KR20110119392A - Solar cell - Google Patents
Solar cell Download PDFInfo
- Publication number
- KR20110119392A KR20110119392A KR1020100039077A KR20100039077A KR20110119392A KR 20110119392 A KR20110119392 A KR 20110119392A KR 1020100039077 A KR1020100039077 A KR 1020100039077A KR 20100039077 A KR20100039077 A KR 20100039077A KR 20110119392 A KR20110119392 A KR 20110119392A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- junction semiconductor
- semiconductor layer
- transparent conductive
- transparent electrode
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 121
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 claims abstract description 58
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 57
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 57
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 18
- 229960001296 zinc oxide Drugs 0.000 claims description 18
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 18
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 17
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 16
- JAONJTDQXUSBGG-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dizinc;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].[Zn+2].[Zn+2] JAONJTDQXUSBGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 7
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 219
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 8
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 8
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 8
- 230000006855 networking Effects 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 6
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 6
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 229910021424 microcrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 4
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 4
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/075—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells
- H01L31/076—Multiple junction or tandem solar cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (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)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 특히 태양광 포집율을 상승시킬 수 있는 태양전지에 관한 것이다.
The present invention relates to a solar cell, and more particularly to a solar cell capable of increasing the solar collection rate.
일반적으로 태양전지는 태양에너지를 전기에너지로 변환시켜주는 반도체 소자로써 p형의 반도체와 n형의 반도체의 접합형태를 가지며 그 기본구조는 다이오드와 동일하다.In general, a solar cell is a semiconductor device that converts solar energy into electrical energy, and has a junction type of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor. The basic structure is the same as that of a diode.
즉, 대부분 보통의 태양전지는 서로 마주하는 전극 사이에 p형 반도체층과 n형 반도체층으로 구성된 p-n 접합 반도체층의 구조로서 이루어지고 있다. That is, most ordinary solar cells have a structure of a p-n junction semiconductor layer composed of a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer between electrodes facing each other.
이때, 이러한 태양전기가 광전 에너지 변환(photovoltaic energy conversion)을 위해 기본적으로 갖춰야 하는 요건은 상기 p-n 접합 반도체층 구조 내에서 전자들이 비대칭적으로 존재해야 한다는 것이다. 즉, 상기 p-n 접합 반도체층에서 n형 반도체층은 큰 전자밀도(electron density)와 작은 정공밀도(holedensity)를 가지고 있고, p형 반도체층은 작은 전자밀도와 큰 정공밀도를 갖도록 이루어져야 한다. 따라서, 열적 평형상태에서 p형 반도체와 n형 반도체의 접합으로 이루어진 상기 p-n 접합 반도체층 내에서는 캐리어(carrier)의 농도 구배(句配)에 의한 확산으로 전하의 불균형이 생기고, 이로 인해 전기장(electric field)이 형성되어 더 이상의 캐리어의 확산이 일어나지 않게 된다. 이때, 상기 p-n 접합 반도체층 내부에 이를 이루는 물질의 전도대(conduction band)와 가전자대(valence band) 사이의 에너지 차이인 밴드 갭 에너지(band gap energy) 보다 큰 에너지를 갖는 빛이 조사되었을 경우, 빛 에너지를 받은 전자들은 가전자대에서 전도대로 여기(excite) 되게 되며, 이때, 전도대로 여기된 전자들은 자유롭게 이동할 수 있게 되고, 가전자대에는 전자들이 빠져나간 자리에 정공이 생성된다. 이렇게 생성된 자유전자와 정공을 과잉(excess) 캐리어라고 하며, 상기 과잉 캐리어들은 전도대 또는 가전자대 내에서 농도차이에 의해서 확산하게 된다. 이때, 상기 과잉 캐리어 즉, p형 반도체에서 여기된 전자들과 n형 반도체에서 만들어진 정공을 각각의 소수 캐리어(minority carrier)라 정의되며, 기존 접합 전의 p형 또는 n형 반도체내의 캐리어(즉, p형의 정공 및 n형의 전자)는 이와 구분해 다수 캐리어(majority carrier)라 정의된다. 이때, 상기 다수 캐리어들은 전기장으로 인한 에너지 장벽(energy barrier) 때문에 흐름의 방해를 받지만, p형의 소수캐리어인 전자는 n형 쪽으로 이동할 수 있게 된다. 상기 소수캐리어의 확산에 의해 p-n 접합 반도체층 내부에 전압차(potential drop)가 생기게 되며, 상기 p-n 접합 반도체층 양극단에 발생된 기전력을 이들 반도체층을 외부 회로에 연결하면 전지로서 작용하게 된다.At this time, a requirement that such solar electricity has for photovoltaic energy conversion is basically that electrons must be asymmetrically present in the p-n junction semiconductor layer structure. That is, in the p-n junction semiconductor layer, the n-type semiconductor layer has a large electron density and a small hole density, and the p-type semiconductor layer should be made to have a small electron density and a large hole density. Therefore, in the pn junction semiconductor layer, which is a junction of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor in a thermal equilibrium state, an imbalance of electric charges occurs due to diffusion due to a concentration gradient of a carrier. field) is formed so that no further carrier diffusion occurs. At this time, when light having an energy greater than band gap energy, which is an energy difference between a conduction band and a valence band of a material forming the same, is irradiated inside the pn junction semiconductor layer, The energized electrons are excited at the conduction band in the conduction band, and the electrons excited at the conduction band are free to move, and holes are generated at the electron exit band. The generated free electrons and holes are called excess carriers, and the excess carriers are diffused by concentration differences in the conduction band or the valence band. At this time, the excess carriers, that is, electrons excited in the p-type semiconductor and holes made in the n-type semiconductor are defined as respective minority carriers, and carriers in the p-type or n-type semiconductor before the conventional junction (ie, p Holes of type n and electrons of type n) are defined as majority carriers. At this time, the plurality of carriers are interrupted by the flow due to the energy barrier (energy barrier) due to the electric field, the electron of the p-type minority carrier can move toward the n-type. The diffusion of the minority carriers causes a potential drop in the p-n junction semiconductor layer, and when the electromotive force generated at the anode terminal of the p-n junction semiconductor layer is connected to an external circuit, it acts as a battery.
한편, 전술한 기능을 갖는 태양전지는 전술한 바와 같은 내부 작용을 통해 발생한 기전력을 이용하기 위해 상기 p-n 접합 반도체층을 기준으로 그 외측으로 투명전극과 배면전극을 형성하고 있으며, 외부의 광원으로부터 보다 효율적으로 광을 상기 p-n 접합 반도체층 내부로 받아들이도록 하기 위해 상기 투명전극의 표면에 요철이 형성되도록 하고 있다. On the other hand, the solar cell having the above-described functions to form a transparent electrode and a rear electrode on the outside of the pn junction semiconductor layer to use the electromotive force generated through the internal action as described above, from the external light source In order to efficiently receive light into the pn junction semiconductor layer, irregularities are formed on the surface of the transparent electrode.
도 1은 종래의 일반적인 태양전지에 대한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a conventional general solar cell.
도시한 바와 같이, 종래의 태양전지는 제 1 기판(10) 위로 반사성이 우수한 도전성 물질로 이루어짐으로서 전극의 역할 및 반사판의 역할을 하는 제 1 전극(13)이 형성되어 있으며, 상기 제 1 전극(13) 위로 n형 불순물이 도핑된 제 1 n형 불순물층(15)과 수소화된 비정질 실리콘층(17) 및 p형 불순물이 도핑된 제 1 p형 불순물층(19)으로 구성된 제 1 P/I/N 접합 반도체층(20)이 형성되고 있으며, 상기 제 1 P/I/N 접합 반도체층(20)과 동일한 구성을 갖는 제 2 P/I/N 접합 반도체층(28) 및 제 3 P/I/N 접합 반도체층(36)이 구비되고 있으며, 상기 제 3 P/I/N 접합 반도체층(36)의 p형 불순물이 도핑된 제 3 p형 불순물층(34)의 상부에는 투명 전도성 산화물로 이루어진 제 2 전극(40)이 형성되어 있으며, 상기 제 2 전극(40) 상부로 이들 제 1 내지 제 3 P/I/N 접합 반도체층(20, 28, 36)의 보호를 위해 투명한 제 2 절연기판(50)이 구비되고 있다.As shown in the drawing, the conventional solar cell is formed of a conductive material having excellent reflectivity on the
이때, 상기 제 1 내지 제 3 P/I/N 접합 반도체층(20, 28, 36) 내의 불순물이 도핑된 불순물층 사이에 위치하는 각 수소화된 비정질 실리콘층(17, 24, 32)은 그 에너지 밴드갭을 다르게 하고자 수소화된 실리콘 이외에 게르마늄(Ge)이 소정량 첨가되거나 또는 미세 결정화됨으로서 미세 결정질 실리콘층이 될 수 있다. 이때, 상기 제 3 접합 반도체층(36)의 에너지 밴드갭이 제일 큰 값을 가지며, 그 하부로 갈수록 점진적으로 에너지 밴드갭 값이 작아지도록 상기 제 1 내지 제 3 접합 반도체층(20, 28, 36)이 배치되고 있다.At this time, each hydrogenated
이렇게, 제 1 및 제 2 전극(13, 40) 사이에 p(p형 불순물층)/i(순수 비정질 실리콘층)/n(n형 불순물층) 접합된 제 1 내지 3 접합 반도체층(20, 28, 36)을 적층하여 구성한 이유는 각 접합 반도체층(20, 28, 36) 내에서 광 흡수율을 향상시키기 위함이며, 에너지 밴드갭을 달리하는 접합 반도체층(20, 28, 36)의 다중 접합에 구조에 의해 각 접합 반도체층(20, 28, 36) 내에 서로 다른 파장대를 갖는 빛이 흡수됨으로써 단일 P-N 접합 반도체층을 갖는 태양전지 대비 광전 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.Thus, the first to third junction semiconductor layers 20 (p (p-type impurity layer) / i (pure amorphous silicon layer) / n (n-type impurity layer) bonded between the first and second electrodes (13, 40) The reason why the
하지만, 전술한 바와 같이, P/I/N 접합 반도체층(20, 28, 36)의 다중 접합 구조를 갖는 구성을 갖는 종래의 태양전지(1)는 여전히 그 광 에너지 전환 효율이 20% 이하가 되고 있으며, 광전 변환 효율을 향상시킬 여지가 많이 남아있는 실정이다. However, as described above, the conventional
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로, P/I/N구성을 갖는 각 반도체층의 경계에서 빛의 흡수를 더욱 향상시킬 수 있는 구조를 제안함으로써 외부광을 보다 효과적으로 흡수하여 태양전지의 광전 효율을 향상시키는 것을 그 목적으로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and proposes a structure that can further improve the absorption of light at the boundary of each semiconductor layer having a P / I / N configuration by absorbing the external light more effectively, The purpose is to improve the efficiency.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 태양전지는, 제 1 절연기판과; 상기 제 1 절연기판 상에 형성된 제 1 투명전극과; 상기 제 1 투명전극 상부에 형성되며 순차적으로 n형 불순물 반도체 물질층과, 수소화된 실리콘층과, p형 불순물 반도체 물질층으로 이루어진 제 1 P/I/N 접합 반도체층과; 상기 제 1 P/I/N 접합 반도체층 상부에 형성된 금속 나노선이 네트워킹 된 구조를 갖는 제 1 투명 도전층과; 상기 제 1 투명 도전층 상부로 형성된 제 2 투명전극을 포함한다. A solar cell according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the first insulating substrate; A first transparent electrode formed on the first insulating substrate; A first P / I / N junction semiconductor layer formed on the first transparent electrode and sequentially formed of an n-type impurity semiconductor material layer, a hydrogenated silicon layer, and a p-type impurity semiconductor material layer; A first transparent conductive layer having a networked structure of metal nanowires formed on the first P / I / N junction semiconductor layer; It includes a second transparent electrode formed on the first transparent conductive layer.
이때, 상기 제 1 투명전극과 상기 제 1 P/I/N 접합 반도체층 사이에는 상기 제 1 제 1 P/I/N 접합 반도체층과 동일한 구성을 갖는 제 2 및 제 3 P/I/N 접합 반도체층이 형성될 수 있으며, 이때, 상기 제 1, 2, 3 P/I/N 접합 반도체층은 순차적으로 에너지 밴드갭이 큰 순서를 갖도록 형성된 것이 특징이며, 이 경우 상기 제 1 P/I/N 접합 반도체층의 제 1 I층은 수소화된 미세 결정질 실리콘으로 이루어지며, 상기 제 2 P/I/N 접합 반도체층의 제 2 I층은 게르마늄(Ge)이 섞인 수소화된 비정질 실리콘으로 이루어지며, 상기 제 3 P/I/N 접합 반도체층의 제 3 I층은 섞인 수소화된 비정질 실리콘으로 이루어진 것이 특징이다. In this case, between the first transparent electrode and the first P / I / N junction semiconductor layer, second and third P / I / N junctions having the same configuration as the first first P / I / N junction semiconductor layer The semiconductor layer may be formed, and in this case, the first, 2, 3 P / I / N junction semiconductor layer is characterized in that the energy bandgap in order to have a large order, in this case the first P / I / The first I layer of the N junction semiconductor layer is made of hydrogenated microcrystalline silicon, and the second I layer of the second P / I / N junction semiconductor layer is made of hydrogenated amorphous silicon mixed with germanium (Ge), The third I layer of the third P / I / N junction semiconductor layer is made of mixed hydrogenated amorphous silicon.
또한, 상기 제 2 P/I/N 접합 반도체층과 상기 제 3 P/I/N 접합 반도체층 사이에는 금속 나노선이 네트워킹 된 구조를 갖는 제 2 투명 도전층이 형성될 수 있으며, 나아가 상기 제 1 P/I/N 접합 반도체층과 상기 제 2 P/I/N 접합 반도체층 사이에는 금속 나노선이 네트워킹 된 구조를 갖는 제 3 투명 도전층이 형성될 수 있다. 이때, 상기 제 1, 2, 3 투명 도전층에 있어서 상기 금속 나노선은 은(Ag) 또는 금(Au)으로 이루어진 것이 특징이며, 상기 제 1, 2, 3 투명 도전층은 빛의 투과도가 80% 내지 99%이고, 면저항은 1Ω/sq 내지 100Ω/sq인 것이 특징이다. In addition, a second transparent conductive layer having a networked structure of metal nanowires may be formed between the second P / I / N junction semiconductor layer and the third P / I / N junction semiconductor layer. A third transparent conductive layer having a networked structure of metal nanowires may be formed between the 1 P / I / N junction semiconductor layer and the second P / I / N junction semiconductor layer. In this case, the metal nanowires in the first, second, third transparent conductive layer is characterized in that made of silver (Ag) or gold (Au), the first, second, third transparent conductive layer has a light transmittance of 80 % To 99%, and sheet resistance is characterized by 1 kW / sq to 100 kW / sq.
또한, 상기 제 1 절연기판과 상기 제 1 투명전극 사이 또는 상기 제 1 절연기판의 외측면에 반사판이 구비된 것이 특징이다. In addition, a reflective plate may be provided between the first insulating substrate and the first transparent electrode or on an outer surface of the first insulating substrate.
또한, 상기 제 1 및 제 2 투명전극은 각각 GZO(갈륨-징크-옥사이드), AZO(알루미늄-징크-옥사이드), ZnO(징크-옥사이드), SnO(틴-옥사이드) 중 어느 하나로 이루어진 것이 특징이다. In addition, the first and second transparent electrodes are each made of one of GZO (gallium-zinc-oxide), AZO (aluminum-zinc-oxide), ZnO (zinc-oxide), SnO (tin-oxide). .
또한, 상기 제 1 투명전극과 상기 제 1 P/I/N 접합 반도체층과 상기 제 1 투명 도전층은 각각 그 표면이 요철구조를 이루어지거나, 또는 상기 제 1 투명전극과 상기 제 1, 2, 3 P/I/N 접합 반도체층과 상기 제 1, 2, 3 투명 도전층은 각각 그 표면이 요철구조를 이루는 것이 특징이다. In addition, surfaces of the first transparent electrode, the first P / I / N junction semiconductor layer, and the first transparent conductive layer each have an uneven structure, or the first transparent electrode and the first, second, The surface of each of the 3 P / I / N junction semiconductor layers and the first, second, and third transparent conductive layers has an uneven structure.
또한, 상기 금속 나노선은 그 형태가 원기둥, 삼각기둥, 사각기둥 형상인 것이 특징이다.
In addition, the metal nanowires are characterized in that the shape of the cylinder, triangular prism, square pillar.
이와 같이, 본 발명에 따른 태양전지는 p형 불순물 층과 n형 불순물 사이 또는 p형 불순물층과 투명 전도성 산화물로 이루어진 제 2 전극 사이에 외부광의 산란을 더욱 잘 유도하며, 표면 플라즈몬 공명 효과를 구현할 수 있는 금속 나노선의 네트워크 구조의 투명 도전층을 구비함으로서 각 파장대의 빛이 각 P/I/N 접합 반도체층 내부로 보다 잘 흡수되도록 하여 태양전지의 광전 효율을 향상시키는 효과가 있다.As described above, the solar cell according to the present invention further induces scattering of external light between the p-type impurity layer and the n-type impurity or between the second electrode made of the p-type impurity layer and the transparent conductive oxide, and implements a surface plasmon resonance effect. By providing a transparent conductive layer having a network structure of a metal nanowire, the light of each wavelength band can be better absorbed into each P / I / N junction semiconductor layer, thereby improving the photoelectric efficiency of the solar cell.
나아가 각 P/I/N 접합 반도체층의 표면이 요철구조를 가짐으로써 외부광의 입사 시 산란특성을 향상시켜 태양전지의 광전 효율을 향상시키는 효과가 있다.
Furthermore, since the surface of each P / I / N junction semiconductor layer has a concave-convex structure, there is an effect of improving the scattering characteristics upon incidence of external light, thereby improving the photoelectric efficiency of the solar cell.
도 1은 종래의 태양전지의 적층구조를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 태양전지의 적층구조를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 이용되는 금속 나노선이 네트워크 구조를 이루는 투명 도전층 일부에 대한 평면도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 이용되는 금속 나노선의 형태를 나타낸 도면.
도 5a 및 5b는 각각 은(Ag) 및 금(Au) 나노선의 네트워킹 구조를 갖는 투명 도전층의 파장 별 산란 분포 특성을 나타낸 그래프
도 6은 은(Ag) 나노선이 네트워킹 된 구조를 갖는 투명 도전층을 형성할 때와 비교예로서 형성되지 않았을 경우 외부광의 파장별 광 흡수율을 측정한 그래프.1 is a cross-sectional view showing a laminated structure of a conventional solar cell.
2 is a cross-sectional view showing a laminated structure of a solar cell according to the present invention.
3 is a plan view of a part of the transparent conductive layer in which the metal nanowires used in the present invention form a network structure.
Figures 4a to 4c is a view showing the shape of the metal nanowires used in the present invention.
5A and 5B are graphs showing scattering distribution characteristics of wavelengths of a transparent conductive layer having a networking structure of silver (Ag) and gold (Au) nanowires, respectively.
FIG. 6 is a graph of measurement of light absorption for each wavelength of external light when silver (Ag) nanowires are not formed as a comparative example and when forming a transparent conductive layer having a networked structure. FIG.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
도 2는 본 발명에 따른 태양전지의 적층 구조는 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a laminated structure of a solar cell according to the present invention.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지는 제 1 기판(110) 상에 반사성이 우수한 도전성 물질 예를들면 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)으로 이루어진 반사판(111)이 구비되고 있다. 상기 반사판(111)의 상부에 투명 도전성 산화물 예를들면 GZO(갈륨-징크-옥사이드), AZO(알루미늄-징크-옥사이드), ZnO(징크-옥사이드), SnO(틴-옥사이드) 중 어느 하나로서 제 1 투명전극(113)이 형성되고 있다. 이때, 상기 반사판(111)은 상기 제 1 기판(110) 자체가 반사성이 우수한 금속물질로 이루어지는 경우 생략될 수도 있으며, 또는 상기 반사판(111)은 상기 제 1 기판(110)의 외측면에 형성될 수도 있다. 이 경우 상기 제 1 투명전극(113)은 상기 제 1 기판(110)의 내측면에 형성되게 된다. As shown, the solar cell according to the present invention is provided with a reflecting
다음, 상기 제 1 투명전극(113) 상부에는 n형 불순물이 도핑된 제 1 N형 불순물층(이하 N층 이라 칭함)(113)과 제 1 수소화된 순수 비정질 실리콘층(이하 I층이라 칭함)(117) 및 p형 불순물이 도핑된 제 1 P형 불순물층(이하 P층이라 칭함)(119)으로 구성된 제 1 P층/I층/N층(이하 P/I/N이라 칭함) 접합 반도체층(120)이 형성되고 있으며, 이의 상부에 순차 적층된 형태로 상기 제 1 P/I/N 접합 반도체층(120)과 유사한 구성을 갖는 제 2 P/I/N 접합 반도체층(128) 및 제 3 P/I/N 접합 반도체층(136)이 구비되고 있다. 이때, 상기 제 1, 2, 3 P/I/N 접합 반도체층(120, 128, 136)의 차이점은 서로 다른 에너지 밴드갭을 갖도록 하기 위해 상기 제 1 P/I/N 접합 반도체층(120) 내의 제 1 I층(117)은 수소화된 미세 결정질 실리콘(μc-Si:H)으로 이루어지고 있으며, 제 2 P/I/N 접합 반도체층(128) 내의 제 2 I층(124)은 소정의 게르마늄(Ge)이 섞인 수소화된 비정질 실리콘(a-SiGe:H)로 이루어지고 있으며, 제 3 P/I/N 접합 반도체층(136) 내의 제 3 I층(132)은 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)으로 이루어지고 있다는 것이다. 이러한 구성에 의해 서로 다른 에너지 밴드갭을 갖는 제 1, 2, 3 P/I/N 접합 반도체층(120, 128, 136)이 형성됨으로써 외부광의 흡수율을 향상시킬 수 있다. 수소화된 비정질 실리콘의 에너지 밴드갭이 가장 크고, 게르마늄이 섞인 수소화된 비정질 실리콘, 미세 결정화된 실리콘의 순으로 에너지 밴드갭 크기를 가지므로, 비교적 단파장(300nm 내지 700nm)을 갖는 외부광은 상대적으로 큰 에너지 밴드갭을 갖는 제 3 I층(132)에 주로 흡수되며, 비교적 장파장(600nm 내지 1100nm)을 갖는 외부광은 상대적으로 작은 에너지 밴드갭을 갖는 제 1 I층(117)에 주로 흡수되며, 상대적으로 중간 파장(400nm 내지 900nm)을 갖는 외부광은 제 2 I층(124)에 주로 흡수된다.Next, a first N-type impurity layer (hereinafter referred to as N layer) 113 and a first hydrogenated pure amorphous silicon layer (hereinafter referred to as I layer) doped with n-type impurities on the first
또한, 상기 제 3 P/I/N 접합 반도체층(135) 상부에는 투명 도전성 산화물 예를들면 GZO(갈륨-징크-옥사이드), AZO(알루미늄-징크-옥사이드), ZnO(징크-옥사이드), SnO(틴-옥사이드) 중 어느 하나로 제 2 투명전극(140)이 형성되고 있으며, 상기 제 2 투명전극(140) 상부로 이들 제 2 투명전극(140)과 제 1 내지 제 3 P/I/N 접합 반도체층(120, 128, 136)의 보호를 위해 투명한 제 2 절연기판(150)이 구비되고 있다. 이때, 도면에는 나타내지 않았지만, 상기 제 2 절연기판(150)과 상기 제 2 투명전극(140) 사이에는 점착층(미도시)이 개재되어 상기 제 2 절연기판(150)과 상기 제 2 투명전극(140)이 접합된 상태를 이루도록 하고 있다.In addition, a transparent conductive oxide such as GZO (gallium-zinc-oxide), AZO (aluminum-zinc-oxide), ZnO (zinc-oxide), SnO is formed on the third P / I / N junction semiconductor layer 135. The second
이때, 본 발명에 따른 태양전지(100)에 있어서 가장 특징적인 것은, 제 2 투명전극(140)과 제 3 P/I/N 접합 반도체층(136) 사이, 그리고 제 3 P/I/N 접합 반도체층(136) 및 제 2 P/I/N 접합 반도체층(128) 사이 및 제 2 P/I/N 접합 반도체층(128)과 제 1 P/I/N 접합 반도체층(120) 사이에 그 투명도 즉 빛의 투과도가 80% 내지 99%이고, 그 면저항인 1Ω 내지 100Ω 정도가 되며, 도 3(본 발명에 이용되는 금속 나노선이 네트워크 구조를 이루는 투명 도전층 일부에 대한 평면도)에 도시한 바와 같이 다수의 금속 나노선(147)이 네트워킹된 형태의 투명 도전층(141, 143, 145)이 구비된 것이 특징이다. 이때, 상기 금속 나노선(147)은 은(Ag) 또는 금(Au)인 것이 바람직하며, 상기 금속 나노선(147)의 형태는 도 4a 내지 도 4c(본 발명에 이용되는 금속 나노선의 형태를 나타낸 도면)에 도시한 바와 같이 그 단면이 원형인 봉(rod), 삼각형인 삼각기둥, 사각형인 사각기둥 형태인 것이 특징이다. At this time, the most characteristic of the
한편, 이렇게 각 P/I/N 접합 반도체층(120, 128, 136) 사이 및 제 2 투명전극(140)과 제 3 P/I/N 접합 반도체층(136) 사이에 금속 나노선(147)이 네트워킹된 형태의 투명 도전층(141, 143, 145)을 형성하는 것은 상기 태양전지(100)로 입사되는 빛의 산란성을 향상시키고, 표면 플라즈몬 공명현상을 유도하여 각 I층(117, 124, 132)에 흡수되는 빛의 량의 증가시켜 최종적으로 광전 효율을 향상시키기 위함이다.Meanwhile, the
표면 플라즈몬 공명 현상이란 음의 유전 함수(dielectric function, ε'<0)를 갖는 금속과 양 (ε'>0)의 유전상수를 갖는 매체의 계면을 따라 전파하는 전도대(conduction band) 전자들의 집단적인 진동을 일으켜 이것이 표면 플라즈몬 파로 나타나는 현상이다. 금속 표면과 평행한 방향의 입사파(Transverse Magnetic wave)와 금속 표면을 따라 진행하는 표면 플라즈몬 파의 위상이 일치할 경우 상호작용으로 공명이 일어나게 되며, 이때 입사파의 에너지는 모두 금속 박막에 흡수 되어 반사파는 없어지고, 금속 표면에 수직한 방향의 전기장의 분포는 금속 표면에서 지수적으로 증폭되고 금속 박막 속으로 갈수록 급격히 감소하는 현상이 발생하며, 금속 두께가 증가하면 전반사 일어나게 된다. 이러한 표면 플라즈몬 공명 현상은 빛과 나노 크기의 귀금속(noble metal) 간의 상화작용의 결과로써 발생되는 것이다. Surface plasmon resonance is a group of conduction band electrons that propagate along the interface between a metal with a negative dielectric function (ε '<0) and a medium with a positive dielectric constant (ε'> 0). It causes vibrations, which are manifested as surface plasmon waves. When the phases of the transverse magnetic wave parallel to the metal surface and the surface plasmon wave propagating along the metal surface coincide with each other, resonance occurs. In this case, the energy of the incident wave is absorbed by the metal thin film. The reflected wave disappears, and the electric field distribution in the direction perpendicular to the metal surface is amplified exponentially at the metal surface and rapidly decreases toward the metal thin film. As the metal thickness increases, total reflection occurs. This surface plasmon resonance occurs as a result of the interaction between light and nanoscale noble metals.
따라서, 본 발명에 있어서는 금속 나노선(147)이 네트워킹된 형태를 이루는 투명 도선성 패턴(141, 143, 145)을 각 P/I/N 접합 반도체층(120, 128, 136) 사이 및 제 3 P/I/N 접합 반도체층(136)과 제 2 투명전극(140) 사이에 구비됨으로서 각 P/I/N 접합 반도체층(120, 128, 136) 사이에서 표면 플라즈몬 공명 현상이 발생되도록 함으로써 외부광이 반사없이 산란시켜 광경로의 길이를 높일 뿐 아니라 양자효율(quantum efficiency) 특성을 향상시킬 수 있다. 특히, 매우 짧은 시간이지만 빛이 상기 금속 나노선(147) 표면에 포획되므로 그 하부에 위치한 광흡수층(통상적으로 I층)의 광 포집률을 향상시키게 된다.Therefore, in the present invention, the transparent
더욱이, 이러한 금속 나노선의 네트워킹 구조를 갖는 투명 도전층(141, 143, 145)은 상기 금속 나노선(147)의 높은 투과율과 낮은 비저항 특성에 의해 P층과 N층의 접합된 부분에서의 소수 캐리어를 이루는 분리된 상태의 전자와 정공의 재결합율을 낮추는 역할을 함으로서 더욱더 광전 효율을 향상시키는 효과를 갖는다.Furthermore, the transparent
한편, 도 5a 및 5b(은(Ag) 및 금(Au) 나노선의 네트워킹 구조를 갖는 투명 도전층의 파장 별 산란 분포 특성을 나타낸 그래프)를 참조하면, 상기 금속 나노선은 이를 이루는 금속물질의 종류에 따라 산란 파장 영역이 다름을 알 수 있다. Meanwhile, referring to FIGS. 5A and 5B (a graph showing scattering distribution characteristics for each wavelength of a transparent conductive layer having a networking structure of silver (Ag) and gold (Au) nanowires), the metal nanowires are a kind of metal material forming the same. As can be seen that the scattering wavelength range is different.
즉, 은(Ag) 나노선 네트워킹 구조를 갖는 투명 도전층의 경우(도 5a 참조) 350nm 내지 450nm의 파장대의 빛을 주로 산란시킴을 알 수 있으며, 금 나노선 네트워킹 구조를 갖는 투명 도전층의 경우(도 5b 참조) 450nm 내지 650nm의 파장대의 빛을 주로 산란시킨다.That is, it can be seen that the transparent conductive layer having a silver (Ag) nanowire networking structure (see FIG. 5A) mainly scatters light in the wavelength band of 350 nm to 450 nm, and the transparent conductive layer having a gold nanowire networking structure. (See FIG. 5B) Light mainly scatters in the wavelength range of 450 nm to 650 nm.
따라서, 이러한 사실을 반영하여 빛의 산란 특성을 가장 효과적으로 구현하기 위해 본 발명의 실시예에 있어서는 상기 은(Ag) 나노선 네트워킹 구조를 갖는 제 3 투명 도전층(145)은 상기 제 2 투명전극(140)과 상기 제 3 P/I/N 접합 반도체층(136)의 제 3 P층(134) 사이에 형성하며, 상기 금(Au) 나노선 네트워킹 구조를 갖는 제 2 투명 도전층(143)은 제 3 N층(130)과 제 2 P층(126) 사이에 형성한 것이 특징이다. Therefore, in order to most effectively implement scattering characteristics of light by reflecting this fact, in the embodiment of the present invention, the third transparent
하지만, 이러한 은(Ag) 및 금(Au) 나노선(147)의 네트워킹 구조를 갖는 투명 도전층은 반드시 전술한 바와 같이 상기 제 2 투명전극(140)과 상기 제 3 P/I/N 접합 반도체층(136)의 제 3 P층(134) 사이, 또는 제 3 N층(130)과 제 2 P층(126) 사이에만 형성될 수 있는 것이 아니라, 그 위치를 바꾸어 형성될 수도 있으며, 제 1 P층(119)과 제 2 N층(122) 사이에도 형성될 수 있음은 자명하다 할 것이다.However, the transparent conductive layer having the networking structure of the silver (Ag) and gold (Au)
도 6은 은(Ag) 나노선이 네트워킹 된 구조를 갖는 투명 도전층을 형성할 때와 비교예로서 형성되지 않았을 경우 외부광의 파장별 광 흡수율을 측정한 그래프이다. FIG. 6 is a graph illustrating wavelengths of light absorption of external light when silver (Ag) nanowires are not formed as a comparative example and when forming a transparent conductive layer having a networked structure.
도시한 바와 같이, 은(Ag) 나노선 네트워킹 된 구조를 갖는 투명 도전층이 형성되지 않은 비교예의 경우 그 빛의 흡수율은 평균적으로 0.3%정도가 됨을 보이고 있지만, 은(Ag) 나노선 네트워킹 된 구조를 갖는 투명 도전층이 형성된 본 발명의 따른 실시예 경우 빛의 특정 파장대에서의 산란성이 증가되어 특히 350nm 내지 500nm 사이의 파장대 영역에서의 흡수성이 증가되어 0.5% 이상 2.0% 정도의 값을 가짐을 알 수 있다. As shown, the comparative example in which the transparent conductive layer having the silver (Ag) nanowire networked structure is not formed shows that the light absorption is about 0.3% on average, but the silver (Ag) nanowire networked structure is shown. In the embodiment of the present invention having a transparent conductive layer having a light scattering property in a specific wavelength band is increased, especially absorbance in the wavelength band region between 350nm to 500nm is found to have a value of about 0.5% or more and 2.0% Can be.
한편, 본 발명에 따른 태양전지(100)는 그 내부로 입사되는 외부광의 산란성을 더욱 확대시키고자 상기 금속 나노선 네트워킹된 투명 도전층의 형성 이외에 각 P층(119, 126, 134), I층(117, 124, 132), N층(115, 122, 130)의 표면이 올록볼록한 요철 구조를 갖도록 형성되고 있는 것이 특징이다.On the other hand, the
이렇게 각 P층(119, 126, 134), I층(117, 124, 132), N층(115, 122, 130) 표면이 요철구조를 이룸으로써 입사되는 빛이 요철 에 의해 종래의 평탄한 표면을 갖는 P층, I층, N층이 형성된 태양전지(도 1 참조) 대비 보다 효율적으로 빛의 입사 시 전반사를 방지하고 광 산란을 확대하여 빛 포획을 증대시킬 수 있는 것이다.Thus, the surface of each of the P layers 119, 126, 134, I layers 117, 124, 132, and the N layers 115, 122, 130 has an uneven structure, so that light incident on the surface of the conventional flat surface is uneven. Compared to a solar cell (see FIG. 1) having a P layer, an I layer, and an N layer having the same, it is possible to prevent total reflection upon incidence of light and increase light scattering by expanding light scattering.
이후에는 전술한 구성을 갖는 태양전지의 제조 방법에 대해 간단히 도 2를 참조하여 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a solar cell having the above-described configuration will be described with reference to FIG. 2 briefly.
우선, 제 1 절연기판(110) 상에 반사성이 우수한 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 또는 은(Ag)을 증착하여 반사전극의 역할을 하는 반사판(111)을 형성한다. 이후 상기 반사판(111)의 상부 또는 상기 제 1 절연기판(110)의 내측면에 투명 도전성 산화물 예를들면 GZO(갈륨-징크-옥사이드), AZO(알루미늄-징크-옥사이드), ZnO(징크-옥사이드), SnO(틴-옥사이드) 중 어느 하나를 스퍼터 장치(미도시)를 통해 전면에 증착함으로서 그 표면이 평탄한 상태의 제 1 투명전극(113)을 형성한다. First, a metal material having excellent reflectivity, for example, aluminum (Al) or silver (Ag), is deposited on the first insulating
다음, 상기 제 1 투명전극(113)이 형성된 상기 제 1 절연기판(110)에 있어 상기 제 1 투명전극(113)의 표면에 레이저 장치(미도시)를 이용하여 레이저 빔을 조사함으로써 상기 제 1 투명전극(113)의 표면으로부터 소정 두께를 용융시키고 자연적으로 응고되도록 함으로서 그 표면의 일정두께에 대해서 결정화가 진행되도록 한다. 상기 투명 도전성 산화물은 용융되었다가 응고되는 과정에서 결정화되는 특성을 가지므로 전술한 레이저 빔 조사에 의해 결정화가 진행되게 된다. Next, in the first insulating
다음, 상기 제 1 투명전극(113) 상에 레이저 빔이 조사된 상기 제 2 절연기판(110)을 상기 투명 도전성 산화물과 반응하는 식각액이 담긴 수조(미도시)에 담그는 디핑(dipping)을 실시하거나 또는 상기 제 1 투명전극(113) 표면에 상기 식각액을 스프레이(spray) 하는 등의 식각 공정을 진행함으로써 상기 제 1 투명전극(113)의 표면에 요철을 형성한다. Next, dipping of the second insulating
이 경우, 상기 레이저 빔에 노출된 상기 제 1 투명전극(113)이 상기 식각액에 노출되는 시간을 적절히 조절함으로써 완전히 식각되지 않고 그 표면에 대해서 일부는 식각되고 일부는 식각이 진행되지 않음으로써 그 표면에 올록볼록한 요철이 형성되게 된다. In this case, the first
이러한 선택적 식각이 가능한 것은, 상기 레이저 빔 조사에 의해 그 표면의 소정두께가 결정화가 진행된 상기 제 1 투명전극(113)은 상기 결정화된 그레인(미도시)과, 그레인(미도시) 사이의 경계에서의 식각비율이 다르며, 상기 그레인(미도시)의 경계 부분에서 더 빠른 식각이 이루어지기 때문이다. Such selective etching is possible by the laser beam irradiation, wherein the first
따라서, 전술한 바와 같은 레이저 빔 조사 후 자연적으로 발생하는 선택적인 식각에 진행에 의해 상기 제 1 투명전극(113)의 표면에 요철이 형성되게 된다. Accordingly, irregularities are formed on the surface of the first
다음, 상기 그 표면에 요철을 갖는 상기 제 1 투명전극(113)에 대해 레이저 장치(미도시)를 이용하여 제거되어야 영역에 레이저 빔(미도시)을 조사함으로써 상기 제 1 투명전극(113)을 패터닝 한다.Next, the first
이 경우, 상기 결정화를 위한 레이저 조사와 상기 패터닝을 위한 레이저 조사는 그 파워밀도를 달리함으로써 즉 단위 면적당 조사되는 레이저 에너지를 달리함으로서 결정화 공정 또는 패터닝 공정이 가능한 것이다. 고 에너지 밀도를 갖는 레이저가 조사되는 경우 상기 투명 도전성 산화물은 완전 용융 및 기화되어 제거되게 된다. In this case, the laser irradiation for the crystallization and the laser irradiation for the patterning may be a crystallization process or a patterning process by varying the power density, that is, by changing the laser energy irradiated per unit area. When the laser having a high energy density is irradiated, the transparent conductive oxide is completely melted and vaporized to be removed.
한편, 이러한 레이저 빔을 조사하여 상기 레이저 빔이 조사된 부분이 제거됨에 따라서 요철을 갖는 그 표면에 갖는 상기 제 1 투명전극(113)은 다수로 분리되어 상기 제 1 절연기판(110) 상에서 일정한 크기의 셀 단위로 이격하는 형태를 이루게 된다. 이때 상기 태양전지(100)를 하나의 셀로 이루어지도록 형성하는 경우 상기 제 1 투명전극(113)의 패터닝 공정을 생략될 수 있다.On the other hand, as the laser beam is irradiated and the portion irradiated with the laser beam is removed, the first
다음, 각 셀별로 패터닝되며 요철을 그 표면에 갖는 상기 제 1 투명전극(113) 위로 전면에 n형 불순물을 포함하는 반도체 물질을 증착하여 제 1 N층(115)을 형성하고, 연속하여 상기 제 1 N층(115) 위로 수소화된 비정질 실리콘층(미도시)을 형성하고, 이에 대해 저 에너지 밀도 즉, 상기 수소화된 비정질 실리콘층(미도시)의 용융이 발생하지 않는 에너지 밀도를 갖는 레이저 빔을 조사하거나 또는 상기 고상 결정화 예를들면 열처리를 통한 결정화 또는 교번자장 결정화(Alternating Magnetic Field Crystallization : AMFC) 장치를 이용한 교번자장 결정화를 진행하여 수소화된 미세 결정질 실리콘의 제 1 I층(117)을 형성한다.Next, a
이후, 상기 수소화된 미세 결정질 실리콘의 제 1 I층(117) 위로 p형 불순물을 포함하는 반도체 물질을 증착하여 제 1 P층(119)을 형성함으로써 제 1 N층(115), 제 1 I층(117) 및 제 1 P층(119)으로 구성된 제 1 P/I/N 접합 반도체층(120)을 형성한다.Thereafter, the
한편, 이러한 n형, p형 반도체 물질과 비정질 실리콘은 모두 화학기상증착 장비를 통해 증착됨으로써 증착 특성 상 상기 제 1 투명전극(113)의 표면 상태를 반영하여 그 표면이 모두 요철구조를 이루게 되는 것이 특징이다.On the other hand, the n-type, p-type semiconductor material and the amorphous silicon are all deposited through the chemical vapor deposition equipment reflects the surface state of the first
다음, 상기 제 1 P/I/N 접합 반도체층(120) 위로 연속적으로 n형 불순물 반도체 물질과, 게르마늄이 섞인 비정질 실리콘 및 p형 불순물 반도체 물질을 증착함으로써 각 표면이 요철구조를 이루는 제 2 N층(122), 제 2 I층(124) 및 제 P층(126)으로 구성된 제 2 P/I/N 접합 반도체층(128)을 형성한다.Next, by depositing the n-type impurity semiconductor material and the germanium-mixed amorphous silicon and p-type impurity semiconductor material on the first P / I / N
다음, 본 발명에 따른 특징적인 구성으로서 상기 제 2 P/I/N 접합 반도체층(128) 위로 금(Au) 또는 은(Ag)으로 이루어진 금속 나노선이 분산된 금속 나노선 분산용액을 슬릿 코팅장치(미도시) 또는 스핀 코팅장치(미도시)를 이용하여 상기 제 2 P층(126) 위로 전면에 코팅하고 이를 건조 및 경화시킴으로써 제 2 금속 나노선의 투명 도전층(143)을 형성한다.Next, a slit-coated metal nanowire dispersion solution in which metal nanowires made of gold (Au) or silver (Ag) is dispersed on the second P / I / N
이때, 상기 제 2 금속 나노선의 투명 도전층(143)은 빛의 투과도가 80% 내지 99%이며, 그 면저항은 1Ω/sq 내지 100Ω/sq 인 것이 특징이다. 상기 제 1 금속 나노선의 투명 도전층(143)은 그 두께를 두껍게 하면 상기 금속 나노선의 밀도가 증가하여 면저항이 작아지지만 그 투과도 또한 작아짐으로서 그 두께를 적절히 조절하여 전술한 투과도가 80% 내지 99%이며, 면저항은 1Ω/sq 내지 100Ω/sq의 범위를 갖도록 하는 것이 바람직하다. In this case, the transparent
이러한 제 2 금속 나노선의 투명 도전층(143)은 도 5a 내지 도 5c에 도시한 바와 같은 형태를 갖는 다수의 금속 나노선(147)이 도 3에 도시한 바와같이 서로 교차하는 네트워크 구조를 가짐으로서 전체적으로 도전성 특성을 가지며, 그 하부에 구비된 제 2 P/I/N 접합 반도체층(128) 표면 특성을 반영하여 그 표면이 요철구조를 갖는 것이 특징이다. The transparent
이때, 상기 제 2 P층(126) 상부에 형성된 상기 제 2 금속 나노선의 투명 도전층(143)은 이를 구성하는 금속 나노선은 장파장에서 표면 플라즈몬 공명 현상을 나타내는 금(Au)으로 이루어진 것이 바람직하다.In this case, the transparent
한편, 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서는 상기 제 1 P층(119) 상부에는 제 1 금속 나노선의 투명 도전층(141)을 형성하는 단계를 생략했지만, 변형예로서 상기 제 1 P층(119)의 상부에도 전술한 바와 같은 공정을 진행하여 제 1 금속 나노선의 투명 도전층(141)을 형성할 수도 있다.Meanwhile, in the manufacturing method according to the present invention, the step of forming the transparent
다음, 상기 제 2 금속 나노선의 투명 도전층(143) 위로 연속하여 n형 불순물 반도체 물질과, 비정질 실리콘 및 p형 불순물 반도체 물질을 증착함으로써 각 표면이 요철구조를 이루는 제 3 N층(130), 제 3 I층(132) 및 제 3 P층(134)으로 구성된 제 3 P/I/N 접합 반도체층(136)을 형성한다. 이때, 이러한 제 3 N층(130), 제 3 I층(132) 및 제 3 P층(134) 또한 자연적으로 그 표면이 요철구조를 이루는 것이 특징이다.Next, by depositing an n-type impurity semiconductor material, an amorphous silicon and a p-type impurity semiconductor material in succession on the transparent
다음, 상기 제 3 P층(134) 위로 상기 제 2 금속 나노선의 투명 도전층(143)을 형성한 것과 동일한 공정을 진행하여 제 3 금속 나노선의 투명 도전층(145)을 형성한다. 이때, 제 3 금속 나노선의 투명 도전층(145) 또한 빛의 투과도가 80% 내지 99%이며, 그 면저항은 1Ω/sq 내지 100Ω/sq 인 것이 특징이다. 또한, 상기 제 3 금속 나노선의 투명 도전층(145)은 그 하부에 위치한 제 3 P/I/N 접합 반도체층(136)이 상대적으로 상기 제 2 P/I/N 접합 반도체층(128)보다 단파장대의 빛을 흡수하므로, 상기 제 2 금속 나노선의 투명 도전층(143)보다 단파장대의 빛의 산란 특성을 향상시키기 위해 은(Ag) 재질의 금속 나노선으로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. Next, the same process as that of forming the transparent
다음, 다수의 셀 단위로 태양전지를 구성하는 경우, 레이저 빔을 조사하여 상기 제 1, 2, 3 금속 나노선의 투명 도전층(141, 143, 145)과 상기 제 1, 2, 3 P/I/N 접합 반도체층(120, 128, 136)을 패터닝 할 수도 있다. 이 경우 고 에너지 밀도 또는 고 파워의 레이저 빔을 조사함으로써 상기 1 투명전극(113)을 패터닝한 것과 동일하게 상기 제 1, 2, 3 금속 나노선의 투명 도전층(141, 143, 145)과 상기 제 1, 2, 3 P/I/N 접합 반도체층(120, 128, 136)을 패터닝하는 것이다. Next, when the solar cell is configured by a plurality of cells, the transparent
하나의 셀로 구성된 태양전지를 형성하는 경우, 상기 레이저 장치를 이용한 상기 제 1, 2, 3 금속 나노선의 투명 도전층(141, 143, 145)과 상기 제 1, 2, 3 P/I/N 접합 반도체층(120, 128, 136)의 패터닝 공정은 생략할 수 있다. In the case of forming a solar cell composed of one cell, the first, second and third P / I / N junctions of the transparent
다음, 상기 제 3 금속 나노선의 투명 도전층(145) 위로 투명 도전성 산화물 예를들면 GZO(갈륨-징크-옥사이드), AZO(알루미늄-징크-옥사이드), ZnO(징크-옥사이드), SnO(틴-옥사이드) 중 어느 하나를 증착하여 제 2 투명전극(140)을 형성하고, 이의 상부에 상기 제 2 투명전극(140)과 상기 제 1, 2, 3 P/I/N 접합 반도체층(120, 128, 136)의 보호를 위해 투명한 제 2 절연기판(150)을 구비함으로서 본 발명에 따른 태양전지(100)를 완성할 수 있다.Next, on the transparent
이때, 도면에 나타내지 않았지만, 상기 제 2 절연기판(150)과 상기 제 2 투명전극(140) 사이에는 점착층이 개재됨으로서 이들 두 구성요소를 접합된 상태를 유지하도록 할 수 있다.
In this case, although not shown in the drawings, an adhesive layer is interposed between the second insulating
100 : 태양전지 110 : 제 1 절연기판
111 : 반사판 113 : 제 1 투명전극
115 : 제 1 N층 117 : 제 1 I층
119 : 제 1 P층 120 : 제 1 P/I/N 접합 반도체층
122 : 제 2 N층 124 : 제 2 I층
126 : 제 2 P층 128 : 제 2 P/I/N 접합 반도체층
130 : 제 3 N층 132 : 제 3 I층
134 : 제 3 P층 136 : 제 3 P/I/N 접합 반도체층
140 : 제 2 투명전극 141 : 제 1 투명 도전층
143 : 제 2 투명 도전층 145 : 제 3 투명 도전층
150 : 제 2 절연기판 100
111: reflector 113: first transparent electrode
115: first N layer 117: first I layer
119: first P layer 120: first P / I / N junction semiconductor layer
122: second N layer 124: second I layer
126: second P layer 128: second P / I / N junction semiconductor layer
130: third N layer 132: third I layer
134: third P layer 136: third P / I / N junction semiconductor layer
140: second transparent electrode 141: first transparent conductive layer
143: second transparent conductive layer 145: third transparent conductive layer
150: second insulating substrate
Claims (13)
상기 제 1 절연기판 상에 형성된 제 1 투명전극과;
상기 제 1 투명전극 상부에 형성되며 순차적으로 n형 불순물 반도체 물질층과, 수소화된 실리콘층과, p형 불순물 반도체 물질층으로 이루어진 제 1 P/I/N 접합 반도체층과;
상기 제 1 P/I/N 접합 반도체층 상부에 형성된 금속 나노선이 네트워킹 된 구조를 갖는 제 1 투명 도전층과;
상기 제 1 투명 도전층 상부로 형성된 제 2 투명전극
을 포함하는 태양전지.
A first insulating substrate;
A first transparent electrode formed on the first insulating substrate;
A first P / I / N junction semiconductor layer formed on the first transparent electrode and sequentially formed of an n-type impurity semiconductor material layer, a hydrogenated silicon layer, and a p-type impurity semiconductor material layer;
A first transparent conductive layer having a networked structure of metal nanowires formed on the first P / I / N junction semiconductor layer;
A second transparent electrode formed on the first transparent conductive layer
Solar cell comprising a.
상기 제 1 투명전극과 상기 제 1 P/I/N 접합 반도체층 사이에는 상기 제 1 제 1 P/I/N 접합 반도체층과 동일한 구성을 갖는 제 2 및 제 3 P/I/N 접합 반도체층이 형성된 것이 특징인 태양전지.
The method of claim 1,
Second and third P / I / N junction semiconductor layers having the same configuration as the first first P / I / N junction semiconductor layer between the first transparent electrode and the first P / I / N junction semiconductor layer. The solar cell is characterized in that formed.
상기 제 1, 2, 3 P/I/N 접합 반도체층은 순차적으로 에너지 밴드갭이 큰 순서를 갖도록 형성된 것이 특징인 태양전지.
The method of claim 2,
The first, second, 3 P / I / N junction semiconductor layer is characterized in that the energy band gap formed in order in order to have a large order.
상기 제 1 P/I/N 접합 반도체층의 제 1 I층은 수소화된 미세 결정질 실리콘으로 이루어지며,
상기 제 2 P/I/N 접합 반도체층의 제 2 I층은 게르마늄(Ge)이 섞인 수소화된 비정질 실리콘으로 이루어지며,
상기 제 3 P/I/N 접합 반도체층의 제 3 I층은 섞인 수소화된 비정질 실리콘으로 이루어진 것이 특징인 태양전지.
The method of claim 3, wherein
The first I layer of the first P / I / N junction semiconductor layer is made of hydrogenated fine crystalline silicon,
The second I layer of the second P / I / N junction semiconductor layer is made of hydrogenated amorphous silicon mixed with germanium (Ge),
And a third I layer of the third P / I / N junction semiconductor layer is made of mixed hydrogenated amorphous silicon.
상기 제 2 P/I/N 접합 반도체층과 상기 제 3 P/I/N 접합 반도체층 사이에는 금속 나노선이 네트워킹 된 구조를 갖는 제 2 투명 도전층이 형성된 것이 특징인 태양전지.
The method of claim 2,
And a second transparent conductive layer having a structure in which metal nanowires are networked between the second P / I / N junction semiconductor layer and the third P / I / N junction semiconductor layer.
상기 제 1 P/I/N 접합 반도체층과 상기 제 2 P/I/N 접합 반도체층 사이에는 금속 나노선이 네트워킹 된 구조를 갖는 제 3 투명 도전층이 형성된 것이 특징인 태양전지.
The method of claim 5, wherein
And a third transparent conductive layer having a structure in which metal nanowires are networked between the first P / I / N junction semiconductor layer and the second P / I / N junction semiconductor layer.
상기 제 1, 2, 3 투명 도전층에 있어서 상기 금속 나노선은 은(Ag) 또는 금(Au)으로 이루어진 것이 특징인 태양전지.
The method according to claim 6,
In the first, second, and third transparent conductive layer, the metal nanowires are made of silver (Ag) or gold (Au).
상기 제 1, 2, 3 투명 도전층은 빛의 투과도가 80% 내지 99%이고, 면저항은 1Ω/sq 내지 100Ω/sq인 것이 특징인 태양전지.
The method of claim 7, wherein
The first, second, and third transparent conductive layers have a light transmittance of 80% to 99% and a sheet resistance of 1 kW / sq to 100 kW / sq.
상기 제 1 절연기판과 상기 제 1 투명전극 사이 또는 상기 제 1 절연기판의 외측면에 반사판이 구비된 것이 특징인 태양전지.
The method of claim 1,
The solar cell of claim 1, wherein a reflective plate is provided between the first insulating substrate and the first transparent electrode or on an outer surface of the first insulating substrate.
상기 제 1 및 제 2 투명전극은 각각 GZO(갈륨-징크-옥사이드), AZO(알루미늄-징크-옥사이드), ZnO(징크-옥사이드), SnO(틴-옥사이드) 중 어느 하나로 이루어진 것이 특징인 태양전지.
The method of claim 1,
The first and second transparent electrodes are formed of any one of GZO (gallium-zinc-oxide), AZO (aluminum-zinc-oxide), ZnO (zinc-oxide), and SnO (tin-oxide), respectively. .
상기 제 1 투명전극과 상기 제 1 P/I/N 접합 반도체층과 상기 제 1 투명 도전층은 각각 그 표면이 요철구조를 이루는 것이 특징인 태양전지.
The method of claim 1,
The first transparent electrode, the first P / I / N junction semiconductor layer and the first transparent conductive layer, the surface of each of the solar cell, characterized in that the concave-convex structure.
상기 제 1 투명전극과 상기 제 1, 2, 3 P/I/N 접합 반도체층과 상기 제 1, 2, 3 투명 도전층은 각각 그 표면이 요철구조를 이루는 것이 특징인 태양전지.
The method of claim 2,
The first transparent electrode, the first, 2, 3 P / I / N junction semiconductor layer and the first, 2, 3 transparent conductive layer, the surface of each of the solar cell, characterized in that the concave-convex structure.
상기 금속 나노선은 그 형태가 원기둥, 삼각기둥, 사각기둥 형상인 것이 특징인 태양전지.The method according to any one of claims 1, 5 and 6,
The metal nanowire is a solar cell, characterized in that the shape of the cylinder, triangular prism, square pillar shape.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020100039077A KR20110119392A (en) | 2010-04-27 | 2010-04-27 | Solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020100039077A KR20110119392A (en) | 2010-04-27 | 2010-04-27 | Solar cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20110119392A true KR20110119392A (en) | 2011-11-02 |
Family
ID=45390991
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020100039077A KR20110119392A (en) | 2010-04-27 | 2010-04-27 | Solar cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20110119392A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112349801A (en) * | 2020-10-16 | 2021-02-09 | 泰州隆基乐叶光伏科技有限公司 | Intermediate series layer of laminated battery, production method and laminated battery |
-
2010
- 2010-04-27 KR KR1020100039077A patent/KR20110119392A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112349801A (en) * | 2020-10-16 | 2021-02-09 | 泰州隆基乐叶光伏科技有限公司 | Intermediate series layer of laminated battery, production method and laminated battery |
CN112349801B (en) * | 2020-10-16 | 2023-12-01 | 泰州隆基乐叶光伏科技有限公司 | Intermediate series layer of laminated battery, production method thereof and laminated battery |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101142861B1 (en) | Solar cell and manufacturing method of the same | |
JP5150473B2 (en) | Stacked photoelectric conversion device | |
KR101295552B1 (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
CN107710419B (en) | Solar cell and solar cell module | |
WO2015043028A1 (en) | Local aluminum back surface field solar battery with two light-pervious surfaces, and preparation method therefor | |
KR20120031630A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2013077851A (en) | Solar battery element | |
KR101878397B1 (en) | Solar cell and method for fabricating the same | |
KR20110125041A (en) | Solar cell | |
US9997647B2 (en) | Solar cells and manufacturing method thereof | |
KR20120140049A (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
WO2011074280A1 (en) | Photovoltaic device and method for preparation thereof | |
JP6336517B2 (en) | Solar cell and manufacturing method thereof | |
KR20150090606A (en) | Solar cell and manufacturing method thereof | |
TW201440235A (en) | Back junction solar cell with enhanced emitter layer | |
KR101658534B1 (en) | Solar cell and method for fabricaitng the same | |
KR20100115193A (en) | Method of fabricating the same | |
JP2001203376A (en) | Solar cell | |
KR101622088B1 (en) | Solar cell | |
US20150179843A1 (en) | Photovoltaic device | |
TW201304172A (en) | Photo-electric conversion element | |
KR101588458B1 (en) | Solar cell and manufacturing mehtod of the same | |
KR20110119392A (en) | Solar cell | |
KR101897168B1 (en) | Solar cell | |
JP2007266328A (en) | Photoelectric conversion element, and photoelectric conversion module comprising it |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Withdrawal due to no request for examination |