KR20110036185A - Tandem solar cell and method of manufacturing the same - Google Patents
Tandem solar cell and method of manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20110036185A KR20110036185A KR1020090093717A KR20090093717A KR20110036185A KR 20110036185 A KR20110036185 A KR 20110036185A KR 1020090093717 A KR1020090093717 A KR 1020090093717A KR 20090093717 A KR20090093717 A KR 20090093717A KR 20110036185 A KR20110036185 A KR 20110036185A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- solar cell
- layer
- tandem
- electrode
- tandem solar
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 claims abstract description 44
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 35
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 135
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 60
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 50
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 45
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 28
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 27
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 26
- -1 Aluminum-tin oxide Chemical compound 0.000 claims description 24
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 17
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 14
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 8
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000002407 reforming Methods 0.000 claims description 6
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 5
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 125000002080 perylenyl group Chemical group C1(=CC=C2C=CC=C3C4=CC=CC5=CC=CC(C1=C23)=C45)* 0.000 claims description 4
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine Chemical class N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000049 pigment Substances 0.000 claims description 4
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 claims description 4
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 4
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N [60]pcbm Chemical compound C123C(C4=C5C6=C7C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C%14=C%15C%16=C%17C%18=C(C=%19C=%20C%18=C%18C%16=C%13C%13=C%11C9=C9C7=C(C=%20C9=C%13%18)C(C7=%19)=C96)C6=C%11C%17=C%15C%13=C%15C%14=C%12C%12=C%10C%10=C85)=C9C7=C6C2=C%11C%13=C2C%15=C%12C%10=C4C23C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- CBXRMKZFYQISIV-UHFFFAOYSA-N 1-n,1-n,1-n',1-n',2-n,2-n,2-n',2-n'-octamethylethene-1,1,2,2-tetramine Chemical group CN(C)C(N(C)C)=C(N(C)C)N(C)C CBXRMKZFYQISIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- URJIJZCEKHSLHA-UHFFFAOYSA-N 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-heptadecafluorodecane-1-thiol Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)CCS URJIJZCEKHSLHA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000000177 Indigofera tinctoria Nutrition 0.000 claims description 2
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 claims description 2
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 claims description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910003087 TiOx Inorganic materials 0.000 claims description 2
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- RBTKNAXYKSUFRK-UHFFFAOYSA-N heliogen blue Chemical compound [Cu].[N-]1C2=C(C=CC=C3)C3=C1N=C([N-]1)C3=CC=CC=C3C1=NC([N-]1)=C(C=CC=C3)C3=C1N=C([N-]1)C3=CC=CC=C3C1=N2 RBTKNAXYKSUFRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ORTRWBYBJVGVQC-UHFFFAOYSA-N hexadecane-1-thiol Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCS ORTRWBYBJVGVQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229940097275 indigo Drugs 0.000 claims description 2
- COHYTHOBJLSHDF-UHFFFAOYSA-N indigo powder Natural products N1C2=CC=CC=C2C(=O)C1=C1C(=O)C2=CC=CC=C2N1 COHYTHOBJLSHDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 2
- LKKPNUDVOYAOBB-UHFFFAOYSA-N naphthalocyanine Chemical class N1C(N=C2C3=CC4=CC=CC=C4C=C3C(N=C3C4=CC5=CC=CC=C5C=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=C2C(C=CC=C2)=C2)C2=C1N=C1C2=CC3=CC=CC=C3C=C2C4=N1 LKKPNUDVOYAOBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- CSHWQDPOILHKBI-UHFFFAOYSA-N peryrene Natural products C1=CC(C2=CC=CC=3C2=C2C=CC=3)=C3C2=CC=CC3=C1 CSHWQDPOILHKBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 claims description 2
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 claims description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 claims description 2
- JOUDBUYBGJYFFP-FOCLMDBBSA-N thioindigo Chemical compound S\1C2=CC=CC=C2C(=O)C/1=C1/C(=O)C2=CC=CC=C2S1 JOUDBUYBGJYFFP-FOCLMDBBSA-N 0.000 claims description 2
- HLLICFJUWSZHRJ-UHFFFAOYSA-N tioxidazole Chemical compound CCCOC1=CC=C2N=C(NC(=O)OC)SC2=C1 HLLICFJUWSZHRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 2
- JYMITAMFTJDTAE-UHFFFAOYSA-N aluminum zinc oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Al+3].[Zn+2] JYMITAMFTJDTAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 241001307241 Althaea Species 0.000 claims 1
- 235000006576 Althaea officinalis Nutrition 0.000 claims 1
- XCJYREBRNVKWGJ-UHFFFAOYSA-N copper(II) phthalocyanine Chemical compound [Cu+2].C12=CC=CC=C2C(N=C2[N-]C(C3=CC=CC=C32)=N2)=NC1=NC([C]1C=CC=CC1=1)=NC=1N=C1[C]3C=CC=CC3=C2[N-]1 XCJYREBRNVKWGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 235000001035 marshmallow Nutrition 0.000 claims 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 9
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical group OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 8
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 8
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 4
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 4
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000000224 chemical solution deposition Methods 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 2
- 229910052798 chalcogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001787 chalcogens Chemical class 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 2
- JAONJTDQXUSBGG-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dizinc;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].[Zn+2].[Zn+2] JAONJTDQXUSBGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- QGKMIGUHVLGJBR-UHFFFAOYSA-M (4z)-1-(3-methylbutyl)-4-[[1-(3-methylbutyl)quinolin-1-ium-4-yl]methylidene]quinoline;iodide Chemical class [I-].C12=CC=CC=C2N(CCC(C)C)C=CC1=CC1=CC=[N+](CCC(C)C)C2=CC=CC=C12 QGKMIGUHVLGJBR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- XQNMSKCVXVXEJT-UHFFFAOYSA-N 7,14,25,32-tetrazaundecacyclo[21.13.2.22,5.03,19.04,16.06,14.08,13.020,37.024,32.026,31.034,38]tetraconta-1(36),2,4,6,8,10,12,16,18,20(37),21,23(38),24,26,28,30,34,39-octadecaene-15,33-dione 7,14,25,32-tetrazaundecacyclo[21.13.2.22,5.03,19.04,16.06,14.08,13.020,37.025,33.026,31.034,38]tetraconta-1(37),2,4,6,8,10,12,16,18,20,22,26,28,30,32,34(38),35,39-octadecaene-15,24-dione Chemical compound O=c1c2ccc3c4ccc5c6nc7ccccc7n6c(=O)c6ccc(c7ccc(c8nc9ccccc9n18)c2c37)c4c56.O=c1c2ccc3c4ccc5c6c(ccc(c7ccc(c8nc9ccccc9n18)c2c37)c46)c1nc2ccccc2n1c5=O XQNMSKCVXVXEJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101000701363 Homo sapiens Phospholipid-transporting ATPase IC Proteins 0.000 description 1
- 102100030448 Phospholipid-transporting ATPase IC Human genes 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 1
- 201000001493 benign recurrent intrahepatic cholestasis Diseases 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000010549 co-Evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000000313 electron-beam-induced deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 229920002457 flexible plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000007647 flexography Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000007646 gravure printing Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012761 high-performance material Substances 0.000 description 1
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 1
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- WSRHMJYUEZHUCM-UHFFFAOYSA-N perylene-1,2,3,4-tetracarboxylic acid Chemical class C=12C3=CC=CC2=CC=CC=1C1=C(C(O)=O)C(C(O)=O)=C(C(O)=O)C2=C1C3=CC=C2C(=O)O WSRHMJYUEZHUCM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 239000005361 soda-lime glass Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
- H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
- H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
-
- 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
- H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
- H01L31/0324—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312 comprising only AIVBVI or AIIBIVCVI chalcogenide compounds, e.g. Pb Sn Te
-
- 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
- H01L31/078—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 including different types of potential barriers provided for in two or more of groups H01L31/062 - H01L31/075
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
- H10K30/57—Photovoltaic [PV] devices comprising multiple junctions, e.g. tandem PV 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
-
- 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
- Y02E10/541—CuInSe2 material PV 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
- Y02E10/549—Organic PV 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 두개의 셀이 적층된 탠덤형 태양전지와 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a tandem solar cell in which two cells are stacked and a method of manufacturing the same.
석유자원 고갈의 위기감, 교토 의정서의 기후변화 협약 발효, 신흥 BRICs 개도국들의 경제성장에 따른 폭발적인 에너지 수요 등 기존 에너지와 차원이 다른 청정 무제한의 에너지가 요구되고 있으며, 국가적인 차원에서 신재생에너지 기술개발이 진행되고 있다. 신재생 에너지 중에서 태양전지(Solar Cell 또는 Photovoltaic Cell)는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광발전의 핵심소자이며, 현재 우주에서부터 가정에 이르기까지 전원공급용으로 광범위하게 활용되고 있다. 태양전지가 처음 만들어진 초기에는 주로 우주용으로 사용되었으나, 1970년대 2차례의 석유파동을 겪으면서 지상용 전원으로 활용하기 위한 가능성에 주목을 받게 되었고, 활발한 연구개발에 의해 1980년대부터 제한적으로 지상발전용으로 사용이 시작되었다. 최근에는 항공, 기상, 통신 분야에 까지 사용되고 있으며, 태양광자동차, 태양광 에어콘 등도 주목받고 있다. There is a need for clean and unlimited energy that is different from the existing energy, such as a sense of crisis of exhaustion of oil resources, the entry into force of the Kyoto Protocol's climate change agreement, and the explosive demand for energy due to the economic growth of emerging BRICs. This is going on. Among the renewable energy, solar cells (Solar Cells or Photovoltaic Cells) are the core elements of photovoltaic power generation that converts sunlight directly into electricity, and are widely used for power supply from space to home. In the early days when solar cells were first made, they were mainly used for space use, but after two oil surges in the 1970s, they were attracting attention for their potential as ground power sources. It started to use for dragon. Recently, it has been used in aviation, meteorology, and communication fields, and solar vehicles and solar air conditioners are also attracting attention.
본 명세서는 광전변환 효율이 높은 탠덤형 태양전지를 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present specification is to provide a tandem solar cell having high photoelectric conversion efficiency.
또한 본 명세서는 특성이 우수하고 제작이 용이한 탠덤형 태양전지를 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, the present specification has an object to provide a tandem solar cell excellent in properties and easy to manufacture.
일측면에서 본 발명은, 기판; 상기 기판 상에 형성된 투명전극; 상기 투명전극 상에 형성된 슈퍼스트레이트형 칼코지나이드계태양전지셀; 상기 슈퍼스트레이트형 칼코지나이드계태양전지셀 상에 형성된 연결전극; 상기 연결전극 상에 형성된 인버트형 유기계태양전지셀; 상기 인버트형 유기계태양전지셀 상에 형성된 금속전극을 포함하는 탠덤형 태양전지를 제공한다.In one aspect, the present invention, the substrate; A transparent electrode formed on the substrate; A super-straight type chalcogenide solar cell formed on the transparent electrode; A connection electrode formed on the super-straight type chalcogenide solar cell; An inverted organic solar cell formed on the connection electrode; It provides a tandem solar cell comprising a metal electrode formed on the inverted organic solar cell.
다른 측면에서 본 발명은, 기판 상에 투명전극을 형성시키는 단계; 상기 투명전극 상에 슈퍼스트레이트형 칼코지나이드계태양전지셀을 형성시키는 단계; 상기 슈퍼스트레이트형 칼코지나이드계태양전지셀 상에 연결전극을 형성시키는 단계; 상기 연결전극 상에 인버트형 유기계태양전지셀을 형성시키는 단계; 및 상기 인버트형 유기계태양전지셀 상에 금속전극을 형성시키는 단계를 포함하는 탠덤형 태양전지 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention, forming a transparent electrode on the substrate; Forming a super-straight type chalcogenide-based solar cell on the transparent electrode; Forming a connection electrode on the super-straight type chalcogenide-based solar cell; Forming an inverted organic solar cell on the connection electrode; And it provides a tandem solar cell manufacturing method comprising the step of forming a metal electrode on the inverted organic solar cell.
본 실시예들에 따른 탠덤형 태양전지는 광전변환 효율이 높은 효과가 있다. The tandem solar cell according to the present embodiments has a high photoelectric conversion efficiency.
또한 본 실시예들에 따른 탠덤형 태양전지는 특성이 우수하고 제작이 용이한 효과가 있다. In addition, the tandem solar cell according to the present embodiments is excellent in properties and easy to manufacture.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are assigned to the same components as much as possible even though they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the component of this invention, terms, such as 1st, 2nd, A, B, (a), (b), can be used. These terms are only for distinguishing the components from other components, and the nature, order or order of the components are not limited by the terms. If a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but between components It will be understood that may be "connected", "coupled" or "connected".
태양전지는 주로 실리콘이나 화합물 반도체를 이용하고 있으나, 이들은 반도 체 소자 제작공정으로 제조되기 때문에 제조단가가 높으며, 또한 태양전지의 주된 부분을 차지하고 있는 실리콘 태양전지는 실리콘 원자재의 수급에 어려움을 겪고 있다. 이러한 상황에서 실리콘 소재를 전혀 사용하지 않는 CIGS, CdTe와 같은 칼코지나이드(chalcogenide)계 태양전지, 저분자유기물이나 폴리머를 이용하는 유기계태양전지가 본격 연구되기 시작하였고, 진공방식뿐만 아니라 프린팅 방식에 의해 저가공정이 가능하며, 모양에 구애 받지 않는 유연 태양전지 제조가 가능하여 현재 많은 주목을 받고 있다.The solar cells mainly use silicon or compound semiconductors, but they are manufactured by semiconductor device manufacturing process, so the manufacturing cost is high. Also, silicon solar cells, which occupy the main part of solar cells, have difficulty in supplying silicon raw materials. . Under these circumstances, chalcogenide-based solar cells such as CIGS and CdTe, which do not use silicon materials at all, and organic solar cells using low-molecular organic materials or polymers have begun to be studied in earnest. It is possible to process and manufacture flexible solar cell regardless of the shape, which is attracting much attention now.
칼코지나이드는 칼코젠(chalcogen) 원소인 S, Se, Te를 포함하는 화합물을 의미하며, 태양전지 분야에 많이 응용되는 칼코지나이드 화합물은 IB-IIIA-VIA족 원소 혹은 IIB-VIA족 원소로 구성되어 있으며, CuInS2(CIS), CuGaS2(CGS), CuInSe2(CISe), CuGaSe2(CGSe), CuAlSe2(CASe), CuInTe2(CITe), CuGaTe2(CGTe), Cu(In, Ga)S2(CIGS), Cu(In, Ga)Se2(CIGSe), Cu2ZnSnS4(CZTS), CdTe 등을 예로 들 수 있다. 이러한 칼코지나이드계 화합물 혹은 박막은 밴드갭에너지가 1 내지 2 eV로서 반도체 중에서 가장 우수한 광흡수계수(1 x 105 cm-1)를 가질 뿐만 아니라 전기광학적으로도 매우 안정하여 태양전지의 광흡수층으로 매우 이상적인 소재이다.Chalcogenide refers to a compound containing chalcogen (S, Se, Te), a chalcogen element, and the chalcogenide compound that is widely applied in the solar cell field is an IB-IIIA-VIA element or an IIB-VIA element. CuInS 2 (CIS), CuGaS 2 (CGS), CuInSe 2 (CISe), CuGaSe 2 (CGSe), CuAlSe 2 (CASe), CuInTe 2 (CITe), CuGaTe 2 (CGTe), Cu (In, Ga) S 2 (CIGS), Cu (In, Ga) Se 2 (CIGSe), Cu 2 ZnSnS 4 (CZTS), CdTe and the like. The chalcogenide-based compound or thin film has a band gap energy of 1 to 2 eV, which has the best light absorption coefficient (1 x 10 5 cm -1 ) among semiconductors and is very optically stable, so that the light absorption layer of the solar cell It is a very ideal material.
태양전지 산업에 이용되는 또 다른 칼코지나이드 화합물로는 IIB-VIA족 원소로 구성되어 있는 CdS가 대표적이며, PN 접합이 이루어지는 계면에 위치하는 버퍼소재로서 적합하다. 대표적인 칼코지나이드계태양전지는 CIGSe를 광흡수층으로 사용하고 있으며, CdS를 버퍼층으로 이용하고 있으며, 박막형성 방법으로는 여러 가 지 물리 화학적인 제조방법이 이용되고 있다. Another chalcogenide compound used in the solar cell industry is CdS, which is composed of IIB-VIA group elements, and is suitable as a buffer material located at an interface where a PN junction is formed. Typical chalcogenide-based solar cells use CIGSe as a light absorption layer, CdS as a buffer layer, and various physicochemical manufacturing methods are used as a thin film formation method.
도 1을 참조하여 진공방식에 의한 칼코지나이드계(CIGSe) 태양전지 제조방법을 설명한다. A method of manufacturing a chalcogenide-based (CIGSe) solar cell by a vacuum method will be described with reference to FIG. 1.
일반적으로 칼코지나이드계 박막 태양전지(100)는 기판(110)/P측전극(120)/P형반도체층(흡수층, 130)/버퍼층(140)/N형 반도체층(150)/N측전극(160)을 포함한다. In general, the chalcogenide-based thin film
기판(110)의 경우 소다회 유리가 가장 보편적으로 사용되며 공정의 저가화 및 용도의 다양화를 위해 구리 tape, 스테인레스스틸, 티타늄, 폴리이미드와 같은 폴리머 등의 유연기판도 사용되고 있다. P측전극(120)는 Mo(molybdenum)이 가장 많이 이용되고 있으며, 진공하에서 DC 스퍼터링 방식(DC sputtering)으로 세정된 기판상에 두께 1 μm 정도로 증착하여 사용되고 있다. P측전극(120)으로는 Mo 이외에도 다양한 금속 및 투명전극이 이용될 수 있다. In the case of the
칼코지나이드계태양전지(100)에 있어서 가장 중요한 기능층인 P형 반도체층(흡수층, 130)은 크게 2가지 방식으로 형성되고 있다. The P-type semiconductor layer (absorption layer) 130, which is the most important functional layer in the chalcogenide-based
첫 번째 방법으로서 4가지 금속원소(Cu, In, Ga, Se)를 증발증착 시키는 3단계공정은 4가지 구성성분에 대한 조성의 제어가 용이하다는 장점이 있어서 현재 최고 19.3%의 효율을 보여주고 있으나, 대면적 모듈제조에는 부적합하다고 인식되고 있다. 두 번째 방법은 2단계공정에 의한 P형반도체층(흡수층) 형성방법으로서 먼저 전구체층을 형성한 후 반응성 분위기 하에서 열처리 하는 공정으로 구성된다. 즉 증발증착, 스퍼터링, 전착법 등의 방식으로 전구체박막을 형성한 후 H2Se 분위기 하에서 selenization시켜 P형반도체층(흡수층, 130)을 형성하고 있다. As a first method, the three-step process of evaporating and evaporating four metal elements (Cu, In, Ga, Se) has the advantage of easy control of the composition of the four components. However, it is recognized that it is not suitable for manufacturing large-area modules. The second method is a method of forming a P-type semiconductor layer (absorption layer) by a two-step process, which is formed by first forming a precursor layer and then performing heat treatment under a reactive atmosphere. That is, the precursor thin film is formed by evaporation, sputtering, or electrodeposition, and then selenized under H 2 Se atmosphere to form a P-type semiconductor layer (absorption layer 130).
최근에는 금속 전구체박막 상부에 셀레니움(selenium) 박막을 진공증착으로 형성시킨 후 급속 열처리함으로서 P형반도체층(흡수층, 130)을 제조하기도 한다. P형반도체층(흡수층, 130) 상부에는 버퍼층(140)이 형성되며, 주로 CBD(chemical bath deposition) 방식에 의한 CdS가 이용되고 있다. 버퍼층(140) 상부에는 N형반도체층(150)이 형성되며, 스퍼터링 방식에 의한 ZnO가 가장 많이 이용되고 있다. N측전극(160)은 Al이 도핑된 ZnO(ZnO:Al)이 주로 이용되고 있으며, ITO(Indium-Tin Oxide)도 응용되고 있다.Recently, a P-type semiconductor layer (absorption layer) 130 may be manufactured by rapidly forming a selenium thin film on the metal precursor thin film by vacuum deposition and then rapidly thermally treating the thin film. A
이러한 칼코지나이드계태양전지(100)는 적층구조에 따라 서브스트레이트(substrate)형과 슈퍼스트레이트(superstrate)형으로 구분된다. The chalcogenide-based
서브스트레이트형 칼코지나이드계 태양전지(100)는 도1과 같이 기판(110)/P측전극(Mo, 120)/P형반도체층(CIGSe 흡수층, 130)/버퍼층(CdS, 140)/N형반도체층(ZnO, 150)/N측전극(ZnO:Al 투명전극, 160)으로 구성되며, 태양광이 기판(110)의 반대쪽에서 입사하게 되는 구조이다.The substrate type chalcogenide-based
이에 반하여 슈퍼스트레이트형 칼코지나이드계태양전지(200)는 도2와 같이 기판(210)/N측전극(ZnO:Al 투명전극, 260)/N형반도체층(ZnO, 250)/버퍼층(CdS, 240)/P형반도체층(CIGSe 흡수층, 230)/P측전극(Mo, Au 등, 220)으로 구성되며, 태양광이 기판(210) 쪽에서 입사하게 되는 구조이며, 사용되는 재료와 공정은 서브스 트레이트형 칼코지나이드 계태양전지(100)와 거의 동일하다. In contrast, the super straight type chalcogenide-based
한편, 실리콘 태양전지를 대체할 또 하나의 후보로서 저분자나 폴리머와 같은 유기물을 이용하는 유기계태양전지가 검토되고 있다. 이러한 유기계태양전지를 구성하는 핵심물질은 공액(conjugated) 고분자이다. 공액고분자는 실리콘 태양전지와는 다르게 흡광계수가 높아서 얇은 박막 (약 100 nm정도)으로도 태양빛을 충분히 흡수 할 수 있기 때문에 얇은 소자로도 제작이 가능하며, 고분자의 특성상 굽힘성 및 가공성 등이 좋아서 실리콘 태양전지가 주로 사용되고 있는 건축물 이외의 다양한 응용분야가 있다는 장점이 있다. Meanwhile, as another candidate to replace the silicon solar cell, an organic solar cell using an organic material such as a low molecule or a polymer has been studied. The core material of the organic solar cell is a conjugated polymer. Unlike silicon solar cells, conjugated polymers have a high absorption coefficient and can absorb sunlight even with a thin film (about 100 nm), so they can be manufactured as thin devices. It has the advantage that there are various application fields other than buildings where silicon solar cells are mainly used.
유기계태양전지는 정공 수용체(hole acceptor: D)와 전자 수용체(electron acceptor: A) 물질의 접합 구조로 이루어져 있고, 가시광선을 흡수하면 정공 수용체에서 전자-홀 쌍(electron-hole pair)이 생성되고 전자 수용체로 전자가 이동함으로써 전자-홀의 분리가 이루어지는 과정을 통해 광기전력 효과를 나타내게 된다. 1986년 이스트먼 코닥의 탕(C. Tang)이 CuPc(copper pthalocyanine)와 perylene tetra carboxylic derivative를 이용한 이종접합 구조로 태양전지의 실용화 가능성을 처음 제시하였고, 이 후, 1990년 초 히거(heeger) 그룹에서 공액 고분자와 풀러렌(fullerene) 유도체의 혼합막을 광 활성층으로 사용하여 전기를 발생시키는 태양전지가 보고되었고, 풀러렌을 개질한 풀러렌 유도체(PCBM)를 개발함으로써 효율을 3 %때까지 향상시켰다. 이 후 지속적으로 고효율의 유기태양전지를 얻기 위한 여러 가지 연구가 진행되고 있으며, 현재 최고 6.5 % 정도의 광전변환 효율이 발표되었 다. The organic solar cell is composed of a junction structure of a hole acceptor (D) and an electron acceptor (A) material. When absorbing visible light, an electron-hole pair is generated at the hole acceptor. As the electrons move to the electron acceptor, electron-hole separation is performed, resulting in a photovoltaic effect. In 1986, Eastman Kodak's C. Tang first proposed the feasibility of using solar cells as a heterojunction structure using copper pthalocyanine (CuPc) and perylene tetra carboxylic derivatives. A solar cell generating electricity using a mixed film of a conjugated polymer and a fullerene derivative as a photoactive layer has been reported, and the efficiency was improved to 3% by developing a fullerene-modified fullerene derivative (PCBM). Since then, various studies have been conducted to obtain highly efficient organic solar cells, and photoelectric conversion efficiency of up to 6.5% has been announced.
이와 같은 기존의 유기 태양전지의 구조를 도 3에 나타낸다. The structure of such a conventional organic solar cell is shown in FIG.
도 3을 참조하면, 유기태양전지(300)는 투명기판(310), 투명전극(양극, 320), 버퍼층(buffer layer, 330), 광활성층(340), 금속전극(음극, 350)을 포함한다. Referring to FIG. 3, the organic
통상의 유기 태양전지(300)는 높은 일함수를 가진 투명 전극인 ITO(indium tin oxide)를 양극 물질로, 낮은 일함수를 가진 Al이나 Ca등을 음극 물질로 사용한다. 그리고 광활성층(340)은 100 nm 정도의 두께를 가진, 정공 수용체(D) 물질과 전자 수용체(A) 물질의 2층 구조 혹은 혼합박막[(D+A) blend] 구조를 이용하는데, 경우에 따라서는 정공 수용체(P형반도체)와 전자 수용체(N형반도체)층 사이에 후자의 혼합박막이 끼어 있는 구조[D/(D+A)/A]를 이용하기도 한다. The conventional organic
또한 버퍼층(330)으로 양극인 ITO전극(320)과 광활성층(340) 사이에는 양극층 평탄화층 또는 정공 이송층(hole transport layer)을, 음극과 광활성층 사이에는 전자 이송층(electron transport layer)을 끼워 넣기도 한다. In addition, an anode planarization layer or a hole transport layer is provided between the
통상의 유기태양전지(300)의 작동 원리는 다음과 같다. 유기 태양전지(300)에 광을 쬐어주면, 광은 기판(310)과 양극(120), 양극층 평탄화층을 거쳐 정공 수용체에서 흡수되어 여기 상태의 전자-홀 쌍(exciton)이 형성된다. 이 전자-홀 쌍은 임의 방향으로 확산하다가 전자 수용체 물질과의 계면(interface)을 만나면 전자와 정공으로 분리된다. 즉, 전자는 전자 친화도가 큰 전자 수용체 물질 쪽으로 이동하고 홀은 정공 수용체 쪽에 남아 각각의 전하상태로 분리된다. 이들은 양쪽 전 극(320, 350)의 일함수 차이로 형성된 내부 자기장과 쌓여진 전하의 농도 차에 의해 각각의 전극으로 이동하여 수집되며 최종적으로 외부 회로를 통해 전류의 형태로 흐르게 된다. The operating principle of the conventional organic
통상의 유기계태양전지(300)는 도3과 같이 투명기판(310)/투명전극(320)/버퍼층(330)/광활성층(340)/금속전극(350)의 구조를 취하고 있으며, 투명전극(320)은 양극의 역할을 하며, 금속전극(350)은 음극의 역할을 한다. The conventional organic
반면에, 인버트형 유기계태양전지(400)는 도4에 도시한 바와 같이 투명기판(410)/투명전극(420)/투명전극개질층(425)/광활성층(440)/버퍼층(430)/금속전극(450)을 포함한다. 투명전극(420)/칼코지나이드계화합물의 투명전극개질층(425)이 음극의 역할을 하며, 금속전극(450)은 양극의 역할을 하게 된다. 즉 p-type의 투명전극(420) 상부에 n-type 특성을 갖는 칼코지나이드계화합물의 투명전극개질층(425)을 형성시켜 음극로서의 기능을 부여하며, 금속전극(450)은 양극으로서의 역할을 수행하게 된다. On the other hand, the inverted organic
이상과 같이 비 실리콘을 사용한 태양전지가 저가로 제조할 수 있다는 장점이 있기 때문에 많은 기관에서 활발한 개발이 진행되고 있으나, 칼코지나이드계태양전지(100, 200)와 유기계태양전지(300, 400)가 기존의 벌크 실리콘 태양전지보다 광전변환 효율이 낮다는 문제가 있어서 상업화에 걸림돌로 작용하고 있다. 광전변환 효율을 증가시키기 위해서는 고성능 신소재 개발 및 탠덤형 태양전지와 같은 신구조 개발이 요구되고 있다.Since there is an advantage that the non-silicon solar cell can be manufactured at low cost as described above, active development is being progressed in many institutions, but the chalcogenide-based solar cell (100, 200) and the organic solar cell (300, 400) Has a problem in that photoelectric conversion efficiency is lower than that of a conventional bulk silicon solar cell, which is an obstacle to commercialization. In order to increase the photoelectric conversion efficiency, it is required to develop new high-performance materials and new structures such as tandem solar cells.
특히, 탠덤형 태양전지는 지구상에 도달하는 태양광을 최대한 흡수하여 효율을 극대화 시키기 위하여 고안된 것으로서, 밴드갭이 서로 다른 물질을 이용하여 각각의 태양전지 셀을 제조하고 이들을 상하부로 적층시킨 형태를 취하고 있다.In particular, the tandem solar cell is designed to maximize the efficiency by absorbing the sunlight reaching the earth as much as possible, to manufacture each solar cell using a material with a different band gap and take the form of stacked up and down. have.
그러나 칼코지나이드계 태양전지(300, 400)의 경우 흡수층으로 사용되는 칼코지나이드 화합물이 열에 약하기 때문에 탠덤형 태양전지의 제조가 불가능한 상황이다. 즉 하부셀과 상부셀로 구성되는 탠덤형 태양전지를 제조할 경우, 상부셀 형성시 이미 형성된 하부셀이 열에 의해 열화될 수 있다. However, in the case of the chalcogenide-based
한편, 용액공정으로 제조되는 유기계태양전지(주로 폴리머 태양전지)의 경우도 상부셀과 하부셀을 연결하기 위한 연결층의 종류가 한정되어 있고, 특성도 저조하여 다양한 형태의 탠덤셀의 제작이 어려울 수 있다. 즉 상부셀 형성시 하부셀에 용매에 의한 영향을 주지 않고, 전도도가 우수한 소재가 거의 전무한 상황이므로 탠덤형 태양전지의 제조가 어려울 수 있다.On the other hand, in the case of organic solar cells (mainly polymer solar cells) manufactured by the solution process, the type of connection layer for connecting the upper cell and the lower cell is limited, and the characteristics are also low, making it difficult to manufacture various types of tandem cells. Can be. That is, it is difficult to manufacture a tandem solar cell because it does not affect the lower cell by the solvent when forming the upper cell, and almost no material having excellent conductivity is used.
본 명세서는 슈퍼스트레이트형 칼코지나이드계 태양전지셀과 인버트형 유기계태양전지셀이 적층된 구조의 탠덤형 태양전지와 이의 제조방법을 제공한다. The present specification provides a tandem solar cell having a super-straight type chalcogenide-based solar cell and an inverted organic solar cell, and a manufacturing method thereof.
보다 구체적으로는 본 명세서는 투명기판/투명전극/슈퍼스트레이트형 칼코지나이드계 태양전지셀/연결전극/인버트형 유기계태양전지셀/금속전극이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 탠덤형 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 기술을 제공한다.More specifically, the present specification relates to a tandem solar cell having a structure in which a transparent substrate / transparent electrode / superstrattal chalcogenide solar cell / connection electrode / inverted organic solar cell / metal electrode are sequentially stacked. Provides a technique relating to the manufacturing method.
일실시예에 따른 탬덤형 태양전지(500)는 도5와 같이 기판(510), 기판(510) 상에 형성된 투명전극(520), 투명전극(520) 상에 형성된 슈퍼스트레이트형 칼코지나이드계태양전지셀(530), 슈퍼스트레이트형 칼코지나이드계태양전지셀(530) 상에 형성된 연결전극(538), 연결전극(538) 상에 형성된 인버트형 유기계태양전지셀(540), 인버트형 유기계태양전지셀(540) 상에 형성된 금속전극(550)을 포함한다. In the tandem
도 5를 참조하면, 다른 측면에서 다른 실시예에 따른 탬덤형 태양전지의 제조방법은 (1)기판(510) 상에 진공증착 혹은 전기도금과 같은 습식방식으로 투명전극(520)을 형성시키는 단계, (2) 상기 투명전극(520) 상에 슈퍼스트레이트형 칼코지나이드계태양전지셀(530)을 진공방식 혹은 습식방식으로 형성시키는 단계, (3) 상기 슈퍼스트레이트형 칼코지나이드계태양전지셀(530) 상에 연결전극(538)을 진공방식 혹은 습식방식으로 형성시키는 단계, (4) 상기 연결전극(538) 상에 인버트형 유기계태양전지셀(540)을 형성시키는 단계, (5) 상기 인버트형 유기계태양전지셀(540) 상에 금속전극(550)을 진공방식 혹은 습식방식으로 형성시키는 단계를 포함한다.Referring to FIG. 5, in another aspect, a method of manufacturing a tandem solar cell according to another embodiment may include (1) forming a
이때 각 층의 제조방법은 진공방식이 적용되어도 되며, 습식방식이 적용되어도 상관이 없다. 진공방식이라 함은 진공챔버(vacuum chamber) 내에서 해당되는 단위 박막을 형성하는 것을 의미하며 각 층의 종류에 따라 열증착, 스퍼트증착, 화학증기증착(chemical vapor deposition), 전자빔 증착 등이 적용될 수 있다. 또한 상기 습식방식이라 함은 해당되는 소재를 액상의 매질에 용해시키거나 분산시킨 후 잉크젯프린팅, 스크린프린팅, 그라비아(gravure)프린팅, 플렉소그라 피(flexography), 닥터블레이드(doctor blade)코팅 방식, 전기도금 방식 등으로 박을 형성하는 것을 의미한다.At this time, the manufacturing method of each layer may be a vacuum method, it does not matter even if a wet method is applied. The vacuum method means forming a corresponding unit thin film in a vacuum chamber, and thermal deposition, sputter deposition, chemical vapor deposition, and electron beam deposition may be applied according to the type of each layer. have. In addition, the wet method refers to inkjet printing, screen printing, gravure printing, flexography, doctor blade coating method, after dissolving or dispersing a corresponding material in a liquid medium. It means forming the foil by the electroplating method.
이하 실시예로서, 슈퍼스트레이트형 칼코지나이드계 태양전지셀과 인버트형 유기계태양전지셀이 결합된 탠덤형 태양전지 구현방법을 도6의 구조를 이용하여 구체화 하지만, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시되는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.In the following embodiment, a tandem solar cell implementation method combining a super-straight type chalcogenide-based solar cell and an inverted organic-based solar cell is embodied using the structure of FIG. 6, but this is to help understanding of the present invention. The present invention is only presented, but is not limited to the following examples.
도 6를 참조하면, 일실시예에 따른 탬덤형 태양전지(600)는 기판(610), 기판(610) 상에 형성된 투명전극(620), 투명전극(620) 상에 형성된 슈퍼스트레이트형 칼코지나이드계태양전지셀(630), 슈퍼스트레이트형 칼코지나이드계태양전지셀(630) 상에 형성된 연결전극(638), 연결전극(638) 상에 형성된 인버트형 유기계태양전지셀(640), 인버트형 유기계태양전지셀(640) 상에 형성된 금속전극(650)을 포함한다. Referring to FIG. 6, the tamdom-type
한편, 슈퍼스트레이트형 칼코지나이드계태양전지셀(630)은 투명전극(620) 상에 형성된 N형반도체층(632), N형반도체층(632) 상에 형성된 제1버퍼층(634), 제1버퍼층(634) 상에 형성된 P형반도체층(636)을 포함한다. P형반도체층(636) 상에는 연결전극(638)이 형성되어 있다. Meanwhile, the super-straight type chalcogenide-based
또한, 연결전극(638)과 금속전극(650) 사이에 형성된 인버트형 유기계태양전지셀(640)은 연결전극(638) 상에 형성된 연결전극개질층(642), 연결전극개질 층(642) 상에 형성된 광활성층(644), 광활성층(644) 상에 형성된 제2버퍼층(646)을 포함한다.In addition, the inverted organic
도 5 및 도 6을 참고하면, 기판(510, 610)은 소다석회 실리카 유리 또는 비정질 유리 및 폴리 이미드와 같은 유연성 있는 플라스틱과 같이 투명한 기판이면 무엇이든지 사용될 수 있다. 이러한 기판(510, 610)은 사용직전에 세정공정을 거치며, 아세톤, 알콜, 물 혹은 이들의 혼합 용액에 담근 후 초음파 세정을 실시한다.5 and 6, the
투명전극(520, 620)은 전기전도성을 가지면서 투명한 물질이면 모두 가능하지만, 슈퍼스트레이트형 칼코지나이드계태양전지셀과 오믹접합이 가능하고 투명성이 우수한 소재가 요구되며, In2O3, ITO(indium-tin oxide), IGZO(indium-gallium-zinc oxide), ZnO, AZO(Aluminium-zinc oxide; ZnO:Al), SnO2, FTO(Fluorine-doped tin oxide; SnO2:F), ATO(Aluminium-tin oxide; SnO2:Al) 등과 같이 인듐(In), 틴(Sn), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 알루미늄(Al)과 같은 금속의 단독 혹은 복합산화물이면 적합하다. 예를 들어 ZnO:Al(ZnO, Al2O3 복합산화물)이 적합하다. 이러한 투명전극(520, 620)은 DC 스퍼터링 방식 또는 이와 달리 화학적 증착법(CVD), 원자층 증착(ALD), 졸겔 코팅(sol-gel coating) 등에 의해 형성될 수 있다. 이러한 투명전극(520, 620)의 두께는 100~1,000nm 정도일 수 있다. The
도 5 및 도 6을 참조하면, 투명전극((520, 620) 상에는 슈퍼스트레이트형 칼 코지나이드계 태양전지셀(530, 630)이 형성되며, N형반도체층(632)인 ZnO 박막과 P형반도체층(636)인 칼코지나이드계 화합물 박막이 접합된 구조를 취하고 있다. 투명전극((520, 620) 상에 N형 반도체층(632)이 형성되고, 그 상부에 P형반도체층(636)이 형성된다. 또한 N형반도체층(632)과 P형반도체층(636) 사이에는 제1버퍼층(634)이 형성되면 효율향상에 기여할 수 있지만, 반드시 필요한 것은 아니다. Referring to FIGS. 5 and 6, the super-straight type Carl Cogenide-based
N형반도체층(632)는 ZnO일 수 있으나 In, Ga 등을 포함하는 ZnO를 사용할 수도 있다. 이러한 N형반도체층(632)은 스퍼트방식으로 박막을 형성시키거나, ZnO 나노입자를 이용하여 인쇄공정과 같은 습식방식으로 박막을 형성할 수 있으며, 10~500 nm의 두께일 수 있다. The N-
P형반도체용 칼코지나이드계 화합물로는 외부로부터 유입된 태양광을 흡수하는 역할을 하며, CuInS2(CIS), CuGaS2(CGS), CuInSe2(CISe), CuGaSe2(CGSe), CuAlSe2(CASe), CuInTe2(CITe), CuGaTe2(CGTe), Cu(In, Ga)S2(CIGS), Cu(In, Ga)Se2(CIGSe), Cu2ZnSnS4(CZTS), CdTe 등을 예로들 수 있다. 이중에서 가장 대표적인 CIGSe 박막의 경우 4개의 금속원소(Cu, In, Ga, Se)를 출발원소로 사용하는 동시증발법을 사용하여 증착될 수도 있고, 이들 금속원소 혹은 화합물을 스퍼터링 및 Selenization 시켜 박막을 형성할 수도 있다. 또한 상기와 같이 진공장비를 사용하지 않고 칼코지나이드 화합물이나 전구체 나노입자를 제조한 후 이를 이용하여 인쇄공정과 같은 습식방식으로도 박막의 형성이 가능하다. 이러한 P형반도체층(636)의 두께는 0.5~10 μm 정도일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. As a chalcogenide compound for P-type semiconductors, it absorbs sunlight from the outside, and CuInS 2 (CIS), CuGaS 2 (CGS), CuInSe 2 (CISe), CuGaSe 2 (CGSe), CuAlSe 2 (CASe), CuInTe 2 (CITe), CuGaTe 2 (CGTe), Cu (In, Ga) S 2 (CIGS), Cu (In, Ga) Se 2 (CIGSe), Cu 2 ZnSnS 4 (CZTS), CdTe, etc. For example. Among them, the most representative CIGSe thin film may be deposited using a co-evaporation method using four metal elements (Cu, In, Ga, Se) as a starting element, and sputtering and selenization of these metal elements or compounds to form a thin film. It may be formed. In addition, a thin film may be formed by using a wet method such as a printing process after preparing chalcogenide compounds or precursor nanoparticles without using a vacuum device as described above. The thickness of the P-
N형 반도체층(632)인 ZnO박막과 P형 반도체층(636)인 CIGSe 박막 사이의 에너지 갭이 크고 격자상수 차이가 크므로 그 사이에 제1버퍼층(634)을 형성하기도 하며, 에너지갭과 격자상수 차이를 완화시켜 보다 양호한 PN접합이 이루어져 효율향상에 도움을 준다. 이러한 제1버퍼층용 재료로는 황화카드뮴(CdS)이 이용될 수 있으나 중금속인 Cd을 사용하지 않는 ZnS, MnS, Zn(O,S), ZnSe, (Zn,In)Se, In(OH,S), In2S2 등이 이용될 수 있다. 제1버퍼층(634)을 형성하기 위한 방법으로는 화학욕증착(chemical bath deposition) 방식이나 ILGAR(ion layer gas reaction) 방식 혹은 진공하에서 증착시키는 방법이 이용될 수 있으며, 10~500 nm 두께일 수 있다. 이러한 제1버퍼층(634)은 효율향상 측면에서 도움을 주지만 태양전지가 작동하는데 있어서 반드시 필요한 것은 아니다. Since the energy gap between the ZnO
도 5 및 도 6을 참조하면, 탠덤형 태양전지를 구현하기 위해서는 상하부 태양전지를 연결하는 연결전극(538, 638)의 역할이 아주 중요하다. 연결전극(538, 638)은 인버트형 유기계태양전지셀(540, 640)로부터 전자를 받아서 슈퍼스트레이트형 칼코지나이드계태양전지셀(530, 630)로 전자를 전달해 주는 역할을 한다. 이러한 연결전극(538, 638)은 입사된 광이 슈퍼스트레이트형 칼코지나이드계태양전지셀(630)을 통과하여 인버트형 유기계태양전지셀(640)까지 도달하기 위해서는 투명성도 우수하여야 한다. 5 and 6, in order to implement a tandem solar cell, the role of the
슈퍼스트레이트형 칼코지나이드계태양전지셀(630), 구체적으로 P형반도체 층(636) 상에 형성되는 연결전극용 소재로는 In2O3, ITO(indium-tin oxide), IGZO(indium-gallium-zinc oxide), ZnO, AZO(Aluminium-zinc oxide; ZnO:Al), SnO2, FTO(Fluorine-doped tin oxide; SnO2:F), ATO(Aluminium-tin oxide; SnO2:Al) 등과 같이 인듐(In), 틴(Sn), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 알루미늄(Al)과 같은 금속의 단독 혹은 복합산화물, 또한 이들의 나노입자 및 금속나노입자가 사용될 수 있고 두께는 5~400 nm 정도일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 보다 구체적으로 살펴보면 ITO, IGZO, AZO, FTO, ATO 등과 같은 소재를 이용하여 진공증착(스퍼트방식, 열증착, CVD방식 등)방식으로 슈퍼스트레이트형 칼코지나이드계태양전지셀(630) 상에 박막을 형성시킬 수 있으며, ITO, IGZO, AZO, FTO, ATO 등의 나노입자, Au 나노입자, Ni 나노입자, Ag 나노입자 등을 이용하여 인쇄공정과 같은 습식방식으로도 형성할 수 있다. 물론 금속전극을 진공방식으로 아주 얇게(수~수십 nm) 형성시키면 광이 투과될 수 있으므로 연결전극(538, 638)으로 이용될 수도 있다. The super-straight type chalcogenide-based
또한, 연결전극(538, 638)은 위에서 설명한 소재가 복수로 적용되어 다층구조를 취할 수도 있다. 즉 인버트형 유기계태양전지셀(640)로부터 슈퍼스트레이트형 칼코지나이드계 태양전지셀(630)로의 전자전달을 보다 원활하게 하기 위하여 2층구조 및 3층구조 등과 같이 적층구조일 수도 있다. In addition, the
도 5 및 도 6을 참조하면, 연결전극(538, 638) 상에는 인버트형 유기계태양전지셀(540, 640)이 형성되어 있다. 인버트형 유기계태양전지셀(540, 640)은 도 6 에 도시한 바와 같이 연결전극개질층(642), 광활성층(644), 제2버퍼층(646)을 포함한다. 5 and 6, inverted organic
연결전극개질층(642)은 연결전극(538, 638)의 특성을 개질하는 역할을 한다. 즉 연결전극(538, 638)이 p-type의 반도체 특성을 나타내는 경우, n-type의 반도체특성을 갖는 연결전극개질층(642)을 형성시킴으로서 연결전극(538, 638)의 특성을 변경시키는 역할을 한다. 만약 p-type의 연결전극에 곧바로 광활성층(644)이 형성된다면, 오믹접합이 이루어지지 않아서 태양전지의 기능이 현저히 떨어지는 문제가 있다. 따라서 p-type 반도체 특성인 연결전극(538, 638)과 광활성층(644) 사이에 n-type 반도체 특성의 연결전극개질층(642)을 형성시킴으로서 오믹접촉이 가능하여 원활한 전자흐름을 유도하게 된다. 물론 연결전극(538, 638)이 그 자체로서 n-type의 특성을 나타내는 반도체인 경우는 연결전극개질층(642)의 형성이 필요없다. The connection
이러한 연결전극개질층용 소재로는 투명하면서 연결전극(538, 638)을 n-type 특성이 되도록 개질시키는 물질이면 모두 사용이 가능하며, 대표적인 예로서 TiOx(1<x<2) 졸(나노입자), ZnO 나노입자, titanium(diisoproxide)bis(2,4-pentadionate), tetrakis(dimethylamino)ethylene, poly(ethylene oxide), self assembly monolayer(hexadecanthiol, 1H,1H,2H,2H-perfluoro decanethiol), n-type 나노박막, n-type 나노입자 등일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 이들 소재를 이용하여 연결전극(538, 638) 상에 진공증착 혹은 습식코팅 처리를 해 줌으로서 연결전극개질층(642)이 형성될 수 있다. As the material for the connection electrode reforming layer, any material that is transparent and modifies the
광활성층(644)은 다양한 형태로 구현이 가능한데, (1) 전자수용체(A) 물질과 정공수용체(D) 물질의 혼합박막[(A+D) blend]층의 1층구조를 취할 수도 있으며, (2) 전자수용체(A) 물질과 정공수용체(D) 물질이 각각 적층된 형태(A/D)의 2층구조를 취할 수도 있으며, (3) 경우에 따라서는 전자수용체(A)와 정공수용체(D)층 사이에 상기 혼합박막이 끼어 있는 3층구조[A/(A+D)/D]를 취할 수도 있다.The
정공수용체(D) 물질로는 copper phthalocyanine (CuPc)과 같은 프탈로 시아닌계 안료, 인디고, 티오인디고계 안료, 멜로시아닌 화합물, 시아닌 화합물 등의 화합물과 폴리파라페닐렌비닐렌(poly-ρ-phenylenevinylene) 등과 같은 페닐렌비닐렌계 고분자 유도체, 폴리티오펜(polythiophene), poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b1]dithiophene)-alt-4,7- (2,1,3-benzothiadiadiazole)](PCPDTBT), poly(3-hexylthiophene)(P3HT) 등과 같은 thiophene계 고분자 유도체 등을 포함하는 전도성 고분자를 이용할 수 있다.As the hole acceptor (D) material, compounds such as phthalocyanine pigments such as copper phthalocyanine (CuPc), indigo, thioindigo pigments, melocyanine compounds, and cyanine compounds, and polyparaphenylene vinylene (poly- ρ- ) phenylenevinylene-based polymer derivatives such as phenylenevinylene), polythiophene, poly [2,6- (4,4-bis- (2-ethylhexyl) -4H-cyclopenta [2,1-b; 3,4 -b1] dithiophene) -alt-4,7- (2,1,3-benzothiadiadiazole)] (PCPDTBT), a conductive polymer including a thiophene-based polymer derivative such as poly (3-hexylthiophene) (P3HT), etc. can be used. have.
전자수용체(A)는 풀러렌(fullerene; C60), [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ether(PCBM), [6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ether(PC70BM)와 같은 풀러렌 유도체, perylene과 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole(PTCBI)와 같은 페리렌 유도체, CdS, CdSe, 또는 ZnSe와 같은 반도체 나노입자 등이 사용될 수 있다.The electron acceptor (A) is fullerene (C 60 ), [6,6] -phenyl-C 61 -butyric acid methyl ether (PCBM), [6,6] -phenyl-C 71 -butyric acid methyl ether (PC Fullerene derivatives such as 70 BM), perylene derivatives such as perylene and 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole (PTCBI), semiconductor nanoparticles such as CdS, CdSe, or ZnSe.
제2버퍼층(646)은 광활성층(644) 상부 및 금속전극(550, 650) 하부에 형성되며, 금속전극(550, 650)과 광활성층(644) 사이의 계면에너지를 제어하여 전자의 원활한 흐름을 유도하지만, 태양전지가 작동하는데 반드시 필요한 것은 아니다. 제2 버퍼층용 소재로는 프탈로 시아닌 유도체, 나프탈로시아닌 유도체, 방향족 아민 화합물, 폴리에틸렌디옥시티오펜(PEDOT:PSS), 폴리아닐린(Polyaniline)과 같은 전도성고분자 등이 이용될 수 있다. 이러한 유기계태양전지 셀을 구성하는 정공수용체, 전자수용체 및 제2버퍼층용 소재의 경우는 용액상태로 제조되어 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법, 스크린 인쇄법, 바(bar) 코팅법, 닥터블레이드 코팅법 등이 적용될 수 있으며, 진공 하에서 열증착에 의해 형성될 수도 있다. 정공수용체, 전자수용체, 제2버퍼층의 두께는 5~300 nm 정도일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. The
도 5 및 도 6을 참조하면, 제2버퍼층(646) 상에 형성되는 금속전극(550, 650)은 정공을 수집하는 역할(즉, 전자를 제2버퍼층(646)에 전달하는 역할)을 수행하며, 높은 전기전도도와 제2버퍼층(646) 혹은 광활성층(644)과 오믹 접합이 가능하고, 안정성이 우수한 은(Ag), 백금(Pt), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브데늄(Mo), 금(Au), 니켈(Ni) 등과 같은 금속전극(550, 650)이 양호하며, 두께는 약 0.1~5 μm 정도일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 이러한 금속전극(550, 650)은 DC 스퍼터링방식, 열증착 또는 이와 달리 화학적 증착법(CVD), 원자층 증착(ALD), 전기도금 및 각종 프린팅기술과 같은 습식방식 등에 의해 형성될 수 있다. 5 and 6, the
이상 도면을 참조하여 실시예들을 설명하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Embodiments have been described above with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
위에서 설명한 탠덤형 태양전지(500, 600)는 추가적으로 상기 투명전극 상부(혹은 하부)에 그리드전극이 형성될 수도 있다. 그리드전극은 주로 금속 접촉층 으로 이루어지고 전자빔 시스템 또는 다른 방법을 통하여 형성시킬 수 있으며, 주로 Ni, Al, Ag 등이 이용될 수 있다. In the tandem
또한, 투명기판 내부 혹은 외부에 반사방지층이 추가적으로 형성될 수도 있다. 태양전지에 입사되는 태양광의 반사 손실을 줄여 효율을 더욱 더 증가시키는 기능을 하는 반사방지층은 일반적으로 MgF2, 실리콘나이트라이드(SiNx) 등이 사용되는데 전자빔 증발법, 화학적증착법(CVD) 등에 의하여 두께가 600~1000 Å 정도로 형성하여 사용될 수 있다.In addition, an antireflection layer may be additionally formed inside or outside the transparent substrate. Anti-reflective layer that functions to reduce the reflection loss of sunlight incident on the solar cell to further increase efficiency is generally used MgF 2 , silicon nitride (SiNx), etc., the thickness of the electron beam evaporation, chemical vapor deposition (CVD), etc. It can be used to form about 600 ~ 1000Å.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In addition, the terms "comprise", "comprise" or "having" described above mean that the corresponding component may be included, unless otherwise stated, and thus excludes other components. It should be construed that it may further include other components instead. All terms, including technical and scientific terms, have the same meanings as commonly understood by one of ordinary skill in the art unless otherwise defined. Terms commonly used, such as terms defined in a dictionary, should be interpreted to coincide with the contextual meaning of the related art, and shall not be construed in an ideal or excessively formal sense unless explicitly defined in the present invention.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따 라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
도1은 유기태양전지의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an organic solar cell.
도2는 일실시예에 따른 인버트형 유기태양전지의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of an inverted organic solar cell according to one embodiment.
도3은 다른 실시예에 따른 서브스트레이트형 칼코지나이드계 태양전지의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a substrate type chalcogenide-based solar cell according to another embodiment.
도4는 또다른 실시예에 따른 슈퍼스트레이트형 칼코지나이드계태양전지의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a super straight chalcogenide-based solar cell according to another embodiment.
도5 및 도6은 또다른 실시예에 따른 탠덤형 태양전지의 단면도이다.5 and 6 are cross-sectional views of a tandem solar cell according to another embodiment.
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090093717A KR101077833B1 (en) | 2009-10-01 | 2009-10-01 | Tandem Solar Cell and Method of Manufacturing the Same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090093717A KR101077833B1 (en) | 2009-10-01 | 2009-10-01 | Tandem Solar Cell and Method of Manufacturing the Same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20110036185A true KR20110036185A (en) | 2011-04-07 |
KR101077833B1 KR101077833B1 (en) | 2011-10-31 |
Family
ID=44044179
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020090093717A KR101077833B1 (en) | 2009-10-01 | 2009-10-01 | Tandem Solar Cell and Method of Manufacturing the Same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101077833B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101403285B1 (en) * | 2012-06-27 | 2014-06-03 | 주식회사 포스코 | Solar cell substrate having execellent efficiency and method for manufacturing thereof |
US9660207B2 (en) | 2012-07-25 | 2017-05-23 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Organic solar cell |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006013098A (en) | 2004-06-25 | 2006-01-12 | Bridgestone Corp | Manufacturing method of solar cell |
JP2008244258A (en) | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Kyocera Corp | Photoelectric conversion device and photovoltaic generator |
JP2008277422A (en) | 2007-04-26 | 2008-11-13 | Kyocera Corp | Laminated photoelectric converter |
-
2009
- 2009-10-01 KR KR1020090093717A patent/KR101077833B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101403285B1 (en) * | 2012-06-27 | 2014-06-03 | 주식회사 포스코 | Solar cell substrate having execellent efficiency and method for manufacturing thereof |
US9660207B2 (en) | 2012-07-25 | 2017-05-23 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Organic solar cell |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101077833B1 (en) | 2011-10-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kim et al. | Photovoltaic technologies for flexible solar cells: beyond silicon | |
Graetzel et al. | Materials interface engineering for solution-processed photovoltaics | |
AU2011264675B2 (en) | Photovoltaic devices with multiple junctions separated by a graded recombination layer | |
Ghosekar et al. | Review on performance analysis of P3HT: PCBM-based bulk heterojunction organic solar cells | |
JP5775886B2 (en) | Method for producing nanostructured inorganic-organic heterojunction solar cell | |
CN112204764A (en) | MXene improved mixed photoelectric converter | |
Li | Nanomaterials for sustainable energy | |
Kim et al. | Hybrid tandem quantum dot/organic solar cells with enhanced photocurrent and efficiency via ink and interlayer engineering | |
KR101462866B1 (en) | Solar cell and method of manufacturing the solar cell | |
CN110600614B (en) | Tunneling junction structure of perovskite/perovskite two-end laminated solar cell | |
CN105594006A (en) | A photovoltaic device | |
JP2013526003A (en) | All-solid heterojunction solar cell | |
US10229952B2 (en) | Photovoltaic cell and a method of forming a photovoltaic cell | |
US8742253B1 (en) | Device configurations for CIS based solar cells | |
Morgera et al. | Frontiers of photovoltaic technology: A review | |
US20110000542A1 (en) | Hybrid photovoltaic modules | |
KR101080895B1 (en) | Organic Solar Cells and Method of Manufacturing the Same | |
Kodati et al. | A review of solar cell fundamentals and technologies | |
KR102012228B1 (en) | Quantum Dot Solar Cell and the Fabrication Method Thereof | |
KR101077833B1 (en) | Tandem Solar Cell and Method of Manufacturing the Same | |
Muchahary et al. | A Brief on Emerging Materials and Its Photovoltaic Application | |
CN102280586A (en) | Polymer solar cell with reverse structure and preparation method thereof | |
KR101064196B1 (en) | Inverted Organic Solar Cells Containing Chalcogenide Compounds and Method of Manufacturing the Same | |
KR101076724B1 (en) | Organic-Inorganic Hybrid Type Tandem Solar Cell and Method of Fabricating the Same | |
Motoyoshi et al. | Fabrication and characterization of copper system compound semiconductor solar cells |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20141008 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20151012 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160928 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |