100), 제1전극(200), 제1반도체층(300), 버퍼층(350), 제2반도체층(500), 및 제2전극(400)이 순서대로 적층되어 형성된다. As can be seen in Figure 3, the thin film solar cell according to the second embodiment of the present invention is the
상기 제1반도체층(300) 및 제2반도체층(500)은 모두 P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성된다. The
상기 제1반도체층(300)은 PIN구조의 비정질 반도체물질로 이루어지고, 상기 제2반도체층(500)은 PIN구조의 미세결정질 반도체물질로 이루어질 수 있다. The
상기 비정질 반도체물질은 단파장의 광을 잘 흡수하고 상기 미세결정질 반도체물질은 장파장의 광을 잘 흡수하는 특성이 있기 때문에, 비정질 반도체물질과 미세결정질 반도체물질을 조합할 경우 광흡수효율이 증진될 수 있다. 또한, 비정질 반도체물질은 장시간 빛에 노출될 경우 열화현상이 가속되는 문제가 있는데, 비정질 반도체물질을 태양광이 입사되는 면에 형성하고 미세결정질 반도체물질을 그 반대면에 형성할 경우 태양전지의 열화를 줄일 수 있는 효과가 있다. 따라서, 태양광이 입사되는 면에서 가까운 제1반도체층(300)을 비정질 반도체물질로 형성하고, 태양광이 입사되는 면에서 먼 제2반도체층(500)을 미세결정질 반도체물질로 형성할 수 있다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 제1반도체층(300)으로서 비정질반도체/게르마늄, 미세결정질 반도체 물질 등 다양하게 변경 이용할 수 있고, 상기 제2반도체층(500)으로서 비정질 반도체물질, 비정질반도체/게르마늄 등 다양하게 변경 이용할 수 있다.Since the amorphous semiconductor material absorbs light of short wavelength well and the microcrystalline semiconductor material absorbs light of long wavelength well, light absorption efficiency may be enhanced when the amorphous semiconductor material and the microcrystalline semiconductor material are combined. . In addition, the amorphous semiconductor material has a problem that the degradation phenomenon is accelerated when exposed to light for a long time, when the amorphous semiconductor material is formed on the side where the sunlight is incident and the microcrystalline semiconductor material is formed on the opposite side of the solar cell deterioration There is an effect to reduce. Therefore, the
상기 버퍼층(350)은 상기 제1반도체층(300) 및 제2반도체층(500)의 사이에서 터널접합을 통해 정공 및 전자의 이동을 원활히 하는 역할을 하는 것으로서, ZnO와 같은 투명한 물질로 이루어진다. The
본 발명의 제2실시예에 따른 박막형 태양전지는 PIN구조의 제1반도체층(300) 및 PIN구조의 제2반도체층(500)을 형성함으로써 2개의 태양전지가 직렬로 연결된 구조를 가지게 되어 태양전지의 개방전압을 높일 수 있기 때문에 보다 고효율을 달성할 수 있는 장점이 있다.The thin film solar cell according to the second embodiment of the present invention has a structure in which two solar cells are connected in series by forming a
제3실시예Third embodiment
도 4a는 본 발명의 제3실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다. 이하 전술한 실시예와 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 4A is a schematic cross-sectional view of a thin film solar cell according to a third exemplary embodiment of the present invention. Detailed description of the same configuration as in the above-described embodiment will be omitted.
도 4a에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제3실시예에 따른 박막형 태양전지는 기판(100), 제1전극(200), 제1반도체층(300), 제2전극(400), 제2반도체층(500), 및 제3전극(600)을 포함하여 이루어진다. As can be seen in Figure 4a, the thin film solar cell according to the third embodiment of the present invention is a
상기 제1전극(200)는 상기 기판(100) 상에 소정 패턴으로 형성되며 투명한 도전물질을 이용하여 형성한다. The
상기 제1전극(200)은 텍스처(texturing)가공 공정 등을 통해 그 상부 면을 요철구조로 형성하는 것이 바람직하다. The
상기 제1반도체층(300)은 상기 제1전극(200) 상에 형성되며, 상기 제1전극(200)과 제3전극(600)이 전기적으로 연결될 수 있도록 상기 제1반도체층(300)의 소정 영역에는 콘택부(700)가 형성된다. The
상기 제1반도체층(300)은 P형 반도체층, I형 반도체층, 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성된다. 이와 같이 상기 제1반도체층(300)이 PIN구조로 형성되면, I형 반도체층이 P형 반도체층과 N형 반도체층에 의해 공핍(depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(drift)되어, 결국 정공은 P형 반도체층을 통해 제1전극(200)으로 수집되고 전자는 N형 반도체층을 통해 제2전극(400)으로 수집된다. The
상기 제2전극(400)은 상기 제1반도체층(300) 상에 소정 패턴으로 형성되며, ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 이용하여 형성한다. The
상기 제2전극(400)은 상기 제1전극(200)과 제3전극(600)의 사이에 형성되어, 전술한 바와 같이 제1반도체층(300)에서 생성되는 전자를 수집하며 또한 후술하는 제2반도체층(500)에서 생성된 전자를 수집하게 된다. The
상기 제2반도체층(500)은 상기 제2전극(400) 상에 형성되며, 상기 제1전극(200)과 제3전극(600)이 전기적으로 연결될 수 있도록 상기 제2반도체층(500)의 소정 영역에는 콘택부(700)가 형성된다. The
상기 제2반도체층(500)은 N형 반도체층, I형 반도체층, 및 P형 반도체층이 순서대로 적층된 NIP구조로 형성된다. 이와 같이 상기 제2반도체층(500)이 NIP구조로 형성되면, 태양광에 의해 생성되는 정공은 P형 반도체층을 통해 제3전극(600)으로 수집되고 전자는 N형 반도체층을 통해 제2전극(400)으로 수집된다. The
상기 제1반도체층(300)은 PIN구조의 비정질 반도체물질로 이루어지고, 상기 제2반도체층(500)은 NIP구조의 미세결정질 반도체물질로 이루어질 수 있다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 제1반도체층(300)으로서 비정질반도체/게르마늄, 미세결정질 반도체 물질 등 다양하게 변경 이용할 수 있고, 상기 제2반도체층(500)으로서 비정질 반도체물질, 비정질반도체/게르마늄 등 다양하게 변경 이용할 수 있다.The
한편, 상기 제1반도체층(300)이 N형 반도체층, I형 반도체층, 및 P형 반도체층이 순서대로 적층된 NIP구조로 형성되고, 상기 제2반도체층(500)이 P형 반도체층, I형 반도체층, 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성됨으로써, 태양광에 의해 생성되는 정공은 P형 반도체층을 통해 제2전극(400)으로 수집되고 전자는 N형 반도체층을 통해 제1전극(200) 및 제3전극(600)으로 수집되도록 구성할 수도 있다. Meanwhile, the
상기 제3전극(600)은 상기 제2반도체층(500) 상에 소정 패턴으로 형성되며, 상기 제1반도체층(300) 및 제2반도체층(500)에 구비된 콘택부(700)를 통해 상기 제1전극(200)과 연결된다. 상기 제3전극(600)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 이용하여 형성한다. 이와 같이, 가장 위층에 형성되는 제3전극(600)이 투명한 도전물질로 이루어지기 때문에, 제3전극(600)을 통해서도 태양광이 입사될 수 있어 태양전지의 효율이 상승될 수 있다. The
이상과 같은 본 발명의 제3실시예에 따른 박막형 태양전지는, 제1전극(200), 제1반도체층(300) 및 제2전극(400)의 조합에 의해 제1태양전지가 구성되고, 제2전 극(400), 제2반도체층(500) 및 제3전극(600)의 조합에 의해 제2태양전지가 구성되며, 제1전극(200) 및 제3전극(600)이 연결됨으로써, 도 4b에서와 같이 상기 제1태양전지와 제2태양전지가 병렬로 연결되는 구성을 갖게 된다. In the thin film solar cell according to the third embodiment of the present invention as described above, the first solar cell is configured by the combination of the
이와 같은 본 발명의 제3실시예에 따른 박막형 태양전지는 전술한 제2실시예에 따른 박막형 태양전지와 비교할 때 제1태양전지 및 제2태양전지 사이에서 전류 매칭(Current matching)을 위한 공정이 요구되지 않는다는 장점이 있다. The thin film solar cell according to the third embodiment of the present invention has a process for current matching between the first solar cell and the second solar cell as compared to the thin film solar cell according to the second embodiment. The advantage is that it is not required.
즉, 전술한 제2실시예에 따른 박막형 태양전지는 상기 제1반도체층(300) 및 제2반도체층(500) 사이에서 전류 매칭(Current matching)을 위한 공정이 요구되는데, 이와 같은 전류 매칭을 위한 공정이 매우 까다로우며 만약 전류 매칭이 정확히 이루어지지 않을 경우에는 고효율을 달성할 수 없는 문제가 있다. That is, the thin film solar cell according to the second embodiment described above requires a process for current matching between the
보다 구체적으로 설명하면, 전술한 제2실시예에서와 같이 2개의 태양전지가 직렬로 연결된 구조에서는 상기 제1반도체층(300)에서 생성된 전자가 상기 제2반도체층(500)으로 이동하기 위해서 상기 제1반도체층(300) 및 제2반도체층(500) 사이에서 터널링 과정을 거처야 하고, 이와 같은 터널링이 최대화되면 전류 매칭이 이루어지게 된다. 이때, 상기 터널링을 최대화하기 위해서는 상기 버퍼층(350)의 두께, 상기 제2반도체층(500)의 P층의 두께 등을 최적화해야 하는데 그를 위해 작업시간이 많이 소요될 수 있고, 또한, 만약 그에 대한 최적화된 치수를 얻지 못할 경우에는 전류 매칭이 정확히 이루어지지 않게 되어 고효율의 태양전지를 구현할 수 없게 된다. More specifically, in the structure in which two solar cells are connected in series as in the above-described second embodiment, electrons generated in the
그에 반하여, 본 발명의 제3실시예에 따른 박막형 태양전지는 제1전극(200), PIN구조의 제1반도체층(300) 및 제2전극(400)의 조합에 의해 구성되는 제1태양전지와, 제2전극(400), NIP구조의 제2반도체층(500) 및 제3전극(600)의 조합에 의해 구성되는 제2태양전지가 병렬로 연결되는 구성을 가짐으로써 제1태양전지 및 제2태양전지 사이에서 전류 매칭(Current matching)을 위한 공정이 요하지 않게 된다. 따라서, 전류 매칭을 위한 공정이 요하지 않으면서도, 기판에 입사된 태양광은 제1태양전지 및 제2태양전지 각각에서 흡수되어 전체 박막형 태양전지의 효율이 증진되는 효과를 얻을 수 있다. In contrast, the thin-film solar cell according to the third embodiment of the present invention includes a first solar cell formed by a combination of a
제4실시예Fourth embodiment
도 5a는 본 발명의 제4실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도로서, 이는 전술한 본 발명의 제3실시예에 따른 박막형 태양전지를 단위셀로 하여 복수 개의 단위셀을 직렬로 연결한 박막형 태양전지에 관한 것이다. 이하, 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다. FIG. 5A is a schematic cross-sectional view of a thin film solar cell according to a fourth embodiment of the present invention, in which a plurality of unit cells are connected in series using the thin film solar cell according to the third embodiment of the present invention as a unit cell It relates to a thin film solar cell. Hereinafter, detailed description of the same configuration will be omitted.
도 5a에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제4실시예에 따른 박막형 태양전지는 기판(100), 제1전극(200), 제1반도체층(300), 제2전극(400), 제2반도체층(500), 및 제3전극(600)을 포함하여 이루어진다. As can be seen in Figure 5a, the thin film solar cell according to the fourth embodiment of the present invention is the
상기 제1전극(200)는 상기 기판(100) 상에서 소정 간격으로 복수 개가 이격 형성된다. A plurality of
상기 제1반도체층(300)은 상기 제1전극(200) 상에 형성되며, 상기 제1전극(200)과 제3전극(600)이 전기적으로 연결될 수 있도록 상기 제1반도체층(300)의 소정 영역에는 콘택부(700)가 형성된다. The
상기 제2전극(400)은 상기 제1반도체층(300) 상에서 소정 간격으로 복수 개가 이격 형성된다. A plurality of
상기 제2반도체층(500)은 상기 제2전극(400) 상에 형성되며, 상기 제1전극(200)과 제3전극(600)이 전기적으로 연결될 수 있도록 상기 제2반도체층(500)의 소정 영역에는 콘택부(700)가 형성된다. The
상기 제3전극(600)은 상기 제2반도체층(500) 상에 소정 간격으로 복수 개가 이격 형성된다. 상기 제3전극(600)은 상기 제1반도체층(300) 및 제2반도체층(500)에 구비된 콘택부(700)를 통해 상기 제1전극(200)과 연결되며, 또한 이웃하는 단위셀의 제2전극(400)과 연결된다. A plurality of
이와 같은 본 발명의 제4실시예에 따른 박막형 태양전지의 추가적인 특징은 다음과 같다. Additional features of the thin film solar cell according to the fourth embodiment of the present invention are as follows.
첫째, 복수 개의 단위셀 각각은 제1전극(200), 제1반도체층(300) 및 제2전극(400)의 조합에 의한 제1태양전지, 및 제2전극(400), 제2반도체층(500) 및 제3전극(600)의 조합에 의한 제2태양전지로 이루어지고, 상기 제1전극(200) 및 제3전극(600)이 연결됨으로써, 도 5b에서 알 수 있듯이, 각각의 단위셀 내에서 제1태양전지와 제2태양전지가 병렬로 연결된다. 따라서, 제1태양전지 및 제2태양전지 사이에서 전류 매칭(Current matching)을 위한 공정이 요구되지 않는다. First, each of the plurality of unit cells includes a first solar cell, a
둘째, 하나의 단위셀 내의 제3전극(600)이 이웃하는 단위셀의 제2전극(400)과 연결됨으로써, 도 5b에서 알 수 있듯이, 복수 개의 단위셀 사이에는 직렬로 연결된다. 따라서, 기판이 대면적화되더라도 전극의 크기를 줄일 수 있고, 그에 따라 전극저항이 감소된다. Second, as the
제5실시예Fifth Embodiment
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도로서, 이는 도 4a에 도시한 본 발명의 제3실시예에 따른 박막형 태양전지의 상부에 별도의 태양전지가 추가로 구성된 것이다. 이하, 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a thin film solar cell according to a fifth embodiment of the present invention, which is further configured with a separate solar cell on top of the thin film solar cell according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 4A. will be. Hereinafter, detailed description of the same configuration will be omitted.
도 6에서 알 수 있듯이, 제3전극(600)의 상부에 절연층(800)이 형성되어 있고, 상기 절연층(800) 상에 제4전극(820)이 형성되어 있고, 상기 제4전극(820) 상에 제3반도체층(840)이 형성되어 있고, 상기 제3반도체층(840) 상에 제5전극(860)이 형성되어 있다. 따라서, 상기 제4전극(820), 제3반도체층(840) 및 제5전극(860)의 조합에 의해 제3태양전지가 구성된다. As shown in FIG. 6, an insulating
상기 절연층(800)은 SiO2, TiO2, SiNx, 또는 SiON 등의 투명한 절연물질로 이루어진 것이 바람직하다. The insulating
상기 제4전극(820)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어진다. The
상기 제3반도체층(840)은 PIN구조 또는 NIP구조로 이루어질 수 있고, 비정질 반도체물질 또는 미세결정질 반도체물질 등으로 이루어질 수 있다. The
상기 제5전극(860)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어진다. 이와 같이, 가장 위층에 형 성되는 제5전극(860)이 투명한 도전물질로 이루어지기 때문에, 제5전극(860)을 통해서도 태양광이 입사될 수 있어 태양전지의 효율이 상승될 수 있다. The
제6실시예Sixth embodiment
도 7은 본 발명의 제6실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도로서, 이는 도 5a에 도시한 본 발명의 제4실시예에 따른 박막형 태양전지의 상부에 별도의 태양전지가 추가로 구성된 것이다. 이하 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 7 is a schematic cross-sectional view of a thin film solar cell according to a sixth embodiment of the present invention, which is a separate solar cell is further configured on top of the thin film solar cell according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. will be. Detailed description of the same configuration will be omitted below.
도 7에서 알 수 있듯이, 제3전극(600)의 상부에 절연층(800)이 형성되어 있고, 상기 절연층(800) 상에 제4전극(820)이 형성되어 있고, 상기 제4전극(820) 상에 제3반도체층(840)이 형성되어 있고, 상기 제3반도체층(840) 상에 제5전극(860)이 형성되어 있다. 따라서, 상기 제4전극(820), 제3반도체층(840) 및 제5전극(860)의 조합에 의해 제3태양전지가 구성된다. As shown in FIG. 7, an insulating
상기 절연층(800)은 SiO2, TiO2, SiNx, 또는 SiON 등의 투명한 절연물질로 이루어진 것이 바람직하다. The insulating
상기 제4전극(820)은 투명한 도전물질로 이루어지며, 복수 개가 소정의 간격으로 이격 구성된다. The
상기 제3반도체층(840)은 PIN구조 또는 NIP구조로 이루어지며, 소정의 영역에 콘택부(845)를 구비하여 형성된다. The
상기 제5전극(860)은 투명한 도전물질로 이루어지며, 복수 개가 소정의 간격으로 이격 구성된다. 또한, 상기 제5전극(860)은 상기 콘택부(845)를 통해 이웃하 는 제4전극(820)과 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 제4전극(820), 제3반도체층(840) 및 제5전극(860)의 조합에 의해 구성되는 제3태양전지가 직렬로 연결되는 복수 개의 단위셀로 이루어진다. The
제7실시예Seventh embodiment
도 8은 본 발명의 제7실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도로서, 이는 도 5a에 도시한 박막형 태양전지가 상하로 이중으로 형성된 구조이다. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a thin film solar cell according to a seventh embodiment of the present invention, which is a structure in which the thin film solar cell shown in FIG.
도 8에서 알 수 있듯이, 제3전극(600)의 상부에 제3반도체층(810)이 형성되어 있고, 상기 제3반도체층(810) 상에 제4전극(830)이 형성되어 있고, 상기 제4전극(830) 상에 제4반도체층(850)이 형성되어 있고, 상기 제4반도체층(850) 상에 제5전극(870)이 형성되어 있다. As shown in FIG. 8, a
상기 제3반도체층(810) 및 제4반도체층(850)에는 상기 제3전극(600)과 제5전극(870)이 전기적으로 연결될 수 있도록 소정 영역에 콘택부(700)가 형성된다. Contact
상기 제4전극(830)은 ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어지며, 상기 제3반도체층(810) 및 제4반도체층(850)에서 생성된 전자 또는 정공을 수집하게 된다. 상기 제4전극(830)은 이웃하는 단위셀 내의 제5전극(870)과 연결되어, 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결되도록 한다. The
상기 제5전극(870)은 투명한 도전물질로 이루어지며, 상기 제3반도체층(810) 및 제4반도체층(850)에 구비된 콘택부(700)를 통해 상기 제3전극(600)과 연결된다. The
따라서, 제1전극(200), 제1반도체층(300) 및 제2전극(400)의 조합에 의해 제 1태양전지가 구성되고, 제2전극(400), 제2반도체층(500) 및 제3전극(600)의 조합에 의해 제2태양전지가 구성되며, 제3전극(600), 제3반도체층(810) 및 제4전극(830)의 조합에 의해 제3태양전지가 구성되고, 제4전극(830), 제4반도체층(850) 및 제5전극(870)의 조합에 의해 제4태양전지가 구성된다. Accordingly, the first solar cell is formed by the combination of the
상기 제1반도체층(300)이 PIN구조로 형성될 경우, 상기 제2반도체층(500)은 NIP구조로 형성되고, 상기 제3반도체층(810)은 PIN구조로 형성되고, 상기 제4반도체층(850)은 NIP구조로 형성되어, 태양광에 의해 생성된 전자는 제2전극(400) 및 제4전극(830)에서 수집되고, 태양광에 의해 생성된 정공은 제1전극(200), 제3전극(600), 및 제5전극(870)에서 수집된다. 또한, 상기 제1반도체층(300)이 NIP구조로 형성될 경우, 상기 제2반도체층(500)은 PIN구조로 형성되고, 상기 제3반도체층(810)은 NIP구조로 형성되고, 상기 제4반도체층(850)은 PIN구조로 형성되어, 태양광에 의해 생성된 전공은 제2전극(400) 및 제4전극(830)에서 수집되고, 태양광에 의해 생성된 전자는 제1전극(200), 제3전극(600), 및 제5전극(870)에서 수집된다.When the
이상과 같이, 도 8에 도시한 본 발명의 제7실시예에 따른 박막형 태양전지는 전술한 도 5a에 따른 박막형 태양전지가 상하로 이중으로 형성된 구조인데, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 도 5a에 따른 박막형 태양전지가 상하로 삼중 이상으로 형성될 수도 있다. As described above, the thin film solar cell according to the seventh exemplary embodiment of the present invention shown in FIG. 8 is a structure in which the thin film solar cell according to FIG. 5A is formed up and down, but the present invention is not limited thereto. The thin film solar cell according to 5a may be formed in triple or more up and down.
<박막형 태양전지의 제조방법><Method of manufacturing thin film solar cell>
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도로서, 이는 전술한 도 2에 따른 박막형 태양전지의 제조공정에 관한 것이다. 9A to 9C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a thin film solar cell according to an embodiment of the present invention, which relates to the manufacturing process of the thin film solar cell according to FIG.
우선, 도 9a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 상에 제1전극(200)을 형성한다. First, as shown in FIG. 9A, the
상기 기판(100)은 유리 또는 투명한 플라스틱을 이용하고, 상기 제1전극(200)는 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 이용하여 형성하며, 상기 제1전극(200)의 상부면은 텍스처(texturing)가공 공정 등을 통해 요철구조로 형성한다.The
다음, 도 9b에서 알 수 있듯이, 상기 제1전극 상에 제1반도체층(300)을 형성한다. Next, as can be seen in Figure 9b, to form a
상기 제1반도체층(300)은 P형 반도체층, I형 반도체층, 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성할 수 있다. 상기 제1반도체층(300)은 플라즈마 CVD공정 등을 이용하여 비정질실리콘 또는 미세결정질실리콘 등으로 형성한다. The
다음, 도 9c에서 알 수 있듯이, 상기 제1반도체층(300) 상에 제2전극(400)을 형성하여, 박막형 태양전지를 완성한다. Next, as can be seen in Figure 9c, by forming a
상기 제2전극(400)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 이용하여 형성한다. The
한편, 도시하지는 않았지만, 상기 제2전극(400)을 형성하기 전에, 상기 제1반도체층(300) 상에 버퍼층을 형성하고, 상기 버퍼층 상에 제2반도체층을 형성함으로써, 도 3과 같은 박막형 태양전지를 제조할 수 있다. Although not shown, before forming the
상기 버퍼층은 MOCVD법 등을 이용하여 ZnO와 같은 투명한 물질로 형성할 수 있고, 상기 제2반도체층은 PECVD공정 등을 이용하여 비정질실리콘 또는 미세결정질실리콘 등으로 형성할 수 있다. 상기 제2반도체층은 PIN구조로 형성한다. The buffer layer may be formed of a transparent material such as ZnO by using a MOCVD method, and the second semiconductor layer may be formed of amorphous silicon or microcrystalline silicon by using a PECVD process. The second semiconductor layer has a PIN structure.
도 10a 내지 도 10f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도로서, 이는 전술한 도 4a에 따른 박막형 태양전지의 제조공정에 관한 것이다. 10A to 10F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a thin film solar cell according to another embodiment of the present invention, which relates to the manufacturing process of the thin film solar cell according to FIG. 4A.
우선, 도 10a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 상에 소정 패턴의 제1전극(200)을 형성한다. First, as shown in FIG. 10A, the
상기 제1전극(200)을 형성하는 공정은 기판(100) 전면에 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 적층한 후 레이저 스크라이빙법을 이용하여 소정 패턴의 제1전극(200)을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다. The
다음, 도 10b에서 알 수 있듯이, 상기 제1전극(200) 상에 제1반도체층(300)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 10B, a
상기 제1반도체층(300)은 플라즈마 CVD법 등을 이용하여 PIN구조로 형성할 수 있다. The
다음, 도 10c에서 알 수 있듯이, 상기 제1반도체층(300) 상에 소정 패턴의 제2전극(400)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 10C, a
상기 제2전극(400)을 형성하는 공정은 상기 제1반도체층(300) 전면에 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 적층한 후 레이저 스크라이빙법을 이용하여 소정 패턴의 제2전극(400)을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다. The process of forming the
다음, 도 10d에서 알 수 있듯이, 상기 제2전극(400) 상에 제2반도체층(500)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 10D, a
상기 제2반도체층(500)은 비정질 반도체물질, 미세결정질 반도체물질, 또는 비정질반도체/게르마늄 등을 플라즈마 CVD법 등을 이용하여 NIP구조로 형성할 수 있다. The
다음, 도 10e에서 알 수 있듯이, 상기 제1반도체층(300) 및 제2반도체층(500)의 소정영역을 제거하여 콘택부(700)를 형성한다. Next, as shown in FIG. 10E, the
상기 콘택부(700)를 형성하는 공정은 레이저 스크라이빙 공정을 이용할 수 있으며, 이때 상기 제1전극(200)이 노출되도록 상기 콘택부(700)를 형성한다. The process of forming the
다음, 도 10f에서 알 수 있듯이, 상기 콘택부(700)를 통해 상기 제1전극(200)과 전기적으로 연결되는 소정 패턴의 제3전극(600)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 10F, the
상기 제3전극(600)을 형성하는 공정은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 적층한 후 레이저 스크라이빙법을 이용하여 소정 패턴의 제3전극(600)을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다. The
한편, 도시하지는 않았지만, 상기 제3전극(600)을 형성하는 공정 이후에, 상기 제3전극(600)의 상부에 절연층(800)을 형성하고, 상기 절연층(800) 상에 제4전극(820)을 형성하고, 상기 제4전극(820) 상에 제3반도체층(840)을 형성하고, 상기 제3반도체층(840) 상에 제5전극(860)을 형성함으로써, 도 6에 따른 박막형 태양전지를 제조할 수 있다. Although not shown, an insulating
도 11a 내지 도 11f는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도로서, 이는 전술한 도 5a에 따른 박막형 태양전지의 제조공정에 관한 것이다. 11A to 11F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a thin film solar cell according to still another embodiment of the present invention, which relates to the manufacturing process of the thin film solar cell according to FIG. 5A.
우선, 도 11a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 상에, 소정 간격으로 이격 형성되는 복수 개의 제1전극(200)을 형성한다. First, as shown in FIG. 11A, a plurality of
다음, 도 11b에서 알 수 있듯이, 상기 제1전극(200) 상에 제1반도체층(300)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 11B, a
다음, 도 11c에서 알 수 있듯이, 상기 제1반도체층(300) 상에, 소정 간격으로 이격 형성되는 복수 개의 제2전극(400)을 형성한다.Next, as can be seen in FIG. 11C, a plurality of
다음, 도 11d에서 알 수 있듯이, 상기 제2전극(400) 상에 제2반도체층(500)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 11D, a
다음, 도 11e에서 알 수 있듯이, 상기 제1반도체층(300) 및 제2반도체층(500)의 소정영역을 제거하여 콘택부(700)를 형성한다. Next, as shown in FIG. 11E, the
다음, 도 11f에서 알 수 있듯이, 상기 콘택부(700)를 통해 상기 제1전 극(200) 및 이웃하는 단위셀의 제2전극(400)과 전기적으로 연결되며, 소정 간격으로 이격 형성되는 복수 개의 제3전극(600)을 형성한다. Next, as can be seen in FIG. 11F, the plurality of electrodes are electrically connected to the
한편, 도시하지는 않았지만, 상기 제3전극(600)을 형성하는 공정 이후에, 상기 제3전극(600)의 상부에 절연층(800)을 형성하고, 상기 절연층(800) 상에 소정 간격으로 이격되는 제4전극(820)을 형성하고, 상기 제4전극(820) 상에 소정의 콘택부(845)를 구비한 제3반도체층(840)을 형성하고, 상기 제3반도체층(840) 상에 상기 콘택부(845)를 통해 이웃하는 제4전극(820)과 전기적으로 연결되는 제5전극(860)을 형성함으로써, 도 7에 따른 박막형 태양전지를 제조할 수 있다. Although not shown, after the process of forming the
또한, 상기 제3전극(600)을 형성하는 공정 이후에, 상기 제3전극(600)의 상부에 제3반도체층(810)을 형성하고, 상기 제3반도체층(810) 상에 소정 간격으로 이격되는 제4전극(830)을 형성하고, 상기 제4전극(830) 상에 제4반도체층(850)을 형성하고, 상기 제3반도체층(810) 및 제4반도체층(850)의 소정영역을 제거하여 콘택부(700)를 형성하고, 그리고 상기 콘택부(700)를 통해 상기 제3전극(600) 및 이웃하는 단위셀의 제4전극(830)과 전기적으로 연결되는 제5전극(870)을 형성함으로써, 도 8에 따른 박막형 태양전지를 제조할 수 있다. In addition, after the process of forming the
도 1는 종래의 박막형 태양전지의 개략적인 단면도. 1 is a schematic cross-sectional view of a conventional thin film solar cell.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도.2 is a schematic cross-sectional view of a thin film solar cell according to a first embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도.3 is a schematic cross-sectional view of a thin film solar cell according to a second embodiment of the present invention.
도 4a는 본 발명의 제3실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이고, 도 4b는 도 4a에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 회로구성을 보여주는 도면. Figure 4a is a schematic cross-sectional view of a thin film solar cell according to a third embodiment of the present invention, Figure 4b is a schematic circuit configuration of the thin film solar cell according to Figure 4a.
도 5a는 본 발명의 제4실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이고, 도 5b는 도 5a에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 회로구성을 보여주는 도면. Figure 5a is a schematic cross-sectional view of a thin film solar cell according to a fourth embodiment of the present invention, Figure 5b is a schematic circuit configuration of the thin film solar cell according to Figure 5a.
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도.6 is a schematic cross-sectional view of a thin film solar cell according to a fifth embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제6실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도.7 is a schematic cross-sectional view of a thin film solar cell according to a sixth embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제7실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도.8 is a schematic cross-sectional view of a thin film solar cell according to a seventh embodiment of the present invention.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도.9A to 9D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a thin film solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 10a 내지 도 10f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도.10A to 10F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a thin film solar cell according to another embodiment of the present invention.
도 11a 내지 도 11f는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도.11A to 11F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a thin film solar cell according to still another embodiment of the present invention.
<도면의 주요부에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100: 기판 200: 제1전극100: substrate 200: first electrode
300: 제1반도체층 400: 제2전극300: first semiconductor layer 400: second electrode
500: 제2반도체층 600: 제3전극500: second semiconductor layer 600: third electrode
700, 845: 콘택부 800: 절연층700, 845: contact portion 800: insulating layer
810, 840: 제3반도체층 820, 830: 제4전극810 and 840:
850: 제4반도체층 860, 870: 제5전극850:
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100957679B1 (en) * | 2008-12-15 | 2010-05-12 | 주식회사 효성 | Thin film solar cell |
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2008
- 2008-10-02 KR KR1020080097185A patent/KR20100037861A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
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KR100957679B1 (en) * | 2008-12-15 | 2010-05-12 | 주식회사 효성 | Thin film solar cell |
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