KR20120013731A - 비정질 실리콘 태양전지와 유기 태양전지를 이용한 탠덤형 태양전지 - Google Patents
비정질 실리콘 태양전지와 유기 태양전지를 이용한 탠덤형 태양전지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20120013731A KR20120013731A KR1020100075911A KR20100075911A KR20120013731A KR 20120013731 A KR20120013731 A KR 20120013731A KR 1020100075911 A KR1020100075911 A KR 1020100075911A KR 20100075911 A KR20100075911 A KR 20100075911A KR 20120013731 A KR20120013731 A KR 20120013731A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- oxide
- solar cell
- layer
- amorphous silicon
- organic
- Prior art date
Links
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 88
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 claims abstract description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 12
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 10
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 claims description 9
- GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N divanadium pentaoxide Chemical compound O=[V](=O)O[V](=O)=O GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 claims description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 claims description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 6
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 claims description 6
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 claims description 6
- RGZQGGVFIISIHZ-UHFFFAOYSA-N strontium titanium Chemical compound [Ti].[Sr] RGZQGGVFIISIHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical group [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000005215 recombination Methods 0.000 claims description 5
- 230000006798 recombination Effects 0.000 claims description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 4
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 4
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Chemical compound [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium atom Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical group [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 128
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 17
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 6
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 5
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 229910021424 microcrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- PDQRQJVPEFGVRK-UHFFFAOYSA-N 2,1,3-benzothiadiazole Chemical compound C1=CC=CC2=NSN=C21 PDQRQJVPEFGVRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NUCIQEWGTLOQTR-UHFFFAOYSA-N 4,4-bis(2-ethylhexyl)-4h-cyclopenta[1,2-b:5,4-b']dithiophene Chemical compound S1C=CC2=C1C(SC=C1)=C1C2(CC(CC)CCCC)CC(CC)CCCC NUCIQEWGTLOQTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000013086 organic photovoltaic Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 238000002525 ultrasonication Methods 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 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
- H01L31/078—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 including different types of potential barriers provided for in two or more of groups H01L31/062 - H01L31/075
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
- H10K30/57—Photovoltaic [PV] devices comprising multiple junctions, e.g. tandem PV 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 비정질 실리콘 태양전지와 유기 태양전지를 이용한 탠덤형 태양전지에 관한 것으로, 서로 다른 밴드갭을 갖는 비정질 실리콘 태양전지와 유기 태양전지를 전기적으로 직렬연결된 적층된 형태로 포함하는 본 발명의 탠덤형 태양전지는 보다 광범위한 영역의 빛을 흡수할 수 있을 뿐만 아니라 향상된 개방전압 성능을 나타낼 수 있다.
Description
본 발명은 서로 다른 밴드갭을 갖는 2종의 태양전지, 즉 비정질 실리콘 태양전지와 유기 태양전지를 이용함으로써 보다 광범위한 영역의 빛을 흡수할 수 있을 뿐만 아니라 향상된 개방전압 성능을 나타내는 탠덤형 태양전지(tandem solar cell)에 관한 것이다.
실리콘 태양전지는 1954년 미국의 벨 랩(Bell Labs)에서 4.5% 효율의 태양전지를 개발하면서 본격적으로 개발이 시작되었다. 이후 꾸준한 연구를 통하여 1999년에는 실리콘 태양전지 최고 효율인 24.7%를 달성하였다. 실제적인 상업화를 위해서는 실리콘 태양전지의 효율뿐만 아니라 생산단가와 생산성이 중요한 이슈가 되면서, 재료와 공정 비용이 저렴하고 최고 효율 약 10%에 달하는 비정질 박막 실리콘 태양전지의 중요성이 부각되고 있다.
일반적으로 실리콘 태양전지의 종류는 소재의 형태에 따라 기판형과 박막형으로 나뉜다. 기판형 실리콘 태양전지는 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라 다시 단결정(single-crystalline) 실리콘 태양전지와 다결정 (poly-crystalline) 실리콘 태양전지로 구분된다. 박막형 실리콘 태양전지도 역시 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라 비정질 실리콘(amorphous silicon, a-Si:H) 태양전지와 미세결정 실리콘(micro-crystalline silicon, c-Si:H) 태양전지로 구분된다. 결정질 실리콘 기판을 얻기 위해서는 실리콘 웨이퍼를 사용하므로 생산 원가가 높고 공정상 복잡한 단계를 거쳐야 하므로 생산성이 떨어진다. 반면 비정질 실리콘 태양전지는 재료 원가가 저렴하고 연속 대량생산 공정에 적합하므로 실제 상업화를 위한 충분한 잠재성을 가지고 있으며, 이 때문에 많은 기업과 연구소 및 대학에서 연구가 활발히 진행되고 있다.
실리콘 태양전지의 가장 기본적인 구조는 p-n 접합으로 구성된 다이오드 형태이나, 비정질 실리콘 박막의 경우 캐리어의 확산거리 (diffusion length)가 결정질 실리콘 기판에 비해 매우 낮아 p-n 구조로 제조될 경우 빛에 의해 생성된 전자-정공쌍(electron-hole pairs)의 수집 효율이 낮다. 따라서 비정질 실리콘 태양전지는 도핑이 되지 않은 무첨가(intrinsic, i형) 비정질 실리콘 광흡수층을 p형 비정질 실리콘과 n형 비정질 실리콘층 중간에 삽입한 p-i-n 구조로 제조된다. 일반적인 비정질 실리콘 태양전지의 구조를 도 1에 나타내었다. 도 1로부터 알 수 있듯이, 비정질 실리콘 태양전지는 일반적으로 유리기판(10) 위에 투명전극층(20), p형 비정질 실리콘층(30), i형 비정질 실리콘층(40), n형 비정질 실리콘층(50) 및 금속전극층(60)으로 구성된다.
한편, 유기 태양전지는 광흡수층으로 유기물을 사용하는 태양전지로서, 실리콘 등의 무기물보다 재료 원가가 값싸고 태양전지 제작과정이 매우 간소하여 생산 단가를 현저히 낮출 수 있다. 유기 태양전지(organic solar cell)는 전자주개(electron donor) 특성과 전자받개(electron acceptor) 특성을 갖는 유기물들로 구성되는 것을 특징으로 한다. 작동원리는 빛에너지가 유기물로 이루어진 광활성층에 입사되면 전자가 여기(excite)되고, 여기된 전자와 여기된 자리에 남아있는 홀(hole)이 정전기적으로 약하게 결합되어 서로 쌍을 이루는 엑시톤(exciton)이 생성된다. 태양빛을 받아서 생성된 엑시톤이 실제로 광전류를 발생시키기 위해서는 전자-홀 쌍이 쪼개져서(dissociation) 각각의 전자와 홀이 되어야 하고, 이때 전자는 양극으로 흐르고, 홀은 음극으로 흘러야 한다. 최근 고분자(polymer)로 이루어진 태양전지의 기술 진보로 인하여 에너지 변환 효율이 향상되고 있다. 유기 태양전지의 한 예로써 가장 많이 사용되는 고분자 시스템에서는 폴리(3-헥실티오펜)(poly(3-hexylthiophene), P3HT) 등의 공액고분자(conjugated polymer)와 [6,6]-페닐-Cx-부티르산 메틸 에스테르(PCxBM)의 혼합 용액이 주요 물질로 사용되고 있는데, 일반적인 유기 태양전지의 구조를 도 2에 나타내었다. 도 2로부터 알 수 있듯이, 유기 태양전지는 일반적으로 유리기판(10) 위에 투명전극층(20), 정공수송층(70), 광흡수층(80) 및 금속전극층(60)으로 구성된다.
한편, 2종 이상의 단일 태양전지를 적층하여 전기적으로 직렬연결시킴으로써 탠덤형 태양전지를 제작할 수 있음이 보고되었다. 서로 다른 밴드갭을 갖는 2종 이상의 태양전지를 탠덤형 태양전지로 제조함으로써 넓은 파장 영역의 태양광을 이용할 수 있고, 2종 이상의 태양전지를 직렬로 연결하였으므로 개방전압(open-circuit voltage, Voc)이 증가하게 되어 높은 효율을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 탠덤형 태양전지의 개방전압은 각각의 단일 태양전지의 합에 해당되며, 탠덤형 태양전지의 광전류밀도 (short-circuit current density, JSC)는 각각의 단일 태양전지의 JSC 중 작은 것에 의해 결정된다. 이때, 작은 JSC를 보이는 단일 태양전지를 제한전지(limiting cell)라 한다. 탠덤형 태양전지의 작동원리를 간략히 설명하면, 각각의 광흡수층에서 태양빛을 흡수하여 전자와 정공을 생성해 내는데, i형 비정질 실리콘 층에서 생성된 광전자는 전지 내부에 형성된 전기장에 의해 n형 비정질 실리콘 층으로 이동하고, 유기 광활성층에서 생성되어 정공수송층으로 이동된 정공과 재결합을 이룬다. 한편, i형 비정질 실리콘 층에서 생성된 정공은 p형 비정질 실리콘층으로 이동하여 투명전극에 의해 수집되고, 유기 광활성층에서 생성된 광전자는 금속전극에 의해 수집됨으로써 회로를 순환하며 전류를 발생시킨다.
비정질 실리콘 태양전지의 밴드갭은 약 1.7 ~ 1.9 eV 정도로, 상대적으로 결정질 실리콘 태양전지의 경우보다 높으므로 태양광의 장파장 영역을 흡수하지 못한다는 단점을 가진다. 이러한 점을 보완하기 위하여 비정질 실리콘 태양전지와 미세결정 실리콘 태양전지를 적층한 탠덤형 태양전지를 개발하여 넓은 파장 영역의 태양광을 흡수하고 효율을 높이기 위한 연구가 이루어진바 있다. 하지만 미세결정 실리콘은 비정질 실리콘에 비해 광흡수계수가 작아 빛을 충분히 흡수하기 위해서는 두꺼운 층을 형성하여야 하고 열처리 등을 통한 결정화 공정을 추가하여야 하기 때문에, 상술한 구조의 탠덤형 태양전지의 제조는 생산성 하락과 생산단가의 증가라는 문제점을 갖는다.
따라서, 본 발명의 목적은 보다 광범위한 영역의 빛을 흡수할 수 있을 뿐만 아니라 향상된 개방전압 성능을 나타내며 저비용으로 간단하게 대량 생산가능한 탠덤형 태양전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
태양전지의 광활성층(active layer)을 구성하는 물질이 비정질 실리콘인 비정질 실리콘 태양전지(amorphous silicon solar cells)와,
태양전지의 광활성층을 구성하는 물질이 유기물인 유기 태양전지(organic solar cells)를 전기적으로 직렬연결된 적층된 형태로 포함하는,
탠덤형 태양전지를 제공한다.
본 발명에 따른 탠덤형 태양전지는, 재료와 공정 비용이 저렴하다는 장점을 갖지만 태양광의 장파장 영역을 활용하지 못한다는 단점을 갖는 비정질 실리콘 태양전지의 한계를 극복하기 위해, 재료 원가가 낮고 제작 공정이 간단하면서도 장파장 영역의 흡수가 가능한 유기 태양전지를 비정질 실리콘 태양전지와 적층된 형태로 포함함으로써 보다 광범위한 영역의 빛을 흡수할 수 있을 뿐만 아니라 향상된 개방전압 성능을 나타낼 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 탠덤형 태양전지는 제조공정이 간단하여 저비용 대량 생산이 가능하다는 장점을 갖는다.
도 1은 비정질 실리콘 태양전지의 일반적인 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 유기 태양전지의 일반적인 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 비정질 실리콘 태양전지와 유기 태양전지가 적층된 본 발명의 바람직한 일실시양태에 따른 탠덤형 태양전지의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 실시예 1 및 2, 및 비교예 1 및 2에서 제조된 태양전지의 AM 1.5 광 조사 조건하에서의 전류-전압 측정 결과이다 (단, 비교예 2의 경우는 AM 1.5 광 조사 조건하에서 비정질 실리콘 샘플을 통과한 광을 조사하여 측정한 결과이다).
도 5는 실시예 2, 및 비교예 1 및 2에서 제조된 태양전지의 입사 광자-전류 변환효율(IPCE) 측정 결과이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 유리기판
20: 투명전극층
30: p형 비정질 실리콘층
40: i형 비정질 실리콘층
50: n형 비정질 실리콘층
60: 금속전극층
70: 정공수송층 (hole transporting layer)
80: 유기 광활성층
90: 전자수송층 (electron transporting layer)
도 2는 유기 태양전지의 일반적인 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 비정질 실리콘 태양전지와 유기 태양전지가 적층된 본 발명의 바람직한 일실시양태에 따른 탠덤형 태양전지의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 실시예 1 및 2, 및 비교예 1 및 2에서 제조된 태양전지의 AM 1.5 광 조사 조건하에서의 전류-전압 측정 결과이다 (단, 비교예 2의 경우는 AM 1.5 광 조사 조건하에서 비정질 실리콘 샘플을 통과한 광을 조사하여 측정한 결과이다).
도 5는 실시예 2, 및 비교예 1 및 2에서 제조된 태양전지의 입사 광자-전류 변환효율(IPCE) 측정 결과이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 유리기판
20: 투명전극층
30: p형 비정질 실리콘층
40: i형 비정질 실리콘층
50: n형 비정질 실리콘층
60: 금속전극층
70: 정공수송층 (hole transporting layer)
80: 유기 광활성층
90: 전자수송층 (electron transporting layer)
본 발명에 따른 탠덤형 태양전지는 비정질 실리콘 광활성층을 갖는 비정질 실리콘 태양전지와 유기 광활성층을 갖는 유기 태양전지를 전기적으로 직렬연결된 적층된 형태로 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 비정질 실리콘 태양전지는 단파장 영역의 빛을 흡수하고 상기 유기 태양전지는 장파장 영역의 빛을 흡수하므로, 본 발명의 탠덤형 태양전지는 보다 넓은 파장 영역의 빛을 흡수할 수 있다.
바람직한 일실시예로서, 본 발명에 따른 탠덤형 태양전지가 유리기판, 투명전극층, p형 비정질 실리콘층, i형 비정질 실리콘층, n형 비정질 실리콘층, 정공수송층, 유기 광활성층 및 금속전극층을 순차적으로 적층된 형태로 포함하는 구조를 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 탠덤형 태양전지는 상기 유기 광활성층과 상기 금속전극층 사이에 전자수송층을 추가로 포함할 수 있으며, 상기 n형 비정질 실리콘층과 상기 정공수송층 사이에 금속물질 재결합층(recombination layer)을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시양태에 따른 탠덤형 태양전지의 구조를 도 3에 나타내었다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 탠덤형 태양전지는 유리기판(10), 투명전극층(20), p형 비정질 실리콘층(30), i형 비정질 실리콘층(40), n형 비정질 실리콘층(50), 정공수송층(70), 유기 광활성층(80), 전자수송층(90) 및 금속전극층(60)을 순차적으로 적층된 형태로 구비할 수 있다.
상기 태양전지 구성층들은 통상적인 재질 및 두께로 이루어질 수 있으며, 통상적인 방법에 의해 형성될 수 있다.
예컨대, 정공수송층 또는 전자수송층은 타이타늄(Ti)산화물, 지르코늄(Zr)산화물, 스트론튬(Sr)산화물, 아연(Zn)산화물, 인듐(In)산화물, 란타늄(La)산화물, 바나듐(V)산화물, 몰리브덴(Mo)산화물, 텅스텐(W)산화물, 주석(Sn)산화물, 나이오븀(Nb)산화물, 마그네슘(Mg)산화물, 알루미늄(Al)산화물, 이트륨(Y)산화물, 스칸듐(Sc)산화물, 사마륨(Sm)산화물, 갈륨(Ga)산화물, 스트론튬-타이타늄(Sr-Ti)산화물, 플루오르화리튬(LiF), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate), PEDOT:PSS), 폴리아닐린(polyaniline), 및 폴리피롤(polypyrrole)로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택된 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 금속물질 재결합층은 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 구리(Cu)로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택된 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 탠덤형 태양전지 제작을 위해서는 우선 유리기판을 준비한다. 상기 유리기판 위에 투명전극층으로서 인듐-주석 산화물(indium-tin oxide, ITO)층을 스퍼터링 방법으로 형성할 수 있다. 이때 ITO는 투명전도성 산화물(transparent conducting oxide, TCO)의 한 예로서, 불소-도핑된 주석 산화물(fluorine-doped tin oxide, FTO)을 투명전극층에 사용할 수도 있다. 태양광이 유리기판 쪽에서 입사되므로 유리기판과 투명전극층은 투명도가 높은 것이 좋다. 상기 ITO 전극층 위에 p형 비정질 실리콘층을 플라스마화학기상증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 방법으로 형성할 수 있다. 상기 p형 비정질 실리콘층 위에 i형 비정질 실리콘층을 PECVD 방법으로 형성할 수 있으며, 이어서, 상기 i형 비정질 실리콘층 위에 n형 비정질 실리콘층을 PECVD 방법으로 형성할 수 있다. 비정질 실리콘으로는 a-Si:H로 표현되는 수소화된 비정질 실리콘을 이용할 수 있다. i형(intrinsic) 비정질 실리콘은 불순물이 첨가되지 않은 상태를 의미하며, p형(positive)과 n형(negative)은 비정질 실리콘에 불순물을 첨가하여 도핑된 상태를 뜻한다. p형 비정질 실리콘을 형성하기 위해서는 3가 원소인 붕소, 칼륨 등을 첨가하고, n형 비정질 실리콘을 형성하기 위해서는 5가 원소인 인, 비소, 안티몬 등을 첨가할 수 있다. 상기 n형 비정질 실리콘층 위에 정공수송층을 진공증착법 (thermal evaporation)이나 스핀코팅(spin-coating) 방법으로 형성할 수 있다. 그 다음, 상기 정공수송층 위에 유기 광활성층을 스핀코팅(spin-coating) 방법으로 형성하고, 이어서, 상기 유기 광활성층 위에 전자수송층을 스핀코팅 방법으로 형성할 수 있다. 마지막으로, 상기 전자수송층 위에 금속전극을 진공증착법으로 형성함으로써 목적하는 탠덤형 태양전지를 제조할 수 있다.
또한, 필요에 따라, 본 발명은 상기 과정을 반복함으로써 이중층 뿐만 아니라 삼중, 사중 이상의 다중 적층형 태양전지의 제작이 가능하다.
이와 같이, 본 발명에 따른 탠덤형 태양전지는, 재료와 공정 비용이 저렴하다는 장점을 갖지만 태양광의 장파장 영역을 활용하지 못한다는 단점을 갖는 비정질 실리콘 태양전지의 한계를 극복하기 위해, 재료 원가가 낮고 제작 공정이 간단하면서도 장파장 영역의 흡수가 가능한 유기 태양전지를 비정질 실리콘 태양전지와 적층된 형태로 포함함으로써 보다 광범위한 영역의 빛을 흡수할 수 있을 뿐만 아니라 향상된 개방전압 성능을 나타낼 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 탠덤형 태양전지는 제조공정이 간단하여 저비용 대량 생산이 가능하다는 장점을 갖는다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀더 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 제한되는 것은 아니다.
실시예 1 : 정공수송층으로서 PEDOT:PSS가 사용된 탠덤형 태양전지
우선, 투명전극층으로서 인듐-주석 산화물(ITO)층이 200 nm 두께로 형성된 유리기판을 준비하였다. ITO가 코팅된 유리기판을 이소프로필알콜(IPA)로 10분, 아세톤으로 10분, 그리고 다시 IPA로 10분 동안 고주파음(ultra-sonication)으로 분해하여 세척하고, 80℃ 진공 하에서 10분간 건조시킨 후, 20분간 오존 처리를 하여 ITO층이 형성된 유리기판을 세척하였다.
다음으로 ITO 투명전극층 위에, 플라스마화학기상증착법 (PECVD) 방법을 이용하여 p형 비정질 실리콘층을 5 nm 두께로 형성하고, p형 비정질 실리콘층 위에 i형 비정질 실리콘층을 120 nm 두께로 형성하였으며, i형 비정질 실리콘층 위에 n형 비정질 실리콘층을 25 nm 두께로 순차적으로 형성하였다.
이어서, 상기 n형 비정질 실리콘층 위에, 수용액 상태의 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS, CLEVIOS, AI4083)를 메탄올과 1:1의 부피비로 혼합한 용액을 4000 rpm에서 40초 동안 스핀코팅하여 30 nm 두께의 정공수송층을 형성하였다. PEDOT:PSS층의 여분의 용매를 증발시키기 위하여 110℃에서 10분 동안 건조시킨 후, 폴리[2,6-(4,4-비스-(2-에틸헥실)-4H-사이클로펜타[2,1-b;3,4-b']-디티오펜)-알트(alt)-4,7-(2,1,3-벤조티아디아졸)](PCPDTBT)과 [6,6]-페닐-C71-부티르산 메틸 에스테르(PC71BM, Nano-C)를 1:4의 중량비로 클로로벤젠 (chlorobenzene, Aldrich)에 녹인 용액을 2000 rpm에서 스핀코팅하여 약 70 nm 두께의 유기 광활성층을 형성하였다. 이어서, 나노입자 형태로 합성된 산화티타늄(TiO2)이 0.5 중량%의 농도로 부탄올(1-butanol, Aldrich)에 분산된 용액을 상기 유기 광활성층 위에 800 rpm에서 스핀코팅하여 약 20 nm 두께의 전자수송층을 형성하였다. 그 다음, 진공증착기(thermal evaporator, 대동하이텍)를 사용하여 10-6 torr (1 torr = 133.3 Pa) 이하의 고진공 상태에서 100 nm 두께의 알루미늄 금속전극층을 증착하여 탠덤형 태양전지를 제조하였다. 이때 증착되는 알루미늄은 스테인레스 소재의 쉐도우 마스크 (shadow mask)를 이용하여 선택적으로 증착되도록 하여, ITO전극과 알루미늄 전극이 포개어지는 면적에 의해 태양전지의 면적(active area)이 정의되도록 하였다.
실시예 2 : 정공수송층으로서 MoO3가 사용된 탠덤형 태양전지
n형 비정질 실리콘층 위에 형성되는 정공수송층의 물질로서 PEDOT:PSS 대신 MoO3를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 탠덤형 태양전지를 제조하였다. MoO3 정공수송층은 진공증착법을 사용하여 약 3.5 nm 두께로 형성하였다.
비교예 1 : 단일 비정질 실리콘 태양전지
본 발명에 따른 직렬연결된 탠덤형 태양전지에 대한 개방전압 향상의 정도를 비교하기 위하여, 종래의 단일 광활성층 구조의 비정질 실리콘 태양전지를 제작하였다. 제작 과정은 실시예 1에서 보여준 바와 동일하게 ITO 투명전극층 위에 p형, n형 및 i형 비정질 실리콘층을 PECVD 방법을 이용하여 순차적으로 형성하였다. 이어서, n형 비정질 실리콘층 위에 진공증착법으로 알루미늄 금속전극층을 100 nm 두께로 형성함으로써 단일 비정질 실리콘 태양전지를 제작하였다.
비교예 2 : 단일 유기 태양전지
본 발명에 따른 직렬연결된 탠덤형 태양전지의 효율을 비교하기 위하여, 종래의 단일 광활성층 구조의 유기 태양전지를 제작하였다. 제작 과정은 ITO 투명전극층 위에 MoO3 정공수송층을 3.5 nm 두께로 진공증착법을 이용하여 형성하였다. 이어서, 실시예 1에서와 동일하게, PCPDTBT와 PC71BM의 1:4 중량비 혼합용액을 70 nm 두께로 스핀코팅하여 유기 광활성층을 형성하였다. 그 다음 0.5 중량%의 농도로 부탄올에 녹아있는 TiO2 나노입자를 스핀코팅하여 약 20 nm 두께의 전자수송층을 형성하고, 진공증착법으로 100 nm 두께의 알루미늄 금속전극층을 증착함으로써 단일 유기 태양전지를 제작하였다. 단, 효율 측정시 실제 탠덤형 태양전지의 구조와 동일한 조건하에서 측정하기 위해 금속전극층이 형성되지 않은 단일 비정질 실리콘 샘플에 의해 흡수되고 남은 빛만을 단일 유기 태양전지에 입사하도록 하여 측정하였다.
실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에서 제작된 태양전지 소자의 특성을 측정하여 그 결과를 도 4 및 표 1에 나타내었다. 변환 효율의 측정은 1.5AM 100mW/㎠의 솔라 시뮬레이터(Xe 램프[2500W], AM1.5 필터(filter), 및 Keithley model2400으로 구성됨)를 이용하였다.
도 4의 그래프에서, 전류밀도(current density)는 변환 효율 곡선의 Y축 값이고, 전압은 변환 효율 곡선의 X축 값이며, 광전류밀도(JSC) 및 개방전압(VOC)은 각 축의 절편값이다.
도 4와 표 1에서, 전력(power, 전류밀도와 전압의 곱)이 최대가 되는 점(maximum power point, MPP)에서의 전류밀도와 전압을 각각 Jmax와 Vmax라고 할 때, 충진계수(fill factor, FF)는 Jmax와 Vmax의 곱에 대한 JSC와 VOC의 곱에 대한 비율의 백분율로 계산된다.
| 광전류밀도(JSC) (mAcm-2) |
개방전압(VOC) (mV) |
충진계수(FF) (%) |
효율 (%) | |
| 실시예 1 | 3.83 | 1491.2 | 33.99 | 1.94 |
| 실시예 2 | 2.88 | 1501.4 | 42.19 | 1.83 |
| 비교예 1 | 7.43 | 895.2 | 73.15 | 4.87 |
| 비교예 2 | 2.14 | 616.1 | 42.09 | 0.55 |
도 4 및 표 1로부터 알 수 있듯이, 실시예 1 및 2에서 제작된 탠덤형 태양전지는 비교예 1 및 2의 단일 태양전지에서 보여지는 각각의 VOC의 합에 근접한 값을 보인다. 이는 각각의 단일 태양전지들이 전기적으로 직렬연결되어 성공적으로 탠덤형 태양전지를 구현하고 있다는 것을 나타낸다. 특히 실시예 2에서 제작된 탠덤형 태양전지는 개방전압과 충진계수가 실시예 1에서 제작된 탠덤형 태양전지 보다 높은 값을 보인다. 이러한 현상은 PEDOT:PSS를 정공수송층으로 이용하였을 시, n형 비정질 실리콘층과 정공수송층의 계면에서 효과적인 전하수송 및 재결합이 방해받는 데에서 기인한다. 이 결과는 비정질 실리콘 태양전지와 유기 태양전지를 이용하여 탠덤형 태양전지로 제작시 계면에서 이루어지는 전하수송이 성공적인 탠덤형 태양전지 제작에 있어서 매우 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다. PEDOT:PSS에 비해 MoO3가 무기물인 비정질 실리콘 태양전지와 친화력이 우수하여 MoO3 정공수송층을 사용할 경우 제한전지(limiting cell)의 충진계수와 거의 같은 탠덤형 태양전지의 충진계수를 얻을 수 있었다.
또한, 실시예 2와 비교예 1, 2에 의해 제조된 태양전지의 입사 광자-전류 변환 효율(IPCE) 측정 결과를 도 5에 나타내었다 ((a)는 비교예 1과 2에서 제조된 단일 태양전지의 IPCE 결과이고, (b)는 실시예 2에서 제조된 탠덤형 태양전지에 부가적으로 바이어스 빛(bias light)을 조사하여 얻은 결과이다). 이 결과에서, 빛의 파장이 750 nm 이상인 바이어스 빛을 가해주면 유기 태양전지에 의해 흡수되는 파장영역에 해당하므로 유기 태양전지는 계속해서 전하를 발생 및 전달할 수 있는 상태에 있으면서 실제 IPCE 결과는 비정질 실리콘 태양전지에 의해 발생되는 전류가 측정되고, 반대로 빛의 파장이 750 nm 이하인 바이어스 빛을 가해주면 유기 태양전지에 의해 발생되는 전류가 측정된다. IPCE 결과에서 보면, 비정질 실리콘 태양전지는 300 nm부터 650 nm까지 빛을 흡수하여 광전류로 변환시키며, 비정질 실리콘 태양전지의 광투과도는 500 nm에서부터 증가하므로 이 비정질 실리콘 태양전지를 통과한 빛은 유기 태양전지에 의해 500 nm부터 900 nm까지의 파장 영역에서 흡수되어 광전류로 변환된다. 이 두 가지의 태양전지를 이용하여 탠덤형 태양전지를 제조한 경우 더 넓은 파장영역에서 빛을 흡수하여 광전류로 변환됨을 알 수 있다.
Claims (7)
- 태양전지의 광활성층(active layer)을 구성하는 물질이 비정질 실리콘인 비정질 실리콘 태양전지(amorphous silicon solar cells)와,
태양전지의 광활성층을 구성하는 물질이 유기물인 유기 태양전지(organic solar cells)를 전기적으로 직렬연결된 적층된 형태로 포함하는,
탠덤형 태양전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 탠덤형 태양전지가 유리기판, 투명전극층, p형 비정질 실리콘층, i형 비정질 실리콘층, n형 비정질 실리콘층, 정공수송층, 유기 광활성층 및 금속전극층을 순차적으로 적층된 형태로 포함하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 탠덤형 태양전지. - 제 2 항에 있어서,
상기 탠덤형 태양전지가 유기 광활성층과 금속전극층 사이에 전자수송층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 탠덤형 태양전지. - 제 2 항에 있어서,
상기 탠덤형 태양전지가 n형 비정질 실리콘층과 정공수송층 사이에 금속물질 재결합층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 탠덤형 태양전지. - 제 2 항에 있어서,
상기 정공수송층이 타이타늄(Ti)산화물, 지르코늄(Zr)산화물, 스트론튬(Sr)산화물, 아연(Zn)산화물, 인듐(In)산화물, 란타늄(La)산화물, 바나듐(V)산화물, 몰리브덴(Mo)산화물, 텅스텐(W)산화물, 주석(Sn)산화물, 나이오븀(Nb)산화물, 마그네슘(Mg)산화물, 알루미늄(Al)산화물, 이트륨(Y)산화물, 스칸듐(Sc)산화물, 사마륨(Sm)산화물, 갈륨(Ga)산화물, 스트론튬-타이타늄(Sr-Ti)산화물, 플루오르화리튬(LiF), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate), PEDOT:PSS), 폴리아닐린(polyaniline), 및 폴리피롤(polypyrrole)로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택된 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탠덤형 태양전지. - 제 3 항에 있어서,
상기 전자수송층이 타이타늄(Ti)산화물, 지르코늄(Zr)산화물, 스트론튬(Sr)산화물, 아연(Zn)산화물, 인듐(In)산화물, 란타늄(La)산화물, 바나듐(V)산화물, 몰리브덴(Mo)산화물, 텅스텐(W)산화물, 주석(Sn)산화물, 나이오븀(Nb)산화물, 마그네슘(Mg)산화물, 알루미늄(Al)산화물, 이트륨(Y)산화물, 스칸듐(Sc)산화물, 사마륨(Sm)산화물, 갈륨(Ga)산화물, 스트론튬-타이타늄(Sr-Ti)산화물, 플루오르화리튬(LiF), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate), PEDOT:PSS), 폴리아닐린(polyaniline), 및 폴리피롤(polypyrrole)로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택된 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탠덤형 태양전지. - 제 4 항에 있어서,
상기 금속물질 재결합층이 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 구리(Cu)로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택된 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탠덤형 태양전지.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100075911A KR101117127B1 (ko) | 2010-08-06 | 2010-08-06 | 비정질 실리콘 태양전지와 유기 태양전지를 이용한 탠덤형 태양전지 |
| US13/810,553 US20130118567A1 (en) | 2010-08-06 | 2011-08-05 | Tandem solar cell using amorphous silicon solar cell and organic solar cell |
| CN2011800386073A CN103140935A (zh) | 2010-08-06 | 2011-08-05 | 使用非晶硅太阳能电池和有机太阳能电池的串联太阳能电池 |
| PCT/KR2011/005742 WO2012018237A2 (en) | 2010-08-06 | 2011-08-05 | Tandem solar cell using amorphous silicon solar cell and organic solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100075911A KR101117127B1 (ko) | 2010-08-06 | 2010-08-06 | 비정질 실리콘 태양전지와 유기 태양전지를 이용한 탠덤형 태양전지 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120013731A true KR20120013731A (ko) | 2012-02-15 |
| KR101117127B1 KR101117127B1 (ko) | 2012-02-24 |
Family
ID=45559934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020100075911A KR101117127B1 (ko) | 2010-08-06 | 2010-08-06 | 비정질 실리콘 태양전지와 유기 태양전지를 이용한 탠덤형 태양전지 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20130118567A1 (ko) |
| KR (1) | KR101117127B1 (ko) |
| CN (1) | CN103140935A (ko) |
| WO (1) | WO2012018237A2 (ko) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101380838B1 (ko) * | 2012-06-27 | 2014-04-14 | 한국기계연구원 | 귀금속나노입자가 분산된 중간층을 포함하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법 |
| WO2015064862A1 (ko) * | 2013-11-01 | 2015-05-07 | 서울대학교 산학협력단 | 연결 유닛을 포함하는 적층형 유기태양전지 |
| KR101535000B1 (ko) * | 2014-01-07 | 2015-07-08 | 성균관대학교산학협력단 | 유무기 하이브리드 적층형 태양전지 |
| KR101534767B1 (ko) * | 2013-11-01 | 2015-07-09 | 서울대학교산학협력단 | 연결 유닛을 포함하는 적층형 유기태양전지 |
| KR20150084702A (ko) * | 2015-05-22 | 2015-07-22 | 경희대학교 산학협력단 | 유기 전자소자, 태양전지 및 그의 제조방법 |
| US10797192B2 (en) | 2014-03-17 | 2020-10-06 | University-Industry Cooperation Group Of Kyung Hee University | P-type amorphous oxide semiconductor including gallium, method of manufacturing same, and solar cell including same and method of manufacturing said solar cell |
| KR20210058043A (ko) * | 2019-11-13 | 2021-05-24 | 고려대학교 산학협력단 | 태양전지 및 이를 포함하는 태양전지 모듈 |
| KR20210062127A (ko) | 2019-11-20 | 2021-05-31 | 한국재료연구원 | 하이브리드 태양전지 모듈 및 이를 포함하는 발광장치 |
| WO2022139342A1 (ko) * | 2020-12-24 | 2022-06-30 | 한화솔루션 주식회사 | 태양전지의 제조방법 및 그로부터 제조된 태양전지 |
| WO2022260332A1 (ko) * | 2021-06-10 | 2022-12-15 | 성균관대학교산학협력단 | 페로브스카이트 광전소자 및 이의 제조방법 |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10205042B2 (en) * | 2012-01-26 | 2019-02-12 | Fundació Institut De Ciències Fotòniques | Photoconversion device with enhanced photon absorption |
| KR101386076B1 (ko) * | 2012-06-20 | 2014-04-24 | 한국기계연구원 | 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법 |
| KR101304573B1 (ko) * | 2012-06-20 | 2013-09-05 | 한국기계연구원 | 유·무기 복합 탠덤 태양전지의 광전변환효율을 향상시키는 방법 |
| KR101389381B1 (ko) * | 2012-09-26 | 2014-05-07 | 한국기계연구원 | 수명이 향상된 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법 |
| DE102012022745B4 (de) | 2012-11-21 | 2021-03-18 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Tandem-Dünnschicht-Solarzelle |
| CN103178211B (zh) * | 2013-03-28 | 2015-06-10 | 武汉大学 | MoO3/MoS2复合薄膜作为阳极界面层的有机太阳能电池及其制备方法 |
| CN104716261A (zh) * | 2013-12-13 | 2015-06-17 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种吸收光谱互补的硅薄膜/有机叠层薄膜太阳能电池 |
| CN103811187B (zh) * | 2014-03-05 | 2016-05-11 | 南昌航空大学 | 一种稀土共掺杂晶态发光材料的制备及其在杂化太阳电池中的应用 |
| CN106299126A (zh) * | 2015-06-08 | 2017-01-04 | 南开大学 | 非晶硅薄膜电子传输层结构的钙钛矿电池及其制备方法 |
| US10079189B2 (en) * | 2016-06-08 | 2018-09-18 | The Trustees Of Princeton University | P-type transparent conducting nickel oxide alloys |
| CN107706248A (zh) * | 2017-06-21 | 2018-02-16 | 吉林师范大学 | 一种硅纳米结构异质结太阳电池及其制备方法 |
| CN108899421B (zh) * | 2018-06-26 | 2022-01-04 | 暨南大学 | 一种全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用 |
| CN111341915B (zh) * | 2020-05-19 | 2020-09-01 | 季华实验室 | 有机晶体太阳能电池器件的制备方法和光电设备 |
| CN115274767B (zh) * | 2022-04-01 | 2023-04-07 | 国家电投集团科学技术研究院有限公司 | 叠层太阳能电池 |
| CN116887652B (zh) * | 2023-09-07 | 2023-11-24 | 南开大学 | 一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池及其制备方法 |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4208281B2 (ja) * | 1998-02-26 | 2009-01-14 | キヤノン株式会社 | 積層型光起電力素子 |
| SG176316A1 (en) * | 2001-12-05 | 2011-12-29 | Semiconductor Energy Lab | Organic semiconductor element |
| WO2005011002A1 (ja) * | 2003-07-24 | 2005-02-03 | Kaneka Corporation | シリコン系薄膜太陽電池 |
| JP4627528B2 (ja) * | 2004-03-29 | 2011-02-09 | 三井化学株式会社 | 新規化合物、および該化合物を用いた有機エレクトロニクス素子 |
| KR101030008B1 (ko) * | 2004-12-31 | 2011-04-20 | 삼성모바일디스플레이주식회사 | 유기 전계 발광 소자 |
| KR20070035341A (ko) * | 2005-09-27 | 2007-03-30 | 삼성전자주식회사 | 간극을 채운 반도체 나노결정층을 함유하는 발광소자 및 그제조방법 |
| KR20070101917A (ko) * | 2006-04-12 | 2007-10-18 | 엘지전자 주식회사 | 박막형 태양전지와 그의 제조방법 |
| US20080135083A1 (en) * | 2006-12-08 | 2008-06-12 | Higher Way Electronic Co., Ltd. | Cascade solar cell with amorphous silicon-based solar cell |
| ATE498203T1 (de) | 2007-07-23 | 2011-02-15 | Basf Se | Photovoltaische tandem-zelle |
| US8529795B2 (en) * | 2007-08-22 | 2013-09-10 | Gwangju Institute Of Science And Technology | Wet-processible metal oxide solution, method of using the same, and organic photovoltaic cell of using the same |
| WO2009056626A1 (en) * | 2007-10-31 | 2009-05-07 | Basf Se | Use of halogenated phthalocyanines |
| EP2075850A3 (en) * | 2007-12-28 | 2011-08-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co, Ltd. | Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof |
| KR20090123739A (ko) * | 2008-05-28 | 2009-12-02 | 광주과학기술원 | 유무기 태양전지 및 이의 제조 방법 |
| US20090308456A1 (en) * | 2008-06-13 | 2009-12-17 | Interuniversitair Microelektronica Centrum (Imec) | Photovoltaic Structures and Method to Produce the Same |
| US20100084011A1 (en) * | 2008-09-26 | 2010-04-08 | The Regents Of The University Of Michigan | Organic tandem solar cells |
| US20100319765A1 (en) * | 2009-06-17 | 2010-12-23 | Korea University Research And Business Foundation | Photovoltaic devices |
| KR101018319B1 (ko) * | 2009-08-24 | 2011-03-04 | 성균관대학교산학협력단 | 유무기 복합 적층형 태양전지의 제조방법 |
-
2010
- 2010-08-06 KR KR1020100075911A patent/KR101117127B1/ko active IP Right Grant
-
2011
- 2011-08-05 CN CN2011800386073A patent/CN103140935A/zh active Pending
- 2011-08-05 US US13/810,553 patent/US20130118567A1/en not_active Abandoned
- 2011-08-05 WO PCT/KR2011/005742 patent/WO2012018237A2/en active Application Filing
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101380838B1 (ko) * | 2012-06-27 | 2014-04-14 | 한국기계연구원 | 귀금속나노입자가 분산된 중간층을 포함하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법 |
| WO2015064862A1 (ko) * | 2013-11-01 | 2015-05-07 | 서울대학교 산학협력단 | 연결 유닛을 포함하는 적층형 유기태양전지 |
| KR101534767B1 (ko) * | 2013-11-01 | 2015-07-09 | 서울대학교산학협력단 | 연결 유닛을 포함하는 적층형 유기태양전지 |
| KR101535000B1 (ko) * | 2014-01-07 | 2015-07-08 | 성균관대학교산학협력단 | 유무기 하이브리드 적층형 태양전지 |
| US10797192B2 (en) | 2014-03-17 | 2020-10-06 | University-Industry Cooperation Group Of Kyung Hee University | P-type amorphous oxide semiconductor including gallium, method of manufacturing same, and solar cell including same and method of manufacturing said solar cell |
| KR20150084702A (ko) * | 2015-05-22 | 2015-07-22 | 경희대학교 산학협력단 | 유기 전자소자, 태양전지 및 그의 제조방법 |
| KR20210058043A (ko) * | 2019-11-13 | 2021-05-24 | 고려대학교 산학협력단 | 태양전지 및 이를 포함하는 태양전지 모듈 |
| US11799050B2 (en) | 2019-11-13 | 2023-10-24 | Korea University Research And Business Foundation | Solar cell and solar cell module including the same |
| KR20210062127A (ko) | 2019-11-20 | 2021-05-31 | 한국재료연구원 | 하이브리드 태양전지 모듈 및 이를 포함하는 발광장치 |
| WO2022139342A1 (ko) * | 2020-12-24 | 2022-06-30 | 한화솔루션 주식회사 | 태양전지의 제조방법 및 그로부터 제조된 태양전지 |
| WO2022260332A1 (ko) * | 2021-06-10 | 2022-12-15 | 성균관대학교산학협력단 | 페로브스카이트 광전소자 및 이의 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2012018237A3 (en) | 2012-05-10 |
| KR101117127B1 (ko) | 2012-02-24 |
| CN103140935A (zh) | 2013-06-05 |
| US20130118567A1 (en) | 2013-05-16 |
| WO2012018237A2 (en) | 2012-02-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101117127B1 (ko) | 비정질 실리콘 태양전지와 유기 태양전지를 이용한 탠덤형 태양전지 | |
| Ajayan et al. | A review of photovoltaic performance of organic/inorganic solar cells for future renewable and sustainable energy technologies | |
| Kim et al. | Photovoltaic technologies for flexible solar cells: beyond silicon | |
| CN110600614B (zh) | 一种钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池的隧穿结结构 | |
| US20180309077A1 (en) | Solar Cell Comprising an Oxide-Nanoparticle Buffer Layer and Method of Fabrication | |
| US20120312375A1 (en) | All-Solid-State Heterojunction Solar Cell | |
| KR101389381B1 (ko) | 수명이 향상된 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| Fan et al. | Delayed annealing treatment for high-quality CuSCN: exploring its impact on bifacial semitransparent nip planar perovskite solar cells | |
| KR20130133156A (ko) | 등급화된 재결합 층에 의해 분리된 다중 접합부들을 갖는 광전지 디바이스들 | |
| KR20110133717A (ko) | 유기 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101380838B1 (ko) | 귀금속나노입자가 분산된 중간층을 포함하는 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| US20110139252A1 (en) | Inverted organic solar cell and method for manufacturing the same | |
| KR101386076B1 (ko) | 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| WO2019243864A1 (en) | Organic solar module and/or fabrication method | |
| KR101448041B1 (ko) | 배리어층이 형성된 유기 박막 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR101701670B1 (ko) | 산소와 할로겐 원자로 개질 된 n형 반도체를 갖는 페로브스카이트 태양전지 및 그 제조방법 | |
| KR20140012224A (ko) | 투명 전도성 중간층을 포함하는 적층형 태양전지 및 그 제조방법 | |
| KR101791801B1 (ko) | 칼코겐원소로 개질된 n형 반도체를 갖는 페로브스카이트 태양전지 및 그 제조방법 | |
| US20220199845A1 (en) | Architecture for Efficient Monolithic Bifacial Perovskite-CdSeTe Tandem Thin Film Solar Cells and Modules | |
| KR102286258B1 (ko) | 페로브스카이트 구조의 물질층의 상부 및 하부 양면에 형성된 초박막 폴리머 박막층을 구비하는 태양 전지, 정구조의 태양전지, 역구조의 태양전지, 반도체 소자 및 이의 제조방법 | |
| KR101206758B1 (ko) | 이종 적층형 박막 태양전지 및 그 제조방법 | |
| Kothandapani et al. | Optimization of Cu2O and CuSCN as HTL of planar perovskite solar cells via numerical simulation | |
| Laalioui | Perovskite-Based Solar Cells: From Fundamentals to Tandem Devices | |
| KR101316096B1 (ko) | 중간층이 삽입된 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR101434028B1 (ko) | 소자 분할을 통해 성능이 향상된 유기 광전변환 모듈을 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 유기 광전변환모듈 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150205 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160127 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170125 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190201 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20200203 Year of fee payment: 9 |