KR20110073090A - A method for manufacturing solar cells using silicon balls and the solar cells manufactured by the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 실리콘 구립체를 이용한 태양전지 제조방법 및 이에 의하여 제조된 태양전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복잡한 공정에 의하여 제조되는 값비싼 실리콘 기판에 기반하지 않고, 저비용으로 간단히 제조될 수 있는 실리콘 구립체를 이용하므로, 경제적이고, 더 나아가, 실리콘 구립체의 효율을 향상시킴과 동시에 실리콘 구립체의 기계적 안정성을 향상시킬 수 있으며, 또한, 실리콘 구립체의 후속 연마 공정 등을 생략할 수 있으므로, 미세한 크기의 구립체를 이용한 태양전지 제조가 가능한, 실리콘 구립체를 이용한 태양전지 제조방법 및 이에 의하여 제조된 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell using a silicon granule and a solar cell manufactured thereby, and more particularly, a silicon which can be easily manufactured at low cost without being based on an expensive silicon substrate manufactured by a complicated process. By using the granules, it is economical, and furthermore, it is possible to improve the efficiency of the silicon granules and at the same time improve the mechanical stability of the silicon granules, and also to omit the subsequent polishing process of the silicon granules, The present invention relates to a solar cell manufacturing method using a silicon particulate, and a solar cell manufactured thereby, which is capable of producing a solar cell using a fine particle.
미래 에너지원으로 태양전지가 큰 관심이 되고 있다. 많은 종류의 태양전지가 개발되고 있으나 현재 실리콘 태양전지(bulk silicon solar cells)가 상용 태양전지의 대부분을 차지하고 있다. 이러한 실리콘 태양전지는 지난 수 십년 동안 꾸준히 효율의 개선이 이루어져 왔고, 생산 단가를 낮추려는 노력도 계속되어 왔다. Solar cells are of great interest as future energy sources. Although many kinds of solar cells are being developed, bulk silicon solar cells currently occupy most of the commercial solar cells. These silicon solar cells have been steadily improving in efficiency over the last few decades, and efforts have been made to lower production costs.
실리콘 태양전지로 사용되는 실리콘은 규소로 일상 환경에 매우 풍부한 자원이지만, 고순도의 잉곳을 만들고 웨이퍼를 만드는 과정에서 상당한 생산비를 필요로 한다. 따라서, 실리콘 웨이퍼 상에 제조되는 태양전지의 제조 비용에 있어서, 실리콘 웨이퍼의 재료비는 전체 비용의 약 50%를 차지할 정도이다.Silicon used as a silicon solar cell is a very abundant resource in the daily environment with silicon, but it requires a considerable production cost in making high purity ingots and wafers. Therefore, in the manufacturing cost of the solar cell manufactured on the silicon wafer, the material cost of the silicon wafer is about 50% of the total cost.
기존의 실리콘 태양전지의 이러한 한계를 극복하기 위한 다양한 기술이 개발이 되었다. 이 중 하나는 제조 과정이 매우 복잡하고 많은 비용이 들어가는 실리콘 웨이퍼를 사용하지 않고 구형의 실리콘(실리콘 구립체)을 사용하여 태양전지를 만드는 기술이다. Various technologies have been developed to overcome these limitations of existing silicon solar cells. One of these is the technology to make solar cells using spherical silicon (silicon granules) rather than using a very complicated and costly silicon wafer.
도 1은 일본의 Clean Venture 21(이하 CV21)에서 개시하는 구립체 형태의 실리콘 태양전지(이하 종래기술)의 사시도이다.1 is a perspective view of a silicon solar cell in a particulate form (hereinafter referred to as a prior art) disclosed in Clean Venture 21 (hereinafter referred to as CV21) in Japan.
도 1을 참조하면, 복수의 집광렌즈(110) 내에 소정 간격으로 이격된 복수의 실리콘 구립체(120)가 안착되어 있다. 상기 실리콘 구립체는 내부의 p형 실리콘 구립체 코어와 상기 코어를 감싸는 n형의 실리콘 쉘 층으로 이루어진다. Referring to FIG. 1, a plurality of
도 2는 상기 종래 기술에 따른 실리콘 구립체 기반 태양전지의 제조 단계를 나타낸다. 2 shows a step of manufacturing a silicon particulate based solar cell according to the prior art.
도 2를 참조하면, p형 실리콘 구립체 코어(210) 표면에 n형 실리콘 쉘 층(220)이 형성되며, 이로써 실리콘 태양전지의 pn 접합 구조가 완성된다((b) 참조). 이후, 구립체 표면에는 반사방지막(230)이 코팅된다((c) 참조). 종래 기술에 따른 상기 실리콘 구립체는 내부의 코어와 쉘 층이 pn 접합을 이루므로, 구립체 내부의 코어를 외부에 전기적으로 연결시키는 구조를 가져야 한다. 이를 위하여, 실리콘 구립체는 구립체 내부의 코어(p형 실리콘층, 210)가 외부로 노출되기 위한 구립체의 연마 공정을 거치게 된다.((d) 참조). 이후, 상기 노출된 실리콘 구립체의 코어와 쉘 층에는 각각 전극(240a, 240b)이 형성, 연결되고((e) 참조), 전극이 형성된 상기 실리콘 구립체는 이후 소정의 곡률 반경을 갖는 집광렌즈(250) 내부에 구비된다. Referring to FIG. 2, an n-type
하지만, 상기 기술은 실리콘 구립체에 대한 물리적인 연마 공정이 필요하다는 문제가 있다. 즉, 실리콘 구립체가 미세한 경우, 예를 들면, 플렉서블 수준으로 작은 직경의 실리콘 구립체를 제조하는 경우, 실리콘 구립체의 기계적 연마 공정은 기술적으로 상당히 어려울 뿐만 아니라, 전체적인 제조 비용을 상승시키는 문제가 있다. 또한, 상기 기술은 실리콘 구립체 하부의 집광 렌즈에 의하여 실리콘 구립체의 유효 광 노출 면적이 매우 적어진다는 문제가 있다. 더 나아가, 광 효율을 증가시키기 위하여 집광 렌즈의 크기나 곡률 반경을 크게 하는 경우, 실제 전자, 정공이 생성되는 실리콘 구립체 수가 제한되는 문제가 있다. 또한, 종래 기술에서는 실리콘 구립체의 하부만이 기판에 고정되므로, 물리적 충격 등에 취약하다는 문제가 있다.However, this technique has a problem that a physical polishing process for the silicon particles is required. That is, in the case where the silicon particles are fine, for example, when the silicon particles having a small diameter are manufactured at a flexible level, the mechanical polishing process of the silicon particles is not only technically difficult, but also increases the overall manufacturing cost. . In addition, the technique has a problem that the effective light exposure area of the silicon particles is very small by the condensing lens below the silicon particles. Furthermore, when the size or radius of curvature of the condensing lens is increased to increase the light efficiency, there is a problem in that the number of silicon particles in which the actual electrons and holes are generated is limited. In addition, in the prior art, since only the lower portion of the silicon particulate is fixed to the substrate, there is a problem that it is vulnerable to physical shocks and the like.
상기 문제를 해결하고자 하는 본 발명의 과제는 실리콘 구립체를 이용한 새로운 태양전지 제조방법을 제공하는 데 있다. An object of the present invention to solve the above problem is to provide a new solar cell manufacturing method using a silicon grain.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 실리콘 구립체를 이용한 새로운 구조의 태양전지를 제공하는 데 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide a solar cell of a novel structure using a silicon particles.
본 발명에 따른 태양전지 제조방법 및 이에 의하여 제조된 태양전지는 복잡한 공정에 의하여 제조되는, 값비싼 실리콘 기판에 기반하지 않고, 저비용으로 간단히 제조될 수 있는 실리콘 구립체를 이용하므로, 경제적이다. 더 나아가, 이종접합 구조를 사용함으로써 실리콘 구립체의 효율 향상과 동시에 샌드위치 구조를 통하여 소자의 기계적 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 실리콘 구립체의 기계적 연마 공정 등을 피할 수 있으므로, 미세한 크기의 구립체를 제조, 이용할 수 있으므로, 플렉서블 태양전지에도 적용가능 하다.The solar cell manufacturing method according to the present invention and the solar cell produced thereby are economical because they use silicon granules that can be produced simply and at low cost, not based on expensive silicon substrates produced by complex processes. Furthermore, by using a heterojunction structure, it is possible to improve the mechanical stability of the device through a sandwich structure while improving the efficiency of the silicon particles. In addition, since the mechanical polishing process of the silicon particles can be avoided, fine particles of the size can be manufactured and used, and thus the present invention can be applied to a flexible solar cell.
이하, 도면 및 바람직한 실시예를 이용하여 본 발명을 설명한다. 하지만, 아래의 기재는 모두 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이에 제한되지 않는다. Hereinafter, the present invention will be described using the drawings and preferred embodiments. However, the following description is only for illustrating the present invention, the scope of the present invention is not limited thereto.
도 3a 내지 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법의 단계도이다.3A to 3E are step diagrams of a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 3a를 참조하면, 제 1 기판(310)이 제공되는데, 상기 제 1 기판(310)에는 소정 간격으로 이격된 하나 이상의 홈(310a)이 구비된다. 상기 홈(310a)에는 실리콘 구립체(320)가 안착되는데, 본 발명에서 실리콘 구립체(320)는 구 또는 볼 형태의 실리콘 단위체를 의미하며, 본 발명에서는 제 1형 불순물이 상기 실리콘 구립체(320)에 도핑된 상태이다. 본 발명의 일 실시예에서 제 1형 불순물은 p형 불순물이나, 그 반대도 가능하다. Referring to FIG. 3A, a
상기 홈(310a)의 너비는 실리콘 구립체(320)가 실질적으로 홈에 안착되기 위한 수준, 즉, 실리콘 구립체(320)의 직경보다 적은 것이 바람직하다. 더 나아가, 제 1 기판(310)에 다양한 재료가 사용될 수 있으나, 적어도 후속하여 진행되는 증착 공정의 공정 온도에서 용융되거나, 변형되지 않는 수준의 내열성을 갖는 재료인 것이 바람직하다. 예를 들면, 후속하는 실리콘층의 증착공정이 플라즈마 화학기상증착(PECVD) 공정인 경우 공정온도는 200℃ 내외에서 이루어진다. 이때 제 1 기판의 재료로서 상기 수준의 공정온도를 견디고, 변형이 발생하지 않는 재료, 예를 들면, 알루미늄, 철, 은 박판, 스테인레스 스틸과 같은 금속 종류 또는 알루미나와 같은 세라믹 종류 등이 제 1 기판으로 사용될 수 있다. 더 나아가, 고온에서 견디는 플라스틱 종류도 제 1 기판의 재료로 사용 가능한데, 예를 들면, PET, PI, PC 등이 제 1 기판의 재료로 사용 가능하다. 특히 플렉서블한 플라스틱 또는 금속 기판의 특성과 별도의 기계적 연마 공정 없이 미세한 크기의 실리콘 구립체를 제조할 수 있는 본 발명의 또 다른 특성에 의하여, 플렉서블한 실리콘 구립체의 태양전지가 가능하다. The width of the
반면, 상기 PECVD 이외에 저압 화학기상증착(LPCVD) 공정을 이용하면 실리콘층의 증착 공정을 진행하는 경우, 공정온도는 PECVD에 비하여 고온에서 진행된다. 이때 금속 기판을 제 1 기판으로 사용하는 경우, 불순물의 확산과 고온에서 용융 등으로 효율이 저하되고, 어셈블리 공정이 어려우므로, 금속 기판의 재료는 은과 같은 재질로 한정된다. 반면, 고온에 잘 견디는 세라믹 계열의 기판이 LPCVD 공정에서 제 1 기판으로 사용될 수 있다.On the other hand, when the low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) process is used in addition to the PECVD, the process temperature is performed at a higher temperature than that of PECVD. In this case, when the metal substrate is used as the first substrate, the efficiency is lowered due to diffusion of impurities, melting at high temperatures, and the like, and the assembly process is difficult. Therefore, the material of the metal substrate is limited to a material such as silver. On the other hand, a ceramic-based substrate that can withstand high temperatures can be used as the first substrate in the LPCVD process.
도 3b를 참조하면, 상기 실리콘 구립체(320)가 위치한 제 1 기판(310)의 대향면, 즉, 제 1 기판(310)의 하부에 제 1 전극층(330)이 적층된다. 상기 제 1 전극층(330)은 실리콘 구립체(320)로부터 발생한 정공이 이동하는 통로가 되므로, 상기 제 1 전극층(330)은 제 1 기판의 홈(310a)을 충진함으로써 실리콘 구립체(320)에 접촉한다. 본 발명에서 상기 제 1 전극층(330)은 종래의 태양전지에서와 같이 정공이 흐르는 도전 통로로 기능할 뿐만 아니라, 실리콘 구립체(320)를 제 1 기판(310), 즉, 제 1 기판의 홈(310a)에 고정시키는 수단으로도 기능한다. 이를 위하여, 본 발명의 일 실시예는 제 1 전극층(330)으로 도전성 페이스트, 예를 들면, 은 및/또는 암루미늄을 포함하는 도전성 금속 페이스트를 사용하였다. 상기 금속 페이스트는 실리콘 구립체(320)의 하부에 접촉한 후, 고온의 소결 공정에서 소결되어 상기 실리콘 구립체(320)를 제 1 기판에 고정시키게 된다. 상기 금속 페이스트의 소결 공정을 진행하는 방식으로 아래의 두 방식이 가능하다.Referring to FIG. 3B, a
첫 번째는 홀에 실리콘 구립체를 안착시킨 후, 후속하는 실리콘 층의 증착 공정을 진행한 후, 제 1 전극 페이스트를 기판 하부에 도포시키고, 이를 다시 소결시키는 방식이다. 이 방식은 오염 물질을 최소화시켜야 하는 증착 공정에 기판과 실리콘만이 사용되므로, 매우 바람직한 공정이지만, 기판에 실리콘 구립체가 물리적으로 고정되지 않은 상태에서 증착 공정이 진행되어야 한다는 문제가 있다. 하지만, 저압 화학기상증착(LPCVD) 공정을 진행하는 경우, 구립체 전체 및 노출된 기판에 균등하게 적층되는 실리콘층이 상기 실리콘 구립체를 소정 수준으로 고정시킬 수 있기 때문에, 실리콘 구립체가 고정되지 않는 상기 문제를 해결할 수 있다. The first method is to deposit a silicon particulate in the hole, and then proceed with the deposition process of the subsequent silicon layer, and then apply the first electrode paste to the lower part of the substrate, and then sinter it again. This method is very preferable because only the substrate and silicon are used in the deposition process to minimize contaminants, but there is a problem that the deposition process should be performed in a state where the silicon grains are not physically fixed to the substrate. However, when the low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) process is performed, the silicon particles are not fixed because the silicon layer that is evenly laminated on the entire body and the exposed substrate can fix the silicon particles to a predetermined level. The problem can be solved.
두 번째는 홀에 실리콘 구립체를 안착시킨 후, 바로 제 1 전극층 도포 및 그의 소결 공정이 진행되는 것이다. 이러한 방식은 소결된 금속층이 증착공정의 오염원이 될 수 있다는 문제가 있으나, 실리콘 구립체가 기판에 물리적으로 고정된 상태에서 다양한 증착 공정을 진행할 수 있다는 장점이 있다. 다만, 소결된 금속층이 증착공정의 오염원이 될 수 있다는 문제가 있다. Secondly, after the silicon particulates are seated in the holes, the first electrode layer coating and the sintering process thereof are performed. This method has a problem that the sintered metal layer may be a source of contamination in the deposition process, but there is an advantage in that various deposition processes may be performed while the silicon grains are physically fixed to the substrate. However, there is a problem that the sintered metal layer may be a pollution source of the deposition process.
이하 실리콘층을 실리콘 구립체 상에 적층시키는 공정을 살펴본다.Hereinafter, a process of laminating a silicon layer on a silicon granular body will be described.
도 3c를 참조하면, 상기 실리콘 구립체(320) 상에 제 1 실리콘층(340)이 적층된다. 본 발명에서 상기 제 1 실리콘층(340)은 전자와 정공의 수가 동등한 수준인 진성(intrinsic)의 실리콘 층이다. 상기 제 1 실리콘층(340)의 기술적 의미는 아래에서 보다 상세히 설명된다.Referring to FIG. 3C, a
도 3d를 참조하면, 제 1 실리콘층(340) 상에는 제 2형 불순물(이는 제 1형 불순물과 반대 형태의 불순물로서, 제 1형이 p형인 경우 제 2형은 n형이, 제 1형이 n형인 경우 제 2형은 p형이 된다)이 도핑된 제 2 실리콘층(350)이 적층된다.Referring to FIG. 3D, a second type impurity (which is opposite to the first type impurity) is formed on the
상기 제 1 실리콘층 및 제 2 실리콘층의 적층 공정으로 다양한 방법이 사용될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 플라즈마 화학기상증착(Plasma Enhanced CVD) 또는 저압 화학기상증착(LPCVD)가 사용되었다. 실리콘층의 상기 적층 공정 방식에 따라 제 1 기판의 종류가 제한, 선택됨은 상술한 바와 같다.Various methods may be used as the lamination process of the first silicon layer and the second silicon layer, and in the embodiment of the present invention, plasma enhanced CVD or low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) is used. The type of the first substrate is limited and selected according to the lamination process method of the silicon layer as described above.
본 발명은 도 3c 및 3d와 같이 결정질의 p형 실리콘 구립체(320)와 비정질의 n형 실리콘층(350) 사이에 진성의 실리콘층(340)을 삽입, 게재시킴으로써,결정질의 실리콘 구립체를 패시베이션(passivation)하고, 표면에서의 전자-정공의 재결합을 방지해주어 소자의 개방전압을 높이게 된다. 즉, 본 발명은 이종접합 실리콘 태양전지를 실리콘 구립체에 적용함으로써, 실리콘 웨이퍼 기반 태양전지에 비하여 경제성은 높으나, 낮은 효율을 갖는 실리콘 구립체 기반 태양전지의 단점을 극복하였다. 본 발명에 따라 제조된 실리콘 구립체 기반 태양전지는 더 나아가 온도계수가 낮아 일상 생활에서 태양열로 인한 효율감소가 적으므로, 전력효율이 우수하다는 장점이 있다.3C and 3D, the
도 3e를 참조하면, 제 2 전극(370)이 적층된 제 2 기판(360)이 실리콘 구립체, 즉, 제 2 실리콘층(350)에 접합된다. 특히 제 2 전극(270)은 상기 제 2 실리콘층과 접촉하며, 제 2 실리콘층에서 생성된 전자 등이 외부로 흐르는 도전 통로가 된다. 구립체 내부(코어)와 외부(쉘)의 불순물을 달리한 후, 내부를 물리적 방식으로 일부 노출시켰던 종래 기술과 달리, 본 발명은 실리콘 구립체 상에 별도의 실리콘층을 적층시킨 구조를 통하여, 전극과의 연결을 위한 별도의 연마 공정 없이도 p 형 실리콘과 n형 실리콘을 별도의 외부 전극에 접촉, 연결시킬 수 있다. Referring to FIG. 3E, the
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 2 전극(370) 및 제 2 기판(360)은 각각 태양이 내부로 조사될 수 있는 유리 기판 및 투명전극, 예를 들면 인듐-주석 산화물(ITO) 전극일 수 있다. 이는, 제 2 기판 및 제 2 전극은 태양광을 받는 윈도우의 역할을 하기 때문에 투명도가 좋을수록 태양전지 효율 향상에 유리하기 때문이다.In one embodiment of the present invention, the
도 4a 및 4b는 각각 본 발명의 상술한 방법에 따라 제조된, 두 종류의 실리콘 구립체 기반의 단위 태양전지의 단면도, 도 5는 전체 태양전지의 단면도이다.4A and 4B are cross-sectional views of two types of silicon particulate based unit solar cells, respectively, manufactured according to the method described above, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the entire solar cell.
도 4a를 참조하면, 본 발명에 따른 실리콘 구립체(420)는 제 1 기판(410)의 홈(410a)에 안착되고, 상기 실리콘 구립체(420)는 홈(410a)에 충진된 제 1 전극층(430)에 의하여 고정된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 실리콘 구립체(420)에는 제 1형 불순물인 p형 불순물이 도핑되며, 결정질의 성상을 갖는다. 상기 실리콘 구립체(420)의 상부에는 순차적으로 진성의 제 1 실리콘층(430), 비결정질로서 제 2형 분순물인 n형 불순물이 도핑된 제 2 실리콘층(440)이 적층된 구조이다. 이로써, 진성 실리콘층이 p-n 이종접합 계면층에 내삽된 소위 HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin-layer) 태양전지가 완성된다. Referring to FIG. 4A, the
상기 제 2 실리콘층(440) 상에는 제 2 전극층(450)이 도포된 제 2 기판(460)이 접촉, 결합되며, 이로써 본 발명의 실리콘 구립체 기반의 단위 태양전지 소자는 하부 기판(410)과 상부 기판(460) 사이에서 끼인 상태로 고정된다. 본 발명의 이러한 구성은 실리콘 구립체가 기판 일면에만 부착된 종래의 실리콘 구립체 기반 태양 전지와 구별되며, 이러한 샌드위치 구성은 실리콘 구립체가 물리적 충격에 의하여 초기 안착 위치로부터 이탈되는 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. The
도 4b는 도 4a에서 개시된 실리콘 구립체에 또 다른 전극층을 적층한 구조의 실리콘 구립체 기반 태양전지의 단면도이다. 도 4b를 참조하면, 도 4a와 유사하게, 실리콘 구립체(420)가 제 1 기판(410)의 홈(410a)에 안착되고, 상기 실리콘 구립체(420)는 홈(410a)에 충진된 제 1 전극층(430)에 의하여 고정된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 실리콘 구립체(420)에는 제 1형 불순물인 p형 불순물이 도핑되며, 결정질의 성상을 갖는다. 상기 실리콘 구립체(420)의 상부에는 순차적으로 진성의 제 1 실리콘층(430), 비결정질로서 제 2형 분순물인 n형 불순물이 도핑된 제 2 실리콘층(440)이 적층된 구조이다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는 상기 제 2 실리콘층(440)층 상에 투명 전극층(470)이 적층되며, 제 2 실리콘층(440)이 아닌 투명 전극층(470)이 제 2 기판(460) 상에 적층된 전극층, 즉, 제 2 전극층(450)과 접촉하게 된다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 투명 전극층(470)및 제 2 전극층(450)은 동일 물질, 즉, 인듐-주석 산화물(ITO)를 포함하며, 상기 투명 전극층의 적층은 스퍼터링에 의하여 구립체 상에 적층된다. 즉, 실리콘 구립체 상의 제 2 실리콘층(440), 즉, 비정질의 실리콘 층은 낮은 전기전도도를 가지므로, 전극으로서는 충분한 기능을 하지 못하는 문제를 해결하기 위한 것으로, ITO와 같은 투명전극층이 실리콘 구립체의 상부층을 형성하는 구성을 통하여 실리콘 구립체의 전하 전달 효율을 향상시킨다. 4B is a cross-sectional view of a silicon particles based solar cell having a structure in which another electrode layer is stacked on the silicon particles disclosed in FIG. 4A. Referring to FIG. 4B, similar to FIG. 4A, the
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 실리콘 구립체 기반 태양전지는 도 4a 및 4b의 실리콘 구립체(420)를 복수 개 구비하며, 상기 실리콘 구립체는 소정 간격으로 이격된 구조를 갖는다. Referring to FIG. 5, the silicon particles-based solar cell according to the present invention includes a plurality of
본 발명자는 더 나아가 반도체 내부에서 빛을 받아 분리된 정공과 전자들이 모여 각 전극을 통해 흐르게 되는데, 각 전극이 가지고 있는 저항 요소에 의하여 전하 손실이 생기는 점에 주목하였다. 특히 n형 전극은 빛이 들어오는 면을 향하고 있기 때문에 인듐-주석 산화물(ITO) 전극을 제 2 전극으로 사용하고 있지만 ITO 투명전극의 전기전도도는 금속에 비해 낮다는 점에 주목하였고, 이를 해결하고자 본 발명자는 제 2 전극인 ITO와 같은 투명전극 상에 선형 전극이 형성된, 새로운 구조의 실리콘 구립체 기반 태양전지를 제공한다. The present inventors further noted that holes and electrons separated by light in the semiconductor are collected and flow through each electrode, and a charge loss is caused by the resistive element of each electrode. In particular, since the n-type electrode is directed toward the light input side, the indium tin oxide (ITO) electrode is used as the second electrode. However, the electrical conductivity of the ITO transparent electrode is lower than that of the metal. The inventors provide a silicon grain-based solar cell with a novel structure in which a linear electrode is formed on a transparent electrode such as ITO, which is a second electrode.
이하 도면을 이용하여, 이를 상세히 설명한다. Hereinafter, this will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 6a 및 6b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 선형 전극이 투명 전극에 형성된 태양전지의 단면도 및 평면도이다.6A and 6B are cross-sectional views and plan views, respectively, of a solar cell in which a linear electrode is formed on a transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
도 6a 및 6b를 참조하면, 상기 태양전지는 소정 간격으로 이격된 하나 이상의 홈(310a)을 구비하는 제 1 기판(310) 및 상기 홈(310a)을 통하여 제 1 기판(310)상에 안착되며, 제 1형 불순물이 도핑된 실리콘 구립체(320)을 포함한다. 상기 태양전지는 또한 제 1 기판(310) 하부 및 상기 홈(310a)에 형성되며, 상기 홈에서 실리콘 구립체와 접촉하는 제 1 전극층(330)과, 실리콘 구립체(320) 상에 적층된 진성의 제 1 실리콘층(340), 및 상기 제 1 실리콘층(340) 상에 적층되며, 제 2형 불순물이 도핑된 제 2 실리콘층(350)을 포함하며, 이는 상술한 본 발명의 태양전지와 동일하다. 6A and 6B, the solar cell is seated on the
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상기 태양전지는 일 측이 상기 제 2 실리콘층(340)에 접촉하며, 타 측이 하기의 제 2 전극(370)에 접합된 선형 전극(380)을 포함한다. 상기 선형 전극(380)은 인듐-주석 산화물(ITO)과 같은 투명전극인 제 2 전극(370)이 갖게 되는 낮은 전도도를 보상하게 된다. 따라서, 상기 선형 전극(380)은 태양전지의 투명성을 유지하기 위하여, 소정의 선폭과 이격거리를 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 선형 전극의 선폭, 즉 너비는 약 100μm, 바람직하게는 50 내지 150 μm이다. 상기 범위 미만의 선폭인 경우 구립체와 전극 간의 실질적인 접촉 면적이 저하되는 문제가 있고, 반대로 상기 범위 초과의 선폭인 경우 기판의 투명성이 저하되는 문제가 있다. The solar cell according to another exemplary embodiment of the present invention includes a
상기 선형 전극(610)은 또한 복수의 실리콘 구립체(620)과 동시에 접촉하므로, 상기 도전성 경로는 실리콘 구립체의 이격 거리와 동일한 이격 거리를 갖는 것이 바람직하다(도 6b 참조). 만약, 도전성 경로의 이격거리와 실리콘 구립체의 이격거리(구립체 중심과 중심 사이의 거리)가 서로 상이하다면, 복수의 도전성 경로와 복수의 실리콘 구립체는 동시에 접촉하지 못할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 도전성 금속 페이스트로 은 페이스트를 사용하였으며, 상기 은 페이스트 도포 방법은 스크린 프린팅법이었다. 하지만, 실리콘 구립체의 크기가 작아져, 구립체의 중심 간 거리가 짧아지는 경우, 잉크젯 방식 등이 사용될 수 있다. Since the linear electrode 610 is also in contact with the plurality of silicon particles 620 simultaneously, the conductive path preferably has a separation distance equal to the separation distance of the silicon particles (see FIG. 6B). If the separation distance of the conductive paths and the separation distance of the silicon particles (distance between the center of the particles and the center) are different from each other, the plurality of conductive paths and the plurality of silicon particles may not be contacted at the same time. In an embodiment of the present invention, a silver paste was used as the conductive metal paste, and the silver paste coating method was screen printing. However, when the size of the silicon particles becomes small and the distance between the centers of the particles becomes short, an inkjet method or the like may be used.
상기 선형 전극의 형태는 도 6b에서 도시된 바와 같이 반드시 기판 전체적으로 직선일 필요는 없으며 실리콘 구립체 기반 태양전지의 구성에 따라 다양한 형태가 가능하다. The shape of the linear electrode does not necessarily have to be a straight line as a whole as shown in FIG. 6B, and may be variously shaped according to the configuration of the silicon particulate based solar cell.
도 6c는 실리콘 구립체 기반 태양전지가 일렬로 정렬된 형태가 아닌, 벌집 모양으로 정렬된 형태를 나타낸다. 이 경우, 기판 전체적으로 안착될 수 있는 실리콘 구립체의 수가 증가하며, 이에 따라 전체 효율이 증가할 수 있다. Figure 6c shows the silicon particles based solar cells are arranged in a honeycomb shape, rather than aligned in a line. In this case, the number of silicon grains that can be seated throughout the substrate increases, thereby increasing the overall efficiency.
도 6c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 전극(380)은 실리콘 구립체(450)가 안착되어, 상부의 기판과 접촉하는 지점을 상호 연결하는 형태가 된다. 이와 같이 본 발명에 따른 실리콘 구립체 태양전지는 기판상에 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 이를 동시에 연결하는 선형 전극을 스크린 프린팅법 등에 의하여 형성시킬 수 있으므로, 효율 및 경제성이 우수하다. Referring to FIG. 6C, the
이상 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 태양전지 제조방법 및 태양전지는 복잡한 공정에 의하여 제조되는, 값비싼 실리콘 기판에 기반하지 않고, 저비용으로 간단히 제조될 수 있는 실리콘 구립체를 이용하므로, 경제적이다. 더 나아가, 이종접합 구조를 사용함으로써 실리콘 구립체의 효율 향상과 동시에 샌드위치 구조를 통하여 소자의 기계적 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 실리콘 구립체의 기계적 연마 공정 등을 피할 수 있으므로, 미세한 크기의 구립체를 제조, 이용할 수 있으므로, 플렉서블 태양전지에도 적용가능 하다. As described above, the solar cell manufacturing method and the solar cell according to the present invention are economical because they use silicon granules that can be easily manufactured at low cost, not based on expensive silicon substrates manufactured by a complicated process. Furthermore, by using a heterojunction structure, it is possible to improve the mechanical stability of the device through a sandwich structure while improving the efficiency of the silicon particles. In addition, since the mechanical polishing process of the silicon particles can be avoided, fine particles of the size can be manufactured and used, and thus the present invention can be applied to a flexible solar cell.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명이 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이와 균등하거나 또는 등가적인 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다 할 것이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above-described embodiments, which can be modified by those skilled in the art to which the present invention pertains. Modifications are possible. Accordingly, the spirit of the invention should be understood only by the claims set forth below, and all equivalent or equivalent modifications will fall within the scope of the invention.
도 1은 일본의 Clean Venture 21(이하 CV21)에서 개시하는 구립체 형태의 실리콘 태양전지(이하 종래기술)의 사시도이다.1 is a perspective view of a silicon solar cell in a particulate form (hereinafter referred to as a prior art) disclosed in Clean Venture 21 (hereinafter referred to as CV21) in Japan.
도 2는 상기 종래 기술에 따른 실리콘 구립체 기반 태양전지의 제조 단계를 나타낸다. 2 shows a step of manufacturing a silicon particulate based solar cell according to the prior art.
도 3a 내지 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법의 단계도이다.3A to 3E are step diagrams of a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 4a 및 4b는 각각 본 발명의 상술한 방법에 따라 제조된, 실리콘 구립체 기반의 단위 태양전지의 단면도, 전체 태양전지의 단면도이다.4A and 4B are cross-sectional views of a silicon solar cell-based unit solar cell and a cross-sectional view of an entire solar cell, respectively, manufactured according to the method described above.
도 5는 본 발명의 상술한 방법에 따라 제조된, 실리콘 구립체 기반의 단위 태양전지의 단면도이다5 is a cross-sectional view of a silicon solar cell-based unit solar cell manufactured according to the method described above of the present invention.
도 6a 내지 6c는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 선형 전극이 투명 전극에 형성된 태양전지의 단면도 및 평면도이다.6A to 6C are cross-sectional views and plan views, respectively, of a solar cell in which a linear electrode is formed on a transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
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KR101077784B1 (en) | 2011-10-28 |
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