KR20110093046A - Silicon thin film solar cell and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 실리콘 박막 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 삼중 접합 이상의 접합을 갖는 다중 접합형 실리콘 박막 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a silicon thin film solar cell, and more particularly, to a multi-junction silicon thin film solar cell having a junction of triple junction or more, and a manufacturing method thereof.
태양전지는 거의 무한한 에너지원인 태양을 에너지원으로 하고, 발전 과정에서 공해 물질을 거의 생성하지 않으며, 수명이 20년 이상으로 매우 길다는 장점과 더불어, 관련 산업분야로의 파급 효과가 크다는 장점으로 인해 매우 주목받고 있으며, 그로 인해 많은 국가에서 태양전지를 차세대 주요산업으로 육성하고 있다. Solar cells use the sun, which is an almost unlimited energy source, as an energy source, generate little pollutants in the power generation process, have a long life span of more than 20 years, and have a high ripple effect in related industries. It is attracting much attention, and as a result, many countries are fostering solar cells as the next generation major industries.
현재 태양전지의 90% 이상은 단결정 또는 다결정 실리콘 웨이퍼(Si wafer)를 기반으로 하여 제작 판매되고 있으며, 이외에 박막형 실리콘 기반의 태양전지가 소규모로 제작 판매되고 있다. Currently, more than 90% of solar cells are manufactured and sold based on single crystal or polycrystalline silicon wafers (Si wafer), and thin-film silicon-based solar cells are manufactured and sold on a small scale.
태양전지의 가장 큰 문제점은 발전 단가가 타 에너지원에 비해 매우 높다는 것이다. 따라서 차후 청정에너지의 수요를 충족시키기 위해서는 발전단가를 큰 폭으로 낮춰야 한다. The biggest problem of solar cells is that the cost of power generation is very high compared to other energy sources. Therefore, in order to meet the demand for clean energy in the future, the cost of power generation must be drastically reduced.
하지만, 현재 단결정 혹은 다결정 실리콘 웨이퍼를 기반으로 한 이른바 벌크(bulk)형 실리콘 태양전지는 필요한 원재료 양이 최소 150㎛ 두께 이상이므로, 원가의 많은 부분을 재료비, 즉 실리콘 원재료가 차지하고 있는데, 원재료의 공급이 급격히 늘어나는 수요를 따라가지 못해 원가를 낮출 수 있는 가능성이 용이하지 않은 실정이다.However, at present, so-called bulk silicon solar cells based on monocrystalline or polycrystalline silicon wafers require at least 150 µm in thickness, so a large part of the cost is accounted for by material costs, that is, silicon raw materials. The possibility of lowering costs is not easy because it cannot keep up with the rapidly increasing demand.
이에 비해, 박막형 태양전지는 그 두께가 2㎛ 이내이므로 벌크형 태양전지에 비해 원재료의 사용량이 매우 적어 재료비를 비약적으로 낮출 수 있다. 따라서 발전 단가 면에서 벌크형 태양전지에 비해 큰 장점을 가지고 있다. 하지만 박막형 태양전지는 벌크형 태양전지에 비해 같은 면적 대비 발전 성능이 절반 정도로 매우 낮다. On the contrary, since the thin film type solar cell has a thickness of 2 μm or less, the amount of raw materials used is very small compared to the bulk type solar cell, thereby significantly reducing the material cost. Therefore, it has a great advantage compared to bulk solar cells in terms of power generation cost. However, thin-film solar cells have about half the power generation performance as compared to bulk solar cells.
일반적으로 태양전지의 효율을 표현할 때는 100㎽/㎠의 광량에서 얻을 수 있는 전력의 크기를 %로 나타내는데, 벌크형 태양전지의 효율은 12% 내지 20%이지만, 박막형 태양전지의 효율은 8% 내지 9% 정도이다. 따라서 박막형 태양 전지의 효율은 벌크형 태양전지에 비해 낮은 편이다.In general, when expressing the efficiency of solar cells, the amount of power that can be obtained at 100 ㎽ / ㎠ light amount is expressed in%. The efficiency of bulk solar cells is 12% to 20%, but the efficiency of thin film solar cells is 8% to 9 About%. Therefore, the efficiency of thin film solar cells is lower than that of bulk solar cells.
박막형 태양전지의 가장 기본적인 모델은 단일 접합(single junction)형의 구조를 갖는다. 여기에서 단일 접합형 박막 태양전지는 광 흡수용 진성 반도체층(intrinsic layer)과, 광 생성된 전하 분리를 위한 내부 전계를 형성하기 위해 진성 반도체층의 상부 및 하부에 각각 배치되는 p형 도핑층 및 n형 도핑층을 포함하는 광전 변환부가 기판 위에 형성된 태양전지를 말한다.The most basic model of a thin film solar cell has a single junction type structure. Herein, the single junction thin film solar cell includes an intrinsic layer for absorbing light, a p-type doped layer disposed on the upper and lower portions of the intrinsic semiconductor layer to form an internal electric field for photo-generated charge separation, and The photoelectric conversion unit including the n-type doped layer refers to a solar cell formed on a substrate.
그런데 상기 단일 접합형 박막 태양전지는 효율이 낮은 편이다. 따라서 효율을 높이기 위해 2개의 광전 변환부를 적층한 이중 접합(tandem 또는 double junction)형 및 3개의 광전 변환부를 적층한 삼중 접합(triple junction)형 박막 태양전지가 개발되고 있다.However, the single junction thin film solar cell has a low efficiency. Therefore, in order to increase efficiency, a double junction (tandem or double junction) type in which two photoelectric conversion parts are stacked and a triple junction type thin film solar cell in which three photoelectric conversion parts are stacked are being developed.
상기한 이중 접합형 및 삼중 접합형 박막 태양전지는 밴드갭(Eg: band gap)이 다른 여러 종류의 물질로 서로 다른 광전 변환부의 광 흡수용 진성 반도체층을 형성함으로써, 광 흡수 스펙트럼 대역을 확장시키고 개방전압(Voc)을 높여 효율을 향상시키도록 구성한 것이다.The double-junction and triple-junction thin-film solar cells are formed of various kinds of materials having different band gaps (Eg) to form intrinsic semiconductor layers for light absorption of different photoelectric conversion portions, thereby extending the light absorption spectrum band. It is configured to improve the efficiency by increasing the open voltage (Voc).
이 중에서 삼중 접합형 박막 태양전지에 대해 살펴 보면, 태양광이 먼저 흡수되는 제1 광전 변환부의 진성 반도체층은 광학 밴드갭(Eg: bandgap)이 높은 반도체 물질(예를 들어, 비정질 실리콘(a-Si))로 형성되고, 제1 광전 변환부 위에 위치하는 제2 광전 변환부의 진성 반도체층은 광학 밴드갭이 낮은 반도체 물질(예를 들어, 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe) 또는 미세 결정 실리콘(μc-Si))로 형성되며, 제2 광전 변환부 위에 위치하는 제3 광전 변환부의 진성 반도체층은 제2 광전 변환부의 진성 반도체층을 형성하는 물질보다 게르마늄(Ge) 함량이 높은 비정질 실리콘 게르마늄 또는 미세 결정 실리콘 게르마늄(μc-Si(Ge))으로 형성된 것이 공지되어 있다.Among the triple-junction thin film solar cells, the intrinsic semiconductor layer of the first photoelectric conversion portion in which sunlight is absorbed first is a semiconductor material having a high optical bandgap (eg, amorphous silicon (a-)). Si)), and the intrinsic semiconductor layer of the second photoelectric conversion portion positioned on the first photoelectric conversion portion may be a semiconductor material having a low optical band gap (for example, amorphous silicon germanium (a-SiGe) or microcrystalline silicon (μc). (Si)), and the intrinsic semiconductor layer of the third photoelectric conversion unit positioned on the second photoelectric conversion unit is amorphous silicon germanium or finer having a higher germanium (Ge) content than the material forming the intrinsic semiconductor layer of the second photoelectric conversion unit. It is known to form crystalline silicon germanium (μc-Si (Ge)).
이러한 구성의 삼중 접합형 박막 태양전지는 기판을 통해 입사된 태양광의 성분 중에서 주로 단파장의 태양광이 제1 광전 변환부의 진성 반도체층에서 흡수되고, 제1 광전 변환부에서 흡수되지 못한 파장의 태양광 성분이 제2 광전 변환부 및 제3 광전 변환부의 진성 반도체층에서 흡수된다.In the triple junction type thin film solar cell having such a configuration, among the components of the solar light incident through the substrate, mainly light having a short wavelength is absorbed by the intrinsic semiconductor layer of the first photoelectric conversion part, and sunlight having a wavelength that is not absorbed by the first photoelectric conversion part. The component is absorbed in the intrinsic semiconductor layer of the second photoelectric converter and the third photoelectric converter.
그런데, 제1 광전 변환부 내지 제3 광전 변환부의 각각의 진성 반도체층이 a-Si/a-SiGe/μc-Si로 이루어진 삼중 접합형 태양 전지와 a-Si/μc-Si/μc-Si로 이루어진 삼중 접합형 태양전지의 양자 효율(QE: Quantum Efficiency)을 비교하면, 전자의 태양전지는 진성 반도체층이 a-SiGe로 이루어진 제2 광전 변환부의 전류가 진성 반도체층이 μc-Si로 이루어진 제3 광전 변환부의 전류보다 낮아 제2 광전 변환부에 제한(limit)이 걸리는 소자 형태가 되는 경우가 많으므로 효율을 높이는데 한계가 있지만, 후자의 태양전지는 제2 광전 변환부 및 제3 광전 변환부의 진성 반도체층이 모두 μc-Si로 이루어지므로 제2 광전 변환부에서 충분한 전류를 생산할 수 있어 전류 측면에서는 후자의 태양전지가 효율을 높이는데 유리한 소자 구조를 갖는다.However, each of the intrinsic semiconductor layers of the first to third photoelectric conversion portions is a triple junction solar cell made of a-Si / a-SiGe / μc-Si and a-Si / μc-Si / μc-Si. Comparing the quantum efficiency (QE: quantum efficiency) of the triple junction solar cell made up, the current of the second photovoltaic conversion part of the intrinsic semiconductor layer made of a-SiGe is made of the first semiconductor layer made of μc-Si. Since there is a limit to increase the efficiency because the element type is often limited to the current of the 3 photoelectric conversion section to limit the second photoelectric conversion section, the latter solar cell has a second photoelectric conversion section and a third photoelectric conversion section. Since the negative intrinsic semiconductor layers are all made of μc-Si, sufficient current can be produced in the second photoelectric conversion unit, so the latter solar cell has an element structure that is advantageous in improving efficiency in terms of current.
하지만 개방전압(Voc) 측면에서 살펴 보면, 전자의 태양전지는 제1 광전 변환부의 개방전압이 1.0V, 제2 광전 변환부의 개방전압이 0.75V, 제3 광전 변환부의 개방전압이 0.5V로 총 2.25V의 개방전압을 얻을 수 있다. 하지만 후자의 태양전지는 제1 및 제3 광전 변환부의 개방전압이 전자의 태양전지와 동일한 반면에 제2 광전 변환부의 개방전압이 0.5V가 되어 총 개방전압이 2.0V가 되므로 개방전압 측면에서는 전자의 태양전지가 유리한 소자 구조를 갖는다.However, in terms of open voltage (Voc), the former solar cell has a total open voltage of 1.0 V in the first photoelectric converter, 0.75 V in the second photoelectric converter, and 0.5 V in the third photoelectric converter. An open voltage of 2.25V can be obtained. However, in the latter solar cell, since the open voltage of the first and third photoelectric converters is the same as the former solar cell, the open voltage of the second photoelectric converter is 0.5V and the total open voltage is 2.0V. The solar cell has an advantageous device structure.
즉, 전자의 태양전지는 전류 측면에서, 그리고 후자의 태양전지는 전압 측면에서 효율을 더욱 상승시키기에 어려운 소자 구조를 가지므로, 전자 및 후자의 태양전지는 모두 13.5% 이상의 효율을 달성하는 것이 용이하지 않다.That is, since the former solar cell has a device structure that is difficult to further increase efficiency in terms of current and the latter solar cell, it is easy for both the former and the latter solar cells to achieve efficiency of 13.5% or more. Not.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 삼중 접합 이상의 다중 접합형으로 이루어지며 효율이 향상된 실리콘 박막 태양전지를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a silicon thin film solar cell with improved efficiency made of a multi-junction of triple junction or more.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 다중 접합형 실리콘 박막 태양전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a multi-junction silicon thin film solar cell.
본 발명의 실시예에 따른 실리콘 박막 태양전지는, 태양광이 입사하는 기판; 및 상기 기판 위에 위치하는 제1 전극, 적어도 3개 이상의 광전 변환부 및 제2 전극을 포함하고, 상기 적어도 3개 이상의 광전 변환부는 상기 제1 전극 위에 순차적으로 위치하는 제1 광전 변환부, 제2 광전 변환부 및 제3 광전 변환부를 포함하며, 상기 제2 광전 변환부는 p형 도핑층, 진성 반도체층 및 n형 도핑층을 포함하고, 상기 p형 도핑층 및 n형 도핑층은 수소화된 미세 결정 실리콘(μc-Si:H) 또는 수소화된 미세 결정 실리콘 산화물(μc-SiOx:H) 중에서 선택된 어느 한 물질로 각각 이루어지며, 상기 진성 반도체층은 수소화된 미세 결정 실리콘 산화물(μc-SiOx:H)로 이루어진다.Silicon thin film solar cell according to an embodiment of the present invention, the substrate to which sunlight is incident; And a first electrode, at least three photoelectric conversion parts, and a second electrode positioned on the substrate, wherein the at least three photoelectric conversion parts are sequentially positioned on the first electrode; A photoelectric conversion unit and a third photoelectric conversion unit, wherein the second photoelectric conversion unit includes a p-type doping layer, an intrinsic semiconductor layer, and an n-type doping layer, and the p-type doping layer and the n-type doping layer are hydrogenated fine crystals. It is composed of any one selected from silicon (μc-Si: H) or hydrogenated microcrystalline silicon oxide (μc-SiOx: H), and the intrinsic semiconductor layer is hydrogenated microcrystalline silicon oxide (μc-SiOx: H). Is made of.
제2 광전 변환부의 진성 반도체층 내의 산소 함량은 1% 내지 15%이며, 제2 광전 변환부의 진성 반도체층의 결정화도는 15% 내지 50%이다.The oxygen content in the intrinsic semiconductor layer of the second photoelectric converter is 1% to 15%, and the crystallinity of the intrinsic semiconductor layer of the second photoelectric converter is 15% to 50%.
제1 광전 변환부의 진성 반도체층은 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)으로 이루어질 수 있고, 제3 광전 변환부의 진성 반도체층은 수소화된 미세 결정 실리콘(μc-Si:H) 또는 수소화된 미세 결정 실리콘 게르마늄(μc-SiGe:H)으로 이루어질 수 있다. 그리고 제1 내지 제3 광전 변환부의 사이에는 적어도 하나의 중간 반사층이 위치할 수 있다.The intrinsic semiconductor layer of the first photoelectric conversion unit may be made of hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H), and the intrinsic semiconductor layer of the third photoelectric conversion unit may be hydrogenated microcrystalline silicon (μc-Si: H) or hydrogenated fine particles. It may be made of crystalline silicon germanium (μc-SiGe: H). At least one intermediate reflective layer may be positioned between the first to third photoelectric conversion units.
이러한 구성의 실리콘 박막 태양전지는, 제1 전극이 형성된 기판의 한 표면 위에 제1 광전 변환부를 형성하는 단계; 제1 광전 변환부 위에 제2 광전 변환부를 형성하는 단계; 및 제2 광전 변환부 위에 제3 광전 변환부를 형성하는 단계를 포함하고, 제2 광전 변환부를 형성하는 단계는, 수소화된 미세 결정 실리콘(μc-Si:H) 또는 수소화된 미세 결정 실리콘 산화물(μc-SiOx:H) 중에서 선택된 어느 한 물질로 p형 도핑층을 형성하는 단계; 수소화된 미세 결정 실리콘 산화물(μc-SiOx:H)로 진성 반도체층을 형성하는 단계; 및 수소화된 미세 결정 실리콘(μc-Si:H) 또는 수소화된 미세 결정 실리콘 산화물(μc-SiOx:H) 중에서 선택된 어느 한 물질로 n형 도핑층을 형성하는 단계를 포함하는 실리콘 박막 태양전지의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.A silicon thin film solar cell having such a configuration may include forming a first photoelectric conversion unit on a surface of a substrate on which a first electrode is formed; Forming a second photoelectric converter on the first photoelectric converter; And forming a third photoelectric converter on the second photoelectric converter, wherein forming the second photoelectric converter includes hydrogenated microcrystalline silicon (μc-Si: H) or hydrogenated microcrystalline silicon oxide (μc). Forming a p-type doped layer with any one of -SiOx: H); Forming an intrinsic semiconductor layer from hydrogenated microcrystalline silicon oxide (μc-SiOx: H); And forming an n-type doped layer with any one material selected from hydrogenated microcrystalline silicon (μc-Si: H) or hydrogenated microcrystalline silicon oxide (μc-SiOx: H). It can manufacture by a method.
제1 광전 변환부를 형성하는 단계는 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)으로 제1 전극 위에 진성 반도체층을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 제3 광전 변환부를 형성하는 단계는 수소화된 미세 결정 실리콘(μc-Si:H)으로 제2 광전 변환부 위에 진성 반도체층을 형성하거나, 수소화된 미세 결정 실리콘 게르마늄(μc-SiGe:H)으로 제2 광전 변환부 위에 진성 반도체층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the first photoelectric conversion unit may include forming an intrinsic semiconductor layer on the first electrode with hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H), and the forming of the third photoelectric conversion unit may include hydrogenated fine particles. Forming an intrinsic semiconductor layer over the second photoelectric conversion portion with crystalline silicon (μc-Si: H) or forming an intrinsic semiconductor layer over the second photoelectric conversion portion with hydrogenated fine crystalline silicon germanium (μc-SiGe: H) It may include.
이러한 특징에 따르면, 단락 전류 밀도 측면에서는 제2 광전 변환부의 진성 반도체층을 형성하는 수소화된 미세 결정 실리콘 산화물이 비정질 실리콘 게르마늄보다 밴드갭이 낮으므로 단락 전류 밀도를 높일 수 있고, 개방 전압 측면에서는 수소화된 미세 결정 실리콘 산화물이 미세 결정 실리콘보다 밴드갭이 높으므로 개방 전압을 높일 수 있다. 따라서, 실리콘 박막 태양전지의 효율을 높일 수 있다.According to this feature, the hydrogenated microcrystalline silicon oxide forming the intrinsic semiconductor layer of the second photoelectric conversion portion has a lower bandgap than amorphous silicon germanium in terms of short-circuit current density, thereby increasing short-circuit current density and hydrogenating in terms of open voltage. Since the microcrystalline silicon oxide has a higher band gap than the microcrystalline silicon, the open voltage can be increased. Therefore, the efficiency of a silicon thin film solar cell can be improved.
또한 제2 광전 변환부의 진성 반도체층에 함유되는 산소 원자의 함량을 조절하여 적절한 밴드갭을 중간 반사층 및 후면 반사층이 모두 도핑된 미세 결정 실리콘 산화물로 이루어지는 경우에는 각 반사층의 두께를 최적화 하여 각 광전 변환부에 흐르는 전류의 균형을 맞춤으로써 고효율 태양전지를 구현할 수 있다.In addition, when the content of oxygen atoms contained in the intrinsic semiconductor layer of the second photoelectric conversion unit is adjusted to a suitable band gap made of microcrystalline silicon oxide doped with both the intermediate reflective layer and the rear reflective layer, the thickness of each reflective layer is optimized to optimize each photoelectric conversion. A high efficiency solar cell can be realized by balancing the current flowing through the negative.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 삼중 접합형 실리콘 박막 태양전지의 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 삼중 접합형 실리콘 박막 태양전지의 효율 및 특성치를 나타내는 표이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 삼중 접합형 실리콘 박막 태양전지의 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 삼중 접합형 실리콘 박막 태양전지의 부분 단면도이다.1 is a partial cross-sectional view of a triple junction type silicon thin film solar cell according to a first embodiment of the present invention.
2 is a table showing efficiency and characteristic values of the triple junction type silicon thin film solar cell according to the first embodiment of the present invention.
3 is a partial cross-sectional view of a triple junction type silicon thin film solar cell according to a second embodiment of the present invention.
4 is a partial cross-sectional view of a triple junction type silicon thin film solar cell according to a third embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 다양한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted for simplicity of explanation, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. When a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it includes not only the case directly above another portion but also the case where there is another portion in between. On the contrary, when a part is "just above" another part, there is no other part in the middle.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예를 설명한다.An embodiment of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 실리콘 박막 태양전지의 개략도로서, 삼중 접합형 태양전지의 부분 단면도이다. 하지만, 이하에서 설명하는 본원 발명은 4개 이상의 광전 변환부를 갖는 실리콘 박막 태양전지에도 적용이 가능하다.1 is a schematic view of a silicon thin film solar cell according to a first embodiment of the present invention, and is a partial cross-sectional view of a triple junction solar cell. However, the present invention described below is applicable to a silicon thin film solar cell having four or more photoelectric conversion units.
도 1을 참고로 하면, 본 실시예에 따른 삼중 접합형 실리콘 박막 태양전지는 기판(110)을 통해 빛이 입사되는 상판(superstrate)형 구조를 갖는다.Referring to FIG. 1, the triple junction type silicon thin film solar cell according to the present exemplary embodiment has a superstrate-type structure in which light is incident through the
좀 더 자세히 설명하면, 삼중 접합형 실리콘 박막 태양전지는 유리 또는 투명 플라스틱 등으로 이루어진 기판(110), 기판(110) 위에 위치하는 도전성 투명 전극(transparent conductive oxide, TCO)(120), 투명 전극(120) 위에 위치하는 제1 광전 변환부(130), 제1 광전 변환부(130) 위에 위치하는 제2 광전 변환부(140), 제2 광전 변환부(140) 위에 위치하는 제3 광전 변환부(150), 제3 광전 변환부(150) 위에 위치하는 후면 전극(170)을 구비한다. 이때, 투명 전극(120)은 제1 전극이고, 후면 전극(170)은 제2 전극이다.In more detail, the triple junction type silicon thin film solar cell includes a
도전성 투명 전극(120)은 기판(110)의 전체 면에 형성되어 있으며, 제1 광전 변환부(130)과 전기적으로 연결되어 있다. 따라서 도전성 투명 전극(120)은 빛에 의해 생성된 캐리어(carrier) 중 하나, 예를 들어 정공을 수집하여 출력한다. 도전성 투명 전극(120)은 또한 반사 방지막의 기능도 수행할 수 있다.The conductive
도전성 투명 전극(120)의 상부 표면은 랜덤(random)한 피라미드 구조를 갖는 복수 개의 요철(도시하지 않음)을 구비한 텍스처링 표면(texturing surface)으로 형성된다. 이와 같이, 도전성 투명 전극(120)의 표면을 텍스처링 표면으로 형성하면, 도전성 투명 전극의 빛 반사도가 감소되어 빛의 흡수율이 증가되므로, 태양 전지의 효율이 향상된다. 이때 형성되는 요철의 높이는 약 1㎛ 내지 10㎛일 수 있다. The upper surface of the conductive
도전성 투명 전극(120)은 대부분의 빛이 통과하며 전기가 잘 흐를 수 있도록 높은 광 투과도와 높은 전기 전도도가 요구된다. 이러한 도전성 투명 전극(120)은 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO), 주석계 산화물(SnO2 등), AgO, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide: FTO) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 형성될 수 있다. 도전성 투명 전극(120)의 비저항 범위는 약 10-2Ω-㎝ 내지 10-11Ω-㎝일 수 있다.The conductive
제1 광전 변환부(130)는 수소화된 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon: a-Si:H)을 이용하는 비정질 실리콘 셀로 이루어질 수 있으며, 약 1.7eV의 광학 밴드갭을 갖고, 근자외선, 보라, 파랑 등과 같은 단파장 대역의 빛을 주로 흡수한다.The first photoelectric converter 130 may be formed of an amorphous silicon cell using hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H), and has an optical band gap of about 1.7 eV, and may include near ultraviolet light, violet light, blue light, and the like. It mainly absorbs light of the same short wavelength band.
이러한 제1 광전 변환부(130)는 도전성 투명 전극(120) 위에 순차적으로 적층된 제1 도전성 타입의 반도체층인 제1 p형 도핑층(131), 제1 진성 반도체층(132), 그리고 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 반도체층인 제1 n형 도핑층(133)을 포함한다.The first photoelectric conversion unit 130 is a first p-type doped
제1 p형 도핑층(131)은 실리콘(Si)을 포함한 원료 가스에 붕소, 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 포함하는 가스를 혼합하여 형성될 수 있다. 본 실시예에서 제1 p형 도핑층(131)은 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)으로 형성되지만, 수소화된 비정질 실리콘 외의 다른 물질로 형성하는 것도 가능하다.The first p-type doped
제1 진성 반도체층(132)은 캐리어의 재결합률을 줄이고 광을 흡수하기 위한 것으로, 전자와 정공과 같은 캐리어가 이곳에서 주로 생성된다. 이러한 제1 진성 반도체층(132)은 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)으로 형성될 수 있고, 약 200nm 내지 300nm의 두께를 가질 수 있다.The first intrinsic semiconductor layer 132 is to reduce the recombination rate of the carrier and absorb light, and carriers such as electrons and holes are mainly generated therein. The first intrinsic semiconductor layer 132 may be formed of hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H), and may have a thickness of about 200 nm to 300 nm.
제1 n형 도핑층(133)은 실리콘을 포함한 원료 가스에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함하는 가스를 혼합하여 형성될 수 있다. 본 실시예에서 제1 p형 도핑층(131)은 제1 n형 도핑층(133)과 마찬가지로 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)으로 형성되지만, 수소화된 비정질 실리콘 외의 다른 물질로 형성하는 것도 가능하다.The first n-type doped
이러한 제1 광전 변환부(130)는 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)과 같은 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD))에 의해 형성될 수 있다. The first photoelectric converter 130 may be formed by chemical vapor deposition (CVD), such as plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD).
제1 광전 변환부(130)의 제1 p형 도핑층(131) 및 제1 n형 도핑층(133)과 같은 도핑층은 제1 진성 반도체층(132)을 사이에 두고 p-n 접합을 형성하고, 이로 인한 광기전력 효과(photovoltatic effect)에 의하여 제1 진성 반도체층(132)에서 생성된 전자와 정공은 접촉 전위차에 의해 분리되어 서로 다른 방향으로 이동된다. 예를 들어, 정공은 제1 p형 도핑층(131)을 통해 도전성 투명 전극(120)쪽으로 이동하고, 전자는 제1 n형 도핑층(133)을 통해 후면 전극(170)쪽으로 이동한다. Doping layers such as the first p-
제1 광전 변환부(130) 위에 위치하는 제2 광전 변환부(140)는 제1 광전 변환부(130)와 유사하게 제1 n형 도핑층(133) 위에 순차적으로 형성된 제2 p형 도핑층(141), 제2 진성 반도체층(142), 그리고 제2 n형 도핑층(143)을 포함하며, 이들 층(141 내지 143)은 제1 광전 변환부(130)과 동일하게 PECVD와 같은 CVD로 형성될 수 있다.The second
제2 광전 변환부(140)는 개방 전압과 단락 전류 밀도를 조절하여 실리콘 박막 태양전지의 광 효율을 향상시키기 위한 것으로, 본 실시예에서 제2 p형 도핑층(141), 제2 진성 반도체층(142) 및 제2 n형 도핑층(143)은 모두 수소화된 미세 결정 실리콘 산화물(μc-SiOx:H)로 형성된다. 하지만, 제2 p형 도핑층(141) 및 제2 n형 도핑층(143)은 수소화된 미세 결정 실리콘(μc-Si:H)으로 형성될 수도 있다.The second
제2 진성 반도체층(142)은 인가되는 장파장 대역의 빛을 주로 흡수하여 전자와 전공을 생성한다. 본 실시예에서, 제2 진성 반도체층(142)은 약 1500㎚ 내지 2000㎚의 두께를 가질 수 있다. The second
제1 광전 변환부(130)와 유사하게, 제2 광전 변환부(140)의 제2 p형 및 n형 도핑층(141, 143)은 제2 진성 반도체층(142)을 사이에 두고 p-n 접합을 형성하고, 이로 인하여 생성된 정공은 제2 p형 도핑층(141)을 통해 도전성 투명 전극(120)쪽으로 이동하여 수집되고, 생성된 전자는 제2 n형 도핑층(143)을 통해 후면 전극(170)쪽으로 이동하여 수집된다.Similar to the first photoelectric converter 130, the second p-type and n-type doped
이때, 제2 진성 반도체층(142) 내의 산소 함량 및 결정화도는 개방전압(Voc) 및 단락 전류 밀도(Jsc)를 조절하는 데 중요하게 작용한다.At this time, the oxygen content and crystallinity in the second
이에, 본 발명인의 실험 결과, 상기 제2 진성 반도체층(142) 내의 산소 함량은 1% 내지 15%가 적절한 것을 알 수 있었는데, 그 이유는 산소 함량이 1% 미만일 경우 밴드갭 증가 효과를 얻을 수 없으며, 산소 함량이 15%를 초과하는 경우 결함 증가 및 밴드갭의 과도한 증가로 인해 박막의 품질이 저하되기 때문이다.Thus, as a result of the experiments of the present inventors, it was found that the oxygen content in the second
또한, 결정화도의 경우, 라만 스펙트로스코피(raman spectroscopy)를 사용하여 제2 진성 반도체층(142)의 결정화도를 측정할 때 15% 내지 50% 내의 범위 내에 있는 것이 적절하다.Also, in the case of crystallinity, it is appropriate to be within a range of 15% to 50% when measuring the crystallinity of the second
제2 광전 변환부(140) 위에 위치하는 제3 광전 변환부(150)는 수소화된 미세 결정 실리콘(μc-Si:H) 또는 수소화된 미세 결정 실리콘 게르마늄(μc-SiGe:H)을 이용한 미세 결정 실리콘 셀로서, 적색에서 근적외선까지의 장파장 대역의 빛을 주로 흡수한다.The third
제3 광전 변환부(150)는 제2 광전 변환부(140)의 제1 n형 도핑층(143) 위에 순차적으로 형성된 제3 p형 도핑층(151), 제3 진성 반도체층(152), 그리고 제3 n형 도핑층(153)을 포함하며, 이들 층(151 내지 153)은 제1 및 제2 광전 변환부(130, 140)과 동일하게 PECVD와 같은 CVD로 형성될 수 있다.The third
본 실시예에서, 제3 p형 도핑층(151), 제3 진성 반도체층(152) 및 제3 n형 도핑층(153)은 수소화된 미세 결정 실리콘(μc-Si:H) 또는 수소화된 미세 결정 실리콘 게르마늄(μc-SiGe:H)으로 형성된다. 하지만, 제3 p형 도핑층(151) 및 제3 n형 도핑층(153)은 수소화된 미세 결정 실리콘(μc-Si:H) 및 수소화된 미세 결정 실리콘 게르마늄(μc-SiGe:H) 외의 다른 물질로도 형성될 수 있다.In the present embodiment, the third p-
후면 전극(170)은 제3 광전 변환부(150)의 전체 면 위에 위치하며, 전기적으로 제3 광전 변환부(150)의 제3 n형 도핑층(153)과 연결되어 있다. 이러한 후면 전극(170)은 p-n 접합을 통해 생성된 캐리어 중 전자를 수집하여 출력한다.The
한편, 빛의 흡수율을 증가시키기 위해, 제1 광전 변환부(130), 제2 광전 변환부(140) 및 제3 광전 변환부(150)도 텍스처링 표면을 갖도록 형성할 수 있다.Meanwhile, in order to increase light absorption, the first photoelectric converter 130, the second
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 삼중 접합형 실리콘 박막 태양전지의 효율 및 특성치를 나타낸 것이다.Figure 2 shows the efficiency and characteristics of the triple junction type silicon thin film solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 2에서, Voc는 개방 전압을 말하고, Jsc는 단락 전류 밀도를 말하며, FF는 충전 효율(Fill Factor)을 말하고, Eff는 효율을 말한다.In Fig. 2, Voc refers to the open voltage, Jsc refers to the short-circuit current density, FF refers to the fill factor, and Eff refers to the efficiency.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1 광전 변환부, 제2 광전 변환부 및 제3 광전 변환부의 진성 반도체층들이 각각 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)/수소화된 미세 결정 실리콘 산화물(μc-SiOx:H)/수소화된 미세 결정 실리콘(μc-Si:H)으로 형성된 실시예 1의 태양전지는 충전 팩터(FF)가 종래예 1(a-Si:H/a-SiGe:H/μc-Si:H) 및 종래예 2(a-Si:H/μc-Si:H/μc-Si:H)와 동일하다. 그러나 개방 전압(Voc)은 종래예 1에 비해서는 낮지만 종래예 2에 비해서는 높으며, 단락 전류 밀도(Jsc)는 종래예 2와 동일하지만 종래예 1에 비해서는 높다.As shown in FIG. 2, intrinsic semiconductor layers of the first photoelectric conversion unit, the second photoelectric conversion unit, and the third photoelectric conversion unit are each hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) / hydrogenated microcrystalline silicon oxide (μc). The solar cell of Example 1 formed of -SiOx: H) / hydrogenated microcrystalline silicon (μc-Si: H) has a charge factor (FF) of the conventional Example 1 (a-Si: H / a-SiGe: H / μc -Si: H) and conventional example 2 (a-Si: H / μc-Si: H / μc-Si: H). However, the open voltage Voc is lower than that of Conventional Example 1 but higher than that of Conventional Example 2, and the short-circuit current density Jsc is the same as that of Conventional Example 2 but higher than that of Conventional Example 1.
따라서, 실시예 1의 실리콘 박막 태양전지는 종래예 2와 단락 전류 밀도가 동일하지만 개방 전압이 증가되어 종래예 1 및 종래예 2에 비해 효율이 1% 정도 향상된다.Therefore, the silicon thin film solar cell of Example 1 has the same short-circuit current density as that of Conventional Example 2, but the open circuit voltage is increased to improve the efficiency by about 1% compared to the Conventional Examples 1 and 2.
또한, 제1 광전 변환부, 제2 광전 변환부 및 제3 광전 변환부의 진성 반도체층들이 각각 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)/수소화된 미세 결정 실리콘 산화물(μc-SiOx:H)/수소화된 미세 결정 실리콘 게르마늄(μc-SiGe:H)으로 형성된 실시예 2의 태양전지는 충전 팩터(FF)가 종래예 1(a-Si:H/a-SiGe:H/μc-Si:H)과 종래예 2(a-Si:H/μc-Si:H/μc-Si:H) 및 실시예 1과 동일하고, 개방 전압(Voc)은 실시예 1과 동일하며, 단락 전류 밀도(Jsc)는 실시예 1에 비해 더 높다.In addition, intrinsic semiconductor layers of the first photoelectric conversion unit, the second photoelectric conversion unit, and the third photoelectric conversion unit are each hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) / hydrogenated microcrystalline silicon oxide (μc-SiOx: H) / The solar cell of Example 2 formed of hydrogenated microcrystalline silicon germanium (μc-SiGe: H) has a charge factor (FF) of the conventional Example 1 (a-Si: H / a-SiGe: H / μc-Si: H). And Example 2 (a-Si: H / μc-Si: H / μc-Si: H) and Example 1, and the open voltage (Voc) is the same as Example 1, the short-circuit current density (Jsc) Is higher than in Example 1.
따라서, 실시예 2의 실리콘 박막 태양전지는 실시예 1에 비해 단락 전류 밀도가 증가되어 종래예 1 및 종래예 2에 대해서는 1% 정도, 그리고 실시예 1에 대해서는 1.5% 정도 효율이 더 향상된다.Therefore, the silicon thin film solar cell of Example 2 has an increased short-circuit current density compared to Example 1, so that the efficiency is further improved by about 1% for Example 1 and Example 2 and about 1.5% for Example 1.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 삼중 접합형 실리콘 박막 태양전지의 부분 단면도를 도시한 것으로, 제2 광전 변환부(140)와 제3 광전 변환부(150) 사이에 중간 반사층(180)이 위치하는 것을 제외하면 전술한 도 1의 실시예와 동일한 구성을 갖는다.3 is a partial cross-sectional view of a triple junction type silicon thin film solar cell according to a second exemplary embodiment of the present invention, wherein the intermediate
중간 반사층(180)은 단파장의 태양광 성분을 제2 광전 변환부(140)를 향해 반사하는 한편, 장파장의 태양광 성분은 제3 광전 변환부(150)쪽으로 투과한다. 이러한 작용을 하는 중간 반사층(180)은 알루미늄화된 산화아연(ZnO:Al)로 형성될 수 있다.The intermediate
도 3은 중간 반사층(180)이 제2 광전 변환부(140)와 제3 광전 변환부(150) 사이에 형성된 것을 도시하고 있지만, 중간 반사층(180)은 제1 광전 변환부(130)와 제2 광전 변환부(140) 사이에 위치하거나, 제1 광전 변환부(130)와 제2 광전 변환부(140) 사이 및 제2 광전 변환부(140)와 제3 광전 변환부(150) 사이에 모두 위치하거나 할 수 있다.3 illustrates that the intermediate
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 실리콘 박막 태양전지의 부분 단면도를 도시한 것으로, 제3 광전 변환부(150)와 후면 전극(170) 사이에 후면 반사층(back reflector, 160)이 위치하는 것을 제외하면 전술한 도 1의 실시예와 동일한 구성을 갖는다.4 is a partial cross-sectional view of a silicon thin film solar cell according to a third exemplary embodiment of the present invention, wherein a
후면 반사층(160)은 제3 광전 변환부(150)을 통과한 빛을 제3 광전 변환부(150)쪽으로 반사시켜, 제3 광전 변환부(150)의 동작 효율을 향상시키는 것으로, 전술한 중간 반사층(180)과 동일한 재질로 형성될 수 있다.The rear
한편, 구체적으로 도시하지는 않았지만 후면 반사층(160)은 상기 중간 반사층(180)과 함께 사용될 수도 있다.Although not specifically illustrated, the rear
이하, 본원 발명의 실시예에 따른 실리콘 박막 태양전지의 제조 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a silicon thin film solar cell according to an embodiment of the present invention.
이하에서 설명하는 제조 방법은 제1 광전 변환부(130), 제2 광전 변환부(140) 및 제3 광전 변환부(150)의 진성 반도체층들이 각각 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)/수소화된 미세 결정 실리콘 산화물(μc-SiOx:H)/수소화된 미세 결정 실리콘(μc-Si:H)으로 형성되는 실시예 1에 관한 것이지만, 제3 광전 변환부(150)의 진성 반도체층이 수소화된 미세 결정 실리콘 게르마늄(μc-SiGe:H)으로 형성되는 실시예 2의 태양전지도 실시예 1의 태양 전지를 제조하는 방법과 유사한 방법으로 제조할 수 있다.In the manufacturing method described below, amorphous silicon (a-Si: H) in which the intrinsic semiconductor layers of the first photoelectric conversion unit 130, the second
먼저, 유리나 플라스틱과 같은 투명한 재료로 이루어진 기판(110) 위에 도전성 투명 전극(120)을 형성한다. 도전성 투명 전극(20)은 도전성 투명 전극 형성용 페이스트를 기판(110) 상에 도포한 후 열처리하여 형성하거나, 스퍼터링 공정 등을 이용한 증착법 또는 도금법 등의 공정을 통해 형성될 수 있다.First, the conductive
도전성 투명 전극(120)은 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO), 주석계 산화물(SnO2 등), AgO, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide: FTO) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 형성될 수 있다.The conductive
다음, 도전성 투명 전극(120)의 표면을 텍스처링하여 도전성 투명 전극(120)에 복수의 요철(도시하지 않음)을 형성한다. Next, the surface of the conductive
텍스처링은 예를 들어 약 0.5%의 염화 수소(HCl)와 같은 표면 식각 용액이 담긴 욕조(bath)에 일정 시간, 예컨대 15초 동안 반도체 기판(100)을 담가 놓은 것으로 이루어질 수 있다. 상기한 공정에 의하면, 식각 용액과 접촉한 도전성 투명 전극(120)의 표면이 식각되어 랜덤한 피라미드 구조 등을 갖는 요철이 형성된다.Texturing may consist of immersing the semiconductor substrate 100 for a period of time, for example 15 seconds, in a bath containing, for example, a surface etching solution such as about 0.5% hydrogen chloride (HCl). According to the above process, the surface of the conductive
이때, 요철은 투명 전극(120)의 결정 방향에 따른 식각 속도의 차이에 의해 생성된다. 형성되는 요철의 높이, 즉 각 피라미드 구조의 높이는 식각 용액의 농도, 식각 시간 등에 따라 가변하며, 약 1㎛ 내지 10㎛일 수 있다. In this case, the unevenness is generated by a difference in etching speed according to the crystal direction of the
다음, PECVD와 같은 CVD를 이용하여 제1 p형 도핑층(131), 제1 진성 반도체층(132) 및 제1 n형 도핑층(133)을 차례로 형성하여 제1 광전 변환부(130)를 형성한다.Next, the first photoelectric conversion unit 130 is formed by sequentially forming the first p-type doped
이때, 실리콘(Si)을 포함하는 원료 가스에 불순물의 종류를 변경하여 제1 p형 도핑층(131), 제1 진성 반도체층(132) 및 제2 n형 도핑층(133)을 형성한다. 이때, 사용되는 원료 가스는 SiH4, Si2H6, Si3H8 등의 가스를 사용할 수 있고, 이런 원료 가스를 분해하기 위한 플라즈마 형성을 위한 가스로는 H2, He 등을 사용할 수 있다.In this case, the first p-
그리고, p형 불순물을 위한 가스로는 붕소(B)와 같은 3가 원소를 포함하는 가스(B2H6)를 혼합하며, n형 불순물을 위한 가스로는 인(P)과 같은 5가 원소를 포함하는 가스(PH3)를 혼합한다.The gas for the p-type impurity is mixed with a gas (B 2 H 6 ) containing a trivalent element such as boron (B), and the gas for the n-type impurity includes a pentavalent element such as phosphorus (P). The gas (PH 3 ) to mix.
제1 p형 도핑층(131)을 형성하기 위한 한 예로서, 원료 가스(SiH4)에 H2와 B2H6 및 CH4를 더한 혼합 가스를 준비한 후 약 0.5 Torr 내지 1 Torr의 압력 하에서 약 20W 내지 100W의 고주파(radio frequency) 전력으로 PECVD를 행한다. 이때, 도전성 투명 전극(120)을 구비한 기판의 온도는 약 200℃일 수 있다.As an example for forming the first p-type doped
또한, 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)으로 이루어진 제1 진성 반도체층(132)을 형성하기 위한 한 예로서, 원료 가스(SiH4)에 H2를 혼합하여 약 0.5 Torr 내지 1 Torr의 압력 하에서, 약 20 내지 50W의 고주파 전력으로 PECVD를 행한다. 이때의 기판 온도 또한 약 200℃일 수 있다.In addition, as an example for forming the first intrinsic semiconductor layer 132 made of hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H), H 2 may be mixed with the source gas (SiH 4 ) to about 0.5 Torr to 1 Torr. Under pressure, PECVD is performed at a high frequency power of about 20 to 50 W. The substrate temperature at this time may also be about 200 ° C.
그리고 제1 n형 도핑층(133)을 형성하기 위한 예로서, 원료 가스(SiH4)에 H2와 PH3를 혼합하여 약 0.5 Torr 내지 1 Torr의 압력 하에서, 약 20 내지 100W의 고주파 전력으로 PECVD를 행한다. 이때, 기판 온도는 약 200℃일 수 있다,As an example for forming the first n-type doped
다음, 제1 광전 변환부(130) 위에 제2 p형 도핑층(141), 제2 진성 반도체층(142) 및 제2 n형 도핑층(143)을 차례로 형성하여, 제2 광전 변환부(140)를 형성한다.Next, the second p-
제2 광전 변환부(140)는 제1 광전 변환부(130)와 유사하게, 실리콘(Si)을 포함하는 원료 가스에 불순물의 종류를 변경하여 제2 p형 도핑층(141), 제2 진성 반도체층(142) 및 제2 n형 도핑층(143)을 형성할 수 있다.Similar to the first photoelectric conversion unit 130, the second
제2 p형 도핑층(141)은 수소화된 미세 결정 실리콘(μc-Si:H) 또는 수소화된 미세 결정 실리콘 산화물(μc-SiOx:H)로 이루어질 수 있다.The second p-type doped
제2 p형 도핑층(141)이 수소화된 미세 결정 실리콘 산화물(μc-SiOx:H)로 이루어진 경우, 제2 p형 도핑층(141)을 형성하기 위한 한 예로서, 원료 가스(SiH4)에 H2와 B2H6 및 Co2를 더한 혼합 가스를 준비한 후 약 0.5 Torr 내지 1 Torr의 압력 하에서, 약 20 내지 100W의 고주파 전력으로 PECVD를 행하여 형성한다. 이때, 기판의 온도는 약 200℃일 수 있다.When the second p-type doped
또한, 수소화된 미세 결정 실리콘 산화물(μc-SiOx:H)로 형성된 제2 진성 반도체층(142)을 형성하기 위한 한 예로서, 원료 가스(SiH4)에 H2 및 Co2를 혼합하여 약 0.5 Torr 내지 1 Torr의 압력 하에서, 약 20W 내지 200W의 고주파 전력으로 PECVD를 행한다. 이때, 기판 온도는 약 200℃일 수 있다.In addition, as an example for forming the second
제2 n형 도핑층(143)은 수소화된 미세 결정 실리콘(μc-Si:H) 또는 수소화된 미세 결정 실리콘 산화물(μc-SiOx:H)로 이루어질 수 있다.The second n-type doped
제2 n형 도핑층(143)이 수소화된 미세 결정 실리콘 산화물(μc-SiOx:H)로 이루어진 경우, 제2 n형 도핑층(143)을 형성하기 위한 한 예로서, 원료 가스(SiH4)에 H2와 PH3을 혼합하여 약 0.5Torr 내지 1 Torr의 압력 하에서, 약 20W 내지 100W의 고주파 전력으로 PECVD를 행한다. 이때, 기판 온도는 약 200℃일 수 있다.When the second n-type doped
다음, 제2 광전 변환부(140) 위에 제3 p형 도핑층(151), 제3 진성 반도체층(152) 및 제3 n형 도핑층(153)을 차례로 형성하여 제3 광전 변환부(150)를 형성한다.Next, the third p-
제3 p형 도핑층(151)을 형성하기 위한 한 예로서, 원료 가스(SiH4)에 H2와 B2H6 및 CO2를 더한 혼합 가스를 준비한 후 약 0.5 Torr 내지 1 Torr의 압력 하에서 약 20W 내지 100W의 고주파(radio frequency) 전력으로 PECVD를 행한다. 이때, 기판(110)의 온도는 약 200℃일 수 있다.As an example for forming the third p-type doped
또한, 수소화된 미세 결정 실리콘(μc-Si:H)으로 이루어진 제3 진성 반도체층(152)을 형성하기 위한 한 예로서, 원료 가스(SiH4)에 H2를 혼합하여 약 0.5 Torr 내지 1 Torr의 압력 하에서, 약 20 내지 50W의 고주파 전력으로 PECVD를 행한다. 이때의 기판 온도 또한 약 200℃일 수 있다.In addition, as an example for forming the third
그리고 제3 n형 도핑층(153)을 형성하기 위한 예로서, 원료 가스(SiH4)에 H2와 PH3를 혼합하여 약 0.5 Torr 내지 1 Torr의 압력 하에서, 약 20 내지 100W의 고주파 전력으로 PECVD를 행한다. 이때, 기판 온도는 약 200℃일 수 있다,As an example for forming the third n-type doped
실리콘 박막 태양전지가 후면 반사층(160)을 구비하는 경우, 알루미늄화된 산화아연(ZnO:Al)와 같은 투명한 도전성 물질로 후면 반사층(160)을 형성하고, 후면 반사층(160) 위에 후면 전극(170)을 형성하여 태양 전지를 완성한다.When the silicon thin film solar cell includes the rear
실리콘 박막 태양전지가 중간 반사층(180)을 구비하는 경우, 제1 광전 변환부(130)를 형성한 후, 및/또는 제2 광전 변환부(140)를 형성한 후에 알루미늄화된 산화아연(ZnO:Al)와 같은 투명한 도전성 물질로 중간 반사층(180)을 형성한다.When the silicon thin film solar cell includes the intermediate
후면 전극(170)은 도전성 금속 물질로 형성할 수 있으며, 그 형성 방법에 따라 다양한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 스크린 인쇄법으로 후면 전극(170)을 제조할 경우, 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있고, 잉크젯이나 디스펜싱법(dispensing)으로 제조할 경우 니켈(Ni), 은(Ag) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. The
또한 도금법으로 후면 전극(170)을 형성할 경우에는 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있고, 증착법으로 후면 전극(50)을 형성할 경우에는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 티타늄(Ti), 납(Pd), 크롬(Cr), 텅스텐(W) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 또한 스크린 인쇄법으로 후면 전극(170)을 형성할 경우, 은(Ag)과 도전성 고분자의 혼합물을 사용할 수 있다.In addition, when the
이상의 실시예에서는 제1 내지 제3 광전 변환부를 갖는 실리콘 박막 태양전지에 대해 설명하였다. 하지만, 본원 발명은 중간 위치에 형성되는 광전 변환부가 전술한 실시예에 따른 제2 광전 변환부와 동일한 구조를 갖는 경우, 4개 이상의 광전 변환부를 갖는 실리콘 박막 태양전지에도 적용이 가능하다. 예를 들면 사중 접합형 실리콘 박막 태양전지의 경우 제2 광전 변환부 및/또는 제3 광전 변환부를 전술한 실시예에 따른 제2 광전 변환부와 동일한 구조로 형성할 수 있다.In the above embodiments, the silicon thin film solar cell having the first to third photoelectric conversion units has been described. However, the present invention is applicable to a silicon thin film solar cell having four or more photoelectric conversion parts, when the photoelectric conversion part formed at an intermediate position has the same structure as the second photoelectric conversion part according to the above-described embodiment. For example, in the case of a quad-junction silicon thin film solar cell, the second photoelectric converter and / or the third photoelectric converter may be formed in the same structure as the second photoelectric converter according to the above-described embodiment.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
110: 기판 120: 투명 전극
130: 제1 광전 변환부 140: 제2 광전 변환부
150: 제3 광전 변환부 160: 후면 반사층
170: 후면 전극 180: 중간 반사층110: substrate 120: transparent electrode
130: first photoelectric converter 140: second photoelectric converter
150: third photoelectric conversion unit 160: rear reflective layer
170: rear electrode 180: intermediate reflective layer
Claims (16)
상기 기판 위에 순차적으로 위치하는 제1 전극, 적어도 3개 이상의 광전 변환부 및 제2 전극
을 포함하고,
상기 적어도 3개 이상의 광전 변환부는 상기 제1 전극 위에 순차적으로 위치하는 제1 광전 변환부, 제2 광전 변환부 및 제3 광전 변환부를 포함하며,
상기 제2 광전 변환부는 p형 도핑층, 진성 반도체층 및 n형 도핑층을 포함하고, 상기 p형 도핑층 및 n형 도핑층은 수소화된 미세 결정 실리콘(μc-Si:H) 또는 수소화된 미세 결정 실리콘 산화물(μc-SiOx:H) 중에서 선택된 어느 한 물질로 각각 이루어지며, 상기 진성 반도체층은 수소화된 미세 결정 실리콘 산화물(μc-SiOx:H)로 이루어지는 실리콘 박막 태양전지.A substrate on which sunlight is incident; And
A first electrode, at least three photoelectric conversion parts, and a second electrode sequentially positioned on the substrate
Including,
The at least three photoelectric conversion parts include a first photoelectric conversion part, a second photoelectric conversion part, and a third photoelectric conversion part sequentially positioned on the first electrode,
The second photoelectric conversion unit includes a p-type doping layer, an intrinsic semiconductor layer, and an n-type doping layer, wherein the p-type doping layer and the n-type doping layer are hydrogenated microcrystalline silicon (μc-Si: H) or hydrogenated fine particles. A silicon thin film solar cell made of a material selected from crystalline silicon oxide (μc-SiOx: H), respectively, wherein the intrinsic semiconductor layer is formed of hydrogenated fine crystalline silicon oxide (μc-SiOx: H).
상기 제2 광전 변환부의 진성 반도체층 내의 산소 함량이 1% 내지 15%인 실리콘 박막 태양전지.In claim 1,
The silicon thin film solar cell having an oxygen content of 1% to 15% in the intrinsic semiconductor layer of the second photoelectric conversion part.
상기 제1 광전 변환부의 진성 반도체층은 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)으로 이루어지는 실리콘 박막 태양전지.In claim 2,
The intrinsic semiconductor layer of the first photoelectric conversion unit is a silicon thin film solar cell made of hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H).
상기 제3 광전 변환부의 진성 반도체층은 수소화된 미세 결정 실리콘(μc-Si:H)으로 이루어지는 실리콘 박막 태양전지.In claim 2,
The intrinsic semiconductor layer of the third photoelectric conversion unit is a silicon thin film solar cell made of hydrogenated microcrystalline silicon (μc-Si: H).
상기 제3 광전 변환부의 진성 반도체층은 수소화된 미세 결정 실리콘 게르마늄(μc-SiGe:H)으로 이루어지는 실리콘 박막 태양전지.In claim 2,
The intrinsic semiconductor layer of the third photoelectric conversion unit is a silicon thin film solar cell made of hydrogenated microcrystalline silicon germanium (μc-SiGe: H).
상기 제1 내지 제3 광전 변환부의 사이에 적어도 하나의 중간 반사층이 위치하는 실리콘 박막 태양전지.In claim 2,
At least one intermediate reflective layer is positioned between the first to third photoelectric conversion unit.
상기 제2 광전 변환부의 진성 반도체층은 15% 내지 50%의 결정화도를 갖는 실리콘 박막 태양전지.In claim 1,
The intrinsic semiconductor layer of the second photoelectric conversion part has a crystallinity of 15% to 50%.
상기 제1 광전 변환부의 진성 반도체층은 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)으로 이루어지는 실리콘 박막 태양전지.In claim 7,
The intrinsic semiconductor layer of the first photoelectric conversion unit is a silicon thin film solar cell made of hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H).
상기 제3 광전 변환부의 진성 반도체층은 수소화된 미세 결정 실리콘(μc-Si:H)으로 이루어지는 실리콘 박막 태양전지.In claim 7,
The intrinsic semiconductor layer of the third photoelectric conversion unit is a silicon thin film solar cell made of hydrogenated microcrystalline silicon (μc-Si: H).
상기 제3 광전 변환부의 진성 반도체층은 수소화된 미세 결정 실리콘 게르마늄(μc-SiGe:H)으로 이루어지는 실리콘 박막 태양전지.In claim 7,
The intrinsic semiconductor layer of the third photoelectric conversion unit is a silicon thin film solar cell made of hydrogenated microcrystalline silicon germanium (μc-SiGe: H).
상기 제1 내지 제3 광전 변환부의 사이에 적어도 하나의 중간 반사층이 위치하는 실리콘 박막 태양전지.In claim 7,
At least one intermediate reflective layer is positioned between the first to third photoelectric conversion unit.
제1 전극이 형성된 기판의 한 표면 위에 제1 광전 변환부를 형성하는 단계;
상기 제1 광전 변환부 위에 제2 광전 변환부를 형성하는 단계; 및
상기 제2 광전 변환부 위에 제3 광전 변환부를 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 제2 광전 변환부를 형성하는 단계는,
수소화된 미세 결정 실리콘(μc-Si:H) 또는 수소화된 미세 결정 실리콘 산화물(μc-SiOx:H) 중에서 선택된 어느 한 물질로 p형 도핑층을 형성하는 단계;
수소화된 미세 결정 실리콘 산화물(μc-SiOx:H)로 진성 반도체층을 형성하는 단계; 및
수소화된 미세 결정 실리콘(μc-Si:H) 또는 수소화된 미세 결정 실리콘 산화물(μc-SiOx:H) 중에서 선택된 어느 한 물질로 n형 도핑층을 형성하는 단계
를 포함하는 실리콘 박막 태양전지의 제조 방법.A method of manufacturing a multi-junction solar cell having at least three photoelectric conversion parts,
Forming a first photoelectric converter on one surface of the substrate on which the first electrode is formed;
Forming a second photoelectric converter on the first photoelectric converter; And
Forming a third photoelectric converter on the second photoelectric converter
Including,
Forming the second photoelectric conversion unit,
Forming a p-type doped layer with any one selected from hydrogenated microcrystalline silicon (μc-Si: H) or hydrogenated microcrystalline silicon oxide (μc-SiOx: H);
Forming an intrinsic semiconductor layer from hydrogenated microcrystalline silicon oxide (μc-SiOx: H); And
Forming an n-type doped layer with any one selected from hydrogenated microcrystalline silicon (μc-Si: H) or hydrogenated microcrystalline silicon oxide (μc-SiOx: H)
Method for producing a silicon thin film solar cell comprising a.
상기 제1 광전 변환부를 형성하는 단계는,
수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)으로 제1 전극 위에 진성 반도체층을 형성하는 단계를 포함하는 실리콘 박막 태양전지의 제조 방법.In claim 12,
Forming the first photoelectric conversion unit,
A method of manufacturing a silicon thin film solar cell comprising forming an intrinsic semiconductor layer over a first electrode with hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H).
상기 제3 광전 변환부를 형성하는 단계는,
수소화된 미세 결정 실리콘(μc-Si:H)으로 제2 광전 변환부 위에 진성 반도체을 형성하는 단계를 포함하는 실리콘 박막 태양전지의 제조 방법.In claim 12,
Forming the third photoelectric conversion unit,
A method of manufacturing a silicon thin film solar cell comprising forming an intrinsic semiconductor on a second photoelectric conversion portion with hydrogenated microcrystalline silicon (μc-Si: H).
상기 제3 광전 변환부를 형성하는 단계는,
수소화된 미세 결정 실리콘 게르마늄(μc-SiGe:H)으로 제2 광전 변환부 위에 진성 반도체층을 형성하는 단계를 포함하는 실리콘 박막 태양전지의 제조 방법.In claim 12,
Forming the third photoelectric conversion unit,
A method of manufacturing a silicon thin film solar cell comprising forming an intrinsic semiconductor layer on a second photoelectric conversion portion with hydrogenated microcrystalline silicon germanium (μc-SiGe: H).
상기 제1 내지 제3 광전 변환부의 사이에 적어도 하나의 중간 반사층을 형성하는 단계를 더 포함하는 실리콘 박막 태양전지의 제조 방법.In claim 12,
And forming at least one intermediate reflective layer between the first to third photoelectric conversion parts.
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KR20150013871A (en) * | 2012-05-21 | 2015-02-05 | 뉴사우스 이노베이션즈 피티와이 리미티드 | Advanced hydrogenation of silicon solar cells |
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CN111554762A (en) * | 2020-05-05 | 2020-08-18 | 河南工业职业技术学院 | Amorphous silicon/microcrystalline silicon laminated solar cell and manufacturing method thereof |
-
2010
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