KR20120046362A - 태양 전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 반도체층 상에 엠보(Embo)층을 형성하여 태양광의 경로를 증가시켜 태양 전지의 효율을 증가시킬 수 있는 태양 전지할 수 있는 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 기판 상에 요철 표면을 갖는 제 1 전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 전극 상에 화학 기상 증착 공정(Chemical Vapor Deposition; CVD)으로 반도체층을 형성하는 단계; 상기 반도체층 상에 화학 기상 증착 공정으로 엠보(Embo)층을 형성하는 단계; 및 상기 엠보층 상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 태양 전지에 관한 것으로 특히, 반도체층 상에 엠보(Embo)층을 형성하여 광 효율을 증가시킬 수 있는 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 환경에 대한 관심이 높아지면서, 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없는 태양 전지에 대한 관심이 높아지고 있다.
태양 전지는 태양광의 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 것으로, 상기 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 반도체층 내에서 정공 및 전자가 발생한다.
상기 반도체층은 P(Positive)형 반도체와 N(Negative)형 반도체를 접합시킨 PN 구조 또는, P형 반도체와 N형 반도체 사이에 진성 반도체 재질의 광 흡수층인 I(Intrinsic)형 반도체를 삽입한 PIN 구조이며, PN접합에서 발생한 전기장에 의해 상기 정공은 P형 반도체 쪽으로, 상기 전자는 N형 반도체 쪽으로 이동하고, 상기 P형 반도체 및 N형 반도체상에 형성된 전극을 통해 전자 또는 정공이 외부 회로로 흘러 전류가 발생된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 일반적인 태양 전지를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 태양 전지의 단면도이다.
도 1과 같이, 일반적인 태양 전지는, 기판(100), 상기 기판(100) 상에 형성된 제 1 전극(110), 상기 제 1 전극(110) 상에 형성된 반도체층(120), 상기 반도체층(120) 상에 형성된 배면 반사층(130), 및 상기 배면 반사층(130) 상에 형성된 제 2 전극(140)으로 이루어진다.
상기 제 1 전극(110)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 등과 같이 태양광이 투과할 수 있도록 투명 전도성 산화물(TCO: Transparent Conductive Oxide)로 형성된다.
상기 제 1 전극(110) 표면에는 요철이 형성되어 있는데, 상기 요철이 태양광의 경로를 증가시켜 태양광이 상기 반도체층(120) 내에 머무는 시간이 길어져 태양전지의 효율을 증가시킬 수 있다.
그리고, 상기 배면 반사층(130)은 상기 제 2 전극(140)을 통해 투과되어 나가는 태양광을 반사시켜 태양광의 경로를 증가시킨다.
그런데, 상기 반도체층(120)은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 공정으로 형성되는 반면, 상기 배면 반사층(130)은 스퍼터링(Sputtering) 공정으로 형성되므로, 상기 배면 반사층(130)을 형성하기 위한 공정 및 장비가 추가로 필요하여 태양 전지의 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 반도체층 상에 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 공정으로 엠보(Embo)층을 형성하여 태양광의 경로를 증가시켜 태양 전지의 효율을 증가시킬 수 있는 태양 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양 전지의 제조 방법은, 기판 상에 요철 표면을 갖는 제 1 전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 전극 상에 화학 기상 증착 공정(Chemical Vapor Deposition; CVD)으로 반도체층을 형성하는 단계; 상기 반도체층 상에 화학 기상 증착 공정으로 엠보(Embo)층을 형성하는 단계; 및 상기 엠보층 상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 반도체층은 상기 제 1 전극과 마찬가지로 요철 표면을 갖는다.
상기 엠보층을 형성하는 단계는, 증착 챔버에 SiH4만을 주입한다.
상기 엠보층을 형성하는 단계는, 상기 SiH4이 Si과 H2로 분해되어 상기 Si이 뭉쳐 상기 반도체층 상에 부착된다.
상기 증착 챔버의 압력이 500mTorr 이하이다.
또한, 동일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양 전지는, 기판 상에 형성된 요철 표면을 갖는 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 형성되고, 요철 표면을 갖는 반도체층; 상기 반도체층 상에 Si으로 형성된 엠보층; 및 상기 엠보층 상에 형성된 제 2 전극을 포함하여 이루어진다.
상기 엠보층은, 증착 챔버에 주입된 SiH4이 분해되어 형성된 Si이 상기 반도체층 상에 부착되어 형성된다.
상기와 같은 본 발명의 태양 전지 및 이의 제조 방법은, 상기와 같은 본 발명의 태양 전지 및 이의 제조 방법은, 반도체층을 형성하는 화학 기상 증착 공정(Chemical Vapor Deposition; CVD)으로 상기 반도체층 상에 엠보(Embo)층을 형성하고, 상기 엠보층이 태양광의 산란을 유도하여 태양 전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
따라서, 배면 반사층을 형성하지 않아도, 엠보(Embo)층이 태양광 경로를 증가시켜 태양 전지의 효율을 향상시킬 수 있으므로, 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 일반적인 태양 전지의 단면도
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 태양 전지의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도
도 3a와 3b는 엠보(Embo)층의 사진
도 4는 본 발명의 태양 전지의 단면도
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 태양 전지의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도
도 3a와 3b는 엠보(Embo)층의 사진
도 4는 본 발명의 태양 전지의 단면도
본 발명은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 공정으로 반도체층과 엠보(Embo)층을 형성하고, 상기 엠보(Embo)층이 태양광의 산란을 유도하여 태양전지의 효율이 향상된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 태양 전지의 제조 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 태양 전지의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이며, 도 3a와 3b는 엠보(Embo)층의 사진이다.
먼저, 도 2a와 같이, 유리 또는 투명한 플라스틱으로 이루어진 기판(200) 상에 투명 전도성 산화물(TCO: Transparent Conductive Oxide)로 이루어진 제 1 전극(210)을 형성한다.
그리고, 태양광의 경로를 증가시켜 태양 전지의 효율을 향상시키기 위해 상기 제 1 전극(210)에 텍스처링(Texturing) 공정을 수행한다.
상기 텍스처링(Texturing) 공정은 습식 공정, 건식 공정, 임프린팅 공정 등으로 상기 제 1 전극(210) 표면에 요철을 형성하는 것으로, 상기 습식 식각 공정은 산(Acid) 용액인 식각액을 이용하는 것이며, 임프린팅(Imprinting) 공정은 몰드(Mold)를 이용하여 요철을 형성하는 것이다.
또한, 상기 요철은 플라즈마를 이용하여 상기 제 1 전극(210) 표면 일부를 제거하는 건식 식각 공정으로도 형성될 수 있다.
도 2b와 같이, 상기 제 1 전극(210)을 포함한 상기 기판(200) 상에 반도체층(220)을 형성한다. 상기 반도체층(220)은 실리콘을 주재료로 하여 형성되는 P형 실리콘층(220a), I형 실리콘층(220b), N형 실리콘층(220c)이 차례로 적층된 구조이다.
상기 반도체층(220)은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 공정으로 형성한다. 상기 화학 기상 증착 공정은 증착 챔버에 반응 가스를 주입하고, 반응 가스에 빛, 열, 플라즈마, 마이크로 웨이브, 전기장 등을 가해 상기 반응가스의 화학 반응으로 형성된 입자들이 상기 반도체층 상에 증착되어 박막을 형성한다.
그리고, 증착 챔버에 주입되는 반응 가스 및 공정 조건을 변경하여 하나의 화학 기상 증착 장치로 P형 실리콘층(220a), I형 실리콘층(220b), N형 실리콘층(220c)을 연속적으로 형성할 수 있다.
먼저, SiH4, H2 및 B2H6를 증착 챔버에 주입하면, 상기 SiH4, H2 및 B2H6의 화학 반응으로 형성된 입자들이 상기 제 1 전극(210) 상에 증착되어 P형 실리콘층(220a)이 형성된다.
그리고, 상기 P형 실리콘층(220a)상에 형성되는 I형 실리콘층(220b)은 증착 챔버에 SiH4과 H2를 주입하여 형성하며, 이어, 증착 챔버에 SiH4, H2 및 PH3을 주입하여 상기 SiH4, H2 및 PH3의 화학 반응으로 형성된 입자들이 상기 I형 실리콘층(220b) 상에 증착되어 N형 실리콘층(220c)이 형성된다.
이때, 상기 반도체층(220)을 구성하는 P형 실리콘층(220a), I형 실리콘층(220b) 및 N형 실리콘층(220c)의 표면도 상기 제 1 전극(210)의 표면과 같이 요철을 갖는다.
한편, 상기 반도체층(220)은 높은 광변환 효율을 갖도록 상기 P형 실리콘층(220a), I형 실리콘층(220b), N형 실리콘층(220c)의 PIN 구조가 두 번 적층된 구조 이거나, 상기 PIN 구조가 세 번 적층된 구조일 수 있다.
이어, 도 2c와 같이, 상기 반도체층(220) 상에 엠보(Embo)층(230)을 형성한다.
상기 엠보(Embo)층(230)은 태양광의 산란을 유도하여 태양광의 경로를 증가시키기 위한 것으로, 상기 반도체층(220)과 같이 화학 기상 증착 공정으로 형성된다.
상기 엠보(Embo)층(230)은 상기 반도체층(220)을 형성한 화학 기상 증착 장치를 이용하며, 증착 챔버에 SiH4만 주입하여 형성할 수 있다.
압력이 500mTorr 이하인 증착 챔버에 SiH4을 주입하면, 상기 SiH4이 Si와 H2로 분해되고, 상기 Si 입자들끼리 뭉쳐 상기 반도체층(220) 상에 부착되어 엠보(Embo)층(230)이 형성된다.
도 3a와 3b를 참조하면, 상기 엠보층(230)은 엠보(Embo) 형상을 가지도록 실리콘 입자들이 뭉쳐 형성된 것으로, 반도체층(220)에서 후술할 제 2 전극(240)을 통해 투과되어 나가는 태양광을 다시 반도체층(220)으로 반사시킴으로써 태양광의 경로를 증가시켜 태양 전지의 효율을 증가시킨다.
이어, 도 2d와 같이, 상기 엠보(Embo)층(230) 상에 알루미늄(Al), 텅스텐(W)과 같은 도전 금속을 증착하여 제 2 전극(250)을 형성한다. 상기 제 2 전극(250)은 MOCVD, e빔(e-beam) 공정 등으로 형성된다.
상술한 바와 같이, 일반적인 태양전지는 태양광의 경로를 증가시키기 위해 반도체층 상에 스퍼터링(Sputtering) 공정으로 배면 반사층을 형성하므로, 배면 반사층을 형성하기 위한 공정 및 장비가 추가로 필요하여 제조 비용이 증가하지만, 본 발명의 태양전지는 반도체층(220)을 형성하는 화학 기상 증착 공정으로 엠보(Embo)층(230)을 형성하므로, 추가적인 장비가 필요 없게 되므로, 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
상기와 같은 제조 방법에 의해 제조된 본 발명의 태양 전지의 구조는 다음과 같다.
도 4은 본 발명의 태양 전지의 단면도이다.
도 4와 같이, 본 발명의 태양 전지는 기판(200), 상기 기판(200) 상에 형성된 제 1 전극(210), 상기 제 1 전극(210) 상에 형성된 반도체층(220), 상기 반도체층(220) 상에 형성된 엠보(Embo)층(230), 그리고 상기 엠보층(230) 상에 형성된 제 2 전극(250)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판(200)은 유리 또는 투명한 플라스틱으로 이루어지며, 상기 기판(200) 상에 형성된 제 1 전극(210)은 태양광이 투과할 수 있도록 ZnO(Zinc Oxide), ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 등과 같은 상기 투명 전도성 산화물로 형성된다.
상기 제 1 전극(210) 표면에 요철이 형성되어 있으며, 상기 요철이 태양광의 경로를 증가시켜, 태양 전지 내부로 입사되는 태양광의 경로를 증가시키고, 후술할 반도체층(220)에 전달되는 태양광이 증가되어 광 효율이 향상된다.
그리고, 요철이 형성된 상기 제 1 전극(210) 상에 반도체층(220)이 형성된다.
상기 제 1 전극(210)이 요철 형태를 가짐에 따라 상기 반도체층(220)도 표면에 요철 형태를 가지며, 상기 반도체층(220)은 P형 실리콘층(220a), I형 실리콘층(220b) 및 N형 실리콘층(220c)이 순차적으로 적층된 PIN 구조이다.
이때, 상기 반도체층(220)을 구성하는 P형 실리콘층(220a), I형 실리콘층(220b) 및 N형 실리콘층(220c)의 표면도 상기 제 1 전극(210)의 표면과 같이 요철을 갖는다.
상기 P형 실리콘층(220a)은 붕소, 갈륨, 인듐 등의 제 3 족 원소인 p형 불순물이 도핑(doping)된 층이며, 상기 I형 실리콘층(220b)은 불순물이 포함되지 않은 유전체층이다. 그리고, 상기 N형 실리콘층(220c)은 인, 질소 등과 같이 n형의 불순물이 도핑된 층이다.
이때, 상기 반도체층(220)은 높은 광변환 효율을 갖도록 상기 P형 실리콘층, I형 실리콘층, N형 실리콘층의 PIN 구조가 두 번 적층된 구조거나, 상기 PIN 구조가 세 번 적층된 구조일 수 있다.
한편, 상기 반도체층(220)은 CuInGaSe 또는 CdTe화합물의 단층으로 형성될 수 있으며, P형 실리콘층(220a)과 N형 실리콘(220c)이 적층된 PN 구조로 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 반도체층(220) 상에 형성된 엠보(Embo)층(230)은 태양광의 산란을 유도하여 태양광의 경로를 증가시키기 위한 것으로, 상기 엠보(Embo)층(230)은 증착 챔버에 주입된 SiH4이 Si와 H2로 분해되고, 상기 Si 입자들끼리 뭉쳐 상기 반도체층(220) 상에 부착되어 형성된 것이다.
이어, 상기 엠보(Embo)층(230) 상에 알루미늄(Al), 텅스텐(W)과 같은 도전 금속으로 제 2 전극(250)이 형성된다.
즉, 본 발명은 일반적인 태양 전지와 같이 반도체층(230) 상에 배면 반사층을 형성하는 대신, 엠보(Embo)층(230)을 형성하여 태양 전지의 효율을 증가시킬 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
200: 기판 210: 제 1 전극
220: 반도체층 230: 엠보(Embo)층
250: 제 2 전극
220: 반도체층 230: 엠보(Embo)층
250: 제 2 전극
Claims (7)
- 기판 상에 요철 표면을 갖는 제 1 전극을 형성하는 단계;
상기 제 1 전극 상에 화학 기상 증착 공정(Chemical Vapor Deposition; CVD)으로 반도체층을 형성하는 단계;
상기 반도체층 상에 화학 기상 증착 공정으로 엠보(Embo)층을 형성하는 단계; 및
상기 엠보층 상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 반도체층은 상기 제 1 전극과 마찬가지로 요철 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 엠보층을 형성하는 단계는, 증착 챔버에 SiH4만을 주입하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 엠보층을 형성하는 단계는, 상기 SiH4이 Si과 H2로 분해되어 상기 Si이 뭉쳐 상기 반도체층 상에 부착되는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 증착 챔버의 압력이 500mTorr 이하인 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 기판 상에 형성된 요철 표면을 갖는 제 1 전극;
상기 제 1 전극 상에 형성되고, 요철 표면을 갖는 반도체층;
상기 반도체층 상에 Si으로 형성된 엠보층; 및
상기 엠보층 상에 형성된 제 2 전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지. - 제 6 항에 있어서,
상기 엠보층은, 증착 챔버에 주입된 SiH4이 분해되어 형성된 Si이 상기 반도체층 상에 부착되어 형성된 것을 특징으로 하는 태양 전지.
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| KR1020100107963A KR20120046362A (ko) | 2010-11-02 | 2010-11-02 | 태양 전지 및 이의 제조 방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200013366A (ko) * | 2018-07-30 | 2020-02-07 | 한국기계연구원 | 홀로그램 태양전지 및 이의 형성방법 |
-
2010
- 2010-11-02 KR KR1020100107963A patent/KR20120046362A/ko not_active Application Discontinuation
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