KR20110078805A - 태양전지용 전극 및 그를 포함하는 박막 태양전지 - Google Patents

태양전지용 전극 및 그를 포함하는 박막 태양전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20110078805A
KR20110078805A KR1020090135704A KR20090135704A KR20110078805A KR 20110078805 A KR20110078805 A KR 20110078805A KR 1020090135704 A KR1020090135704 A KR 1020090135704A KR 20090135704 A KR20090135704 A KR 20090135704A KR 20110078805 A KR20110078805 A KR 20110078805A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thin film
solar cell
electrode
substrate
layer
Prior art date
Application number
KR1020090135704A
Other languages
English (en)
Inventor
정진주
이진아
김범준
Original Assignee
주식회사 효성
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 효성 filed Critical 주식회사 효성
Priority to KR1020090135704A priority Critical patent/KR20110078805A/ko
Publication of KR20110078805A publication Critical patent/KR20110078805A/ko

Links

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
    • H01L31/0248—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
    • 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
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • 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
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022466—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers
    • 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
    • H01L2031/0344—Organic materials
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 태양광이 입사하는 기판 상에 근자외선 흡수층을 포함하여 광대역의 태양광을 흡수할 수 있고, 그에 따라서 태양전지의 전면전극으로 이용시 광전변환효율을 향상시킬 수 있는 태양전지용 전극 및 그를 포함하는 박막 태양전지에 관한 것이다.
박막 실리콘 태양전지, 기판, 전면전극, 근자외선 흡수층, 안트라센

Description

태양전지용 전극 및 그를 포함하는 박막 태양전지{Electrode for a Thin Film Solar Cell and a Thin Film Solar Cell comprising the same}
본 발명은 태양전지용 전극 및 그를 포함하는 박막 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광이 입사하는 기판 상에 근자외선 흡수층을 포함하여 광대역의 태양광을 흡수할 수 있는 태양전지용 전극 및 그를 포함하는 박막 태양전지에 관한 것이다.
최근 고유가 및 환경 문제의 영향으로 신재생 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 태양광을 전기에너지로 변환하는 광전변환소자인 태양전지는 다른 에너지원과 달리 무한하고 환경친화적이므로 시간이 갈수록 그 중요성이 더해가고 있다. 그러나 아직까지 태양광을 전기에너지로 변환하는 공지의 방법에서는 효율이 부족하므로 화석 연료에 대한 태양 에너지의 대체 가능성을 지연시키고 있다.
태양전지는 반도체에 사용되는 웨이퍼를 이용하는 결정질 태양전지와 투명 기판과 같은 기판에 증착기술을 이용한 박막태양전지로 나눌 수 있다. 현재는 결 정질 태양전지가 높은 시장점유율을 가지고 있지만 향후 고효율화 및 저가격으로 박막태양전지의 시장점유율이 높아질 것으로 예상되고 있다.
태양전지의 효율은 기본적으로 입사광의 세기와 파장분포 등에 영향을 받으므로, 최대한 많은 빛을 흡수하는 것이 관건이다. 태양전지의 전면전극은 외부에서 들어오는 태양빛을 되도록 많이 투과시켜 빛에너지가 광흡수층에 많이 도달하도록 하여야 한다.
그러나 기존의 박막 태양전지에 사용되는 투명전극은 약 350nm 내지 자외선 영역까지 투과도가 좋지만 자외선 초반 영역부터 약 350nm 까지는 태양광을 흡수하여 광흡수층으로 보내지 못하고 있다. 이러한 문제를 해결하고자 투명전극의 재료를 변화시키는 방법으로 빛이 투과되는 파장영역을 조절하고 있으나 아직까지도 UV 초반구간의 빛은 사용하지 못하고 있다. 따라서 태양이 에너지를 발산하는 모든 파장에 반응하지 못하고, 일부의 태양광 스펙트럼만 이용하기 때문에 박막 태양전지의 광전변환 효율 향상에 한계가 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 투명전극에 UV 초반영역 중 특정 파장을 흡수하여 가시광선영역대로 변화시켜 열과 빛을 방출하는 안트라센 계열 중 내플라즈마성이 있는 물질을 유기 기판 표면에 균일하게 도포하여 투명전극이 흡수하는 포톤(Photon)의 양을 증가시 켜 광대역의 태양광 스펙트럼을 흡수할 수 있는 태양전지용 전극을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광대역의 태양광 스펙트럼의 빛을 전기에너지로 전환하여 광전변환효율이 향상된 박막 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 양상은
태양전지용 전극에 있어서,
투명 도전성 박막이 형성된 기판; 및
상기 기판의 전면 또는 상기 기판과 상기 도전성 박막과의 사이에 형성된 근자외선 흡수층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극에 관한 것이다.
본 발명의 다른 양상은 기판; 상기 기판 상에 형성된 투명 도전성 박막; 상기 투명 도전성 박막 상에 형성된 광흡수층; 및 상기 광흡수층 상에 형성된 후면전극을 포함하는 박막 실리콘 태양전지에 있어서, 태양광이 입사하는 기판의 전면 또는 상기 기판과 상기 도전성 박막 사이에 형성된 근자외선 흡수층을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 실리콘 태양전지에 관한 것이다.
본 발명의 태양전지용 전극은 기존의 투명 전극이 흡수하지 못하는 근자외선 영역의 태양광을 흡수하므로, 광대역의 태양광 스펙트럼으로부터 전력을 발생할 수 있어 광전변환효율이 향상되는 이점을 제공한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양전지용 전극 및 그를 포함하는 박막 태양전지에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 또한, 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 또한, 이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다.
본 발명에서 근자외선은, 파장이 약 397∼10nm인 자외선 가운데, 파장의 길이가 약 200 nm 내지 약 380 nm의 전자기파를 의미한다. 본 발명의 태양전지용 전극은 기존의 전극이 흡수하지 못하는 근자외선 영역까지 투과시켜, 태양 스펙트럼 내의 광대역의 파장에서도 강한 광학 흡수가 이루어질 수 있다.
본 발명의 하나의 양상은 태양광이 입사하는 기판 상에 근자외선 흡수층을 포함하는 박막 실리콘 태양전지에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 일실시예의 박막 태양전지의 전면전극의 개략단면도이다. 본 발명의 박막 태양전지는 태양광이 입사되는 기판(100)의 전면, 또는 기판(100)과 투명 도전성 박막(200) 사이에 근자외선 흡수층(400)을 포함한다.
본 발명에서 투명 기판(100)은 예를 들어, 탄소, 유리, 플라스틱, 금속, 세 라믹 등으로 된 시트 또는 플레이트를 포함하지만, 이에 특별히 한정하는 것은 아니다. 투명 기판(100)으로 사용될 수 있는 유리는 예를 들어, 붕규산 유리(borosilicate glass), 석영 유리, 소다 유리, 인산 유리 등을 포함한다. 기판(100)으로 사용될 수 있는 플라스틱은 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리이미드 등을 포함한다.
태양전지의 전면 전극은 외부로부터 입사되는 빛을 광흡수층(300)으로 통과시키기 위해 투명 전극으로 구성된다. 빛을 통과시키기 위해 기판(100) 상에 전도성 물질로 구성되는 투면 도전성 박막(200)이 형성된다. 이러한 전도성 물질로는 인듐틴 옥사이드(ITO), 플로린 도핑된 틴 옥사이드(FTO), ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, ZnO-Ga, ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2:F, SnO2-Sb2O3 등을 사용할 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다. 이러한 투명 도전성 박막은 스퍼터링 공정 또는 진공증착법에 의해 형성될 수 있다.
근자외선 흡수층(400)은 UV 초반영역 중 특정 파장을 흡수하여 가시광선영역대로 변화시켜 열과 빛을 방출하는 안트라센 계열 중 내플라즈마성이 있는 물질을 포함하여 투명전극이 흡수하는 포톤의 양을 증가시킨다.
본 발명에서 사용가능한 이러한 안트라센 계열의 화합물의 예들은 2,6,9-트리스(3-클로로-4-히드록시벤조일옥시)안트라센, 1,2,10-트리스(3-클로로-4-히드록시벤조일옥시)안트라센, 1,5,9-트리스(3-클로로-4-히드록시벤조일옥시)안트라센, 2,6,9-트리스(3-클로로-4-히드록시벤젠술포닐옥시)안트라센을 포함하나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.
상기 근자외선 흡수층은 상기 안트라센 계열의 화합물을 유기용매 중에 용해시켜 코팅용액을 제조하고, 상기 코팅 용액을 기판에 도포하고 건조시켜 박막을 형성하고,상기 박막 도포 기판을 열처리하여 제조할 수 있다. 이때 사용가능한 유기용매로는 시클로헥산온, 클로로포름, 디클로로메탄, 및 디메틸포름아미드와 같은 일반적인 유기 용매를 사용할 수 있다. 상기 근자외선 흡수층(400)은 스핀코팅, 테이프 캐스팅, 딥코팅, 잉크젯 프린팅, 또는 열증착법에 의해 성막될 수 있다.
상기 근자외선 흡수층(400)은 두께는 광투과도 및 기계적 물성의 조화를 위해 약 3 nm 내지 약 30 nm의 범위 내인 것이 좋다. 상기 근자외선 흡수층의 두께가 30 nm 를 초과할 경우 가시광선 영역의 흡수량이 증가해 투과도가 감소할 수 있고, 이와 반대로 근자외선 흡수층의 두께가 3 nm 미만이면 증착공정 중 플라즈마에 대한 강도가 약할 수 있다.
본 발명에서 상기 근자외선 흡수층(400)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 태양광이 입사되는 기판의 전면에 형성되거나, 대안으로 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(100)과 투명 도전성 박막(200) 사이에 형성될 수도 있다. 이와 같이 기판의 일면에 근자외선 흡수층(400)을 형성하면 빛이 투명전극을 통과하기 전 투명전극이 100% 투과하지 못하는 영역 대를 흡수하여 투과할 수 있는 영역대로 빛을 변화시키는 새로운 층을 도입하는 것이므로 기존 태양전지에서 구조변화가 필요 없고 이로 인해 태양전지 층간의 Fill Factor에도 영향을 끼치지 않을 것이다.
본 발명의 다른 양상은 상기 전극을 포함하는 박막 태양전지에 관한 것이다. 도 3은 본 발명의 일실시예의 박막 태양전지의 개략단면도이다. 도 2를 참고하면, 본 발명의 태양전지는 투명 기판(100); 상기 기판의 태양광이 입사되는 전면에 형성된 근자외선 흡수층(400), 상기 근자외선 흡수층이 형성된 기판의 반대편에 형성된 투명 도전성 박막(200); 상기 투명 도전성 박막 상에 형성된 광흡수층(300); 및 상기 광흡수층 상에 형성된 후면전극(500)을 포함한다.
마찬가지로, 기판이 사용 조건 하에서 태양 전지로 하여금 그 형상을 유지하기에 충분한 두께와 표면 구조를 갖는 한, 어떠한 형태의 적당한 기판도 이용할 수 있다. 사용가능한 기판 재료는 탄소, 유리, 플라스틱, 금속, 세라믹 등으로 된 시트 또는 플레이트를 포함하지만, 이에 특별히 한정하는 것은 아니다. 투명 기판(100)으로 사용될 수 있는 유리는 예를 들어, 붕규산 유리(borosilicate glass), 석영 유리, 소다 유리, 인산 유리 등을 포함한다. 기판(100)으로 사용될 수 있는 플라스틱은 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리이미드 등을 포함한다.
본 발명의 박막 실리콘 태양전지는 투명 기판(100)의 전면에 또는 투명 기판(100)과 투명 도전성 박막(200) 사이에 얇은 근자외선 흡수층(400)을 포함한다. 이때 근자외선 흡수층(400)은 기존 투명전극을 투과할 수 없는 특정 단파장 영역에서의 광투과가 가능하다.
본 발명이 박막 실리콘 태양전지의 광흡수층(300)은 NIP 또는 PIN, 멀티스택 광전지 구조일 수 있다. 상기 광흡수층(300)은 상기 투명 도전성 박막(200) 위에 형성되고, N형 실리콘층(350), I형 실리콘층(330) 및 P형 실리콘층(310)이 접합된 PIN 접합층으로서 플라즈마 CVD 공정 또는 유도결합형 플라즈마 CVD 공정 등의 CVD 공정에 의하여 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 광흡수층(300)은 상기 투명 도전성 박막(200) 상에 P형 실리콘층(310)을 형성한 후에, 상기 P형 실리콘층 상에 I형 실리콘층(330)을 형성한 다음 상기 I형 실리콘층 상에 N형 실리콘층(310)을 형성하여 구성될 수 있다. 상기 N형 실리콘층(350)은 인, 질소 등과 같이 N형의 불순물이 도핑된 층이고, 상기 P형 실리콘층(310)은 붕소 등의 제3족 원소인 P형 불순물이 도핑된 층이다. 또한, 상기 광흡수층(300)은 CuInGaSe 또는 CdTe 화합물 반도체층으로 형성할 수도 있다.
상기 광흡수층(300)은 제1 P형 반도체층, 제1 I형 비정질 실리콘계 광전변환층, 제1 N형 반도체층, 제2 P형 반도체층, 제2 I형 비정질 실리콘계 광전 변환층 및 제2 N형 반도체층을 적층한 구조로 구현될 수 있다. 대안으로, 제1 P형 반도체층, I형 비정질실리콘계 광전 변환층, 제1 N형 반도체층, 제2 P형 반도체층, I형 미결정 실리콘계 광전 변환층 및 제2 N형 반도체층을 차례로 형성해서 이중 PIN 구조로 구현할 수도 있다,.
광흡수층(300)은 태양광에 의해 정공(hole) 및 전자(electron)를 생성하고 생성된 정공 및 전자가 각각 P층 및 N층에서 수집되는데, 이와 같은 정공 및 전자의 수집효율을 증진시키기 위해서는 P층과 N층만으로 이루어진 PN 구조에 비하여 PIN 구조가 보다 바람직하다. 상기 광흡수층(300)을 PIN 구조로 형성하게 되면, I층이 P층과 N층에 의해 공핍(depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(drift)되어 각각 P층 및 N층에서 수집된다.
상기 광흡수층(300) 위에는 전도성 물질의 후면전극(500)이 형성된다. 본 발명의 태양전지에서 후면전극(500)은 Ag 또는 Al과 같은 금속을 이용하여 형성되며, 상기 투명 도전성 박막(200) 및 광흡수층(300)을 통과한 태양광은 상기 후면전극(500)에서 반사되어 상기 광흡수층(300)으로 재입사된다. 후면 전극(500)은 공지된 여러 가지 기술에 의해 제조 가능하지만, 바람직하게는 스크린인쇄법에 의해 형성될 수 있다. 후면 전극(300)은 알루미늄, 석영 실리카, 바인더 등이 첨가된 후면 전극용 페이스트를 기판의 배면에 인쇄한 후 열처리를 시행하여 형성할 수 있다.
본 발명에서는 상기 후면전극 상에 반사방지막을 형성할 수 있다. 상기 방사방지막은 예를 들면 실리콘질화막, 수소를 포함한 실리콘질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막, MgF2, ZnS, MgF2, TiO2 및 CeO2 로 이루어진 군에서 선택된 재료를 포함할 수 있다.
이상과 같이 구성된 태양전지는 다음과 같이 동작한다. 외부에서 빛이 태양전지에 입사되면 광흡수층(300)에서 입사된 광에너지에 의해 전자와 정공이 발생되고, 상기 전자는 N형 실리콘층으로 상기 정공은 P형 실리콘층으로 각기 확산하게 된다. 하전 캐리어의 분극이 일어나면, 반도체의 양측에는 전위차가 생긴다. 이때, 상기 N형 실리콘층과 P형 실리콘층을 결선하게 되면 상기 전자 및 정공의 이동 에 의해 전력이 생성되게 된다.
본 발명의 박막 실리콘 태양전지의 제조방법은 특별히 제한되지 않는다. 일례로 투명 기판을 준비한 후, 상기 투명 기판 의 전면 상에 근자외선 흡수층을 형성한다. 상기 근자외선 흡수층이 형성된 기판의 반대면에 투명 도전성 박막을 형성한 후 투명 도전성 박막 위에 P형 실리콘층, I형 실리콘층, N형 실리콘층을 순차적으로 형성하여 광흡수층을 형성한다. 이어서 상기 광흡수층 상에 후면전극을 형성한다.
보다 구체적으로 설명하면, 투명 기판(100)을 준비한 후, 우선, 전처리로서 뒤에 형성될 근자외선 흡수층과의 접합력을 증대시키기 위하여 투명 기판의 표면에 잔존하는 여러 불순물들을 제거한다. 이때, 일례로 습식세정의 방법으로 투명 기판 상에 존재하는 불순물들을 제거하고, 소정 가스 분위기에서 건조시킬 수 있다.
근자외선 흡수층(400)은 상기 투명 기판(100) 위에 안트라센 계열 중 내플라즈마성이 있는 물질을 사용하여, 스핀코팅, 테이프 캐스팅, 딥코팅, 잉크젯 프린팅, 또는 열증착법에 의해서 형성할 수 있다.
상기 투명 도전성 박막(200)은 인듐틴 옥사이드(ITO), 플로린 도핑된 틴 옥사이드(FTO), ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, ZnO-Ga, ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법등을 이용하여 형성할 수 있으며, 그 두께는 500 내지 10000Å 범위가 바람직하다.
상기 광흡수층(300)은 실리콘계, CuInSe2계, CdTe계 등의 반도체물질을 플라즈마 CVD법 등을 이용하여 형성할 수 있으며, 반도체물질을 P형 실리콘층, I형 실리콘층, 및 N형 실리콘층으로 적층한 PIN 구조로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 광흡수층(300)을 PIN 구조로 형성할 경우, 상기 투명 도전성 박막 위에 P층을 형성하고, 상기 P층 위에 I층을 형성하고, 상기 I층 위에 N층을 형성하는 것이 바람직하다. 그 이유는 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 의해 낮기 때문에 입사광에 의한 수집효율을 극대화하기 위해서 P층을 수광면에 가깝게 형성하기 위함이다.
상기 후면전극(500)은 Ag, Al, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu 등과 같은 금속을 스퍼터링법 또는 인쇄법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 후면전극 상에는 전술한 전면전극의 투명 도전성 박막과 마찬가지로 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법에 의해 성막함으로써 도전막이 형성될 수 있다.
본 발명에서는 상기 후면전극 상에 반사방지막이 형성되는 경우에, 반사방지막은 진공 증착법, 화학 기상 증착법, 스핀 코팅, 스크린 인쇄 또는 스프레이 코팅에 의해 형성될 수 있으나, 반드시 이들로 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이러한 실시예들은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
실시예 1
50x50mm 두께 4mm의 판유리(Flat glass) 위에 스핀코팅에 의해 약 8nm 두께로 근자외선 흡수층을 형성하였다. 근자외선 흡수층은 2,6,9-트리스(3-클로로-4-히드록시벤조일옥시)안트라센을 테트라하이드로퓨란 용제에 녹인 후 스핀코팅하고 100도에서 30초 및 220도에서 30초간 베이킹하여 형성하였다.
이어서 형성된 근자외선 흡수층의 반대면에 투명 도전성 박막으로 알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al)을 700nm 두께로 증착한 뒤 0.5% HCl에 30초간 담가 에칭 후 초순수에 세정하여 투명한 전면전극(TCO Glass)을 제작하였다.
상기 전면전극 위에 광흡수층인 PIN층을 화학기상증착법으로 증착하였다. 상기 투명전극이 증착된 글라스 위에 실란, 메탄, 디보란, 수소 가스를 이용하여 PECVD로 P층을 7nm 두께로 성막하고, I층은 실란가스를 사용하여 200~300nm 두께로 증착하였다. 실란, 수소, 포스핀 가스를 사용하여 25~35nm 두께의 N형 실리콘층을 형성하였다.
광흡수층 증착 후 스퍼터링(sputtering)에 의해 후면전극으로 두께 0.05 ㎛의 산화아연(ZnO:Al) 및 두께 0.2 ㎛의 은(Ag)을 증착하여 태양전지 셀(cell)을 제조하였다.
수득된 태양전지 cell은 솔라시뮬레이터를 사용하여 광전변환효율을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 태양전지의 출력 특성은 일반적으로 솔라시뮬레이터를 이용하여 얻어진 출력전류전압곡선 상에서 출력전류, 출력전압에 기초하여 아래의 식에 의해 산출한다. 또한 파장대별 투과도를 측정하여 도 4에 나 타내었다. 투과도는 근자외선 흡수층 및 투명 도전성 박막이 증착된 유리기판을 UV vis spectrophotometer를 사용해 측정한다.
Figure 112009082121849-PAT00001
상기 식에서, Ip : 출력전류, Vp : 출력전압,
S : 소자면적 (0.25 ㎠),
I : 태양전지에 의해 조사되는 광의 강도 (1kW/㎡)
실시예 2
근자외선 흡수층의 두께를 10nm로 한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 실시하여 태양전지 cell을 제조하고, 태양전지 셀의 광전변환효율을 평가하여 하기 표 1에 함께 나타내었다. 또한 파장대별 투과도를 측정하여 도 4에 함께 나타내었다.
비교예1
투명 도전막이 형성된 기판으로서 근자외선 흡수층이 형성되지 않은 종래의 ZnO 기판을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 태양전지 cell을 제조하고, 태양전지 셀의 광전변환효율을 평가하여 하기 표 1에 함께 나타내었다. 또한 파장대별 투과도를 측정하여 도 5에 나타내었다.
비교예 2
투명 도전막의 두께를 1㎛로 한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 실시하여 태양전지 cell을 제조하고, 태양전지 셀의 광전변환효율을 평가하여 하기 표 1에 함께 나타내었다. 또한 파장대별 투과도를 측정하여 도 4에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
전류(Jsc)(mA/cm2) 13.9 13.2 13.1 12.4
전압(Voc)(Volt) 0.82 0.86 0.90 0.87
충진율(%) 58.9 57 58.5 57.1
광전변환효율
(%)		 6.71 6.53 6.5 6.17
상기 표 1의 결과로부터 확인되는 바와 같이, 실시예 1-2의 태양전지는 비교예 1-2에서와 같이 투명 태양광이 입사하는 기판 상에 근자외선 흡수층을 설치하지 않은 종래의 박막 실리콘 태양전지에 비하여 모두 높은 광전변환효율을 달성하였다. 또한 도 4 및 도 5의 결과로부터 본 발명에서와 같이 기판 위에 근자외선 흡수층을 형성할 경우 가시광선 이외에 특정 단파장 영역의 근자외선도 흡수할 수 있음을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현 예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나 본 발명은 상술한 구현 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에서 청구하는 범위 및 그의 균등한 범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 박막 태양전지의 전면전극의 개략단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예의 박막 태양전지의 전면전극의 개략단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예의 박막 실리콘 태양전지의 개략단면도이다.
도 4는 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 전극의 광투과도를 비교한 그래프이다.
도 5는 실시예 2 및 비교예 2에서 제조된 전극의 광투과도를 비교한 그래프이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100: 투명 기판 200: 투명 도전성 박막
300: 광흡수층 500: 후면전극
400: 근자외선 흡수층

Claims (7)

  1. 태양전지용 전극에 있어서,
    투명 도전성 박막이 형성된 기판; 및
    상기 기판의 전면 또는 상기 기판과 상기 도전성 박막과의 사이에 형성된 근자외선 흡수층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 투명 도전성 박막은 인듐틴 옥사이드(ITO), 플로린 도핑된 틴 옥사이드(FTO), ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, ZnO-Ga, ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2:F, SnO2-Sb2O3로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 근자외선 흡수층은 2,6,9-트리스(3-클로로-4-히드록시벤조일옥시)안트라센, 1,2,10-트리스(3-클로로-4-히드록시벤조일옥시)안트라센,
    1,5,9-트리스(3-클로로-4-히드록시벤조일옥시)안트라센, 및 2,6,9-트리스(3-클로로-4-히드록시벤젠술포닐옥시)안트라센으로 구성되는 군에서 선택되는 안트라센계 화합물을 포함하는 것임을 특징으로 하는 태양전지용 전극.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 근자외선 흡수층의 두께는 3nm 내지 30nm 범위 내인 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 근자외선 흡수층은 스핀코팅, 테이프 캐스팅, 딥코팅, 잉크젯 프린팅, 또는 열증착법에 의해 성막된 것임을 특징으로 하는 태양전지용 전극.
  6. 기판; 상기 기판 상에 형성된 투명 도전성 박막; 상기 투명 도전성 박막 상에 형성된 광흡수층; 및 상기 광흡수층 상에 형성된 후면전극을 포함하는 박막 실리콘 태양전지에 있어서, 태양광이 입사하는 기판의 전면 또는 상기 기판과 상기 도전성 박막 사이에 형성된 근자외선 흡수층을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 태양전지는 후면전극 상에 형성된 반사방지막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.
KR1020090135704A 2009-12-31 2009-12-31 태양전지용 전극 및 그를 포함하는 박막 태양전지 KR20110078805A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090135704A KR20110078805A (ko) 2009-12-31 2009-12-31 태양전지용 전극 및 그를 포함하는 박막 태양전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090135704A KR20110078805A (ko) 2009-12-31 2009-12-31 태양전지용 전극 및 그를 포함하는 박막 태양전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20110078805A true KR20110078805A (ko) 2011-07-07

Family

ID=44918233

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090135704A KR20110078805A (ko) 2009-12-31 2009-12-31 태양전지용 전극 및 그를 포함하는 박막 태양전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20110078805A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101283174B1 (ko) * 2011-11-07 2013-07-05 엘지이노텍 주식회사 태양전지 및 이의 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101283174B1 (ko) * 2011-11-07 2013-07-05 엘지이노텍 주식회사 태양전지 및 이의 제조방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Meier et al. Potential of amorphous and microcrystalline silicon solar cells
AU2008290641B2 (en) Solar cell construction
Sai et al. 11.0%-efficient thin-film microcrystalline silicon solar cells with honeycomb textured substrates
US6784361B2 (en) Amorphous silicon photovoltaic devices
US20110023959A1 (en) Photovoltaic Cell Substrate And Method Of Manufacturing The Same
US20100154881A1 (en) Transparent solar cell module and method of fabricating the same
US20110023951A1 (en) Photovoltaic cell substrate, method of manufacturing the photovoltaic cell substrate, and photovoltaic cell
KR101018319B1 (ko) 유무기 복합 적층형 태양전지의 제조방법
Lopez-Garcia et al. Ultrathin Wide‐Bandgap a‐Si: H‐Based Solar Cells for Transparent Photovoltaic Applications
CN101527325A (zh) 太阳能电池用透明导电基板
CN108172640A (zh) 一种双面发电的碲化镉薄膜太阳能电池及其制备方法
KR101723797B1 (ko) 페로브스카이트-비정질 실리콘 이종접합 태양전지 및 그의 제조 방법
I Kabir et al. A review on progress of amorphous and microcrystalline silicon thin-film solar cells
KR20110079107A (ko) 박막 태양전지 기판용 글라스 및 그를 포함하는 박막 태양전지의 제조방법
CN115602692A (zh) 一种太阳能叠层电池、电池组件和光伏系统
KR101206758B1 (ko) 이종 적층형 박막 태양전지 및 그 제조방법
KR20110078805A (ko) 태양전지용 전극 및 그를 포함하는 박막 태양전지
KR20110077923A (ko) 박막 태양전지의 전면 전극 및 그를 포함하는 박막 실리콘 태양전지
US20100212739A1 (en) Solar cell and method of manufacturing the same
KR20110028101A (ko) 박막태양전지 기판용 글라스 및 그를 포함하는 박막태양전지
de Lima et al. Voltage-matched thin film solar cells in 3-terminal configuration
KR102404592B1 (ko) 금속산화물 무기 투명태양전지 및 이의 제조방법
CN218831182U (zh) 一种太阳能叠层电池、电池组件和光伏系统
KR20110035331A (ko) 박막 실리콘 태양전지 및 그의 제조방법
KR101326539B1 (ko) Ｗｏ3 버퍼층을 포함하는 박막형 태양전지

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination