KR20100066928A - 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
태양전지가 개시되어 있다. 태양전지는 다수 개의 돌기들이 형성된 기판; 기판상에 형성되는 제 1 전극; 제 1 전극 상에 형성되는 광-전 변환층; 및 광-전 변환층 상에 형성되는 제 2 전극을 포함한다. 돌기들에 의해서, 광-전 변환층 및 제 2 전극은 볼록한 형상을 가질 수 있고, 태양전지는 입사율 및 입사 면적의 향상에 따라서, 발전효율을 증가시킬 수 있다.
태양, 전지, 돌기, 렌즈, 돔, 형상
Description
실시예는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지의 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지들에 대한 개발이 진행되고 있다.
특히, 이러한 태양전지들의 광-전 변환 효율을 향상시키기 위한 연구가 진행중이며, 다양한 물질들에 의해서 태양전지들이 형성되고 있다.
또한, 태양전지들의 광-전 변환 효율을 향상시키시 위한 구조들이 연구되고 있다.
실시예는 태양광의 흡수 표면적을 증가시키고, 태양광의 입사율을 향상시키는 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 태양전지는 다수 개의 돌기들이 형성된 기판; 상기 기판상에 형성되는 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 형성되는 광-전 변환층; 및 상기 광-전 변환층 상에 형성되는 제 2 전극을 포함한다.
실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 기판에 돌기들을 형성하는 단계; 상기 기판상에 제 1 전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 전극 상에 광-전 변환층을 형성하는 단계; 및 상기 광-전 변환층상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 태양전지는 돌기들이 형성된 기판에 형성되는 광-전 변환층 및 제 2 전극을 포함한다.
따라서, 광-전 변환층 및 제 2 전극은 돌기들에 의해서, 볼록한 형상을 가지는 다수 개의 돌출부들을 포함한다.
이에 따라서, 태양광이 입사되는 표면적이 상승한다. 또한, 돌출부들에 의해서, 실시예에 따른 태양전지의 표면에서의 반사율이 감소하고, 입사율이 향상된다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지는 향상된 태양광 흡수 표면적 및 태양광의 입사율을 구현할 수 있다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 막, 전극, 돌기 또는 층 등이 각 기판, 전극, 막, 돌기 또는 층 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지를 도시한 단면도이다. 도 2는 돌기를 도시한 사시도이다. 도 3 및 도 4는 다른 실시예에 따른 돌기를 도시한 사시도들이다.
도 1을 참조하면, 태양전지는 기판(100), 확산방지막(200), 후면전극(300), 광-전 변환층(400), 버퍼층(500) 및 전면전극(600)을 포함한다.
상기 기판(100)은 상기 확산방지막(200), 상기 후면전극(300), 상기 광-전 변환층(400), 상기 버퍼층(500) 및 상기 전면전극(600)을 지지한다. 상기 기판(100)은 투명하거나 불투명하다. 또한, 상기 기판(100)은 플렉서블하거나 리지드하다. 상기 기판(100)으로 사용되는 물질의 예로서는 금속, 플라스틱 또는 소다 라임 유리 등을 들 수 있다.
상기 기판(100)은 플레이트 형상을 가지는 몸체(110) 및 상기 몸체(110)로부터 돌기되는 돌기들(120)을 포함한다. 상기 돌기들(120)은 상기 몸체(110)의 상면의 전면에 형성된다. 또한, 상기 몸체(110) 및 상기 돌기들(120)은 동일한 물질로 일체로 형성될 수 있다. 이와는 다르게, 상기 몸체(110) 및 상기 돌기들(120)은 다른 물질로 형성될 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 상기 돌기들(120)은 곡면을 포함한다. 예를 들어, 상기 돌기들(120)은 돔 형상을 가지며, 평면에서 보았을 때, 원 형상을 가진다. 또한, 상기 돌기들(120)은 반 구 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 돌기들(120) 사이에 일정한 갭(gap)이 있을 수 있다.
상기 돌기들(120)의 직경(A)은 약 1㎛ 내지 약 1000㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 돌기들(120)의 직경(A) 및 높이(B)의 비는 약 10:1 내지 2:1 일 수 있다.
도 3 을 참조하면, 상기 돌기들(130)은 렌티큘라 형상 또는 반원기둥 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 돌기들(130)은 일 방향으로 길게 연장되는 형상을 가질 수 있다.
이때, 상기 돌기들(130)의 폭(A)은 약 1㎛ 내지 약 1000㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 돌기들(130)의 폭(A) 및 높이(B)의 비는 약 10:1 내지 2:1이다. 또한, 상기 돌기들(130)의 길이(C)는 상기 몸체(110)의 폭과 동일할 수 있다. 즉, 상기 돌기들(130)은 상기 몸체(110)의 한 쪽 외곽에서 다른 쪽 외곽으로 연장될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 돌기들(140)은 타원형 돔 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 돌기들(140)은 평면에서 보았을 때, 타원 형상을 가질 수 있다.
상기 돌기들(140)의 단반경(A)은 약 1㎛ 내지 약 1000㎛ 일수 있으며, 상기 돌기들(140)의 단반경(A) 및 장반경(C)의 비율은 약 1:1.1 내지 약 1:10 일 수 있다. 또한, 상기 돌기들(140)의 장반경(C)의 길이는 상기 몸체(110)의 폭에 대응할 수 있다. 또한, 상기 돌기들(140)의 단반경(A) 및 높이(B)의 비는 약 10:1 내지 2:1 일 수 있다.
상기 확산방지막(200)은 상기 기판(100) 상에 형성된다. 또한, 상기 확산방지막(200)은 상기 돌기들(120)을 덮는다. 따라서, 상기 확산방지막(200)은 상기 돌기들(120)에 대응하는 형상을 가진다. 즉, 상기 확산방지막(200)은 상기 돌기들(120)에 각각 대응하는 볼록한 제 1 돌출부들(210)을 포함한다.
상기 확산방지막(200)은 상기 기판(100)에 포함된 물질이 상기 후면전극(300), 상기 광-전 변환층(400) 및 상기 전면전극(600) 등에 확산되어, 각각의 층 및 전극들의 특성이 저하되는 것을 방지한다. 상기 확산방지막(200)으로 사용될 수 있는 물질의 예로서는 실리콘 산화물(SiOx) 또는 탄탈륨 나이트라이드(TaNx) 등을 들 수 있다.
상기 후면전극(300)은 상기 확산방지막(200) 상에 형성된다. 상기 후면전극(300)은 도전체이며, 상기 후면전극(300)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴 및 알루미늄 등을 들 수 있다. 상기 후면전극(300)은 셀 단위로 패터닝된다.
상기 후면전극(300)은 상기 돌기들(120)을 덮는다. 상기 후면전극(300)은 상기 돌기들(120)에 각각 대응하는 볼록한 제 2 돌출부들(310)을 포함한다. 상기 제 2 돌출부들(310)은 각각 상기 제 1 돌출부들(210)에 대응한다.
상기 광-전 변환층(400)은 상기 후면전극(300) 상에 배치된다. 상기 광-전 변환층(400)은 상기 돌기들(120)을 덮는다. 따라서, 상기 광-전 변환층(400)은 상기 돌기들(120)에 대응하는 볼록한 형상을 가진다.
더 자세하게, 상기 광-전 변환층(400)은 상기 돌기들(120)에 각각 대응하는 볼록한 제 3 돌출부들(410)을 포함한다. 상기 제 3 돌출부들(410)은 상기 제 2 돌출부들(310)에 대응한다.
상기 광-전 변환층(400)은 입사되는 태양광을 전기에너지로 변환시킨다. 상기 광-전 변환층(400)은 광전효과에 의해서 광 기전력을 생성한다.
상기 광-전 변환층(400)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광-전 변환층(400)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계), 구리-인듐-셀레나이드 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 화합물을 포함할 수 있다.
이와는 다르게, 상기 광-전 변환층(400)은 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 또는 Ⅲ-Ⅴ족 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광-전 변환층(400)은 카드뮴-텔루늄(Te)계 화합물 또는 갈륨-비소 화합물을 포함할 수 있다.
상기 버퍼층(500)은 상기 광-전 변환층(400) 상에 배치된다. 마찬가지로, 상기 버퍼층(500)은 상기 돌기들(120)을 덮으며, 상기 돌기들(120)에 각각 대응하는 볼록한 제 4 돌출부들(510)을 포함한다. 상기 제 4 돌출부들(510)은 상기 제 3 돌출부들(410)에 대응하는 형상을 가진다. 상기 버퍼층(500)으로 사용되는 물질의 예로서는 황화 카드뮴(CdS) 등을 들 수 있다.
상기 버퍼층(500)은 n형 반도체 층이고, 상기 광-전 변환층(400)은 p형 반도체층이다. 따라서, 상기 광-전 변환층(400) 및 상기 버퍼층(500)은 pn접합을 형성한다.
이와는 다르게, 실시예에 따른 태양전지는 상기 광-전 변환층(400) 및 상기 버퍼층(500) 대신에 pn접합을 형성하는 실리콘층을 포함할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 태양전지는 상기 광-전 변환층(400) 및 상기 버퍼층(500) 대신에 염료 감응형 광-전 변환층, 유기물 광-전 변환층 또는 나노 구조의 광-전 변환층 등을 포함할 수 있다.
상기 전면전극(600)은 상기 버퍼층(500) 상에 배치된다. 마찬가지로, 상기 전면전극(600)은 상기 돌기들(120)을 덮고, 상기 돌기들(120)에 각각 대응하는 볼록한 제 5 돌출부들(610)을 포함한다. 즉, 상기 제 5 돌출부들(610)은 상기 제 4 돌출부들(510)에 대응하는 형상을 가진다.
상기 전면전극(600)은 투명하며, 상기 전면전극(600)으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드 등을 들 수 있다.
상기 전면전극(600) 및 인접하는 셀의 후면전극(300)은 상기 전면전극(600)으로부터 하방으로 연장되는 콘택 플러그(620)에 의해서 서로 연결된다. 상기 콘택 플러그(620)는 상기 전면전극(600)과 일체로 형성된다. 상기 콘택 플러그(620)는 제 1 홈 패턴 내측에 배치된다.
상기 전면전극(600), 상기 버퍼층(500) 및 상기 광-전 변환층(400)을 관통하는 제 2 홈 패턴(700)이 형성된다. 상기 제 2 홈 패턴(700)에 의해서, 실시예에 따른 태양전지는 다수 개의 셀들로 구분된다.
실시예에 따른 태양전지는 상기 돌기들(120)을 포함한다. 따라서, 상기 광-전 변환층(400)은 상기 돌기들(120)에 의해서, 다수 개의 볼록한 제 3 돌출부 들(410)을 포함한다. 즉, 상기 광-전 변환층(400)은 다수 개의 엠보싱 형태의 제 3 돌출부들(410)을 포함한다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지는 향상된 표면적을 가지는 광-전 변환층(400)을 포함한다. 실시에에 따른 태양전지는 상기 제 3 돌출부들(410)에 의해서, 태양의 고도 및 위치에 상관 없이 태양광을 균일하게 입사받을 수 있다.
또한, 상기 제 제 5 돌출부들(610)에 의해서, 상기 광-전 변환층(400)에 입사되는 광의 양을 증가시킬 수 있다. 즉, 상기 광-전 변환층(400) 및 상기 전면전극(600)은 굴곡진 형상을 가지기 때문에, 평평한 형상을 가질 때보다 효율적으로 광을 입사받을 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지는 향상된 입사율을 가지고, 향상된 광-전 변환 효율을 가진다.
도 5a 내지 5f는 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에 따른 공정을 도시한 단면도들이다.
도 5a를 참조하면, 플라스틱 기판(100)에 다수 개의 홈 패턴이 형성된 몰드(101)가 배치된다. 이후, 상기 플라스틱 기판(100)에 열 및 압력이 가해져서, 다수 개의 돌기들(120)을 포함하는 기판(100)이 형성된다.
도 5b를 참조하면, 상기 기판(100) 상에 상기 돌기들(120)을 덮는 확산방지막(200)이 형성된다. 상기 확산방지막(200)은 탄탈륨 나이트라이드 또는 실리콘 옥사이드가 상기 기판(100) 상에 증착되어 형성된다. 상기 확산방지막(200)은 상기 돌기들(120)을 덮으며 형성되고, 상기 돌기들(120)에 대응하는 제 1 돌출부들(210) 을 포함한다.
이후, 상기 확산방지막(200) 상에 몰리브덴이 증착되어 금속층이 형성되고, 상기 금속층은 레이저에 의해서 패터닝되어 후면전극(300)이 형성된다. 마찬가지로, 상기 확산방지막(200)은 상기 돌기들(120)에 대응하는 제 2 돌출부들(310)을 포함한다.
도 5c를 참조하면, 상기 후면전극(300) 상에 광-전 변환층(400) 및 버퍼층(500)이 차례로 형성된다.
상기 광-전 변환층(400)을 형성하기 위해서 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시키면서 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광-전 변환층(400)을 형성하는 방법과 금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션(Selenization) 공정에 의해 형성시키는 방법이 사용될 수 있다.
상기 광-전 변환층(400)은 상기 제 2 돌출부들(310)을 덮으며 형성된다. 따라서, 상기 광-전 변환층(400)은 상기 돌기들(120)에 대응하는 제 3 돌출부들(410)을 포함한다.
상기 광-전 변환층(400) 상에 황화 카드뮴(CdS)을 포함하는 버퍼층(500)이 스퍼터링 공정에 의해서 형성된다. 상기 버퍼층(500)은 상기 돌기들(120)에 대응하는 제 4 돌출부들(510)을 포함한다.
도 5d를 참조하면, 레이저 또는 팁에 의해서, 상기 버퍼층(500) 및 상기 광-전 변환층(400)에 제 1 홈 패턴(420)이 형성된다. 상기 제 1 홈 패턴(420)은 상기 후면전극(300)의 상면을 노출한다.
도 5e를 참조하면, 상기 버퍼층(500) 상에 투명한 도전물질이 적층되어 전면전극(600)이 형성된다. 이때, 상기 제 1 홈 패턴(420) 내측에도 도전물질이 채워지고, 상기 후면전극(300)에 접속되는 콘택 플러그(620)가 형성된다. 상기 투명한 도전물질의 예로서는 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드 등을 들 수 있다.
상기 전면전극(600)은 상기 제 4 돌출부들(510)을 덮으며, 상기 돌기들(120)에 각각 대응하는 제 5 돌출부들(610)을 포함한다.
도 5f를 참조하면, 상기 전면전극(600), 상기 버퍼층(500) 및 상기 광-전 변환층(400)에 제 2 홈 패턴(700)이 형성된다. 상기 제 2 홈 패턴(700)은 레이저에 의해서 형성되거나, 팁과 같은 기계적이 스크래칭에 의해서 형성될 수 있다.
상기 제 2 홈 패턴(700)에 의해서, 각각의 셀들이 구분된다.
실시예에 따른 태양전지는 상기 돌기들(120)에 의해서, 엠보싱 형상을 가지는 광-전 변환층(400)을 가진다. 즉, 상기 광-전 변환층(400)은 다수 개의 제 3 돌출부들(410)을 가진다.
따라서, 실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 향상된 표면적, 증가된 입사율 및 높은 광-전 변환 효율을 가지는 태양전지를 제공한다.
본 실시예에서, 박막형 CIGS태양전지의 구조를 중심으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 본 실시예의 본질적인 특징은 실리콘 계열 태양전지, 연료감응 계열 태양전지, Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 태양전지 및 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 태양전지 등과 같은 다양한 태양전지에 적용될 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지를 도시한 단면도이다.
도 2는 돌기를 도시한 사시도이다.
도 3 및 도 4는 다른 실시예에 따른 돌기를 도시한 사시도들이다.
도 5a 내지 5f는 실시예에 따른 태양전지의 제조방법에 따른 공정을 도시한 단면도들이다.
Claims (10)
- 다수 개의 돌기들이 형성된 기판;상기 기판상에 형성되는 제 1 전극;상기 제 1 전극 상에 형성되는 광-전 변환층; 및상기 광-전 변환층 상에 형성되는 제 2 전극을 포함하는 태양전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극, 상기 광-전 변환층 및 상기 제 2 전극은 각각 상기 돌기들에 대응하는 돌출부들을 가지는 태양전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 돌기들은 곡면을 가지는 태양전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 돌기들은 반구 형상, 렌티큘러 형상 또는 타원형 돔형상을 가지는 태양전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 돌기들의 직경과 높이, 폭과 높이 또는 단직경과 높이의 비는 10:1 내지 2:1 인 태양전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광-전 변환층은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 화합물, Ⅱ-Ⅵ족 화합물, Ⅲ-Ⅴ족 화합물, 두 종류의 불순물이 주입된 실리콘, 염료 또는 유기물을 포함 하는 태양전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극은 상기 돌기들을 각각 덮는 제 1 돌출부들을 포함하며,상기 광-전 변환층은 상기 제 1 돌출부들을 각각 덮는 제 2 돌출부들을 포함하고,상기 제 2 전극은 상기 제 2 돌출부들을 각각 덮는 제 3 돌출부들을 포함하는 태양전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 유리, 금속 또는 플라스틱을 포함하는 태양전지.
- 기판에 돌기들을 형성하는 단계;상기 기판상에 제 1 전극을 형성하는 단계;상기 제 1 전극 상에 광-전 변환층을 형성하는 단계; 및상기 광-전 변환층상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 기판에 돌기들을 형성하는 단계는,상기 기판에 다수 개의 홈들이 형성된 틀을 사용하여 열 및 압력을 가하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101251795B1 (ko) * | 2011-06-13 | 2013-04-08 | 엘지이노텍 주식회사 | 태양전지 및 이의 제조방법 |
| KR101349525B1 (ko) * | 2012-04-23 | 2014-01-10 | 엘지이노텍 주식회사 | 태양광 발전장치 |
| KR101382995B1 (ko) * | 2012-03-27 | 2014-04-09 | 엘지이노텍 주식회사 | 태양 전지 및 이의 제조 방법 |
| CN108649080A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-10-12 | 北京铂阳顶荣光伏科技有限公司 | 一种太阳能电池及其制备方法 |
-
2008
- 2008-12-10 KR KR1020080125447A patent/KR20100066928A/ko not_active Application Discontinuation
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