KR20120000462A - 박막 태양전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 박막 태양전지 및 그 제조방법은 투명전극층과 후면 반사층 사이에 나노 크기의 다수개의 양자점(quantum dot)으로 이루어진 양자점 층을 구성하여 적층 셀 구조를 형성하는 한편, 상기 양자점의 재료와 크기를 조절하여 양자점 층의 에너지 밴드 갭을 제어함으로써 광효율을 극대화하기 위한 것으로, 기판 위에 형성된 투명전극층; 상기 투명전극층 위에 차례대로 형성된 제 1 셀, 제 2 셀 및 제 3 셀; 및 상기 제 3 셀 위에 형성된 후면 반사층과 전극층을 포함하며, 상기 제 1 셀, 제 2 셀 및 제 3 셀 중 적어도 하나의 셀은 나노 크기의 다수개의 양자점들이 한층 또는 복수개의 층으로 적층되어 양자점 층을 구성하는 것을 특징으로 한다.

Description

박막 태양전지{THIN FILM SOLAR CELL}
본 발명은 박막 태양전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 투명전극층과 후면 반사층 사이에 나노 크기의 다수개의 양자점(quantum dot)으로 이루어진 양자점 층을 구성하여 적층 셀 구조를 형성하도록 한 박막 태양전지에 관한 것이다.
일반적으로 태양전지(solar cell)는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변화시키는 소자로서, p형 반도체와 n형 반도체의 접합(junction) 형태를 가지며 기본 구조는 다이오드(diode)와 동일하다.
이러한 태양전지의 동작 원리를 설명하면 다음과 같다.
대부분 태양전지는 대면적의 pn 접합 다이오드로 이루어져 있으며, 광전 에너지 변환(photovoltaic energy conversion)을 위해 태양전지가 기본적으로 갖춰야하는 조건은 p형 반도체 영역은 작은 전자밀도(electron density)와 큰 정공밀도(hole density)를 가지고 n형 반도체 영역은 큰 전자밀도와 작은 정공밀도를 가짐으로써, 반도체 구조 내에서 전자들이 비대칭적으로 존재해야 한다는 것이다. 따라서, 열적 평행 상태에서 p형 반도체와 n형 반도체의 접합으로 이루어진 다이오드에서는 캐리어(carrier)의 농도 구배에 의한 확산으로 전하(charge)의 불균형이 생기고, 이로 인해 전기장(electric field)이 형성되어 더 이상 캐리어의 확산이 일어나지 않게 된다. 이와 같은 다이오드에 그 물질의 전도대(conduction band)와 가전자대(valence band) 사이의 에너지 차이인 밴드 갭 에너지(band gap energy) 이상의 빛을 가했을 경우에 빛 에너지를 받은 전자들은 가전자대에서 전도대로 여기(excite)된다. 이때, 전도대로 여기된 전자들은 자유롭게 이동할 수 있게 되며, 가전자대에는 전자들이 빠져나간 자리에 정공이 생성된다. 이것을 과잉(excess) 캐리어라고 하며 상기 과잉 캐리어는 전도대 또는 가전자대 내에서 농도 차이에 의해 확산하게 된다. 이때, p형 반도체에서 여기된 전자들과 n형 반도체에서 만들어진 정공은 각각 소수 캐리어(minority carrier)라고 칭하며, 기존 접합 전의 p형 반도체 또는 n형 반도체 내의 캐리어(즉, p형 반도체의 정공 및 n형 반도체의 전자)는 소수 캐리어와 구분하여 다수 캐리어(majority carrier)라고 칭한다.
상기 다수 캐리어들은 전기장으로 생긴 에너지 장벽(energy barrier) 때문에 흐름의 방해를 받지만 p형 반도체의 소수 캐리어인 전자는 n형 반도체 쪽으로 n형 반도체의 소수 캐리어인 정공은 p형 반도체 쪽으로 각각 이동할 수 있다. 상기 소수 캐리어의 확산에 의해 pn 접합 다이오드 내부에 전압 차(potential drop)가 생기게 되며, 상기 pn 접합 다이오드의 양극단에 발생된 기전력을 외부 회로에 연결하면 태양전지로서 작용하게 된다.
상기와 같은 태양전지는 이에 사용되는 재료에 따라 크게 실리콘 계, 화합물 계, 유기물 계로 분류될 수 있다.
그리고, 실리콘 계 태양전지는 반도체의 상(phase)에 따라 세부적으로 단결정(single crystalline) 실리콘, 다결정(polycrystalline) 실리콘, 비정질(amorphous) 실리콘 태양전지로 분류된다.
또한, 태양전지는 반도체층의 두께에 따라 벌크(bulk)형 태양전지와 박막 태양전지로 분류되는데, 박막 태양전지는 반도체층의 두께가 수㎛ 내지 수십㎛ 이하의 태양전지이다.
이하, 도면을 참조하여 일반적인 박막 태양전지에 대해서 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 비정질 실리콘 박막 태양전지를 예를 들어 나타내고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 박막 태양전지는 기판(10), 상기 기판(10) 위에 형성된 투명전극(11), 상기 투명전극(11) 위에 형성되고 비정질 실리콘으로 이루어진 반도체층(12, 13, 14) 및 상기 반도체층(12, 13, 14) 위에 형성된 후면 반사(back reflector)층(15)과 전극층(16)으로 구성된다.
상기 투명전극(11)은 외부로부터 기판(10)을 통해 입사된 태양광의 투과를 위하여 투명한 전도성 산화물(Transparent Conductive Oxide; TCO)을 재료로 하여 형성된다.
상기 반도체층(12, 13, 14)은 상기 투명전극(11) 위에 형성된 p+형 실리콘층(12)과 상기 p+형 실리콘층(12) 위에 형성된 진성(intrinsic) 실리콘층(13) 및 상기 진성 실리콘층(13) 위에 형성된 n+형 실리콘층(14)을 포함한 pin구조를 가진다.
이와 같이 상기 진성 실리콘층(13)을 구성하는 비정질 실리콘(a-Si:H) 박막은 물질 자체의 특성으로 인해 캐리어의 확산거리가 결정질 실리콘에 비해 매우 낮아 일반적으로 비정질 실리콘 박막 태양전지는 p+형 실리콘층(12)과 n+형 실리콘층(14) 사이에 불순물이 첨가되지 않은(intrinsic) 비정질 실리콘층(13)을 삽입하여 pin 구조를 갖는다.
이때, 상기 pin 구조에서는 태양광은 p+형 실리콘층(12)을 통해 광흡수층인 비정질 실리콘층(13)으로 입사되는데, 상기 비정질 실리콘층(13)은 상하의 높은 도핑 농도를 갖는 p+형 실리콘층(12)과 n+형 실리콘층(14)에 의해 공핍이 되어 내부에 전기장이 발생되고, 따라서 입사광에 의해 생성된 전자-정공 쌍은 확산이 아닌 내부 전기장에 의해 이동(drift)하게 된다.
그런데, 일반적인 비정질 실리콘 박막 태양전지는 태양광에서 받은 에너지가 전류로 생성되지 못하고 손실되는 다양한 원인이 존재하여 광효율이 낮은 문제점이 있다.
도 2는 일반적인 박막 태양전지에 있어서, 태양광의 에너지가 손실되는 원인을 구분하여 나타내는 예시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, ①은 태양광이 셀 외부로 빠져나가는 경우를 나타내며, ②와 같이 밴드 갭(Eg)보다 매우 큰 에너지로 전이될 경우 밴드 갭을 초과하는 에너지는 반도체 격자를 진동시키는 열(포논 발생)로 손실된다.
또한, ③ 및 ④와 같이 정션(junction), 전극-접촉에 의해 전압이 손실되며, ⑤와 같이 전자와 정공이 재결합하게 되면 태양광에 의해서 생성된 전류가 손실된다.
현재 상업용 박막 태양전지의 효율은 재료, 소자 구조에 따라 5% ~ 11% 수준이며 결정형 실리콘 태양전지와 가격측면에서 경쟁하고 있지만 앞으로 시장점유율이 증가될 것으로 예측된다.
이때, 단일층으로 이루어진 태양전지의 단점은 주어진 반도체 물질의 밴드 갭(Eg)보다 매우 큰 태양광 에너지(E)가 공급되면 그 에너지 차이(E-Eg)만큼 전력으로 변환되지 못하고, 열이나 다른 형태의 에너지로 소모되는 것이다. 예를 들어, 단결정 실리콘(Eg = 1.17eV)의 경우 이론적인 최고 효율은 33%이하일 것으로 예측되나 실제 셀 효율은 25% 수준이다. 그러나, 위쪽에서 아래쪽 방향으로 갈수록 밴드 갭이 감소되도록(예: Eg1 > Eg2 > Eg3) 셀을 적층(tandem) 한다면 위쪽 셀부터 짧은 파장의 빛을 흡수하도록 함으로써 각 셀에 대해서 밴드 갭을 초과하는 에너지 공급을 최소화하여 전체 태양전지의 효율을 높일 수 있다.
도 3은 일반적인 적층 셀 구조의 박막 태양전지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 적층 셀 구조의 박막 태양전지는 투명한 기판(10) 위에 태양광이 입사되는 방향으로부터 차례대로 투명전극층(11), 제 1 셀(I), 제 2 셀(II), 제 3 셀(III), 후면 반사층(15) 및 전극층(16)이 형성되어 3층으로 셀이 적층된 구조를 갖는다.
이때, 상기 제 1 셀(I)은 상대적으로 가장 큰 밴드 갭을 가진 비정질 실리콘층이 광흡수층으로 사용되며, 투명전극층(11) 위에 차례대로 제 1 p+형 실리콘층(12a), 비정질 실리콘층(13a), 제 1 n+형 실리콘층(14a)이 형성되어 pin 구조를 갖는다.
상기 제 2 셀(II)은 상대적으로 중간 크기의 밴드 갭을 가진 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe:H)층이 광흡수층으로 사용되며, 상기 제 1 셀(I) 위에 차례대로 제 2 p+형 실리콘층(12b), 비정질 실리콘 게르마늄층(13b), 제 2 n+형 실리콘층(14b)이 형성되어 pin 구조를 갖는다.
상기 제 3 셀(III)은 상대적으로 가장 작은 크기의 밴드 갭을 가진 마이크로 결정질 실리콘(μc-Si:H)층이 광흡수층으로 사용되며, 상기 제 2 셀(II) 위에 차례대로 제 3 p+형 실리콘층(12c), 마이크로 결정질 실리콘층(13c), 제 3 n+형 실리콘층(14c)이 형성되어 pin 구조를 갖는다.
이때, 상기 적층의 pin 구조에서는 단파장의 태양광은 제 1 p+형 실리콘층(12a)을 통해 광흡수층인 비정질 실리콘층(13a)으로 입사되는데, 상기 비정질 실리콘층(13a)은 상하의 높은 도핑 농도를 갖는 제 1 p+형 실리콘층(12a)과 제 1 n+형 실리콘층(14a)에 의해 공핍이 되어 내부에 전기장이 발생되고, 따라서 입사광에 의해 생성된 전자-정공 쌍은 확산이 아닌 내부 전기장에 의해 이동하게 된다.
또한, 상기 비정질 실리콘층(13a)에 흡수되지 않고 투과한 중간 파장의 태양광은 제 2 p+형 실리콘층(12b)을 통해 광흡수층인 비정질 실리콘 게르마늄층(13b)으로 입사되는데, 상기 비정질 실리콘 게르마늄층(13b)은 상하의 높은 도핑 농도를 갖는 제 2 p+형 실리콘층(12b)과 제 2 n+형 실리콘층(14b)에 의해 공핍이 되어 내부에 전기장이 발생되고, 생성된 전자-정공 쌍은 내부 전기장에 의해 이동하게 된다.
상기 비정질 실리콘층(13a)과 비정질 실리콘 게르마늄층(13b)에 흡수되지 않고 투과한 장파장의 태양광은 제 3 p+형 실리콘층(12c)을 통해 광흡수층인 마이크로 결정질 실리콘층(13c)으로 입사되는데, 상기 마이크로 결정질 실리콘층(13c)은 상하의 높은 도핑 농도를 갖는 제 3 p+형 실리콘층(12c)과 제 3 n+형 실리콘층(14c)에 의해 공핍이 되어 내부에 전기장이 발생되고, 생성된 전자-정공 쌍은 내부 전기장에 의해 이동하게 된다.
여기서, 상기 적층 셀 구조의 박막 태양전지는 광흡수층으로 서로 다른 밴드 갭을 가진 비정질 실리콘층, 비정질 실리콘 게르마늄층 및 마이크로 결정질 실리콘층을 이용함으로써 태양광의 단파장과 장파장에 대한 효율적인 활용이 가능하게 되어 태양전지의 광효율을 증가시킬 수 있게 된다. 다만, 상기의 구조에서도 태양광의 많은 부분(1100nm를 중심으로 한 장파장 대역)은 여전히 흡수되지 않는데, 이를 도면을 통해 추가적으로 설명한다.
도 4는 태양광 스펙트럼 및 상기 도 3에 도시된 적층 셀 구조의 박막 태양전지에 의해 흡수되는 광 에너지 밴드를 비교하여 나타내는 그래프이다.
이때, 상기 도 4는 AM1.5의 태양광 스펙트럼을 나타내는데, 지구의 표면에서 받는 태양광 영향을 AM(Air Mass)으로 정의할 수 있다. 수학적으로 태양과 지구의 천정(zenith)사이의 각의 시컨트(secant)와 관계되어 있으며, AM이 0이면(AM0) 지구 대기 밖의 s태양광 스펙트럼을 나타낸다. AM1은 각도가 0일 때, AM2는 각도가 60도일 때이며, 일반적으로 AM1.5(48°)를 평균 태양광 스펙트럼 발광(irradiance)으로 나타낸다.
도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 적층 셀 구조의 박막 태양전지는 장파장 대역에서 입사되는 태양광의 상당한 부분이 여전히 흡수되지 않는 것을 알 수 있다. 뿐만 아니라 2㎛ 수준의 두께를 갖는 결정질 실리콘 박막에 입사되는 태양광의 많은 부분(1100nm를 중심으로 한 장파장 대역)은 여전히 흡수되지 않는 것을 알 수 있다.
한편, 상당한 두께를 갖는 광흡수 재료는 캐리어(전자 또는 홀)들의 확산(diffusion) 길이보다 크기 때문에 캐리어들이 전극 쪽으로 이동하여 수집되기 이전에, 전자-홀간의 재결합 과정에 의하여 캐리어들이 소실되는 문제가 생긴다. 고효율의 박막 태양전지를 만들려면 캐리어들이 쉽게 수집되도록 하기 위해 광흡수층의 두께를 캐리어의 확산 길이보다 수 배정도 작게 설계해야 한다. 결국 박막 태양전지에서 박막을 충분히 얇게 하면서 동시에 셀 내부의 광 흡수율을 증가시켜야 하는 요구가 발생된다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 나노 크기의 한 개 또는 다수개의 양자점 층을 구성하여 적층 셀 구조를 형성함으로써 광효율을 극대화 한 박막 태양전지를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 박막 태양전지는 기판 위에 형성된 투명전극층; 상기 투명전극층 위에 차례대로 형성된 제 1 셀, 제 2 셀 및 제 3 셀; 및 상기 제 3 셀 위에 형성된 후면 반사층과 전극층을 포함하며, 상기 제 1 셀, 제 2 셀 및 제 3 셀 중 적어도 하나의 셀은 나노 크기의 다수개의 양자점들이 한층 또는 복수개의 층으로 적층되어 양자점 층을 구성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 박막 태양전지는 기판 위에 형성된 투명전극층; 상기 투명전극층 위에 차례대로 형성되며, 각각 비정질 실리콘층, 비정질 실리콘 게르마늄층 및 마이크로 결정질 실리콘층이 광흡수층으로 사용되는 제 1 셀, 제 2 셀 및 제 3 셀; 및 상기 제 3 셀 위에 형성된 후면 반사층과 전극층을 포함하며, 상기 투명전극층과 제 1 셀 사이, 상기 제 1 셀과 제 2 셀 사이, 상기 제 2 셀과 제 3 셀 사이 중 적어도 하나의 사이에는 나노 크기의 다수개의 양자점들로 이루어진 양자점 층이 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 박막 태양전지는 양자점 층을 이용하여 적층 셀 구조의 박막 태양전지를 형성함으로써 에너지 밴드 갭 제어가 용이한 이점이 있다. 이와 같이 임의의 밴드 갭 제어가 용이하기 때문에 상기 양자점 층을 이용한 적층 셀 구조의 박막 태양전지의 광효율을 극대화할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 박막 태양전지는 양자점 층이 자체 표면 거칠기 특성을 제공하기 때문에 추가적인 공정 없이도 광효율을 향상시키는 효과를 제공한다.
도 1은 일반적인 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 2는 일반적인 박막 태양전지에 있어서, 태양광의 에너지가 손실되는 원인을 구분하여 나타내는 예시도.
도 3은 일반적인 적층 셀 구조의 박막 태양전지를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 4는 태양광 스펙트럼 및 상기 도 3에 도시된 적층 셀 구조의 박막 태양전지에 의해 흡수되는 광 에너지 밴드를 비교하여 나타내는 그래프.
도 5는 양자점을 이용한 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 나타내는 예시도.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 11은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 12는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 박막 태양전지의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 5는 양자점을 이용한 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 나타내는 예시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 특정 파장 대역, 특히 장파장 대역의 광 흡수율을 더욱 향상시키기 위하여 투명전극층(111)과 후면 반사층(115) 사이에 나노 크기의 다수개의 양자점(quantum dot)(120a, 120b, 120c)으로 이루어진 다층의 양자점 층(120)을 구성하여 적층 셀 구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.
이때, 도면에는 서로 다른 크기의 양자점(120a, 120b, 120c)들이 3층으로 적층되어 양자점 층(120)을 구성하는 경우를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 종래의 2차원적 설계 구조를 탈피하여 3차원적 적층 구조의 채택은 기하학적인 표면적 상승 효과뿐만 아니라 에너지 갭의 점진적인 감소에 의한 특정 파장 대역의 흡수 증대 효과를 동시에 얻을 수 있는 이점을 가진다.
이때, 상기 투명전극층(111)과 후면 반사층(115)은 도전성 물질로 이루어져 각각 접촉 전극으로 사용할 수 있으며, 또는 각 상기 투명전극층(111)과 후면 반사층(115)에 인접한 위치에 별도의 전극용 금속층을 둘 수도 있다.
상기 양자점(120a, 120b, 120c)은 나노미터 크기의 반도체 결정으로서 양자 제한(quantum confinement) 효과를 나타내는데, 따라서 양자점(120a, 120b, 120c)의 크기를 조절하게 되면 해당하는 양자점 층(120)의 밴드 갭을 조절할 수 있게 되어 전기적, 광학적 특성을 조절할 수 있으므로 양자점 층(120)을 발광소자 또는 광전변화소자 등 다양한 소자에 응용할 수 있다.
이때, 상기 양자점(120a, 120b, 120c)이 갖는 에너지 밴드 갭은 양자점(120a, 120b, 120c)의 크기 또는 구성 재료에 의해 결정된다.
즉, 소정 반도체들에 빛을 조사하면, 이들의 전자 중의 일부는 높은 상태로 들뜨게 된다. 이러한 전자들은 바닥상태로 내려갈 때, 반도체 재료의 특성에 따라 특정 파장의 빛을 방출한다. 이때, 반도체 양자점(120a, 120b, 120c)의 크기와 방출되는 빛의 파장 사이에는 단순한 관계를 갖는다. 즉, 양자점(120a, 120b, 120c)의 크기가 작을수록 방출되는 빛의 파장은 짧아진다. 예를 들어, 카드뮴 셀레나이드(CdSe)의 경우, 2nm ~ 6nm의 크기 범위에서 형광 파장은 가시광선을 모두 포함할 수 있다. 구체적으로, CdSe의 경우 2.0nm ~ 2.5nm 사이의 크기의 양자점(120a, 120b, 120c)은 파란색 계열의 빛을 방출하고, 3.0nm ~ 4.0nm 사이의 크기의 양자점(120a, 120b, 120c)은 초록색과 노란색 계열의 빛을 방출하며, 5.5nm ~ 6.5nm 사이의 크기의 양자점(120a, 120b, 120c)은 빨간색 계열의 빛을 방출할 수 있다. 그리고, 장파장 대역의 빛은 6.5nm ~ 10nm 사이의 크기의 양자점(120a, 120b, 120c)을 통해 방출될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 양자점(120a, 120b, 120c)의 크기는 재료에 따라 달라지지만 수nm ~ 수백nm의 범위를 가질 수 있다.
상기 양자점(120a, 120b, 120c)은 에너지 밴드 갭을 가진 2가지 이상의 반도체 재료로 만들어지는 것으로, 반도체, 금속, 유전체 중에서 적어도 하나 또는 이들간의 혼합된 재료를 추가적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 양자점(120a, 120b, 120c)은 II-VI족, III-V족, IV-VI족, IV족 등의 반도체 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 구체적으로 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, 또는 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 양자점(120a, 120b, 120c)은 막대, 구, 타원체, 디스크, 삼각형, 사각형, 다이아몬드 그룹 중에서 하나 또는 그 이상의 형태를 가질 수 있다.
이러한 구조에 따른 본 발명의 박막 태양전지의 원리를 살펴보면 광흡수층인 양자점 층(120)으로 입사되는 태양광에 의해 생성되는 전자 및 정공은 적층된 양자점(120a, 120b, 120c)들의 커플링(coupling) 효과에 의해 양자점(120a, 120b, 120c)들을 통해 대향전극층(111, 115)을 거쳐 외부의 부하로 전기 에너지를 전달하게 된다.
상기 박막 태양전지는 단층 셀 또는 다층 셀 구조로 이루어 질 수 있다.
박막 태양전지 내에 위에서 아래방향으로 갈수록 양자점(120a, 120b, 120c)의 크기가 증가하도록 배치시키는 경우 해당하는 에너지 갭은 감소하는 방향으로 배열된다. 그래서, 빛이 아래로 진행해 갈수록 진동수가 큰 빛부터 차례로 양자점(120a, 120b, 120c)에 의해 흡수되므로, 진동수가 작은 빛은 하단까지 도달할 수 있다. 즉, 양자점(120a, 120b, 120c)의 크기 및 배열을 상기와 같은 방식으로 적용한다면, 기존 구조의 박막 태양전지 효율인 37%를 능가하는 고효율의 박막 태양전지를 만들 수 있다.
이와 같이 서로 다른 크기의 양자점(120a, 120b, 120c)이 적층되어 이루어진 양자점(120) 층은 수직방향으로 다른 에너지 밴드 갭을 가짐에 따라 해당하는 파장의 빛을 흡수하여 전기 에너지로 변환할 수 있으며, 장파장 대역에 해당하는 크기의 양자점(120a, 120b, 120c)을 단층 또는 다층으로 적층하는 경우 태양광의 많은 부분을 차지하는 1100nm를 중심으로 한 장파장 대역의 빛을 충분히 흡수함으로써 광 흡수율을 향상시킬 수 있게 된다. 그 결과 이상적으로 태양광의 스펙트럼과 박막 태양전지의 흡수 대역을 상호 매칭(matching)시킬 수 있게 된다.
이때, 상기 양자점(120a, 120b, 120c)에 의해 제공되는 에너지 밴드 갭의 범위는 가시광선의 장파장 대역과 근 적외선 영역으로 Eg = 1eV ~ 2eV 사이에 있는 것이 바람직하다.
동종 양자점(120a, 120b, 120c)을 적층하는 경우, 태양광이 입사되는 쪽에서 바라볼 때 위에서 아래방향으로 갈수록 양자점(120a, 120b, 120c)의 크기가 증가하도록 배치시키는 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 이 순서가 바뀌는 것도 가능하다.
2종류 이상의 양자점(120a, 120b, 120c)을 적층하는 경우, 태양광이 입사되는 쪽에서 바라볼 때 위에서 아래방향으로 갈수록 양자점(120a, 120b, 120c)의 밴드 갭이 감소하도록 이종 양자점(120a, 120b, 120c)들을 배치시키는 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 이 순서가 바뀌는 것도 가능하다.
동종 또는 이종 양자점(120a, 120b, 120c)이 이웃하도록 적층될 때 최인접 양자점(120a, 120b, 120c) 사이의 거리는 수nm ~ 수백nm의 범위를 가질 수 있다.
한편, 박막 태양전지의 효율을 높이기 위해 태양광 흡수를 향상시키고 반사를 최소화하는 것이 중요하다. 반사율을 줄이는 대표적인 방법으로 표면적을 높이기 위한 표면 텍스터링(texturing)과 반사율 억제를 위한 반사방지(anti-reflection) 코팅 방법이 있다. 텍스터링 기술로는 10%이내로 반사율을 줄일 수 있으며, 반사방지 코팅 방법으로는 3%이내로 반사를 줄일 수 있는 것으로 알려져 있다. 이때, 상기와 같이 박막 태양전지 내부에 양자점(120a, 120b, 120c)을 적층 하게 되면, 양자점(120a, 120b, 120c)으로 이루어진 양자점 층(120)의 표면은 자체적으로 표면 거칠기 효과를 얻기 때문에 텍스터링 과정을 별도로 하지 않아도 되는 장점이 있다. 물론 상기 양자점 층(120)의 표면 거칠기에 의해 반사율이 줄어들고 광경로가 증가될 수 있어 박막 태양전지의 광효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 적층 셀 구조의 박막 태양전지는 투명한 기판(110) 위에 태양광이 입사되는 방향으로부터 차례대로 투명전극층(111), 제 1 셀(I), 제 2 셀(II), 제 3 셀(III), 후면 반사층(115) 및 전극층(116)이 형성되어 3층으로 셀이 적층된 구조를 갖는다.
이때, 상기 제 1 셀(I)은 상대적으로 가장 큰 밴드 갭을 가진 비정질 실리콘층이 광흡수층으로 사용되며, 투명전극층(111) 위에 차례대로 제 1 p+형 실리콘층(112a), 비정질 실리콘층(113a), 제 1 n+형 실리콘층(114a)이 형성되어 pin 구조를 갖는다.
상기 제 2 셀(II)은 상대적으로 중간 크기의 밴드 갭을 가진 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe:H)층이 광흡수층으로 사용되며, 상기 제 1 셀(I) 위에 차례대로 제 2 p+형 실리콘층(112b), 비정질 실리콘 게르마늄층(113b), 제 2 n+형 실리콘층(114b)이 형성되어 pin 구조를 갖는다.
상기 제 3 셀(III)은 상대적으로 가장 작은 크기의 밴드 갭을 가진 양자점(120a, 120b, 120c)들로 이루어진 양자점 층(120)으로 장파장 대역의 광흡수층으로 사용된다.
이때, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 적층 셀 구조의 박막 태양전지에서는 단파장의 태양광은 제 1 p+형 실리콘층(112a)을 통해 광흡수층인 비정질 실리콘층(113a)으로 입사되는데, 상기 비정질 실리콘층(113a)은 상하의 높은 도핑 농도를 갖는 제 1 p+형 실리콘층(112a)과 제 1 n+형 실리콘층(114a)에 의해 공핍이 되어 내부에 전기장이 발생되고, 따라서 입사광에 의해 생성된 전자-정공 쌍은 확산이 아닌 내부 전기장에 의해 이동하게 된다.
또한, 상기 비정질 실리콘층(113a)에 흡수되지 않고 투과한 중간 파장의 태양광은 제 2 p+형 실리콘층(112b)을 통해 광흡수층인 비정질 실리콘 게르마늄층(113b)으로 입사되는데, 상기 비정질 실리콘 게르마늄층(113b)은 상하의 높은 도핑 농도를 갖는 제 2 p+형 실리콘층(112b)과 제 2 n+형 실리콘층(114b)에 의해 공핍이 되어 내부에 전기장이 발생되고, 생성된 전자-정공 쌍은 내부 전기장에 의해 이동하게 된다.
상기 비정질 실리콘층(113a)과 비정질 실리콘 게르마늄층(113b)에 흡수되지 않고 투과한 장파장의 태양광은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 양자점 층(120)으로 입사되는데, 광흡수층인 양자점 층(120)으로 입사되는 태양광에 의해 생성되는 전자 및 정공은 적층된 양자점(120a, 120b, 120c)들의 커플링 효과에 의해 양자점(120a, 120b, 120c)들을 통해 대향전극층(111, 115)을 거쳐 외부의 부하로 전기 에너지를 전달하게 된다.
이때, 도면에는 서로 다른 크기의 제 1 양자점(120a), 제 2 양자점(120b) 및 제 3 양자점(120c)들이 3층으로 적층되어 양자점 층(120)을 구성하는 경우를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 상기 양자점(120a, 120b, 120c)이 갖는 에너지 밴드 갭은 양자점(120a, 120b, 120c)의 크기 또는 구성 재료에 의해 결정된다. 예를 들어, 상기 양자점(120a, 120b, 120c)으로 CdSe을 이용하는 경우 장파장 대역의 빛을 흡수하기 위해 6.5nm ~ 10nm 사이의 크기의 양자점(120a, 120b, 120c)을 사용할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 양자점(120a, 120b, 120c)의 크기는 재료에 따라 달라지며, 수nm ~ 수백nm의 범위를 가질 수 있다.
상기 양자점(120a, 120b, 120c)은 에너지 밴드 갭을 가진 2가지 이상의 반도체 재료로 만들어지는 것으로, 반도체, 금속, 유전체 중에서 적어도 하나 또는 이들간의 혼합된 재료를 추가적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 양자점(120a, 120b, 120c)은 II-VI족, III-V족, IV-VI족, IV족 등의 반도체 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 구체적으로 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, 또는 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 양자점(120a, 120b, 120c)은 막대, 구, 타원체, 디스크, 삼각형, 사각형, 다이아몬드 그룹 중에서 하나 또는 그 이상의 형태를 가질 수 있다.
상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막 태양전지와 같이 제 3 셀(III) 내에 위에서 아래방향으로 갈수록 양자점(120a, 120b, 120c)의 크기가 증가하도록 양자점(120a, 120b, 120c)을 배치하는 경우 해당하는 에너지 갭은 감소하는 방향으로 배열된다.
이때, 상기 양자점(120a, 120b, 120c)에 의해 제공되는 에너지 밴드 갭의 범위는 가시광선의 장파장 대역과 근 적외선 영역으로 Eg = 1eV ~ 2eV 사이에 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 장파장 대역에 해당하는 서로 다른 크기의 양자점(120a, 120b, 120c)이 적층되어 이루어진 본 발명의 제 1 실시예에 따른 양자점(120) 층은 수직방향으로 다른 에너지 밴드 갭을 가짐에 따라 태양광의 많은 부분을 차지하는 1100nm를 중심으로 한 장파장 대역의 빛을 충분히 흡수함으로써 광 흡수율을 향상시킬 수 있게 된다.
이때, 동종의 양자점(120a, 120b, 120c)을 적층하는 경우, 태양광이 입사되는 쪽에서 바라볼 때 위에서 아래방향으로 갈수록 양자점(120a, 120b, 120c)의 크기가 증가하도록 배치시키는 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 이 순서가 바뀌는 것도 가능하다.
2종류 이상의 양자점(120a, 120b, 120c)을 적층하는 경우, 태양광이 입사되는 쪽에서 바라볼 때 위에서 아래방향으로 갈수록 양자점(120a, 120b, 120c)의 밴드 갭이 감소하도록 이종 양자점(120a, 120b, 120c)들을 배치시키는 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 이 순서가 바뀌는 것도 가능하다.
동종 또는 이종 양자점(120a, 120b, 120c)이 이웃하도록 적층될 때 최인접 양자점(120a, 120b, 120c) 사이의 거리는 수nm ~ 수백nm의 범위를 가질 수 있다.
또한, 상기와 같이 박막 태양전지 내부에 양자점(120a, 120b, 120c)을 적층 하게 되면, 양자점(120a, 120b, 120c)으로 이루어진 양자점 층(120)의 표면은 자체적으로 표면 거칠기 효과를 얻기 때문에 텍스터링 과정을 별도로 하지 않아도 되는 장점이 있다. 물론 상기 양자점 층(120)의 표면 거칠기에 의해 반사율이 줄어들고 광경로가 증가될 수 있어 박막 태양전지의 광효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 동일한 크기의 양자점으로 양자점 층을 구성한 경우를 예를 들어 나타내고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 적층 셀 구조의 박막 태양전지는 투명한 기판(210) 위에 태양광이 입사되는 방향으로부터 차례대로 투명전극층(211), 제 1 셀(I), 제 2 셀(II), 제 3 셀(III), 후면 반사층(215) 및 전극층(216)이 형성되어 3층으로 셀이 적층된 구조를 갖는다.
이때, 상기 제 1 셀(I)은 상대적으로 가장 큰 밴드 갭을 가진 비정질 실리콘층이 광흡수층으로 사용되며, 투명전극층(211) 위에 차례대로 제 1 p+형 실리콘층(212a), 비정질 실리콘층(213a), 제 1 n+형 실리콘층(214a)이 형성되어 pin 구조를 갖는다.
상기 제 2 셀(II)은 상대적으로 중간 크기의 밴드 갭을 가진 비정질 실리콘 게르마늄층이 광흡수층으로 사용되며, 상기 제 1 셀(I) 위에 차례대로 제 2 p+형 실리콘층(212b), 비정질 실리콘 게르마늄층(213b), 제 2 n+형 실리콘층(214b)이 형성되어 pin 구조를 갖는다.
상기 제 3 셀(III)은 상대적으로 가장 작은 크기의 밴드 갭을 가진 단일 크기의 양자점(220c)으로 이루어진 양자점 층(220)으로 장파장 대역의 광흡수층으로 사용된다.
전술한 바와 같이, 상기 양자점(220c)이 갖는 에너지 밴드 갭은 양자점(220c)의 크기 또는 구성 재료에 의해 결정된다. 예를 들어, 상기 양자점(220c)으로 CdSe을 이용하는 경우 장파장 대역의 빛을 흡수하기 위해 6.5nm ~ 10nm 사이의 크기의 양자점(220c)을 사용할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 양자점(220c)의 크기는 재료에 따라 달라지며, 수nm ~ 수백nm의 범위를 가질 수 있다.
상기 양자점(220c)은 에너지 밴드 갭을 가진 2가지 이상의 반도체 재료로 만들어지는 것으로, 반도체, 금속, 유전체 중에서 적어도 하나 또는 이들간의 혼합된 재료를 추가적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 양자점(220c)은 II-VI족, III-V족, IV-VI족, IV족 등의 반도체 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 구체적으로 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, 또는 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 양자점(220c)은 막대, 구, 타원체, 디스크, 삼각형, 사각형, 다이아몬드 그룹 중에서 하나 또는 그 이상의 형태를 가질 수 있다.
또한, 상기와 같이 박막 태양전지 내부에 양자점(220c)을 적층 하게 되면, 양자점(220c)으로 이루어진 양자점 층(220)의 표면은 자체적으로 표면 거칠기 효과를 얻기 때문에 텍스터링 과정을 별도로 하지 않아도 되는 장점이 있다. 물론 상기 양자점 층(220)의 표면 거칠기에 의해 반사율이 줄어들고 광경로가 증가될 수 있어 박막 태양전지의 광효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 장파장 대역의 제 3 셀 이외에도 중간 크기의 파장 대역의 제 2 셀을 양자점 층으로 구성한 경우를 예를 들어 나타내고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 적층 셀 구조의 박막 태양전지는 투명한 기판(310) 위에 태양광이 입사되는 방향으로부터 차례대로 투명전극층(311), 제 1 셀(I), 제 2 셀(II), 제 3 셀(III), 후면 반사층(315) 및 전극층(316)이 형성되어 3층으로 셀이 적층된 구조를 갖는다.
이때, 상기 제 1 셀(I)은 상대적으로 가장 큰 밴드 갭을 가진 비정질 실리콘층이 광흡수층으로 사용되며, 투명전극층(311) 위에 차례대로 제 1 p+형 실리콘층(312a), 비정질 실리콘층(313a), 제 1 n+형 실리콘층(314a)이 형성되어 pin 구조를 갖는다.
상기 제 2 셀(II)은 상대적으로 중간 크기의 밴드 갭을 가진 단일 크기의 제 2 양자점(320b)으로 이루어진 제 1 양자점 층(320')으로 중간 크기의 파장 대역의 광흡수층으로 사용된다.
상기 제 3 셀(III)은 상대적으로 가장 작은 크기의 밴드 갭을 단일 크기의 제 3 양자점(320c)으로 이루어진 제 2 양자점 층(320")으로 장파장 대역의 광흡수층으로 사용된다.
전술한 바와 같이, 상기 제 2, 제 3 양자점(320b, 320c)이 갖는 에너지 밴드 갭은 제 2, 제 3 양자점(320b, 320c)의 크기 또는 구성 재료에 의해 결정된다. 예를 들어, 상기 제 2, 제 3 양자점(320b, 320c)으로 CdSe을 이용하는 경우 중간 크기의 파장 대역의 빛을 흡수하기 위해 3.0nm ~ 5.5nm 사이의 크기의 제 2 양자점(320b)을 사용하고, 장파장 대역의 빛을 흡수하기 위해 6.5nm ~ 10nm 사이의 크기의 제 3 양자점(320c)을 사용할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제 2, 제 3 양자점(320b, 320c)의 크기는 재료에 따라 달라지며, 수nm ~ 수백nm의 범위를 가질 수 있다.
상기 제 2, 제 3 양자점(320b, 320c)은 에너지 밴드 갭을 가진 2가지 이상의 반도체 재료로 만들어지는 것으로, 반도체, 금속, 유전체 중에서 적어도 하나 또는 이들간의 혼합된 재료를 추가적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2, 제 3 양자점(320b, 320c)은 II-VI족, III-V족, IV-VI족, IV족 등의 반도체 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 구체적으로 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, 또는 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 제 2, 제 3 양자점(320b, 320c)은 막대, 구, 타원체, 디스크, 삼각형, 사각형, 다이아몬드 그룹 중에서 하나 또는 그 이상의 형태를 가질 수 있다.
또한, 상기와 같이 박막 태양전지 내부에 제 2, 제 3 양자점(320b, 320c)을 적층 하게 되면, 제 2, 제 3 양자점(320b, 320c)으로 이루어진 제 1, 제 2 양자점 층(320', 320")의 표면은 자체적으로 표면 거칠기 효과를 얻기 때문에 텍스터링 과정을 별도로 하지 않아도 되는 장점이 있다. 물론 상기 제 1, 제 2 양자점 층(320', 320")의 표면 거칠기에 의해 반사율이 줄어들고 광경로가 증가될 수 있어 박막 태양전지의 광효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 장파장 대역의 제 3 셀 이외에도 단파장 대역의 제 1 셀을 양자점 층으로 구성한 경우를 예를 들어 나타내고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 적층 셀 구조의 박막 태양전지는 투명한 기판(410) 위에 태양광이 입사되는 방향으로부터 차례대로 투명전극층(411), 제 1 셀(I), 제 2 셀(II), 제 3 셀(III), 후면 반사층(415) 및 전극층(416)이 형성되어 3층으로 셀이 적층된 구조를 갖는다.
이때, 상기 제 1 셀(I)은 상대적으로 가장 큰 밴드 갭을 가진 단일 크기의 제 1 양자점(420a)으로 이루어진 제 1 양자점 층(420')으로 단파장 대역의 광흡수층으로 사용된다.
상기 제 2 셀(II)은 중간 크기의 밴드 갭을 가진 비정질 실리콘 게르마늄층이 광흡수층으로 사용되며, 상기 제 1 셀(I) 위에 차례대로 제 2 p+형 실리콘층(412b), 비정질 실리콘 게르마늄층(413b), 제 2 n+형 실리콘층(414b)이 형성되어 pin 구조를 갖는다.
상기 제 3 셀(III)은 상대적으로 가장 작은 크기의 밴드 갭을 단일 크기의 제 3 양자점(420c)으로 이루어진 제 2 양자점 층(420")으로 장파장 대역의 광흡수층으로 사용된다.
전술한 바와 같이, 상기 제 1, 제 3 양자점(420a, 420c)이 갖는 에너지 밴드 갭은 제 1, 제 3 양자점(420a, 420c)의 크기 또는 구성 재료에 의해 결정된다. 예를 들어, 상기 제 1, 제 3 양자점(420a, 420c)으로 CdSe을 이용하는 경우 단파장 대역의 빛을 흡수하기 위해 2.0nm ~ 3.0nm 사이의 크기의 제 1 양자점(420a)을 사용하고, 장파장 대역의 빛을 흡수하기 위해 6.5nm ~ 10nm 사이의 크기의 제 3 양자점(420c)을 사용할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제 1, 제 3 양자점(420a, 420c)의 크기는 재료에 따라 달라지며, 수nm ~ 수백nm의 범위를 가질 수 있다.
상기 제 1, 제 3 양자점(420a, 420c)은 에너지 밴드 갭을 가진 2가지 이상의 반도체 재료로 만들어지는 것으로, 반도체, 금속, 유전체 중에서 적어도 하나 또는 이들간의 혼합된 재료를 추가적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1, 제 3 양자점(420a, 420c)은 II-VI족, III-V족, IV-VI족, IV족 등의 반도체 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 구체적으로 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, 또는 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 제 1, 제 3 양자점(420a, 420c)은 막대, 구, 타원체, 디스크, 삼각형, 사각형, 다이아몬드 그룹 중에서 하나 또는 그 이상의 형태를 가질 수 있다.
또한, 상기와 같이 박막 태양전지 내부에 제 1, 제 3 양자점(420a, 420c)을 적층 하게 되면, 제 1, 제 3 양자점(420a, 420c)으로 이루어진 제 1, 제 2 양자점 층(420', 420")의 표면은 자체적으로 표면 거칠기 효과를 얻기 때문에 텍스터링 과정을 별도로 하지 않아도 되는 장점이 있다. 물론 상기 제 1, 제 2 양자점 층(420', 420")의 표면 거칠기에 의해 반사율이 줄어들고 광경로가 증가될 수 있어 박막 태양전지의 광효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 중간 크기의 파장 대역의 제 2 셀을 양자점 층으로 구성한 경우를 예를 들어 나타내고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 적층 셀 구조의 박막 태양전지는 투명한 기판(510) 위에 태양광이 입사되는 방향으로부터 차례대로 투명전극층(511), 제 1 셀(I), 제 2 셀(II), 제 3 셀(III), 후면 반사층(515) 및 전극층(516)이 형성되어 3층으로 셀이 적층된 구조를 갖는다.
이때, 상기 제 1 셀(I)은 상대적으로 가장 큰 밴드 갭을 가진 비정질 실리콘층이 광흡수층으로 사용되며, 투명전극층(511) 위에 차례대로 제 1 p+형 실리콘층(512a), 비정질 실리콘층(513a), 제 1 n+형 실리콘층(514a)이 형성되어 pin 구조를 갖는다.
상기 제 2 셀(II)은 상대적으로 중간 크기의 밴드 갭을 가진 양자점(520a, 520b, 520c)들로 이루어진 양자점 층(520)으로 중간 크기의 파장 대역의 광흡수층으로 사용된다.
상기 제 3 셀(III)은 상대적으로 가장 작은 크기의 밴드 갭을 가진 마이크로 결정질 실리콘층이 광흡수층으로 사용되며, 상기 제 2 셀(II) 위에 차례대로 제 3 p+형 실리콘층(512c), 마이크로 결정질 실리콘층(513c), 제 3 n+형 실리콘층(514c)이 형성되어 pin 구조를 갖는다.
이때, 도면에는 서로 다른 크기의 제 1 양자점(520a), 제 2 양자점(520b) 및 제 3 양자점(520c)들이 3층으로 적층되어 양자점 층(520)을 구성하는 경우를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 상기 양자점(520a, 520b, 520c)이 갖는 에너지 밴드 갭은 양자점(520a, 520b, 520c)의 크기 또는 구성 재료에 의해 결정된다. 예를 들어, 상기 양자점(520a, 520b, 520c)으로 CdSe을 이용하는 경우 중간 크기의 파장 대역의 빛을 흡수하기 위해 3.0nm ~ 5.5nm 사이의 크기의 양자점(520a, 520b, 520c)을 사용할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 양자점(520a, 520b, 520c)의 크기는 재료에 따라 달라지며, 수nm ~ 수백nm의 범위를 가질 수 있다.
상기 양자점(520a, 520b, 520c)은 에너지 밴드 갭을 가진 2가지 이상의 반도체 재료로 만들어지는 것으로, 반도체, 금속, 유전체 중에서 적어도 하나 또는 이들간의 혼합된 재료를 추가적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 양자점(520a, 520b, 520c)은 II-VI족, III-V족, IV-VI족, IV족 등의 반도체 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 구체적으로 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, 또는 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 양자점(520a, 520b, 520c)은 막대, 구, 타원체, 디스크, 삼각형, 사각형, 다이아몬드 그룹 중에서 하나 또는 그 이상의 형태를 가질 수 있다.
상기 본 발명의 제 5 실시예에 따른 박막 태양전지와 같이 제 2 셀(II) 내에 위에서 아래방향으로 갈수록 양자점(520a, 520b, 520c)의 크기가 증가하도록 양자점(520a, 520b, 520c)을 배치하는 경우 해당하는 에너지 갭은 감소하는 방향으로 배열된다.
이때, 동종의 양자점(520a, 520b, 520c)을 적층하는 경우, 태양광이 입사되는 쪽에서 바라볼 때 위에서 아래방향으로 갈수록 양자점(520a, 520b, 520c)의 크기가 증가하도록 배치시키는 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 이 순서가 바뀌는 것도 가능하다.
2종류 이상의 양자점(520a, 520b, 520c)을 적층하는 경우, 태양광이 입사되는 쪽에서 바라볼 때 위에서 아래방향으로 갈수록 양자점(520a, 520b, 520c)의 밴드 갭이 감소하도록 이종 양자점(520a, 520b, 520c)들을 배치시키는 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 이 순서가 바뀌는 것도 가능하다.
동종 또는 이종 양자점(520a, 520b, 520c)이 이웃하도록 적층될 때 최인접 양자점(520a, 520b, 520c) 사이의 거리는 수nm ~ 수백nm의 범위를 가질 수 있다.
또한, 상기와 같이 박막 태양전지 내부에 양자점(520a, 520b, 520c)을 적층 하게 되면, 양자점(520a, 520b, 520c)으로 이루어진 양자점 층(520)의 표면은 자체적으로 표면 거칠기 효과를 얻기 때문에 텍스터링 과정을 별도로 하지 않아도 되는 장점이 있다. 물론 상기 양자점 층(520)의 표면 거칠기에 의해 반사율이 줄어들고 광경로가 증가될 수 있어 박막 태양전지의 광효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 11은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 단파장 대역의 제 1 셀을 양자점 층으로 구성한 경우를 예를 들어 나타내고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 6 실시예에 따른 적층 셀 구조의 박막 태양전지는 투명한 기판(610) 위에 태양광이 입사되는 방향으로부터 차례대로 투명전극층(611), 제 1 셀(I), 제 2 셀(II), 제 3 셀(III), 후면 반사층(615) 및 전극층(616)이 형성되어 3층으로 셀이 적층된 구조를 갖는다.
이때, 상기 제 1 셀(I)은 상대적으로 가장 큰 밴드 갭을 가진 양자점(620a, 620b, 620c)들로 이루어진 양자점 층(620)으로 단파장 대역의 광흡수층으로 사용된다.
상기 제 2 셀(II)은 상대적으로 중간 크기의 밴드 갭을 가진 비정질 실리콘 게르마늄층이 광흡수층으로 사용되며, 상기 제 1 셀(I) 위에 차례대로 제 2 p+형 실리콘층(612b), 비정질 실리콘 게르마늄층(613b), 제 2 n+형 실리콘층(614b)이 형성되어 pin 구조를 갖는다.
상기 제 3 셀(III)은 상대적으로 가장 작은 크기의 밴드 갭을 가진 마이크로 결정질 실리콘층이 광흡수층으로 사용되며, 상기 제 2 셀(II) 위에 차례대로 제 3 p+형 실리콘층(612c), 마이크로 결정질 실리콘층(613c), 제 3 n+형 실리콘층(614c)이 형성되어 pin 구조를 갖는다.
이때, 도면에는 서로 다른 크기의 제 1 양자점(620a), 제 2 양자점(620b) 및 제 3 양자점(620c)들이 3층으로 적층되어 양자점 층(620)을 구성하는 경우를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 상기 양자점(620a, 620b, 620c)이 갖는 에너지 밴드 갭은 양자점(620a, 620b, 620c)의 크기 또는 구성 재료에 의해 결정된다. 예를 들어, 상기 양자점(620a, 620b, 620c)으로 CdSe을 이용하는 경우 단파장 대역의 빛을 흡수하기 위해 2.0nm ~ 3.0nm 사이의 크기의 양자점(620a, 620b, 620c)을 사용할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 양자점(620a, 620b, 620c)의 크기는 재료에 따라 달라지며, 수nm ~ 수백nm의 범위를 가질 수 있다.
상기 양자점(620a, 620b, 620c)은 에너지 밴드 갭을 가진 2가지 이상의 반도체 재료로 만들어지는 것으로, 반도체, 금속, 유전체 중에서 적어도 하나 또는 이들간의 혼합된 재료를 추가적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 양자점(620a, 620b, 620c)은 II-VI족, III-V족, IV-VI족, IV족 등의 반도체 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 구체적으로 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, 또는 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 양자점(620a, 620b, 620c)은 막대, 구, 타원체, 디스크, 삼각형, 사각형, 다이아몬드 그룹 중에서 하나 또는 그 이상의 형태를 가질 수 있다.
상기 본 발명의 제 6 실시예에 따른 박막 태양전지와 같이 제 1 셀(I) 내에 위에서 아래방향으로 갈수록 양자점(620a, 620b, 620c)의 크기가 증가하도록 양자점(620a, 620b, 620c)을 배치하는 경우 해당하는 에너지 갭은 감소하는 방향으로 배열된다.
이때, 동종의 양자점(620a, 620b, 620c)을 적층하는 경우, 태양광이 입사되는 쪽에서 바라볼 때 위에서 아래방향으로 갈수록 양자점(620a, 620b, 620c)의 크기가 증가하도록 배치시키는 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 이 순서가 바뀌는 것도 가능하다.
2종류 이상의 양자점(620a, 620b, 620c)을 적층하는 경우, 태양광이 입사되는 쪽에서 바라볼 때 위에서 아래방향으로 갈수록 양자점(620a, 620b, 620c)의 밴드 갭이 감소하도록 이종 양자점(620a, 620b, 620c)들을 배치시키는 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 이 순서가 바뀌는 것도 가능하다.
동종 또는 이종 양자점(620a, 620b, 620c)이 이웃하도록 적층될 때 최인접 양자점(620a, 620b, 620c) 사이의 거리는 수nm ~ 수백nm의 범위를 가질 수 있다.
또한, 상기와 같이 박막 태양전지 내부에 양자점(620a, 620b, 620c)을 적층 하게 되면, 양자점(620a, 620b, 620c)으로 이루어진 양자점 층(620)의 표면은 자체적으로 표면 거칠기 효과를 얻기 때문에 텍스터링 과정을 별도로 하지 않아도 되는 장점이 있다. 물론 상기 양자점 층(620)의 표면 거칠기에 의해 반사율이 줄어들고 광경로가 증가될 수 있어 박막 태양전지의 광효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 12는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 투명전극층과 제 1 셀 사이, 제 1 셀과 제 2 셀 사이 및 제 2 셀과 제 3 셀 사이에 각각 양자점으로 이루어진 양자점 층을 구성한 경우를 예를 들어 나타내고 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 투명전극층과 제 1 셀 사이, 제 1 셀과 제 2 셀 사이 및 제 2 셀과 제 3 셀 사이 중 적어도 하나의 사이에 양자점 층이 구성되는 경우에 적용 가능하다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 7 실시예에 따른 적층 셀 구조의 박막 태양전지는 투명한 기판(710) 위에 태양광이 입사되는 방향으로부터 차례대로 투명전극층(711), 제 1 셀(I), 제 2 셀(II), 제 3 셀(III), 후면 반사층(715) 및 전극층(716)이 형성되어 3층으로 셀이 적층된 구조를 갖는다.
또한, 상기 본 발명의 제 7 실시예에 따른 적층 셀 구조의 박막 태양전지는 상기 투명전극층(711)과 제 1 셀(I) 사이에 제 1 양자점(720a)으로 이루어진 제 1 양자점 층(720')이 형성되고, 상기 제 1 셀(I)과 제 2 셀(II) 사이에 제 2 양자점(720b)으로 이루어진 제 2 양자점 층(720")이 형성되며, 상기 제 2 셀(II)과 제 3 셀(III) 사이에 제 3 양자점(720c)으로 이루어진 제 3 양자점 층(720'")이 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 1 셀(I)은 상대적으로 가장 큰 밴드 갭을 가진 비정질 실리콘층이 광흡수층으로 사용되며, 상기 제 1 양자점 층(720') 위에 차례대로 제 1 p+형 실리콘층(712a), 비정질 실리콘층(713a), 제 1 n+형 실리콘층(714a)이 형성되어 pin 구조를 갖는다.
상기 제 2 셀(II)은 상대적으로 중간 크기의 밴드 갭을 가진 비정질 실리콘 게르마늄층이 광흡수층으로 사용되며, 상기 제 2 양자점 층(720") 위에 차례대로 제 2 p+형 실리콘층(712b), 비정질 실리콘 게르마늄층(713b), 제 2 n+형 실리콘층(714b)이 형성되어 pin 구조를 갖는다.
상기 제 3 셀(III)은 상대적으로 가장 작은 크기의 밴드 갭을 가진 마이크로 결정질 실리콘층이 광흡수층으로 사용되며, 상기 제 3 양자점 층(720'") 위에 차례대로 제 3 p+형 실리콘층(712c), 마이크로 결정질 실리콘층(713c), 제 3 n+형 실리콘층(714c)이 형성되어 pin 구조를 갖는다.
이때, 상기 본 발명의 제 7 실시예에 따른 적층 셀 구조의 박막 태양전지에서는 단파장의 태양광은 제 1 양자점 층(720')으로 입사되는데, 광흡수층인 제 1 양자점 층(720')으로 입사되는 태양광에 의해 생성되는 전자 및 정공은 제 1 양자점(720a)을 통해 대향전극층(711, 715)을 거쳐 외부의 부하로 전기 에너지를 전달하게 된다. 그리고, 상기 제 1 양자점 층(720')에 의해 흡수되지 않은 단파장의 태양광은 제 1 p+형 실리콘층(712a)을 통해 광흡수층인 비정질 실리콘층(713a)으로 입사되는데, 상기 비정질 실리콘층(713a)은 상하의 높은 도핑 농도를 갖는 제 1 p+형 실리콘층(712a)과 제 1 n+형 실리콘층(714a)에 의해 공핍이 되어 내부에 전기장이 발생되고, 따라서 입사광에 의해 생성된 전자-정공 쌍은 확산이 아닌 내부 전기장에 의해 이동하게 된다.
또한, 상기 비정질 실리콘층(713a)에 흡수되지 않고 투과한 중간 파장의 태양광은 제 2 양자점 층(720")으로 입사되는데, 광흡수층인 제 2 양자점 층(720")으로 입사되는 태양광에 의해 생성되는 전자 및 정공은 제 2 양자점(720b)을 통해 대향전극층(711, 715)을 거쳐 외부의 부하로 전기 에너지를 전달하게 된다. 그리고, 상기 제 2 양자점 층(720")에 의해 흡수되지 않은 중간 파장의 태양광은 제 2 p+형 실리콘층(712b)을 통해 광흡수층인 비정질 실리콘 게르마늄층(713b)으로 입사되는데, 상기 비정질 실리콘 게르마늄층(713b)은 상하의 높은 도핑 농도를 갖는 제 2 p+형 실리콘층(712b)과 제 2 n+형 실리콘층(714b)에 의해 공핍이 되어 내부에 전기장이 발생되고, 생성된 전자-정공 쌍은 내부 전기장에 의해 이동하게 된다.
상기 비정질 실리콘 게르마늄층(713b)에 흡수되지 않고 투과한 장파장의 태양광은 제 3 양자점 층(720'")으로 입사되는데, 광흡수층인 제 3 양자점 층(720'")으로 입사되는 태양광에 의해 생성되는 전자 및 정공은 제 3 양자점(720c)을 통해 대향전극층(711, 715)을 거쳐 외부의 부하로 전기 에너지를 전달하게 된다. 그리고, 상기 제 3 양자점 층(720'")에 의해 흡수되지 않은 장파장의 태양광은 제 3 p+형 실리콘층(712c)을 통해 광흡수층인 마이크로 결정질 실리콘층(713c)으로 입사되는데, 상기 마이크로 결정질 실리콘층(713c)은 상하의 높은 도핑 농도를 갖는 제 3 p+형 실리콘층(712c)과 제 3 n+형 실리콘층(714c)에 의해 공핍이 되어 내부에 전기장이 발생되고, 생성된 전자-정공 쌍은 내부 전기장에 의해 이동하게 된다.
이때, 도면에는 서로 다른 크기의 제 1 양자점(720a), 제 2 양자점(720b) 및 제 3 양자점(720c)들이 각각 제 1 양자점 층(720'), 제 2 양자점 층(720") 및 제 3 양자점 층(720'")을 구성하는 경우를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 상기 제 1 양자점(720a), 제 2 양자점(720b) 및 제 3 양자점(720c)들이 갖는 에너지 밴드 갭은 제 1 양자점(720a), 제 2 양자점(720b) 및 제 3 양자점(720c)의 크기 또는 구성 재료에 의해 결정된다. 예를 들어, 상기 제 1 양자점(720a), 제 2 양자점(720b) 및 제 3 양자점(720c)으로 CdSe을 이용하는 경우 단파장 대역의 빛을 흡수하기 위해 2.0nm ~3.0nm 사이의 크기의 제 1 양자점(720a)을 사용하고, 중간 크기의 파장 대역의 빛을 흡수하기 위해 3.0nm ~ 5.5nm 사이의 크기의 제 2 양자점(720b)을 사용하며, 장파장 대역의 빛을 흡수하기 위해 6.5nm ~ 10nm 사이의 크기의 제 3 양자점(720c)을 사용할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제 1 양자점(720a), 제 2 양자점(720b) 및 제 3 양자점(720c)의 크기는 재료에 따라 달라지며, 수nm ~ 수백nm의 범위를 가질 수 있다.
상기 제 1 양자점(720a), 제 2 양자점(720b) 및 제 3 양자점(720c)은 에너지 밴드 갭을 가진 2가지 이상의 반도체 재료로 만들어지는 것으로, 반도체, 금속, 유전체 중에서 적어도 하나 또는 이들간의 혼합된 재료를 추가적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 양자점(720a), 제 2 양자점(720b) 및 제 3 양자점(720c)은 II-VI족, III-V족, IV-VI족, IV족 등의 반도체 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 구체적으로 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, 또는 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 제 1 양자점(720a), 제 2 양자점(720b) 및 제 3 양자점(720c)은 막대, 구, 타원체, 디스크, 삼각형, 사각형, 다이아몬드 그룹 중에서 하나 또는 그 이상의 형태를 가질 수 있다.
또한, 상기와 같이 박막 태양전지 내부에 제 1 양자점(720a), 제 2 양자점(720b) 및 제 3 양자점(720c)을 적층 하게 되면, 제 1 양자점(720a), 제 2 양자점(720b) 및 제 3 양자점(720c)으로 이루어진 각각의 제 1 양자점 층(720'), 제 2 양자점 층(720") 및 제 3 양자점 층(720'")의 표면은 자체적으로 표면 거칠기 효과를 얻기 때문에 텍스터링 과정을 별도로 하지 않아도 되는 장점이 있다. 물론 상기 제 1 양자점 층(720'), 제 2 양자점 층(720") 및 제 3 양자점 층(720'")의 표면 거칠기에 의해 반사율이 줄어들고 광경로가 증가될 수 있어 박막 태양전지의 광효율을 향상시킬 수 있게 된다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
110~710 : 기판 112~712 : 투명전극
113~713 : 반도체층 114~714 : 금속전극
120,220,320',320",420',420",520,620,720',720",720'" : 양자점 층
120a,420a~720a, 120b,320b,520b~720b, 120c,220c~720c : 양자점

Claims (15)

  1. 기판 위에 형성된 투명전극층;
    상기 투명전극층 위에 차례대로 형성된 제 1 셀, 제 2 셀 및 제 3 셀; 및
    상기 제 3 셀 위에 형성된 후면 반사층과 전극층을 포함하며, 상기 제 1 셀, 제 2 셀 및 제 3 셀 중 적어도 하나의 셀은 나노 크기의 다수개의 양자점들이 한층 또는 복수개의 층으로 적층되어 양자점 층을 구성하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 서로 다른 크기의 제 1 양자점, 제 2 양자점 및 제 3 양자점들이 3층으로 적층되어 양자점 층을 구성하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 셀은 상대적으로 가장 큰 밴드 갭을 가진 양자점으로 이루어진 양자점 층이 단파장 대역의 광흡수층으로 사용되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 양자점으로 카드뮴 셀레나이드(CdSe)를 이용하는 경우 상기 양자점은 단파장 대역의 빛을 흡수하기 위해 2.0nm ~ 3.0nm 사이의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 셀은 상대적으로 중간 크기의 밴드 갭을 가진 양자점으로 이루어진 양자점 층이 중간 크기의 파장 대역의 광흡수층으로 사용되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 양자점으로 CdSe를 이용하는 경우 상기 양자점은 중간 크기의 파장 대역의 빛을 흡수하기 위해 3.0nm ~ 5.5nm 사이의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 셀은 상대적으로 가장 작은 크기의 밴드 갭을 가진 양자점으로 이루어진 양자점 층이 장파장 대역의 광흡수층으로 사용되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 양자점으로 카드뮴 셀레나이드(CdSe)를 이용하는 경우 상기 양자점은 장파장 대역의 빛을 흡수하기 위해 6.5nm ~ 10nm 사이의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.
  9. 제 1 항에 있어서, 양자점은 에너지 밴드 갭을 가진 2가지 이상의 반도체 재료로 구성되며, 반도체, 금속, 유전체 중에서 적어도 하나 또는 이들간의 혼합된 재료를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 양자점은 I-VI족, III-V족, IV-VI족, IV족 등의 반도체 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되며, 예를 들어 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, 또는 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 양자점은 막대, 구, 타원체, 디스크, 삼각형, 사각형, 다이아몬드 그룹 중에서 하나 또는 그 이상의 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.
  12. 제 1 항에 있어서, 동종의 양자점을 적층하는 경우, 태양광이 입사되는 쪽에서 바라볼 때 위에서 아래방향으로 갈수록 양자점의 크기가 증가하도록 배치하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.
  13. 제 1 항에 있어서, 2종류 이상의 양자점을 적층하는 경우, 태양광이 입사되는 쪽에서 바라볼 때 위에서 아래방향으로 갈수록 양자점의 밴드 갭이 감소하도록 이종 양자점들을 배치하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.
  14. 제 1 항에 있어서, 동종 또는 이종 양자점이 이웃하도록 적층될 때 최인접 양자점 사이의 거리는 수nm ~ 수백nm의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.
  15. 기판 위에 형성된 투명전극층;
    상기 투명전극층 위에 차례대로 형성되며, 각각 비정질 실리콘층, 비정질 실리콘 게르마늄층 및 마이크로 결정질 실리콘층이 광흡수층으로 사용되는 제 1 셀, 제 2 셀 및 제 3 셀; 및
    상기 제 3 셀 위에 형성된 후면 반사층과 전극층을 포함하며, 상기 투명전극층과 제 1 셀 사이, 상기 제 1 셀과 제 2 셀 사이, 상기 제 2 셀과 제 3 셀 사이 중 적어도 하나의 사이에는 나노 크기의 다수개의 양자점들로 이루어진 양자점 층이 구성되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지.
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KR20150041552A (ko) * 2013-10-04 2015-04-16 한국전자통신연구원 태양전지 및 그를 포함하는 태양전지 모듈

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