KR20110136385A - 양면 태양 전지 - Google Patents

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KR20110136385A
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    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
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Abstract

본 발명은 양면 태양 전지에 관한 것이다. 본 발명의 양면 태양 전지는 투명기판, 상기 투면 기판의 전면에 구성되는 전면 태양 전지, 상기 전면 태양 전지는 상기 투명 기판의 전면에 형성된 제1 전극, 상기 제1 전극 위에 형성된 제1 도전형 반도체 층, 상기 제1 도전형 반도체 층 위에 형성된 제1 진성 반도체 층, 상기 제1 진성 반도체 층 위에 형성된 제2 도전형 반도체 층 및, 상기 제2 도전형 반도체 층 위에 형성된 제2 전극을 포함하고, 상기 투명 기판의 후면에 구성되는 후면 태양 전지, 상기 후면 태양 전지는 상기 투명 기판의 후면에 형성된 제2 진성 반도체 층, 상기 제2 진성 반도체 층의 아래로 동일 평면으로 형성된 복수개의 제3 도전형 반도체 영역, 상기 제2 진성 반도체 층의 아래로 동일 평면으로 형성된 복수개의 제4 도전형 반도체 영역, 상기 제3 도전형 반도체 영역에 형성된 제3 전극 및, 상기 제4 도전형 반도체 영역에 형성된 제4 전극을 포함한다. 본 발명의 양면 태양 전지에 의하면, 이와 같은 본 발명의 양면 태양 전지는 투명 기판의 전면과 후면을 모두 이용하여 광 발전을 하기 때문에 단위 면적당 전력 생산량이 높다. 또한 전면 태양 전지의 경우 다중 레이어 구조를 갖도록 하여 광전 효율을 더욱 극대화 할 수 있으며, 후면 태양 전지의 경우 텍스처링된 표면을 갖도록 하여 광전 효율을 더욱 극대화할 수 있다.

Description

양면 태양 전지{BIFACIAL SOLAR CELL}
본 발명은 태양 전지에 관한 것으로, 구체적으로는 단위 면적당 광 발전 효율을 높일 수 있는 양면 태양 전지에 관한 것이다.
태양 전지는 사용 재료에 따라 실리콘계열, 화합물계열, 유기물계열 등으로 크게 구분될 수 있으며, 이중 실리콘 계열의 태양 전지가 현재 대부분을 차지하고 있다. 실리콘계열의 태양 전지는 다시 단결정 또는 다결정 실리콘으로 제조되는 결정형 태양 전지와 비정질 또는 미세 결정질 실리콘으로 제조되는 박막형 태양 전지로 구분될 수 있다. 그러나, 결정형 태양 전지는 광전 효율이 높은 반면 제조 비용이 증가되는 단점이 있으며, 박막형 태양 전지는 제조 비용이 저렴한 반면 광전 효율이 결정형에 비하여 떨어지는 단점이 있다. 이에 따라, 최근에는 제조 비용이 저렴한 박막형 태양 전지의 광전 효율을 높이는 방향으로 많은 연구가 진행되고 있다.
종래의 일반적인 태양전지는 상부로부터, 제1 전극, p형 실리콘층, 진성 실리콘층, n형 실리콘층 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 그런데, 이 경우, 광이 p형 실리콘층을 거쳐서 광전변환이 발생되는 진성 실리콘층을 도달하게 된다. 따라서, 광의 일부가 p형 실리콘층에 흡수되어 광전변환 효율이 발생되는 문제가 발생된다. 또한 제1 전극의 경우, 광이 통과할 수 있도록 광학적으로 투명한 도전성 물질을 이용하여 형성하므로 비저항이 금속에 비해 상대적으로 커서 전력손실이 크다.
본 발명의 목적은 광전 효율을 향상시키고 동일 공간에서 보다 많은 전력량을 획득할 수 있으며 생산성을 높일 수 있는 태양 전지를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 양면 태양 전지에 관한 것이다. 본 발명의 일면에 따른 양면 태양 전지는: 투명기판; 상기 투면 기판의 전면에 구성되는 전면 태양 전지, 상기 전면 태양 전지는 상기 투명 기판의 전면에 형성된 제1 전극; 상기 제1 전극 위에 형성된 제1 도전형 반도체 층; 상기 제1 도전형 반도체 층 위에 형성된 제1 진성 반도체 층; 상기 제1 진성 반도체 층 위에 형성된 제2 도전형 반도체 층; 및 상기 제2 도전형 반도체 층 위에 형성된 제2 전극을 포함하고, 상기 투명 기판의 후면에 구성되는 후면 태양 전지, 상기 후면 태양 전지는 상기 투명 기판의 후면에 형성된 제2 진성 반도체 층; 상기 제2 진성 반도체 층의 아래로 동일 평면으로 형성된 복수개의 제3 도전형 반도체 영역; 상기 제2 진성 반도체 층의 아래로 동일 평면으로 형성된 복수개의 제4 도전형 반도체 영역; 상기 제3 도전형 반도체 영역에 형성된 제3 전극; 및 상기 제4 도전형 반도체 영역에 형성된 제4 전극을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 후면 태양 전지는 제3 및 제4 전극을 포함하는 투명 기판의 후면을 전체적으로 덮는 보호막을 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제3 및 제4 도전형 반도체 영역 사이에 형성된 절연막을 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 진성 반도체 층은 결정 특성이 다른 다중 레이어가 적층된 구조를 갖는다.
일 실시예에 있어서, 상기 투명 기판의 후면은 텍스처링된 표면을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제3 및 제4 도전형 반도체 영역의 평면 구조는 점형 구조 또는 선형 구조를 갖는다.
본 발명의 양면 태양 전지에 의하면, 이와 같은 본 발명의 양면 태양 전지는 투명 기판의 전면과 후면을 모두 이용하여 광 발전을 하기 때문에 단위 면적당 전력 생산량이 높다. 또한 전면 태양 전지의 경우 다중 레이어 구조를 갖도록 하여 광전 효율을 더욱 극대화 할 수 있으며, 후면 태양 전지의 경우 텍스처링된 표면을 갖도록 하여 광전 효율을 더욱 극대화 할 수 있다. 특히, 후면 태양 전지의 경우 제3 및 제4 도전형 반도체 층이 투명 기판의 후면에 전체적으로 평면적으로 배치되어 구성됨으로서 양면 전지 구조에 매우 적합하고 효율적이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양면 태양 전지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양면 태양 전지의 단면도이다.
도 3 및 도 4는 양면 태양 전지의 후면에 형성되는 태양 전지의 평면 구조의 일 예를 보여주는 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양면 태양 전지의 단면도이다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양면 태양 전지(10)는 투명 기판(20)의 전면으로 제1 태양 전지(30)가 후면으로 제2 태양 전지(40)가 각각 구성된 양면 발전 구조를 갖는다.
제1 태양 전지(30)는 투명 기판(20) 위에 제1 전극(31)으로 투명 전극(TCO)이 적층된다. 그 위에 제1 도전형 반도체 층(32), 제1 진성 반도체 층(33), 제2 도전형 반도체 층(34)이 순차적으로 적층된다. 그리고 제2 도전형 반도체 층(34)의 위에 제2 전극(35)으로 투면 전극(TCO)이 적층된다. 여기서 제1 도전형 반도체 층(32)은 n형 실리콘으로 제2 도전형 반도체 층(34)은 p형 실리콘으로 그리고 제1 진성 반도체 층(33)은 비정질 실리콘으로 구성될 수 있다.
제2 태양 전지(40)는 투명 기판(20)의 후면에 결정질 실리콘의 제2 진성 반도체 층(41)이 전체적으로 형성된다. 제2 진성 반도체 층(41)의 하부로 복수개의 제1 도전형 반도체 영역(43)과 복수개의 제2 도전형 반도체 영역(43)이 형성되며, 그 다음 각각 제1 전극(44)과 제2 전극(45)이 형성된다. 제1 도전형 반도체 영역(43)과 제2 도전형 반도체 영역(44)의 사이에는 절연막(42)이 형성된다. 그리고 투명 기판(20)의 하부에 제1 및 제2 전극(44, 45)을 포함하는 모든 층을 형성한 뒤에 최종적으로 보호막(47)이 형성된다. 제1 도전형 반도체 영역(43)은 P형 실리콘 층으로 구성되고, 제2 도전형 반도체 영역(44)은 N형 실리콘 층으로 구성될 수 있다. 그리고 진성 반도체 층(41)은 최초에 비정질 실리콘 층을 형성한 뒤에 열처리에 의해 결정질로 개질하며, 바람직하게는 다결정 실리콘 층으로 개질한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양면 태양 전지의 단면도이다.
도 2를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 양면 태양 전지(10a)는 도 1을 참조하여 설명한 양면 태양 전지(10)의 구조와 기본적으로 동일한 구성을 갖는다. 다만, 전면 태양 전지(30a)의 제1 진성 반도체 층(33a)은 다중 레이어 구조를 갖는다. 다중 레이어 구조는 예를 들어, 결정 특성이 다른 비정질 실리콘층과 결정질 실리콘층이 교대적으로 적층된 구조일 수 있다. 다중 레이어 구조를 갖는 경우에는 광전 효율을 더욱 높일 수 있다. 그리고 후면 태양 전지(40a)의 경우에는 투명 기판(20)의 후면을 습식 식각에 의해 텍스처링된 표면(22)을 형성하여 광 포획 특성을 높여 광전 효율을 높이도록 할 수 있다.
도 3 및 도 4는 양면 태양 전지의 후면에 형성되는 태양 전지의 평면 구조의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하여, 후면 태양 전지(40 or 40a)에 구성되는 제3 및 제4 도전형 반도체 영역(43, 44)은 그 평면적 구조가 점형 또는 선형 구조를 갖고 교대적으로 배열될 수 있다. 점형 구조의 경우 원형, 사각형, 다각형 등으로 다양한 평면 구조에서 선택될 수 있다. 이외에도 다양한 형태의 구조로 변형이 가능하며, 이러한 평면 구조의 변형은 광전 효율을 높이기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 양면 태양 전지(10)는 투명 기판(20)의 전면과 후면을 모두 이용하여 광 발전을 하기 때문에 단위 면적당 전력 생산량이 높다. 또한 전면 태양 전지(30a)의 경우 다중 레이어 구조를 갖도록 하여 광전 효율을 더욱 극대화 할 수 있으며, 후면 태양 전지(40a)의 경우 텍스처링된 표면을 갖도록 하여 광전 효율을 더욱 극대화 할 수 있다. 특히, 후면 태양 전지(40 or 40a)의 경우 제3 및 제4 도전형 반도체 층(43, 44)이 투명 기판(20)의 후면에 전체적으로 평면적으로 배치되어 구성됨으로서 양면 전지(10) 구조에 매우 적합하고 효율적이다.
이상에서 설명된 본 발명의 양면 태양 전지의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10: 양면 태양 전지 20: 투명 기판
30: 전면 태양 전지 31: 제1 전극
32: 제1 도전형 반도체 층 33: 제1 진성 반도체 층
34: 제2 도전형 반도체 층 35: 제2 전극
40: 후면 태양 전지 41: 제2 진성 반도체 층
42: 절연막 43: 제3 도전형 반도체 영역
44: 제4 도전형 반도체 영역 45: 제3 전극
46: 제4 전극 47: 보호막

Claims (6)

  1. 투명기판;
    상기 투면 기판의 전면에 구성되는 전면 태양 전지, 상기 전면 태양 전지는
    상기 투명 기판의 전면에 형성된 제1 전극;
    상기 제1 전극 위에 형성된 제1 도전형 반도체 층;
    상기 제1 도전형 반도체 층 위에 형성된 제1 진성 반도체 층;
    상기 제1 진성 반도체 층 위에 형성된 제2 도전형 반도체 층; 및
    상기 제2 도전형 반도체 층 위에 형성된 제2 전극을 포함하고,
    상기 투명 기판의 후면에 구성되는 후면 태양 전지, 상기 후면 태양 전지는
    상기 투명 기판의 후면에 형성된 제2 진성 반도체 층;
    상기 제2 진성 반도체 층의 아래로 동일 평면으로 형성된 복수개의 제3 도전형 반도체 영역;
    상기 제2 진성 반도체 층의 아래로 동일 평면으로 형성된 복수개의 제4 도전형 반도체 영역;
    상기 제3 도전형 반도체 영역에 형성된 제3 전극; 및
    상기 제4 도전형 반도체 영역에 형성된 제4 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 태양 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 후면 태양 전지는 제3 및 제4 전극을 포함하는 투명 기판의 후면을 전체적으로 덮는 보호막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 태양 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3 및 제4 도전형 반도체 영역 사이에 형성된 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 태양 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 진성 반도체 층은 결정 특성이 다른 다중 레이어가 적층된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 양면 태양 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 투명 기판의 후면은 텍스처링된 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 태양 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제3 및 제4 도전형 반도체 영역의 평면 구조는 점형 구조 또는 선형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 양면 태양 전지.
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