KR20120009997A - 광전소자 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 투과성을 갖는 물질로 마련되는 기판; 상기 기판 상에 애싱처리된 레진물질로 형성되고, 요철 형태로 패턴되는 상면을 포함하는 요철층; 상기 요철층 상에 투명도전성물질로 형성되고, 상기 요철층에 의하여 요철 형태로 패턴되는 상면을 포함하는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 복수의 반도체층으로 형성되어, 상기 제1 전극을 투과한 광에너지를 흡수하면 전자-정공쌍을 생성하여, 생성된 전자-정공쌍에 의해 내부에 기전력이 발생되는 광전층; 및 상기 광전층 상에 도전성물질로 형성되는 제2 전극을 포함한다.
Description
본 발명은 광전소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 상면이 요철 형태로 패턴되는 전극을 포함하는 광전소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
광전소자는, p-n 접합으로 이루어진 반도체소자의 일종으로, 전기에너지를 광에너지로 변환하는 발광 다이오드와, 광을 흡수하여 전기에너지로 변환하는 태양전지 등을 포함한다. 이 중, 태양전지는, 높은 가격의 문제점 및 이산화탄소 배출로 인한 지구온난화의 원인이 되는 문제점이 있는 것으로 지적되는 석탄, 석유, 천연가스 등의 화석연료를 대체하기 위한 친환경 재생에너지 중 하나로 지목되고 있다.
일반적으로, 태양전지는, 밴드갭에너지 이상의 광에너지를 흡수하여 전자가 들뜬 상태가 되어, 전자-정공쌍(electron hole pairs)이 발생되고, 이때 전자와 정공이 서로 반대방향으로 이동함에 따라 광기전력이 발생되는 광전효과를 이용하여, 광에너지를 전기에너지로 변환한다.
이러한 태양전지는 광에너지를 전기에너지로 변환하는 광전층을 형성하는 물질에 따라, 실리콘 태양전지, CdTe 태양전지(CdTe: Cadmium Telluride, 카드뮴, 텔루라이드 화합물), CIGS/CIS 태양전지(CIGS: Copper-Indium-Gallum-Selenide, 구리-인듐-갈륨-셀레늄 화합물, CIS: Copper-Indium-Selenide), 염료감응 태양전지로 구분된다. 이 중 CIGS/CIS 태양전지는 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄 화합물/구리, 인듐, 셀레늄 화합물로 광전층을 형성한 것으로, 최근 공급 부족에 따라 가격이 급등한 인듐을 포함하고 있어 생산원가에 의해 수율이 감소되는 문제점이 있다. CdTe 태양전지는 카드뮴, 텔루라이드 화합물로 광전층을 형성한 것으로, 희소 원료이면서 공해를 유발하는 카드뮴을 포함하고 있어 대량생산에 용이하지 않고 공해성을 갖는 문제점이 있다. 염료감응 태양전지는 나노스케일의 입자 표면에 결합된 염료(DYE) 및 전해질(electrolyte)을 이용하여 광전층을 형성한 것이다. 그리고, 실리콘 태양전지는, 실리콘 태양전지는 비정질 실리콘(Amorphous Silicon)으로 광전층을 형성한 것으로, 용이하게 취득될 수 있고 인체유해성이 없는 실리콘을 기반으로 하고 있어, 차세대 태양전지로 각광받고 있다.
예를 들어, 1세대 실리콘 태양전지는 결정질의 실리콘을 이용하여 광전층을 형성한 구조를 갖는다. 즉, 1세대 실리콘 태양전지는, 수백 ㎛의 두께로 형성된 광전층을 포함하여, 넓은 파장영역의 광을 흡수할 수 있는 장점이 있다. 이에 따라, 현재까지 개발된 태양전지 중 가장 높은 광전변환 효율을 나타내는 것으로 알려져 있어, 가장 일반적으로 사용되는 태양전지이다. 그러나, 1세대 실리콘 태양전지는 고가의 웨이퍼를 이용하여 제조되기 때문에, 제조비용이 높은 단점이 있으므로, 저가의 제조비용으로 제조될 수 있는 태양전지로써 박막 태양전지가 제안되었다. 박막 태양전지는, 고가의 웨이퍼 대신, 저가의 유리, 금속판 또는 플라스틱 등으로 이루어진 기판에 수㎛ 두께의 박막 형태의 광전층을 형성한 구조를 가짐으로써, 제조비용이 절감될 수 있는 장점이 있다. 그러나, 박막 태양전지는, 얇은 두께의 광전층이 광에너지의 대부분을 흡수하지 못하고 투과시켜서, 광전변환 효율이 1세대 실리콘 태양전지보다 낮다는 단점이 있다.
일반적으로, 박막 태양전지를 포함한 대부분의 광전소자는, 서로 대향하는 제1 전극과 제2 전극 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 광전층을 포함하여 이루어진다. 여기서, 광전층은 제1 전극을 통해 투과된 광을 포획하여, 광에너지로부터 전기에너지를 생성한다. 이에 따라, 제1 전극의 투과도가 높을수록, 광전층에 더 많은 광이 입사될 수 있고, 제1 전극과 광전층 사이의 면저항이 낮을수록, 광전층에서 발생된 캐리어가 보다 낮은 손실율로 외부로드에 축적될 수 있으므로, 제1 전극의 투과도 및 면저항에 따라 광전소자의 광전변환 효율(여기서, 광전변환 효율은 광에너지로부터 변환된 전기에너지의 비율을 의미함)이 향상될 수 있다. 또한, 제1 전극은 올록볼록한 요철형태의 표면을 갖도록 형성되어, 광전층에 입사되는 광을 산란 또는 난반사하여, 광전층이 광을 포획할 수 있는 기회를 증가시킴으로써, 광전변환 효율이 향상될 수 있다.
이러한 제1 전극은, 기판 상에 증착된 투명도전성물질을 습식식각하여, 투명도전성물질 자체의 격자구조로부터 발생되는 요철 형태의 표면을 갖도록 형성되는 것이 일반적이다. 이와 같이, 기판에 증착된 투명도전성물질을 습식식각함에 있어서, 요철 형태는, 투명도전성물질의 결정성, 그레인 크기(grain size)로 인한 영역 별 식각률 차이에 의해, 불규칙하게 발생한다.
즉, 종래 기술에 따르면, 제1 전극은, 광을 굴절 또는 난반사하는 기능을 갖도록, 투명도전성물질을 습식식각하여 요철 형태로 패턴되는 상면을 갖도록 형성된다. 이때, 투명도전성물질의 습식식각으로 인한 요철 형태는 일관성있게 발생되지 않는 단점이 있다. 이에 따라, 각 광전소자의 제1 전극이 일괄적인 요철 형태를 갖도록 제조하는 것이 어려우므로, 광전소자의 특성균일도가 낮아져서, 신뢰도가 저하되는 문제점이 있다. 또한, 투명도전성물질을 직접 식각함에 따라, 식각액에 의해 투명 도전성 물질 고유의 물성이 손상될 수 있어, 제1 전극의 투과도가 저하될 수 있는 단점이 있고, 식각 공정 이후에, 투명도전성물질에 식각액이 불순물로 잔존하여, 제1 전극과 광전층 사이의 계면에서 면저항이 증가할 수 있으며, 이러한 제1 전극의 투과도 저하 및 면저항 증가는 광전소자의 광전변환효율을 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명은, 투명도전성물질을 직접 습식식각하지 않고서도, 요철 형태로 패턴되는 상면을 포함하여 광전층에 입사되는 광을 굴절 또는 난반사하는 전극을 구비할 수 있어, 습식식각을 위한 식각액에 의해 투명도전성물질이 손상되어 전극의 투과도가 저하되는 것과, 식각액에 의한 불순물로 인해 전극과 광전층 사이의 계면에서의 면저항이 증가되는 것이 차폐되므로, 광전변환 효율이 향상될 수 있는 광전소자 및 그의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 투과성을 갖는 물질로 마련되는 기판; 상기 기판 상에, 도전성 폴리머로 형성되고, 요철 형태로 패턴되는 상면을 포함하는 요철층; 상기 요철층 상에 투명도전성물질로 형성되고, 상기 요철층의 요철 형태를 전달받아, 요철 형태로 패턴되는 상면을 포함하는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 복수의 반도체층으로 형성되어, 상기 제1 전극을 투과한 광에너지를 흡수하면 전자-정공쌍을 생성하여, 생성된 전자-정공쌍에 의해 내부에 기전력이 발생되는 광전층; 및 상기 광전층 상에 도전성물질로 형성되는 제2 전극을 포함하는 광전소자를 제공한다.
그리고, 본 발명은, 기판 상에 박막 형태로 도전성 폴리머를 형성하는 단계; 상기 박막 형태의 도전성 폴리머의 표면을 요철 형태로 패턴하여 요철층을 형성하는 단계; 상기 요철층 상에 투명도전성물질을 증착하여, 상기 요철층에 의해, 상면이 요철형태로 패턴되는 제1 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 전극 상에 복수의 반도체층을 증착하여, 광에너지를 흡수하면 전자-정공쌍을 생성하여, 생성된 전자-정공쌍에 의해 내부에 기전력이 발생되는 광전층을 형성하는 단계; 및 상기 광전층 상에 도전성물질을 증착하여, 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 광전소자의 제조방법을 제공한다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 광전소자는 도전성 폴리머(conducting polymer: 도전성 중합체)로 형성되는 요철층 및 요철층 상에 투명도전성물질로 형성되는 제1 전극을 포함한다. 즉, 제1 전극은 투명도전성물질로 이루어져서 광전층에 입사되는 광을 투과하고, 제1 전극의 상면은 요철층의 요철패턴이 전달되어 요철형태로 패턴될 수 있다. 그러므로, 제1 전극이 요철 형태의 상면을 갖기 위하여, 투명도전성물질이 식각액에 노출될 필요가 없어, 식각액에 의한 투명도전성물질의 물성이 손상되어 제1 전극의 투과도 저하 및 면저항 증가가 차폐될 수 있다. 또한, 제1 전극은 요철 형태의 상면을 포함함으로써, 광전층에 입사되는 광을 굴절 또는 난반사하므로, 광전층의 광포획기회가 증가되어 광전변환 효율이 향상될 수 있다.
또한, 도전성 폴리머는, 투명도전성물질보다 큰 격자상수를 가지므로, 습식식각에 의한 요철 형태가 일괄적인 크기를 갖도록, 투명도전성물질보다, 용이하게 제어될 수 있다. 이에 따라, 광전소자의 특성 균일도가 높아져서, 소자 신뢰도가 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광전소자의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 요철층을 형성하는 도전성 폴리머에 있어서, 두께 변화에 따른 투과도를 측정한 결과이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광전소자의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 4a 내지 도 4e는 도 3에 도시된 광전소자의 제조방법을 나타낸 공정도이다.
도 2는 도 1에 도시된 요철층을 형성하는 도전성 폴리머에 있어서, 두께 변화에 따른 투과도를 측정한 결과이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광전소자의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 4a 내지 도 4e는 도 3에 도시된 광전소자의 제조방법을 나타낸 공정도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 광전소자 및 그의 제조방법에 대하여, 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 광전소자에 대해, 첨부한 도 1을 참고하여, 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광전소자의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광전소자(100)는, 투과성을 갖는 물질로 마련되는 기판(110), 기판(110) 상에 도전성 폴리머로 형성되고, 요철 형태로 패턴되는 상면을 포함하는 요철층(120), 요철층(120) 상에 투명도전성물질로 형성되고, 요철층(120)의 요철 형태를 전달받아, 요철 형태로 패턴되는 상면을 포함하는 제1 전극(130), 제1 전극(130) 상에 복수의 반도체층(141-143)으로 형성되어, 광에너지를 흡수하면 전자-정공쌍을 생성하여, 생성된 전자-정공쌍에 의해 내부에 기전력이 발생되는 광전층(140) 및 광전층(140) 상에 도전성물질로 형성되는 제2 전극(150)을 포함하여 이루어진다.
기판(110)은 투명한 유리 또는 스테인레스(stainless: SUS)와 같이, 투과성을 갖는 물질로 마련되고, 또는 유연성(flexible)을 더 갖는 물질일 수도 있다.
요철층(120)은, 기판(110) 상에 박막 형태로 형성된 도전성 폴리머(conducting polymer: 도전성 중합체)를 패턴하여 형성된다.
여기서, 도전성 폴리머는, 고분자와, 도전성을 갖는 금속 또는 금속산화물이 중합반응을 통해 결합된 물질로써, 투과성 및 도전성을 갖는 폴리머라면 어느 것이든지 선택될 수 있다. 예를 들어, 도전성 폴리머는, 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리설퍼니트리드(poly sulfur nitride) 중 하나로 선택될 수 있다. 이러한 도전성 폴리머는, 사슬모양결합구조, 다리걸침결합구조 또는 그물모양결합구조를 갖고, 분자량이 큰 화합물이므로, 일반적인 투명도전성물질인 ITO 또는 ZnO보다, 큰 격자상수(lattice constant)를 갖는다.
요철층(120)은, 스핀코팅(Spin Coating) 또는 슬릿코팅(Slit Coating)을 이용하여 기판(110) 상에 도전성 폴리머를 박막 형태로 코팅하고, 박막 형태의 도전성 폴리머를 요철형태에 대응하는 마스크로 습식식각하여 형성될 수 있다. 이때, 도전성 폴리머는, 일반적인 투명도전성물질인 ITO 또는 ZnO보다 큰 격자상수(lattice constant)를 가지므로, 일괄적인 1㎛ 이상의 크기를 갖는 요철 형태로 패턴될 수 있다.
또는, 요철층(120)은 프린팅(Printing)을 이용하여, 기판(110) 상에 도전성 폴리머를 박막 형태로 코팅하고, 박막 형태의 도전성 폴리머를 요철 형태에 대응하는 몰드로 찍어내어, 몰드의 표면에 형성된 요철 형태가 도전성 폴리머에 전사되어, 도전성 폴리머가 요철 형태로 패턴됨으로써, 형성될 수 있다. 그리고, 도전성 폴리머는 몰드를 이용하여 요철 형태로 패턴된 후에, 경화될 수 있다. 여기서, 도전성 폴리머는, 일반적인 투명도전성물질과 달리, 무른 재질을 갖고 있으므로, 몰드의 요철 형태가 전사되어, 일괄적인 1㎛ 이상의 크기를 갖는 요철 형태로 패턴될 수 있다.
이러한 요철층(120)의 상면에 패턴되는 요철 형태는, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 볼록렌즈 모양이 연속하는 단면을 가질 수 있다. 이 뿐만 아니라, 별도로 도시되어 있지 않으나, 요철층(120)의 상면에 패턴되는 요철 형태는, 복수의 다면체 또는 반원형 모양이 연속하는 단면을 가질 수도 있다.
이어서, 제1 전극(130)은, 요철층(120) 상에 형성되어, 요철층(120) 상면에 패턴되는 요철 형태로부터 영향을 받아, 상면이 요철 형태로 패턴된다. 이때, 제1 전극(130)은 외부 광이 최대한 광전층(140)으로 입사될 수 있도록, 투과성을 갖는 투명도전성물질로 형성된다. 예를 들어, 제1 전극(130)은 SnO2, ZnO, In2O3, TiO2 중 어느 하나의 금속산화물 또는 이들 금속산화물에 F, Sn, Al, Fe, Ga, Nb 중 적어도 하나가 도핑된 물질으로 이루어질 수 있다.
광전층(140)은 복수의 반도체층을 포함하는 수 ㎛ 내지 500㎛ 두께의 박막으로 형성된다. 이때, 복수의 반도체층은 p-형 반도체와 n-형 반도체가 접합된 구조(이하, "p-n 접합"으로 지칭함) 또는 p-형 반도체와 n-형 반도체 사이에 i-형 반도체가 끼워진 구조(이하, "p-i-n 접합"으로 지칭함)를 한 개 이상 구성하도록 배치된다. 특히, 광전층(140)은 적어도 하나의 p-i-n 접합으로 형성된다. 즉, 광전층(140)은 하나의 p-i-n 접합으로 이루어진 형태("싱글(single) 구조"로도 지칭함), 두 개의 p-i-n 접합이 적층된 형태("텐덤(tandem) 구조"로도 지칭함) 또는 세 개의 p-i-n 접합이 적층된 형태("트리플(triple)구조"로도 지칭함)로 형성된다. 여기서, 광전층(140)은 많은 개수의 p-i-n 접합을 포함할수록, 흡수 가능한 광량이 증가되어, 광전변환 효율이 향상될 수 있다. 광전층(140)을 구성하는 복수의 반도체층은 비정질 실리콘(a-Si), 비정질 실리콘-게르마늄(a-Si:Ge) 및 마이크로 크리스탈 실리콘(micro c-Si) 중 하나로 형성된다.
그리고, 광전층(140)을 형성하는 복수의 반도체층(141-143)은 제1 전극(130) 상에 증착되는 동안, 제1 전극(130)의 표면에 형성된 요철형태의 패턴에 영향을 받아, 제1 전극(120)의 요철형태보다 완만한 요철형태로 패턴된다.
제2 전극(150)은 제1 전극(140)과 동일물질로 형성될 수 있고, 또는 반사성과 낮은 저항을 갖는 도전성물질로 형성되는 것도 가능하다. 이와 같이 제2 전극(150)이 반사성을 가지면, 광전층(140)이 투과한 광이 제2 전극(150)에 의해 반사되어 다시 광전층(140)을 향하므로, 광전층(140)이 광을 재흡수할 기회가 더 발생될 수 있어, 광전변환 효율이 향상될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광전소자는, 도전성 폴리머로 형성되는 요철층(120), 요철층(120) 상에 형성되는 제1 전극(130) 및 제1 전극(130) 상에 형성되는 반도체층(140)을 포함하여 이루어진다. 이에 따라, 제1 전극(130)은, 투명도전성물질을 직접 습식식각하지 않더라도, 요철층(120)에 의해 전달되는 요철 형태로 패턴되는 상면을 포함할 수 있으므로, 식각액에 의해 투명도전성물질 고유의 물성이 손상되어, 제1 전극(130)의 투과도 및 전기적특성이 저하되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 요철층(120)은 투명도전성물질보다 일괄적인 요철 형태로 패턴될 수 있는 도전성 폴리머로 이루어지고, 제1 전극(130)은 요철층(120)의 요철 패턴이 전달되어 상면이 요철 형태로 패턴된다. 그러므로, 제1 전극(130)은, 투명도전성물질에 직접 요철 패턴을 형성하는 종래보다, 일괄적인 요철 형태로 패턴될 수 있어, 광전소자의 특성 균일도가 증가될 수 있다.
그리고, 반도체층으로 이루어진 광전층(140)은, 투명도전성물질로 이루어진 제1 전극(130)과 접촉하여 이루어지므로, 도전성 폴리머로 제1 전극을 형성하는 것보다, 계면에서의 면저항이 낮아져서, 여기자의 손실이 최소화된다.
특히, 본 발명에 따르면, 광전층(140)은 요철층(120)과 제1 전극(130)을 투과한 광을 흡수하여, 흡수한 광에너지에 의해 발생된 전자-정공쌍으로 내부에 기전력이 발생된다. 이때, 도전성 폴리머는 비교적 높은 투과도를 갖고 있어, 요철층(120)에 의해 광전층(140)으로 입사되는 광이 크게 손실되지 않으므로, 도전성 폴리머로 이루어진 요철층(120)을 더 포함하더라도, 광전변환 효율에 영향을 미치지 않는다.
도 2는 도 1에 도시된 요철층을 형성하는 도전성 폴리머에 있어서, 두께 변화에 따른 투과도를 측정한 결과이다.
도 2는, 도전성 폴리머가 100㎛, 200㎛, 300㎛, 450㎛의 두께로 각각 형성되는 경우에, 400-700의 파장영역의 광에 대한 투과율을 나타낸 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 500㎛ 파장영역의 광을 기준으로, 450㎛의 두께로 형성된 도전성 폴리머의 투과율은 94%로 측정되고, 100㎛의 두께로 형성된 도전성 폴리머의 투과율은 96%로 측정된다. 이로부터, 도전성 폴리머가 두꺼운 두께로 형성되더라도, 비교적 높은 투과율을 갖고 있는 것을 알 수 있으며, 이에 따라, 도전성 폴리머로 이루어진 요철층(120)에 의해, 광이 손실되지 않을 것을 예상할 수 있다. 즉, 도전성 폴리머로 이루어진 요철층(120)은, 광전변환 효율을 저하시키는 요인이 되지 않는다.
다음, 첨부한 도 3 및 도 4a 내지 도 4e를 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 광전소자의 제조방법에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광전소자의 제조방법을 나타낸 순서도이다. 그리고, 도 4a 내지 도 4e는 도 3에 도시된 광전소자의 제조방법을 나타낸 공정도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광전소자의 제조방법은, 기판(110) 상에 도전성폴리머층을 형성하는 단계(S100), 기판(110) 상에 형성된 도전성 폴리머층을 패턴하여, 상면이 요철 형태로 패턴되는 요철층(120)을 형성하는 단계(S110), 요철층(120) 상에 투명도전성물질을 증착하여, 요철층(120)에 의해 상면이 요철 형태로 패턴되는 제1 전극(130)을 형성하는 단계(S120), 제1 전극(130) 상에 복수의 반도체층(141-143)을 증착하여, 광에너지를 흡수하면 전자-정공쌍을 생성하여, 생성된 전자-정공쌍에 의해 내부에 기전력이 발생되는 광전층(140)을 형성하는 단계(S130) 및 광전층(140) 상에 도전성물질을 증착하여, 제2 전극(150)을 형성하는 단계(S140)를 포함한다.
기판(110) 상에 도전성폴리머층을 형성하는 단계에서, 도 4a에 도시된 바와 같이, 투과성을 갖는 물질로 형성되는 기판(110) 상에, 투과성 및 도전성을 갖는 도전성 폴리머(121)를 박막 형태로 형성한다. 이때, 도전성 폴리머(121)는 고분자와 도전성을 갖는 금속 또는 금속산화물이 결합된 물질로 선택되는데, 예를 들어, 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리설퍼니트리드(poly sulfur nitride) 중 하나로 선택될 수 있다. 그리고, 기판(110) 상에 도전성폴리머층을 형성하는 단계에서, 도전성 폴리머(121)는 스핀코팅(Spin Coating) 또는 슬릿코팅(Slit Coating)을 이용하여 기판(110) 상에 코팅되거나, 또는 무른(soft) 상태의 도전성폴리머를 프린팅(Printing) 방식으로 기판(110) 상에 코팅함으로써, 박막 형태로 형성될 수 있다.
요철층(120)을 형성하는 단계(S110)에서, 기판(110)에 박막 형태로 형성된 도전성 폴리머층(121)을 소정의 요철 형태로 패턴하여, 요철층(120)을 형성한다.
이때, 요철층(120)을 형성하는 단계(S110)는, 도전성 폴리머층(121)이 스핀코팅(Spin Coating) 또는 슬릿코팅(Slit Coating)으로 형성된 경우, 요철 형태에 대응하는 마스크를 이용한 습식식각으로, 도전성 폴리머층(121)을 요철 형태로 패턴하는 단계를 포함할 수 있다.
또는, 요철층(120)을 형성하는 단계(S110)는, 도전성 폴리머층(121)이 무른(soft) 상태에서 프린팅으로 형성된 경우, 도전성 폴리머층(121)에 요철 형태에 대응하는 몰드를 찍어내어, 몰드의 요철 형태가 전사됨에 따라, 도전성 폴리머층(121)을 요철 형태로 패턴하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 요철층(120)을 형성하는 단계(S110)는, 무른 상태에서 요철 형태로 패턴된 도전성 폴리머층(121)을 경화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제1 전극(130)을 형성하는 단계(S120)에서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 요철층(120) 상에 투명도전성물질을 증착하여, 요철층(120) 표면에 형성된 요철 형태의 패턴에 영향을 받아, 상면이 요철층(120)보다 완만한 요철 형태로 패턴되는 상면을 포함하는 제1 전극(130)이 형성된다. 여기서, 투명도전성물질은 SnO2, ZnO, In2O3, TiO2 중 어느 하나의 금속산화물 또는 이들 금속산화물에 F, Sn, Al, Fe, Ga, Nb 중 적어도 하나가 도핑된 물질에서 선택될 수 있다.
광전층(140)을 형성하는 단계(S130)에서, 도 4d에 도시된 바와 같이, 제1 전극(130) 상에 p-i-n 구조 또는 p-n 구조를 이루도록 배치되는 복수의 반도체층을 증착하여, 광전층(140)이 형성된다.
그리고, 제2 전극(150)을 형성하는 단계(S140)에서, 도 4e에 도시된 바와 같이, 광전층(140) 상에 도전성물질을 증착하여 제2 전극(140)을 형성한다. 여기서, 제2 전극(140)은 제1 전극(130)과 동일한 도전성물질로 형성될 수 있고, 또는, 광전층(140)에 의해 흡수되지 않고 투과된 광을 재흡수할 수 있도록, 반사성을 갖도록 금속으로 형성되는 것도 가능하다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광전소자는, 도전성 폴리머로 이루어진 요철층(120)에 의해, 상면이 요철 형태로 패턴되는 제1 전극(130)을 포함한다. 즉, 제1 전극(130)의 상면을 요철 형태로 패턴하기 위하여, 투명도전성물질을 직접 습식식각할 필요가 없으므로, 식각액에 의해 제1 전극(130)이 손상될 가능성이 제거되어, 제1 전극(130)의 투과도 및 전기적특성 저하가 방지되므로, 광전변환 효율의 감소가 방지된다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다.
100: 광전소자 110: 기판
120: 요철층 121: 도전성 폴리머층
130: 제1 전극 140: 광전층
141-143: 복수의 반도체층 150: 제2 전극
120: 요철층 121: 도전성 폴리머층
130: 제1 전극 140: 광전층
141-143: 복수의 반도체층 150: 제2 전극
Claims (14)
- 투과성을 갖는 물질로 마련되는 기판;
상기 기판 상에, 도전성 폴리머로 형성되고, 요철 형태로 패턴되는 상면을 포함하는 요철층;
상기 요철층 상에 투명도전성물질로 형성되고, 상기 요철층의 요철 형태를 전달받아, 요철 형태로 패턴되는 상면을 포함하는 제1 전극;
상기 제1 전극 상에 복수의 반도체층으로 형성되어, 상기 제1 전극을 투과한 광에너지를 흡수하면 전자-정공쌍을 생성하여, 생성된 전자-정공쌍에 의해 내부에 기전력이 발생되는 광전층; 및
상기 광전층 상에 도전성물질로 형성되는 제2 전극을 포함하는 광전소자. - 제1항에 있어서,
상기 도전성 폴리머는,
고분자와, 도전성을 갖는 금속 또는 금속산화물이 결합된 물질인 광전소자. - 제2항에 있어서,
상기 도전성 폴리머는, 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리설퍼니트리드(poly sulfur nitride) 중 하나로 선택되는 광전소자. - 제1항에 있어서,
상기 요철층은,
스핀코팅(Spin Coating) 또는 슬릿코팅(Slit Coating)을 이용하여, 상기 기판 상에 박막 형태로 코팅되는 상기 도전성 폴리머를, 상기 요철 형태에 대응하는 마스크로 습식식각하여 형성되는 광전소자. - 제1항에 있어서,
상기 요철층은,
프린팅을 이용하여, 상기 기판 상에 박막 형태로 코팅되는 상기 도전성 폴리머를 상기 요철 형태에 대응하는 몰드로 찍어내어 형성되는 광전소자. - 제1항에 있어서,
상기 요철은, 복수의 볼록렌즈 모양이 연속하는 단면을 갖는 광전소자. - 기판 상에 박막 형태로 도전성 폴리머를 형성하는 단계;
상기 박막 형태의 도전성 폴리머의 표면을 요철 형태로 패턴하여 요철층을 형성하는 단계;
상기 요철층 상에 투명도전성물질을 증착하여, 상기 요철층에 의해, 상면이 요철형태로 패턴되는 제1 전극을 형성하는 단계;
상기 제1 전극 상에 복수의 반도체층을 증착하여, 광에너지를 흡수하면 전자-정공쌍을 생성하여, 생성된 전자-정공쌍에 의해 내부에 기전력이 발생되는 광전층을 형성하는 단계; 및
상기 광전층 상에 도전성물질을 증착하여, 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 광전소자의 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 기판 상에 박막 형태로 도전성 폴리머를 형성하는 단계에서,
상기 도전성 폴리머는, 고분자와 도전성을 갖는 금속 또는 금속산화물이 결합된 물질인 광전소자의 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 기판 상에 박막 형태로 도전성 폴리머를 형성하는 단계에서,
상기 도전성 폴리머는, 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리설퍼니트리드(poly sulfur nitride) 중 하나로 선택되는 광전소자의 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 기판 상에 박막 형태로 도전성 폴리머를 형성하는 단계는,
스핀코팅(Spin Coating) 또는 슬릿코팅(Slit Coating)을 이용하여, 상기 기판 상에 상기 도전성 폴리머를 코팅하는 단계를 포함하는 광전소자의 제조방법. - 제10항에 있어서,
상기 요철층을 형성하는 단계는,
상기 요철 형태에 대응하는 마스크를 이용하여, 상기 박막 형태의 도전성 폴리머를 습식식각하는 단계를 포함하는 광전소자의 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 기판 상에 박막 형태로 도전성 폴리머를 형성하는 단계는,
프린팅을 이용하여, 상기 기판 상에 상기 도전성 폴리머를 코팅하는 단계를 포함하는 광전소자의 제조방법. - 제12항에 있어서,
상기 요철층을 형성하는 단계는,
상기 요철 형태에 대응하는 몰드를 이용하여, 상기 박막 형태의 도전성 폴리머에 상기 몰드의 요철 형태를 전사하는 단계를 포함하는 광전소자의 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 요철은 복수의 볼록렌즈 모양이 연속하는 단면을 갖는 광전소자.
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