KR20110064282A - 박막 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 박막 태양전지는 투명기판상에 형성된 p형 전면전극; 상기 전면전극 상에 형성 되고, p형 반도체층, i 진성반도체층, n형 반도체층으로 구성된 반도체층; 상기 반도체층 상에 형성된 후면반사층; 및 상기 후면반사층 상에 형성된 후면전극;을 포함하여 구성되며, 본 발명에 따른 박막 태양전지 제조방법은, 투명기판상에 p형 전면전극을 형성하는 단계; 상기 전면전극 상에 p형 반도체층, i 진성반도체층, n형 반도체층으로 구성된 반도체층을 형성하는 단계; 상기 반도체층 상에 후면반사층을 형성하는 단계; 및 상기 후면반사층 상에 후면전극을 형성하는 단계;를 포함하여 구성된다.
전면전극, 반도체층, 후면반사층, 쇼트키장벽, 후면전극
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 n 형 투명전극층과 p형 실리콘층이 접합하는 부분에서 형성되는 쇼트키 장벽(shottkey barrier)에 의한 효율 저하를 방지할 수 있는 박막 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 태양전지는 태양광을 직접 전기로 변화시키는 태양광 발전의 핵심 소자로 현재 우주에서부터 가정에 이르기까지 그 응용 범위가 매우 넓다.
이러한 태양전지는 기본적으로 pn 접합으로 구성된 다이오드로서 그 동작원리를 설명하면 다음과 같다.
태양전지의 pn 접합에 반도체의 에너지 밴드 갭보다 큰 에너지를 가진 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 이들 전자-전공이 pn 접합부에 형성된 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동함에 따라 pn간에 광기전력이 발생하게 되는데, 이때 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산하게 된다.
태양전지는 광 흡수층으로 사용되는 물질에 따라 다양하게 구분되는데, 광 흡수층으로 실리콘을 이용하는 실리콘계 태양전지가 대표적이다.
실리콘계 태양전지는 기판형[단결정(single crystal), 다결정(poly crystal)] 태양전지와, 박막형[비정질(amorphous), 다결정(poly crystal)] 태양전지로 구분된다.
이외에도 태양전지의 종류에는 CdTe나 CIS(CuInSe2)의 화합물 박막 태양 전지, Ⅲ-Ⅴ족 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기 태양전지 등을 들 수 있다.
단결정 실리콘 기판형 태양전지는 다른 종류의 태양전지에 비해서 변환 효율이 월등히 높다는 장점이 있긴 하지만 단결정 실리콘 웨이퍼를 사용함에 따라 제조단가가 높다는 치명적인 단점이 있다.
다결정 실리콘 기판형 태양전지 역시 단결정 실리콘 기판형 태양전지보다는 제조 단가가 저렴할 수 있지만, 벌크 상태의 원재료로부터 태양전지를 만드는 점은 단결정 실리콘 기판형 태양전지와 다를 바 없기 때문에, 원재료비가 비싸고 공정 자체가 복잡하여 제조단가 절감에 한계가 있을 수 밖에 없다.
이와 같은 기판형 태양전지의 문제점을 해결하기 위한 방안으로 유리와 같은 기판위에 광흡수층인 실리콘을 박막 형태로 증착하여 사용함으로써 제조 단가를 획기적으로 낮출 수 있는 박막형 실리콘 태양전지가 주목을 받고 있다.
박막형 실리콘 태양전지는 기판형 실리콘 태양전지의 두께보다 매우 작은 두께만으로도 태양전지의 제조가 가능하다.
박막형 실리콘 태양전지 중 가장 처음 개발되고 현재 주택용 등에 보급되기 시작한 것이 비정질 실리콘 박막형 태양전지이다. 비정질 실리콘 태양전지는 비정질 실리콘을 화학 기상 증착(chemical vapor deposition)법에 의해 형성할 수 있어서 대량 생산에 적합하고 제조 단가가 저렴한 대신에 비정질 실리콘 내에 다량으로 존재하는 실리콘 원자의 댕글링 본드(dangling bond) 때문에 변환효율이 기판형 실리콘 태양전지에 비해 너무 낮다는 문제점이 있다.
또한, 상기 비정질 실리콘 태양전지는 수명이 비교적 짧고 사용함에 있어 효율이 감소하는 열화 현상이 나타나는 문제점이 있다.
이러한 비정질 실리콘 태양전지의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것이 광학적 밴드갭이 서로 다른 복수 개의 셀을 2단 내지 3단 적층시킨 다중 구조, 이른바 텐덤(Tandem) 구조의 태양전지이다. 텐덤 구조의 실리콘 태양전지는 폭 넓은 광 스펙트럼 영역을 분할하여 수광 함으로써 광전 변환 효율이 향상되고 광 열화 현상에 기인한 광전 변환 특성의 저하를 어느 정도 방지할 수 있다.
이러한 특성을 갖는 2단 또는 3단 적층시킨 템덤 구조의 박막 태양전지 제작시에 하부층으로 사용되는 투명전도막의 재료로는 주로 산화아연(ZnO)에 n 형으로 만들 수 있는 물질을 도핑하여 전기전도도를 최대한 높이면서, 빛이 흡수층으로 최대한 입사될 수 있도록 투과도가 높은 물질을 이용하는 기술이 제안되었다.
이러한 산화아연(ZnO)을 투명전도막으로 사용한 종래기술에 따른 박막 태양전지 및 그 제조방법에 대해 도 1 및 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술에 따른 산화아연(ZnO)을 투명전도막으로 사용한 박막 태양전지 구조의 개략적인 단면도이다.
도 2는 종래기술에 따른 산화아연으로 구성된 투명도전막(TCO)과 p형 실리콘층 간 계면에서의 에너지 밴드 다이어그램을 개략적으로 도시한 그래프이다.
종래기술에 따른 박막 태양전지는, 도 1에 도시된 바와 같이, 투명기판(11)상에 형성된 전면전극(13)과, 상기 전면전극(13) 상에 형성되고 비정질 실리콘 (a-Si:H)으로 이루어지는 반도체층(15)과, 상기 반도체층(15) 상에 적층된 후면전극(19)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 전면전극(13)은 투명기판(11) 쪽에서 입사되는 태양광의 투과를 위하여 투명 전도성 산화물(TCO; Transparent Conductive Oxide) 박막으로 형성된다. 이때, 상기 투명 전도성 산화물 박막용으로는 n 형 물질인 산화아연(ZnO)이 주로 사용된다.
또한, 상기 반도체층(15)은 상기 전면전극(13)에서부터 p형 반도체층(15p), 진성(intrinsic) 반도체층(15i), n형 반도체층(15n)이 순차적으로 적층되어 p-i-n 접합면을 구성한다. 여기서, 상기 진성 반도체층(15i)은 박막 태양전지의 효율을 높이는 광흡수층의 역할을 하며, 활성층으로 불리기도 한다.
그리고, 상기 후면전극(17)은 상기 전면전극(13)과 마찬가지로 투명 전도성 산화물(TCO) 박막을 증착하여 형성한다.
이와 같은 구조를 가지는 종래기술에 따른 박막 태양전지에서는, 전면전극인 투명 전도성 산화물 박막으로 사용하던 산화아연(ZnO)은 전도도를 높이기 위해 알루미늄(Al) 이나 게르마늄(Ga)을 도핑하여 사용하며, 전기적 물성은 n 형을 띤다.
따라서, 종래기술에 따른 박막 태양전지는, 도 2에서와 같이, 투명 전도성 산화물 박막으로 n형 산화아연(ZnO)을 사용함으로써 반도체층(15)의 p형 반도체층 (15p)과의 접촉면에서 높은 쇼트키 장벽(schottkey barrier)에 의해 에너지 밴드 갭의 구부러짐(bending)이 심하게 발생한다.
이로 인해, p형 반도체층(15p)에서 투명 전도성 산화물(TCO) 박막인 전면전극(13)으로 정공(hole) 이동시에 장벽의 높이가 높아지게 됨에 따라 정공(hole)의 수집률이 낮아지는 문제점이 발생한다.
따라서, 이러한 문제점으로 인해 n형 산화아연(ZnO) 물질로 구성된 전면전극과 p형 반도체층이 접촉함으로써 내부의 저항을 증가시켜 광 효율 저하의 원인이 된다.
이에, 본 발명은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 n 형 전면전극을 p형 전면전극으로 변경하여 p형 반도체층과 접합하는 부분에서 형성되는 쇼트키 장벽(shottkey barrier) 높이를 낮춰 줌으로써 쇼트키 장벽에 의한 효율 저하를 방지할 수 있는 박막 태양전지 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막 태양전지는 투명기판상에 형성된 p형 전면전극; 상기 전면전극 상에 형성되고, p형 반도체층, i 진성반도체층, n형 반도체층으로 구성된 반도체층; 상기 반도체층 상에 형성된 후면반사층; 및 상기 후면반사층 상에 형성된 후면전극;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막 태양전지 제조방법은, 투명기판상에 p형 전면전극을 형성하는 단계; 상기 전면전극 상에 p형 반도체층, i 진성반도체층, n형 반도체층으로 구성된 반도체층을 형성하는 단계; 상기 반도체층 상에 후면반사층을 형성하는 단계; 및 상기 후면반사층 상에 후면전극을 형성하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 박막 태양전지 및 그 제조방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 박막 태양전지 및 그 제조방법은, 구리(Cu)가 도핑된 투명한 p형 산화아연(ZnO)을 전면전극으로 사용함으로써 p형 반도체층과의 쇼트키 장벽 (schottkey barrier)에 의해 에너지 밴드 갭의 구부러짐(bending)을 감소시킴으로써 정공(hole)의 수집률이 향상되어 광전 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 박막 태양전지 및 그 제조방법은, 구리(Cu)가 도핑된 투명한 p형 산화아연(ZnO)을 전면전극으로 사용함으로써 광전 효율이 증가되기 때문에 LED 또는 이동도 (moblity)를 높인 박막트랜지스터(TFT) 소자에도 적용이 가능하다.
그리고, 본 발명에 따른 박막 태양전지 및 그 제조방법은 산화아연으로 구성된 후면 반사층(back-reflector)을 n형 반도체층 상부에 증착하여 사용함으로써 배면 반사에 의해 효율 증가를 도모할 수도 있다.
이하. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막 태양전지 구조에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 p형 산화아연(ZnO)을 투명 전도성 산화물 박막 (TCO)으로 사용한 박막 태양전지 구조의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 p형 산화아연으로 구성된 투명 전도성 산화물 박막 (TCO)과 p형 반도체층 간 계면에서의 에너지 밴드 다이어그램을 개략적으로 도시한 그래프이다.
본 발명에 따른 박막 태양전지는, 도 3에 도시된 바와 같이, 투명기판(11) 상에 형성된 전면전극(103)과, 상기 전면전극(103) 상에 형성되고 비정질 실리콘 (a-Si:H)으로 이루어지는 반도체층(105)과, 상기 반도체층(105) 상에 적층된 후면 반사층(107)과 후면전극(109)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 전면전극(103)은 투명기판(101) 쪽에서 입사되는 태양광의 투과를 위하여 투명 전도성 산화물(TCO; Transparent Conductive Oxide) 박막으로 형성된다. 이때, 상기 투명 전도성 산화물 박막용으로는 구리(Cu)가 도핑된 p 형 산화아연(ZnO)이 사용되거나, 그 이외에 구리(Cu)가 도핑된 ZnO:B, ZnO:Al, SnO2:F, ITO 등의 투명 전도성 산화물(TCO; Transparent Conductive Oxide) 박막으로 형성되며, 약 700 nm 내지 2000 nm 의 두께로 형성된다. 특히, 상기 투명 전도성 산화물 박막용으로는 p형 산화아연 (ZnO) 이외에 p형 특성을 가지는 투명 전도성 산화물 재질이면 어떤 재질이라도 사용이 가능하다. 이때, 상기 전면전극(103)은 1∼5% 의 구리(Cu) 도펀트를 함유한 p형 산화아연(ZnO)으로 구성된다.
한편, 상기 전면전극(103) 표면에는 다수의 뾰족한 형태의 요철(103a)이 형성된다. 이때, 상기 투명기판(101) 표면은 태양전지의 효율을 향상시키기 위하여 텍스처링(texturing) 처리할 수 있다. 여기서, 텍스처링이란 태양전지의 기판 표면에 입사되는 빛의 반사에 의한 광학적 손실에 의해 그 특성이 저하되는 현상을 방지하기 위한 것으로서, 태양전지에서 사용되는 기판의 표면을 거칠게 만드는 것, 즉 투명기판(101) 표면에 요철(103a) 형상의 패턴을 형성하는 것을 말한다. 텍스처 링으로 투명기판 표면이 거칠어지면 한번 반사된 빛이 재반사되어 입사된 빛의 반사율을 감소시키므로써 광 포획량이 증가되어 광학적 손실이 저감되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 반도체층(105)은 상기 전면전극(103)에서부터 p형 반도체층 (105p), 진성(intrinsic) 반도체층(105i), n형 반도체층(105n)이 순차적으로 적층되어 p-i-n 접합면을 구성한다. 여기서, 상기 진성 반도체층(105i)은 박막 태양전지의 효율을 높이는 광흡수층의 역할을 하며, 활성층으로 불리기도 한다.
이때, 태양전지에서 태양광은 p형 반도체층을 통하여 i형 반도체층에 입사되도록 하는 것이 태양전지의 효율 측면에세 바람직하다. 이는 태양광에 의해 생성된 전자와 정공의 표동 이동도(drift mobility) 차이를 고려한 것으로서, 정공의 표동 이동도가 전자에 비해 낮기 때문에 태양광에 의한 캐리어의 수집 효율을 극대화하기 위해서는 대부분의 캐리어들이 p형 반도체층/i형 반도체층 계면에서 생성하도록 하여 정공의 이동 거리를 최소화하여야 하기 때문이다.
또한, 본 발명에서 p형 반도체층과 n형 반도체층 사이에 도핑이 전혀 되지 않은 i형 반도체층이 배치되는 것으로 되어 있지만 반드시 이에 한정할 필요는 없으며 p형 반도체층과 n형 반도체층에 비하여 상대적으로 절연성인 (즉, 전기전도도가 낮은) 비정질 실리콘층이 배치되는 것도 무방하다. 예를들어, p형 반도체층과 n형 반도체층을 하이(high) 도핑시키고 그 사이에 n형 또는 p형 불순물이 로우(low) 도핑된 반도체층을 배치하는 것도 가능하다.
그리고, 상기 n형 후면반사층(107)은 n형 산화아연(ZnO)으로 구성되며, 배면 반사에 의해 효율 증가를 도포하는 역할을 한다. 이때, 상기 n형 후면반사층(107)은 n형 산화아연(ZnO) 이외에 ZnO:B, ZnO:Al, SnO2:F, ITO 등의 투명 전도성 산화물(TCO; Transparent Conductive Oxide) 박막으로 형성되며, 약 700 nm 내지 2000 nm 의 두께로 형성된다.
또한, 상기 후면전극(109)은 상기 전면전극(103)과 마찬가지로 투명 전도성 산화물(TCO) 박막이나 금속물질을 증착하여 형성한다.
상기에서와 같이, n형 산화아연(ZnO)에 구리(Cu)를 도핑하여 투명한 p형 전면전극(103)으로 형성하여 줌으로써, 도 4에서와 같이, n형 전면전극(103)과 p형 반도체층(105p)의 계면에서의 쇼트키 장벽(schottkey barrier)의 높이가 감소, 즉 에너지 밴드 갭의 구부러짐(bending)이 감소하여 정공(hole)의 수집률이 향상되어 광전 효율을 증가시키게 된다.
또한, 구리(Cu)가 도핑된 p형 산화아연(ZnO)을 전면전극(103)으로 사용함으로써 광전 효율이 증가되기 때문에 LED 또는 이동도 (moblity)를 높인 박막트랜지스터 (TFT) 소자에도 적용이 가능하게 된다.
그리고, n형 산화아연으로 구성된 후면 반사층(back-reflector)(107)을 n형 반도체층(105n) 상부에 증착하여 사용함으로써 배면 반사에 의해 효율을 증가시키게 된다.
한편, 상기 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 박막 태양전지 제조방법에 대해 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 박막 태양전지의 제조 공정단면도이다.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 투명기판(101)상에 투명기판(101) 쪽에서 입사되는 태양광의 투과를 위하여 투명 전도성 산화물(TCO; Transparent Conductive Oxide) 재질로 p형 전면전극(103)을 형성한다. 이때, 상기 투명 전도성 산화물 재질로는 구리(Cu)가 도핑된 p 형 산화아연(ZnO)이 사용되거나, 그 이외에 구리(Cu)가 도핑된 ZnO:B, ZnO:Al, SnO2:F, ITO 등의 투명 전도성 산화물(TCO; Transparent Conductive Oxide) 박막으로 형성하며, 약 700 nm 내지 2000 nm 의 두께로 형성한다. 특히, 상기 투명 전도성 산화물 재질로는 p형 산화아연 (ZnO) 이외에 p형 특성을 가지는 투명 전도성 산화물 재질이면 어떤 재질이라도 사용이 가능하다. 이때, 상기 전면전극(103)은 1∼5% 의 구리(Cu) 도펀트를 함유한 p형 산화아연(ZnO)으로 구성한다. 이때, 상기 전면전극(103)은 이때, 상기 전면전극(103)은 화학기상증착법(CVD; chemical vapor deposition) 또는 스퍼터링 (sputtering)과 같은 물리 증기 증착법(PVD; physical vapor disposition)으로 증착한다.
그다음, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 전면전극(103) 표면에는 다수의 뾰족한 형태의 요철(103a)을 형성한다. 이때, 상기 투명기판(101) 표면은 태양전지의 효율을 향상시키기 위하여 텍스처링(texturing) 처리할 수 있다. 여기서, 텍스처링이란 태양전지의 기판 표면에 입사되는 빛의 반사에 의한 광학적 손실에 의해 그 특성이 저하되는 현상을 방지하기 위한 것으로서, 태양전지에서 사용되는 기판의 표면을 거칠게 만드는 것, 즉 투명기판(101) 표면에 요철(103a) 형상의 패턴을 형 성하는 것을 말한다. 텍스처링으로 투명기판 표면이 거칠어지면 한번 반사된 빛이 재반사되어 입사된 빛의 반사율을 감소시키므로써 광 포획량이 증가되어 광학적 손실이 저감되는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 상기 투명기판(101)상에 전면전극(103)을 형성하기 전에 반사방지층(미도시)을 형성할 수도 있다. 이때, 상기 반사방지층은 기판을 통하여 입사된 태양광이 실리콘층에 흡수되지 못하고 바로 외부로 반사됨으로써 태양전지의 효율을 저하시키는 현상을 방지하는 역할을 하며, 예를 들어 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화물(SiNx)을 포함할 수 있다. 이 반사 방지층의 형성방법으로는 저압화학 기상 증착법(low pressure chemical deposition; LPCVD) 및 PECVD 등을 포함할 수 있다.
이어서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 전면전극(103) 상에 반도체층(105)을 구성하는 p형 제1 반도체층(105p), i형 진성 반도체층(105i) 및, n형 반도체층 (105n) 중에서, p형 반도체층(105p)을 먼저 형성한다. 이때, 상기 p형 반도체층 (105p)에는 p형인 보론(Boron)이 도핑되어 있다. 또한, 상기 p형 반도체층(105p)은, 진공챔버(미도시) 내로 SiH4 가스와 보론 가스를 적절한 유량으로 조절하여 주입하여 증착한다. 이때, 상기 p형 반도체층(105p) 증착방법으로는, LPCVD법, PECVD법, 열선 화학기상증착(hot wire chemical vapor deposition) 법 등과 같은 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition; CVD) 등을 포함한다. 이때, 상기 p형 반도체층(105p)은 보론(Boron) 이온이 도핑된 p형 실리콘층으로서, 약 5 내지 20 nm 의 두께를 갖는다.
그 다음, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 p형 반도체층(105p) 상에 i형 진성 반도체층(105i) 및 n형 반도체층(105n)을 차례대로 형성한다. 이때, 상기 i형 진성 반도체층(105i) 및 n형 반도체층(105n) 증착방법으로는, 상기 p형 반도체층 (105p) 증착방법과 동일한 LPCVD법, PECVD법, 열선 화학기상증착(hot wire chemical vapor deposition) 법 등과 같은 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition; CVD) 등을 포함한다. 또한, 상기 n형 반도체층(105n)에는 n형 불순물인 인(phosphorus)을 도핑한다.
이때, 상기 반도체층(105)은 상기 전면전극(103)에서부터 p형 반도체층 (105p), 진성(intrinsic) 반도체층(105i), n형 반도체층(105n)이 순차적으로 적층되어 p-i-n 접합면을 구성한다. 여기서, 상기 진성 반도체층(105i)은 박막 태양전지의 효율을 높이는 광흡수층의 역할을 하며, 활성층으로 불리기도 한다.
이때, 태양전지에서 태양광은 p형 반도체층(105p)을 통하여 i형 반도체층(105i)에 입사되도록 하는 것이 태양전지의 효율 측면에세 바람직하다. 이는 태양광에 의해 생성된 전자와 정공의 표동 이동도(drift mobility) 차이를 고려한 것으로서, 정공의 표동 이동도가 전자에 비해 낮기 때문에 태양광에 의한 캐리어의 수집 효율을 극대화하기 위해서는 대부분의 캐리어들이 p형 반도체층/i형 반도체층 계면에서 생성하도록 하여 정공의 이동 거리를 최소화하여야 하기 때문이다.
또한, 본 발명에서 p형 반도체층과 n형 반도체층 사이에 도핑이 전혀 되지 않은 i형 반도체층이 배치되는 것으로 되어 있지만 반드시 이에 한정할 필요는 없으며 p형 반도체층과 n형 반도체층에 비하여 상대적으로 절연성인 (즉, 전기전도도가 낮은) 비정질 실리콘층이 배치되는 것도 무방하다. 예를들어, p형 반도체층과 n형 반도체층을 하이(high) 도핑시키고 그 사이에 n형 또는 p형 불순물이 로우(low) 도핑된 반도체층을 배치하는 것도 가능하다.
이어서, 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 전면전극(103) 재질과 동일한 산화아연을 이용하여 n형 후면반사층(107)을 증착한다. 이때, 상기 후면반사층(107)은 배면 반사에 의해 효율 증가를 도포하는 역할을 한다. 또한, 상기 n형 후면반사층 (107)은 n형 산화아연(ZnO) 이외에 ZnO:B, ZnO:Al, SnO2:F, ITO 등의 투명 전도성 산화물(TCO; Transparent Conductive Oxide) 재질로 형성하며, 약 700 nm 내지 2000 nm 의 두께로 형성한다.
그다음, 상기 후면반사층(107) 상에 금속물질을 증착하여 후면전극(109)을 증착한다. 이때, 이때, 상기 후면전극(109)의 재질로는 알루미늄 등과 같은 전도성 물질이면 바람직하며, 이의 형성방법은 열 증착법 또는 스퍼터링법 등과 같은 물리 기상 증착법 등을 사용한다.
상기에서와 같이, n형 산화아연(ZnO)에 구리(Cu)를 도핑하여 투명한 p형 전면전극(103)으로 형성하여 줌으로써, 도 4에서와 같이, p형 전면전극(103)과 p형 반도체층(105p) 간 계면에서의 쇼트키 장벽(schottkey barrier)의 높이가 감소, 즉 에너지 밴드 갭의 구부러짐(bending)이 감소하여 정공(hole)의 수집률이 향상되어 광전 효율을 증가시키게 된다.
또한, 구리(Cu)가 도핑된 산화아연(ZnO)을 이용하여 전면전극(103)을 p형으로 형성하여 줌으로써 p형 전면전극(103)과 p형 반도체층(105p) 간 계면에서의 쇼트키 장벽(schottkey barrier)의 높이가 감소하여 광전 효율이 증가되기 때문에 LED 또는 이동도 (moblity)를 높인 박막트랜지스터 (TFT) 소자에도 적용이 가능하게 된다.
한편, 본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였 으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형 예 및 변경 예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위내에 속하는 것으로 보아야 한다.
도 1은 종래기술에 따른 산화아연(ZnO)을 투명전도막으로 사용한 박막 태양전지 구조의 개략적인 단면도이다.
도 2는 종래기술에 따른 산화아연으로 구성된 투명도전막(TCO)과 p형 실리콘층 간 계면에서의 에너지 밴드 다이어그램을 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 p형 산화아연(ZnO)을 투명 전도성 산화물 박막 (TCO)으로 사용한 박막 태양전지 구조의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 p형 산화아연으로 구성된 투명 전도성 산화물 박막 (TCO)과 p형 반도체층 간 계면에서의 에너지 밴드 다이어그램을 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 박막 태양전지의 제조 공정단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *
101 : 투명기판 103 : 전면전극
103a : 요철 105 : 반도체층
105p : p형 반도체층 105i : i형 진성반도체층
105n : n형 반도체층 107 : 후면반사층
109 : 후면전극
Claims (11)
- 투명기판상에 형성된 p형 전면전극;상기 전면전극 상에 형성되고, p형 반도체층, i 진성반도체층, n형 반도체층으로 구성된 반도체층;상기 반도체층 상에 형성된 후면반사층; 및상기 후면반사층 상에 형성된 후면전극;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 p형 전면전극은 구리(Cu) 도펀트가 함유된 산화아연으로 구성된 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.
- 제2항에 있어서, 상기 p형 전면전극은 1∼5% 의 구리(Cu) 도펀트가 함유된 산화아연으로 구성된 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 전면전극은 p형 특성을 갖는 투명 전도성 산화물 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 전면전극 표면에 다수의 요철이 형성된 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.
- 투명기판상에 p형 전면전극을 형성하는 단계;상기 전면전극 상에 p형 반도체층, i 진성반도체층, n형 반도체층으로 구성된 반도체층을 형성하는 단계;상기 반도체층 상에 후면반사층을 형성하는 단계; 및상기 후면반사층 상에 후면전극을 형성하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 p형 전면전극은 구리(Cu) 도펀트가 함유된 산화아연으로 구성된 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조방법.
- 제7항에 있어서, 상기 p형 전면전극은 1∼5% 의 구리(Cu) 도펀트가 함유된 산화아연으로 구성된 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 전면전극은 p형 특성을 갖는 투명 전도성 산화물 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 전면전극 표면에 다수의 요철을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 전면전극은 화학기상증착법(CVD) 또는 스퍼터링방법 (PVD)으로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조방법.
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| KR102093567B1 (ko) * | 2018-11-15 | 2020-03-25 | 연세대학교 산학협력단 | 태양 전지 및 이의 제조 방법 |
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| JP2002270874A (ja) * | 2001-03-13 | 2002-09-20 | Sanyo Electric Co Ltd | 凹凸形状を有する透明導電膜の製造方法 |
| JP2006121011A (ja) * | 2004-10-25 | 2006-05-11 | Kaneka Corp | 透明電極層の加工方法およびそれを用いた薄膜光電変換装置 |
| KR20090024767A (ko) * | 2006-04-17 | 2009-03-09 | 아이엠알에이 아메리카, 인코포레이티드. | Ｐ형 반도체 산화아연막 제조 공정 및 투명 기판을 사용한 펄스 레이저 피착 방법 |
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