KR20100086925A - 태양 전지 - Google Patents
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Abstract
개시된 태양 전지는, 기판 위에 제1전극과, 제1전극에 대응되는 제2전극이 구비되고, 제1전극과 제2전극 사이에 광전 변환층이 구비되며, 제1전극 및 제2전극 중 적어도 하나에 그레이팅이 형성되어 광 흡수율이 증가된다.
그레이팅, 광전 변환층
Description
본 발명은 광 흡수율을 증가시킨 태양 전지에 관한 것이다.
근래에 에너지 문제가 심각해짐에 따라 미래 대체 에너지로 태양 전지가 각광 받고 있다. 태양 전지는 광전 효과를 이용하여 태양 광 에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치이다. 태양전지는 실리콘 반도체를 재료로 사용하는 것과 화합물 반도체를 재료로 하는 것으로 분류되며, 실리콘 반도체를 사용한 태양전지는 결정계와 비정질계로 분류된다. 태양전지에 빛이 입사되면 반도체 내부에서 전자와 정공이 발생하게 된다. 이렇게 발생된 전하들이 PN 접합에 의해 생긴 전계에 들어오게 되면 전자는 n형 반도체에, 정공은 p형 반도체로 이동하여 전위차가 발생된다. 이때 p형 반도체와 n형 반도체 사이에 부하를 연결하면 부하에 전류가 흐르게 된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 광 흡수율을 높인 태양 전지를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따르면,
기판;
상기 기판 위에 구비된 제1전극;
상기 제1전극 위에 구비된 광전 변환층; 및
상기 광전 변환층 위에 구비된 제2전극;을 포함하고,
상기 제1전극 및 제2전극 중 적어도 하나에 그레이팅이 형성된 태양 전지를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 그레이팅이 300-450nm 범위의 깊이를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 그레이팅이 900-1100nm 범위의 주기를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 광전 변환층이 화합물 반도체로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 광전 변환층이 CdTe, CuInSe2, Cu(In,Ga)Se2, Cu(In,Ga)(Se,S)2, Ag(In,Ga)Se2, Cu(In,Al)Se2, CuGaSe2로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 전극이 투명한 전도성 산화물로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제1전극이 ITO, IZO, ZnO, GAZO, ZnMgO 또는 SnO2중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제2 전극이 투명한 전도성 산화물 또는 박막의 금속으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 금속은 Mo, Al, Cu, Ti, Au, Pt, Ag 및 Cr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 광전 변환층이 탠덤형 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 그레이팅의 측면은 경사진 형상을 가질 수 있다.
상기 그레이팅의 측면과 상기 그레이팅이 형성된 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극과 이루는 경사각이 10도 내지 70도일 수 있다.
상기 제1 전극은 반사 전도성 금속으로 형성될 수 있다.
상기 제1 전극은 몰리브덴(Mo), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 하나로 형성될 수 있다.
상기 그레이팅의 깊이는 250nm 이상일 수 있다.
상기 그레이팅의 주기는 2000nm 이하일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는 전극층에 그레이팅을 구비하여 광경로를 증가시킴으로써 광 흡수율을 증대시킨다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는 도 1을 참조하면, 기판(5)과, 상기 기판(5) 위에 구비된 제1전극(10)과, 상기 제1전극(10)에 대응되는 제2전극(25)과, 상기 제1전극(5)과 제2전극(25) 사이에 구비된 광전 변환층(20)을 포함한다. 상기 제1전극(10) 또는 제2전극(25)을 통해 상기 광전 변환층(20)에 빛이 입사되면 전자 와 정공이 생성되고, 전자들이 상기 제1전극(10)으로 이동되고, 정공은 제2전극(25)으로 이동되어 전류가 흐르게 된다. 또는, 광전 변환층의 종류에 따라 전자들이 상기 제2전극(25)으로 이동되고, 정공이 상기 제1전극(10)으로 이동되어 전류가 흐르게 되는 것도 가능하다. 상기 광전 변환층(20)의 광 흡수율이 높을수록 태양 전지의 광 효율이 높아질 수 있다.
상기 기판(5)으로는 예를 들어, 실리콘, 글라스, 알루미나 같은 세라믹 기판 또는 플렉서블한 특성을 갖는 플라스틱과 또는 Al이나 Sus 등의 금속 기판이 사용될 수 있다. 제1전극(10)은 투명 전도성 산화물(Transparent Conductive Oxide)로 형성되고, 예를 들어 ITO, IZO, ZnO, GAZO, ZnMgO 또는 SnO2 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다. 상기 제2전극(25)은 투명한 전도성 산화물 또는 박막의 금속으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 금속으로는 Mo, Al, Cu, Ti, Au, Pt, Ag 및 Cr 으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1전극(10)에 그레이팅(15)이 형성될 수 있다. 상기 그레이팅(15)은 광 흡수 면적을 증가시켜 태양 전지의 광효율을 높일 수 있다. 한편, 도 2에 도시된 바와 같이 그레이팅(15')이 제2전극(25)에 형성되는 것도 가능하다. 제1전극과 제2전극 중에 빛이 입사되는 쪽에 가까이 배치된 전극에 그레이팅을 구비할 수 있다. 이와 같이 전극에 그레이팅을 구비하여 외부에서 입사되는 광의 경로를 증가시켜 광전 효율을 증가시킬 수 있다. 한편, 도시되지는 않았지만, 제1전극과 제2전극 양쪽에 그레이팅이 구비되는 것도 가능하다.
상기 광전 변환층(20)은 실리콘계, 화합물 반도체계, 및 유기물계 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 태양 전지는 광전 변환층(20)을 구성하는 물질에 따라 실리콘, 화합물 반도체와 같은 무기물소재로 이루어진 무기물 태양전지와, 염료 감응형 태양전지, 유기폴리머 태양전지와 같이 유기물을 포함하는 유기물 태양전지로 나눌 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는 이러한 무기물 태양 전지와 유기물 태양 전지에 모두 적용 가능하다.
상기 광전 변환층(20)은 반도체 pn 접합(Junction) 또는 pin 접합 구조를 가질 수 있다. 따라서, 광전 변환층(20)은 p형 반도체 층과 n형 반도체 층을 포함하며, 그리고 p형 반도체 층과 n형 반도체 층 사이에 진성 반도체 층이 삽입될 수 있다.
상기 광전 변환층(20)이 화합물 반도체로 형성되는 경우, CIGS, CIS, CGS, CdTe 중 적어도 하나의 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 광전 변환층(20)은 CdTe, CuInSe2, Cu(In,Ga)Se2, Cu(In,Ga)(Se,S)2, Ag(InGa)Se2, Cu(In,Al)Se2, CuGaSe2로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
도 3은 광전 변환층으로 CIGS 화합물이 사용된 예를 도시한 것으로, CIGS 태양 전지는 기판, ZnO층, ZnS층, CIGS층, Mo층, 및 상부 기판으로 구성된다. p형 반도체로 사용되는 CIGS층과, n형 반도체로 사용되는 ZnO:Al 층이 p-n 접합을 형성한다. n형 반도체로 ZnO:Al 층이 사용되는 경우, 이 ZnO:Al 층이 상기 제1전극(10)으로 구성될 수 있다. 한편, 상기 ZnS층이 p형 반도체와 n형 반도체 사이에 양호한 접합을 형성하기 위해 밴드갭이 이 두 물질의 중간에 위치하는 버퍼층으로 사용될 수 있다. 또한, CIS 태양 전지는 p형 반도체인 CuInSe2 층과, n형 반도체인 ZnS 박막이 p-n 접합을 형성한다. 그리고, n형 버퍼층으로는 CdS, Zn(O,S,OH), In(OH)xSy, ZnInxSey, ZnSe 등이 사용될 수 있다. 여기서, 화합물 반도체 태양 전지의 몇 가지 예를 설명하였으나 여기에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 광전 변환층(20)은 탠덤형 구조를 가지는 것도 가능하다.
도 4는 광전 변환층으로 CdTe 화합물이 사용된 예를 도시한 것으로, CdTe 태양 전지는 기판, ZnO층, CdS층, CdTe층, 및 Mo층으로 구성될 수 있다. 여기서, ZnO층이 제1전극으로 사용되고, CdS층이 n형 버퍼층으로 사용되고, CdTe가 광전 변환층으로 사용되며, Mo층이 제2전극으로 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는 실리콘계, 화합물 반도체계, 및 유기물계 태양 전지에 적용 가능하며, 제1전극 또는 제2전극에 그레이팅을 구비하여 광 효율을 높인다. 도 5는 빛의 파장에 따른 광 흡수율(Absorbtion energy)을 도시한 것으로, 그레이팅이 구비된 태양전지와 그레이팅이 없는 태양전지의 광 흡수율을 비교하여 나타낸 것이다. 그레이팅이 구비된 태양전지의 광 흡수율을, B가 그레이팅이 없는 태양전지의 광 흡수율을 나타낸다. 그레이팅이 구비된 태양전지의 광 흡수율이 그레이팅이 없는 태양전지에 비해 상대적으로 증가된다.
도 6은 그레이팅의 깊이(d;도 1 참조)에 따른 흡수 에너지(Absorption Energy)의 변화를 그레이팅의 주기(P;도 1참조)별로 보인 것이다.
다음은 그레이팅의 주기에 대한 그레이팅의 깊이에 따른 흡수 에너지를 표로 나타낸 것이다. 여기서, P는 주기를, Depth는 깊이를 각각 나타낸다.
[표 1]
도 6을 참조하면, 그레이팅의 깊이 변화에 따라 흡수 에너지가 증가하다가 감소하는 변화를 보인다. 본 발명의 실시예에 따르면, 흡수 에너지가 대략 40% 이상이 되도록, 그레이팅의 깊이가 300-450nm 범위를 가지도록 할 수 있다. 그리고, 표 1을 참조하면, 흡수 에너지가 대략 40% 이상이 되도록, 그레이팅의 주기는 900-1100nm 범위를 가질 수 있다. 여기서, 그레이이팅의 주기가 900nm, 깊이가 400nm일 때 39.85%이며, 이는 대략 40%에 근사한 값으로 볼 수 있다.
다음, 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 7a에 도시된 바와 같이 기판(105)상에 제1전극(110)을 적층하고, 상기 제1전극(110)상에 포토레지스트(112)를 도포한다. 도 7b에 도시된 바와 같이 포토리소그라피 공정에 의해 상기 포토레지스트(112)에 그레이팅에 대응되는 패턴(112a) 을 형성한다. 그리고, 도 7c에 도시된 바와 같이 상기 제1전극(110)을 상기 패턴(112a)에 따라 식각하여 그레이팅(111)을 형성하고, 포토레지스트(112)를 제거한다. 다음, 도 7d에 도시된 바와 같이 상기 제1전극(110) 위에 버퍼층(115)을 적층하고, 도 7e에 도시된 바와 같이 상기 버퍼층(115) 위에 광전 변환층(120)과 제2전극(125)을 차례대로 적층한다. 여기서는 버퍼층이 구비된 태양 전지의 예를 설명한 것이며, 버퍼층이 없이 바로 광전 변환층(120)을 상기 제1전극(110) 위에 적층하는 것도 가능하다. 그리고, 기판(105), 제1전극(110), 버퍼층(115), 광전 변환층(120), 및 제2전극(125) 순으로 적층하는 대신, 그 반대의 순서로 적층하는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는 전극층에 그레이팅을 구비하여 광경로를 증가시킴으로써 광 흡수율을 증대시킨다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 나타내는 단면도이다.
도 8을 참고하면, 기판(210) 위에 제1 전극(220)이 위치한다. 제1 전극(220)은 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 알루미늄(Al)과 같은 반사 전도성 금속으로 형성할 수 있다.
제1 전극(220)은 그레이팅(225)을 포함한다. 그레이팅(225)은 돌출된 형상을 가지면서 측면이 경사질 수 있다. 도 8에 나타낸 경사각(a)은 10도 내지 80도일 수 있다. 공정상 가능하다면 경사각(a)를 10도 이하로 할 수도 있다. 경사각(a)이 작을수록 빛의 반사각이 커지므로 전반적인 광흡수량이 증가한다.
그레이팅(225)의 깊이(d)는 250nm 내지 600nm의 범위를 가질 수 있다. 그레 이팅(225)의 주기(p)는 600nm 내지 2000nm의 범위를 가질 수 있다.
제1 전극(220) 위에 광전 변환층(230)이 위치한다. 광전 변환층(230)은 실리콘계, 화합물 반도체계, 및 유기물계 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 태양 전지는 광전 변환층(230)을 구성하는 물질에 따라 실리콘, 화합물 반도체와 같은 무기물소재로 이루어진 무기물 태양전지와, 염료 감응형 태양전지, 유기폴리머 태양전지와 같이 유기물을 포함하는 유기물 태양전지로 나눌 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는 이러한 무기물 태양 전지와 유기물 태양 전지에 모두 적용 가능하다.
광전 변환층(230)은 반도체 pn 접합(Junction) 또는 pin 접합 구조를 가질 수 있다. 따라서, 광전 변환층(230)은 p형 반도체 층과 n형 반도체 층을 포함하며, 그리고 p형 반도체 층과 n형 반도체 층 사이에 진성 반도체 층이 삽입될 수 있다.
상기 광전 변환층(230)이 화합물 반도체로 형성되는 경우, CIGS, CIS, CGS, CdTe 중 적어도 하나의 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 광전 변환층(20)은 CdTe, CuInSe2, Cu(In,Ga)Se2, Cu(In,Ga)(Se,S)2, Ag(InGa)Se2, Cu(In,Al)Se2, CuGaSe2로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
광전 변환층(230) 위에 버퍼층(240)이 위치한다. pn 접합 사이에 형성되어 p형 반도체와 n형 반도체와의 격자 상수 및 에너지 밴드갭의 차이를 완화시키는 역할을 한다. 따라서, 버퍼층(240)으로 사용되는 물질의 에너지 밴드값은 N형 반도체와 P형 반도체의 에너지 밴드갭의 중간 정도의 값을 가질 수 있다. 버퍼층(240)은 ZnS, CdS, Zn(O,S,OH), In(OH)xSy, ZnInxSey, ZnSe 화합물로 형성할 수 있다.
버퍼층(240) 위에 제2 전극(250)이 위치한다. 제2 전극(250)은 투명 전도성 산화물로 형성할 수 있다. 제2 전극(250)은 ITO, IZO, ZnO, GAZO, ZnMgO 또는 SnO2 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.
제2 전극(250) 위에 투명한 상부 기판(260)을 형성할 수 있다. 도 8에서 나타낸 바와 같이 빛은 투명한 상부 기판(260)을 통해 입사하고, 본 발명의 실시예에 따르면 빛이 입사하는 쪽에 멀리 배치된 제1 전극(220)에 그레이팅(225)이 형성되어 있다.
투명한 상부 기판(260)을 통해 들어온 빛은 광전 변환층(230)에 흡수가 많이 될수록 좋지만, 흡수되지 못하고 통과하는 빛도 생긴다. 이와 같이 광전 변환층(230)에 흡수되지 못하고 통과한 빛은 제1 전극(220)이 반사시켜 광전 변환층(230)으로 다시 보낼 수 있다. 이 때, 제1 전극(220)에 형성된 그레이팅(225)은 통과된 빛의 반사율을 높여 태양 전지의 광효율을 높일 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 그레이팅이 구비된 태양 전지와 그레이팅이 없는 태양 전지에 대해 광전 변환층(또는 광흡수층) 두께에 따른 광흡수율을 나타내는 그래프이다.
도 9는 광전 변환층으로 CIGS 화합물을 사용한 경우이다. 실시예 1은 그레이팅이 없는 태양 전지이고, 실시예 2는 반사 전극층에 그레이팅을 형성한 태양 전지이며, 실시예 3은 반사 전극층과 투명 전극층 모두에 그레이팅을 형성한 태양 전지를 나타낸다.
최근 CIGS 화합물로 형성된 광전 변환층의 두께가 필요에 의해 얇아질 수 있 는데, 광전 변환층의 두께가 얇아지면 그만큼 광을 흡수할 수 있는 영역이 줄어들기 때문에 광효율이 떨어질 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지와 같이 반사 전극층(예 : 몰리브덴으로 형성된 전극층)에 그레이팅을 형성할 경우에는 도 9에 나타난 바와 같이 광전 변환층의 두께가 감소하더라도 광효율이 크게 감소하지 않는다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 그레이팅의 측면 경사각이 50도인 경우에 대한 광전 변환층의 주기에 따른 광흡수율을 나타내는 그래프이다. 그리고, 아래 표 2는 도 10의 그래프를 그레이팅의 주기에 대한 그레이팅의 깊이에 따른 광효율을 표로 나타낸 것이다.
[표 2]
도 10을 참고하면, 그레이팅의 주기가 짧아지면서 광효율이 증가하는 것을 나타낸다. 그레이팅의 주기가 짧아지면 광전 변환층을 통과한 빛이 반사 전극층에 의해 반사되어 나오는 반사각이 커지므로 광전 변환층에서 재흡수되는 빛의 양이 많아져 광효율이 증가할 수 있다.
도 10에서 실시예 1 내지 실시예 9는 그레이팅의 깊이가 각각 200nm, 250nm, 300nm, 350nm, 400 nm, 450 nm, 500 nm, 550 nm, 600nm 인 경우에 해당한다.
광효율이 대략 31.50% 이상이 되도록, 그레이팅의 깊이를 250nm 내지 600nm의 범위로 형성할 수 있다. 그리고, 표 2를 참고하면, 광효율이 대략 31.50% 이상이 되도록, 그레이팅의 주기를 600nm 내지 2000nm의 범위로 형성할 수 있다.
도 10 및 표 2를 해석하면, 그레이팅의 깊이가 증가할수록 광효율이 커지고, 또한 그레이팅의 주기가 짧아질수록 광효율이 커진다. 그레이팅의 깊이가 증가할수록 광효율이 좋아지므로 표 2에 나타내지는 않았지만, 본 발명의 다른 실시예로 그레이팅의 깊이를 600nm 이상으로 할 수 있다. 또한, 그레이팅의 주기가 짧아질수록 광효율이 커지므로 표 2에 나타내지는 않았지만, 본 발명의 다른 실시예로 그레이팅의 주기를 600nm 이하로 할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 그레이팅의 측면 경사각이 60도인 경우에 대한 광전 변환층의 주기에 따른 광흡수율을 나타내는 그래프이다. 그리고, 아래 표 3은 도 11의 그래프를 그레이팅의 주기에 대한 그레이팅의 깊이에 따른 광효율을 표로 나타낸 것이다.
[표 3]
도 11을 참고하면, 그레이팅의 주기가 짧아지면서 광효율이 증가하는 것을 나타낸다. 그레이팅의 주기가 짧아지면 광전 변환층을 통과한 빛이 반사 전극층에 의해 반사되어 나오는 반사각이 커지므로 광전 변환층에서 재흡수되는 빛의 양이 많아져 광효율이 증가할 수 있다.
도 11에서 실시예 1 내지 실시예 9는 그레이팅의 깊이가 각각 200nm, 250nm, 300nm, 350nm, 400 nm, 450 nm, 500 nm, 550 nm, 600nm 인 경우에 해당한다.
광효율이 대략 31.50% 이상이 되도록, 그레이팅의 깊이를 300nm 내지 600nm의 범위로 형성할 수 있다. 그리고, 표 3을 참고하면, 광효율이 대략 31.50% 이상이 되도록, 그레이팅의 주기를 600nm 내지 2000nm의 범위로 형성할 수 있다.
도 11 및 표 3을 해석하면, 그레이팅의 깊이가 증가할수록 광효율이 커지고, 또한 그레이팅의 주기가 짧아질수록 광효율이 커진다. 그레이팅의 깊이가 증가할수록 광효율이 좋아지므로 표 3에 나타내지는 않았지만, 본 발명의 다른 실시예로 그레이팅의 깊이를 600nm 이상으로 할 수 있다. 또한, 그레이팅의 주기가 짧아질수록 광효율이 커지므로 표 3에 나타내지는 않았지만, 본 발명의 다른 실시예로 그레이팅의 주기를 600nm 이하로 할 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따라 그레이팅의 측면 경사각이 70도인 경우에 대한 광전 변환층의 주기에 따른 광흡수율을 나타내는 그래프이다. 그리고, 아래 표 4는 도 12의 그래프를 그레이팅의 주기에 대한 그레이팅의 깊이에 따른 광효율을 표로 나타낸 것이다.
[표 4]
도 12를 참고하면, 그레이팅의 주기가 짧아지면서 광효율이 증가하는 것을 나타낸다. 그레이팅의 주기가 짧아지면 빛이 꺾이는 각도가 커지므로 흡수되는 빛의 양이 많아져 광효율이 증가할 수 있다. 도 12에서 실시예 1 내지 실시예 9는 그레이팅의 깊이가 각각 200nm, 250nm, 300nm, 350nm, 400 nm, 450 nm, 500 nm, 550 nm, 600nm 인 경우에 해당한다.
광효율이 대략 31.50% 이상이 되도록, 그레이팅의 깊이를 250nm 내지 600nm의 범위로 형성할 수 있다. 그리고, 표 3을 참고하면, 광효율이 대략 31.50% 이상이 되도록, 그레이팅의 주기를 600nm 내지 1700nm의 범위로 형성할 수 있다.
도 12 및 표 4를 해석하면, 그레이팅의 깊이가 증가할수록 광효율이 커지고, 또한 그레이팅의 주기가 짧아질수록 광효율이 커진다. 그레이팅의 깊이가 증가할수록 광효율이 좋아지므로 표 4에 나타내지는 않았지만, 본 발명의 다른 실시예로 그레이팅의 깊이를 600nm 이상으로 할 수 있다. 또한, 그레이팅의 주기가 짧아질수록 광효율이 커지므로 표 4에 나타내지는 않았지만, 본 발명의 다른 실시예로 그레이팅의 주기를 600nm 이하로 할 수 있다.
표 2 내지 표 4를 종합적으로 해석할 때, 그레이팅의 각도가 50도에 가까울수록 광효율이 좋다. 그레이팅 모양이 직각인 경우보다 테이퍼진 형태인 경우에 빛의 산란 각도를 증가시키기 때문에 본 발명의 실시예는 그레이팅의 측면을 경사진 형상으로 형성할 수 있다.
그레이팅의 각도 조건을 50도 내지 70도로 하여 측정한 결과 50도에서 가장 좋은 결과가 나왔고, 공정이 가능하다면 각도를 더 작게 하여 그레이팅의 측면을 테이퍼지게 형성할 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 실시예에서는 직각 형태의 그레이팅 구조보다는 그레이팅의 각도가 70도 이하가 되도록 그레이팅을 형성할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 그레이팅이 구비된 태양 전지와 그레이팅 없는 태양 전지에 대해 파장에 따른 광 흡수율을 보인 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지에 구비된 그레이팅의 깊이에 따른 에너지 효율의 변화를 그레이팅의 주기별로 나타낸 것이다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 보여준 도면이다.
도 8은 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 그레이팅이 구비된 태양 전지와 그레이팅이 없는 태양 전지에 대해 광전 변환층 두께에 따른 광흡수율을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 그레이팅의 측면 경사각이 50도인 경우에 대한 광전 변환층의 주기에 따른 광흡수율을 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 그레이팅의 측면 경사각이 60도인 경우에 대한 광전 변환층의 주기에 따른 광흡수율을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따라 그레이팅의 측면 경사각이 70도인 경우에 대한 광전 변환층의 주기에 따른 광흡수율을 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
5 기판 10 제1전극
15, 15' 그레이팅 20 광전 변환층
25 제2전극
Claims (16)
- 기판;상기 기판 위에 구비된 제1전극;상기 제1전극 위에 구비된 광전 변환층; 및상기 광전 변환층 위에 구비된 제2전극;을 포함하고,상기 제1전극 및 제2전극 중 적어도 하나에 그레이팅이 형성된 태양 전지.
- 제 1항에 있어서,상기 그레이팅이 300-450nm 범위의 깊이를 가지는 태양 전지.
- 제 2항에 있어서,상기 그레이팅이 900-1100nm 범위의 주기를 가지는 태양 전지.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 광전 변환층이 화합물 반도체로 형성된 태양 전지.
- 제 4항에 있어서,상기 광전 변환층이 CdTe, CuInSe2, Cu(In,Ga)Se2, Cu(In,Ga)(Se,S)2, Ag(InGa)Se2, Cu(In,Al)Se2, CuGaSe2로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어진 태양 전지.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 전극이 투명한 전도성 산화물로 이루어진 태양 전지.
- 제 6 항에 있어서,상기 제1전극이 ITO, IZO, ZnO, GAZO, ZnMgO 또는 SnO2중 어느 하나의 물질로 이루어진 태양 전지.
- 제 6항에 있어서,상기 제2 전극이 투명한 전도성 산화물 또는 박막의 금속으로 이루어진 태양 전지.
- 제 8항에 있어서,상기 금속은 Mo, Al, Cu, Ti, Au, Pt, Ag 및 Cr 중 적어도 하나를 포함하는 태양 전지.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 광전 변환층이 탠덤형 구조를 가지는 태양 전지.
- 제1항에 있어서,상기 그레이팅의 측면은 경사진 형상을 갖는 태양 전지.
- 제11항에 있어서,상기 그레이팅의 측면과 상기 그레이팅이 형성된 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극과 이루는 경사각이 10도 내지 70도인 태양 전지.
- 제12항에 있어서,상기 제1 전극은 반사 전도성 금속으로 형성된 태양 전지.
- 제13항에 있어서,상기 제1 전극은 몰리브덴(Mo), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 하나로 형성된 태양 전지.
- 제14항에 있어서,상기 그레이팅의 깊이는 250nm 이상인 태양 전지.
- 제15항에 있어서,상기 그레이팅의 주기는 2000nm 이하인 태양 전지.
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