KR20120067548A - 박막형 태양전지 및 그 응용 제품 - Google Patents

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윤민성
심경진
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은, 기판; 상기 기판 상에 형성된 전면 전극층; 상기 전면 전극층 상에 형성된 반도체층; 및 상기 반도체층 상에 형성된 후면 전극층을 포함하여 이루어지고, 이때, 상기 후면 전극층은 그 두께가 20nm ~ 100nm범위로 형성되어, 상기 후면 전극층을 통해 광이 투과될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지에 관한 것으로서,
본 발명은 후면 전극층의 두께를 최적화함으로써, 종래와 같이 후면 전극층의 소정 영역을 제거하지 않으면서도 태양광이 투과될 수 있는 박막형 태양전지를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 박막형 태양전지는 전지 효율이 저하되지 않으면서도 태양광의 투과량이 증가될 수 있어 건물의 창문 등으로 다양하게 응용이 가능하다.

Description

박막형 태양전지 및 그 응용 제품{Thin film type Solar Cell and Application Product using the same}
본 발명은 태양전지(Solar Cell)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 태양광을 투과시킬 수 있는 박막형 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조로 이루어져 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole)과 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 된다.
이와 같은 태양전지는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다.
기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이고, 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
기판형 태양전지는 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수하기는 하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승되는 단점이 있다. 또한, 기판형 태양전지는 태양광이 투과할 수 없는 반도체 기판을 이용하기 때문에 그 응용에 한계가 있다.
박막형 태양전지는 기판형 태양전지에 비하여 효율이 다소 떨어지기는 하지만, 얇은 두께로 제조가 가능하고 저가의 재료를 이용할 수 있어 제조비용이 감소되는 장점이 있어 대량생산에 적합하다. 또한, 박막형 태양전지는 태양광이 투과할 수 있는 유리 기판을 이용하기 때문에 상기 기판형 태양전지에 비하여 그 응용범위가 넓다.
이하, 도면을 참조로 종래의 박막형 태양전지에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 종래의 박막형 태양전지는, 기판(10), 상기 기판(10) 상에 형성된 전면 전극층(20), 상기 전면 전극층(20) 상에 형성된 반도체층(30), 상기 반도체층(30) 상에 형성된 후면 전극층(40)으로 이루어진다.
이와 같은 종래의 박막형 태양전지는 비록 기판형 태양전지에 비하여 그 응용범위가 넓기는 하지만, 상기 후면 전극층(40)으로 주로 불투명금속을 이용하기 때문에 상기 후면 전극층(40)을 투과할 수 있는 광량은 극히 일부에 불과할 수밖에 없다. 따라서 현재까지는 태양광이 투과하는 박막형 태양전지를 얻기 위해서, 상기 후면 전극층(40)의 소정 영역을 제거하는 방식이 주로 사용되고 있다.
그러나, 그와 같은 방식은 비록 태양광의 투과량이 증가될 수는 있지만, 상기 후면 전극층(40)에서의 전자 수집 효율이 떨어지기 때문에 태양전지의 전지효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 전지 효율이 저하되지 않으면서도 태양광의 투과량이 증가될 수 있어 다양하게 응용이 가능한 박막형 태양전지 및 그 응용 제품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 기판; 상기 기판 상에 형성된 전면 전극층; 상기 전면 전극층 상에 형성된 반도체층; 및 상기 반도체층 상에 형성된 후면 전극층을 포함하여 이루어지고, 이때, 상기 후면 전극층은 그 두께가 20nm ~ 100nm범위로 형성되어, 상기 후면 전극층을 통해 광이 투과될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지를 제공한다.
상기 후면 전극층은 Au로 이루어지고, 상기 후면 전극층의 두께는 20nm ~ 50nm범위일 수 있다.
상기 후면 전극층은 Au를 제외한 금속으로 이루어지고, 상기 후면 전극층의 두께는 50nm ~ 100nm범위일 수 있다.
상기 반도체층과 마주하는 후면 전극층의 일면은 골과 피크가 반복되는 요철 구조로 이루어지고, 상기 요철 구조는 그 피치가 10nm ~ 50nm 범위이고 그 높이가 10nm ~ 50nm 범위일 수 있다.
상기 반도체층과 마주하는 후면 전극층의 일면은 장축 직경이 5nm ~ 20nm 범위인 그레인 입자들로 이루어질 수 있다.
상기 반도체층을 통과한 광을 다양하게 회절시킴으로써 상기 후면 전극층에서 반사되어 상기 반도체층으로 재입사되는 광량 및 상기 후면 전극층을 통해 투과되는 광량을 증가시킬 수 있도록, 상기 반도체층과 후면 전극층 사이에 투명한 도전물질층이 추가로 형성될 수 있다.
상기 반도체층은 상기 전면 전극층 상에 형성되며 CdS로 이루어진 P형 반도체층 및 상기 P형 반도체층 상에 형성되며 CdTe로 이루어진 N형 반도체층으로 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한, 액정패널 및 상기 액정패널에 전력을 공급하는 박막형 태양전지를 포함하여 이루어지며, 이때, 상기 박막형 태양전지는 전술한 박막형 태양전지로 이루어져 태양광이 상기 박막형 태양전지를 투과하여 상기 액정패널에 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 전술한 박막형 태양전지를 이용하여 이루어져 건물 내부로 채광이 가능하게 하고, 상기 박막형 태양전지가 건물 내부의 전자장치에 전력을 공급하도록 구성된 것을 특징으로 하는 건물의 창문을 제공한다.
여기서, 상기 박막형 태양전지는 유리 창문에 소정의 간격으로 복수 개가 이격되어 부착될 수 있다.
상기 구성에 의한 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 후면 전극층의 두께를 최적화함으로써, 종래와 같이 후면 전극층의 소정 영역을 제거하지 않으면서도 태양광이 투과될 수 있는 박막형 태양전지를 얻을 수 있다.
또한 본 발명은 후면 전극층의 일면을 요철구조로 형성하거나 또는 후면 전극층의 일면에 소정의 그레인 입자들을 형성함으로써 표면 플라즈몬(Surface Plasmon) 현상에 의해서 투과되는 광량이 증가되는 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 박막형 태양전지는 전지 효율이 저하되지 않으면서도 태양광의 투과량이 증가될 수 있어 건물의 창문 등으로 다양하게 응용이 가능하다.
도 1은 종래의 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 창문의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 건물 창문의 개념도이다.
이하 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지(1)는, 기판(100), 전면 전극층(200), 반도체층(300), 및 후면 전극층(400)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판(100)은 태양광이 입사되는 면에 형성되고, 따라서, 상기 기판(100)의 재료로는 유리 또는 투명한 플라스틱과 같은 투명한 물질이 이용된다.
상기 전면 전극층(200)은 상기 기판(100) 상에 형성되어 박막형 태양전지(1)의 제1 전극으로 기능하는 것으로서, ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명한 도전물질을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 전면 전극층(200)은 그 표면이 요철구조로 형성될 수 있다. 이와 같이, 상기 전면 전극층(200)의 표면이 요철구조로 형성될 경우, 입사하는 태양광이 다양한 경로로 회절되고, 그에 따라 상기 반도체층(300)에서의 광흡수율이 증진되는 효과를 얻을 수 있다.
이와 같은 전면 전극층(200)은 전술한 투명한 도전물질을 APCVD법 또는 스퍼터링(Sputtering)법 등과 같은 당업계에 공지된 방법에 의해 형성할 수 있다.
상기 반도체층(300)은 상기 전면 전극층(200) 상에 형성되어 있다.
상기 반도체층(300)은 P(Positive)형 반도체층(310) 및 N(Negative)형 반도체층(320)이 순서대로 적층된 PN구조로 형성될 수 있다.
즉, 상기 반도체층(300)은 상기 전면 전극층(200) 상에 형성된 P형 반도체층(310) 및 상기 P형 반도체층(310) 상에 형성된 N형 반도체층(320)으로 이루어질 수 있다. 이와 같이, 상기 전면 전극층(200) 상에 P형 반도체층(310)을 형성하고 이어서 N형 반도체층(320)을 형성하는 이유는 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도 보다 낮기 때문에 입사광에 의한 수집효율을 극대화하기 위해서 P형 반도체층(310)을 수광면에 가깝게 형성하기 위함이다.
상기 P형 반도체층(310)은 CdS로 이루어지고, 상기 N형 반도체층(320)은 CdTe로 이루어질 수 있다.
이와 같이 CdS 및 CdTe을 이용하여 상기 반도체층(300)을 형성할 경우 종래의 Si계 물질을 반도체층으로 형성한 경우에 비하여 제조 비용이 절감되고 또한 전지효율도 우수한 효과가 있다.
상기 CdS로 이루어진 P형 반도체층(310) 및 CdTe로 이루어진 N형 반도체층(320)은 스퍼터링(Sputtering)법, CVD법, 스크린 인쇄법 등 당업계에 공지된 다양한 방법에 의해 형성할 수 있다.
다만, 상기 반도체층(300)이 반드시 CdS 및 CdTe만으로 한정되는 것은 아니고, 예로서, Si계 물질로 이루어질 수도 있다.
상기 후면 전극층(400)은 상기 반도체층(300) 상에 형성되어, 박막형 태양전지(1)의 제2 전극으로 기능하는 것이다.
상기 후면 전극층(400)은 Au, Ag, Cu, Al, Ti, Mo, Ni, 또는 그들의 합금을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 후면 전극층(400)은 그 두께(T)가 20 ~ 100nm범위인 것이 바람직하다. 만약, 상기 후면 전극층(400)의 두께(T)가 100nm를 초과할 경우에는 광의 투과율이 저하되어 반투과용 태양전지로 활용하기 어려울 수 있고, 상기 후면 전극층(400)의 두께(T)가 20nm 미만인 경우에는 후면 전극층(400)에서의 전자 수집 효율이 떨어져 태양전지의 효율이 저하될 수 있기 때문이다.
특히, 상기 후면 전극층(400)으로 Au를 이용할 경우에는 상기 후면 전극층(400)의 두께(T)를 20nm ~ 50nm범위로 형성하는 것이 광투과율을 극대화시킬 수 있어 보다 바람직하다. 즉, Au는 전기전도도가 다른 금속에 비하여 월등히 우수하기 때문에, Au를 후면 전극층(400)으로 이용할 경우에는 후면 전극층(400)의 두께(T)를 50nm 이하로 형성하여도 전자 수집 효율이 떨어지지 않는다. 따라서, 상기 후면 전극층(400)으로 Au를 이용할 경우에는 두께(T)를 최소화할 수 있어 광투과율을 보다 증진시킬 수 있다.
한편, 상기 후면 전극층(400)으로 Au를 제외한 금속을 이용할 경우에는 상기 후면 전극층(400)의 두께(T)를 50nm ~ 100nm범위로 형성하는 것이 전자 수집 효율면에서 보다 바람직할 수 있다. 즉, Au를 제외한 Ag, Cu, Al, Ti, Mo, 또는 Ni와 같은 금속은 그 두께가 50nm 미만이 될 경우 전자 수집 효율이 떨어질 가능성이 있기 때문에, 상기 후면 전극층(400)으로 Au를 제외한 금속을 이용할 경우에는 그 두께(T)를 50nm ~ 100nm범위로 형성하는 것이 보다 바람직할 수 있다.
상기 후면 전극층(400)은 상기와 같은 금속물질을 열증착법(Thermal evaporation)에 의해 형성할 수 있다. 다만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 스퍼터링(Sputtering)법 또는 스크린 인쇄법(Screen Printing) 등과 같은 당업계에 공지된 다양한 방법에 의해 상기 후면 전극층(400)을 형성하는 것도 가능하다.
한편, 도시하지는 않았지만, 상기 반도체층(300)과 후면 전극층(400) 사이에 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명한 도전물질층을 추가로 형성하여 상기 반도체층(300)을 통과한 광을 다양하게 회절시킴으로써, 상기 후면 전극층(400)에서 반사되어 상기 반도체층(300)으로 재입사되는 광량 및 상기 후면 전극층(400)을 통해 투과되는 광량을 증가시킬 수도 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도로서, 이는 반도체층(300) 및 후면 전극층(400)의 구성이 변경된 것을 제외하고, 전술한 도 2에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지(1)는, 기판(100), 전면 전극층(200), 반도체층(300), 및 후면 전극층(400)을 포함하여 이루어진다.
상기 전면 전극층(200)은 상기 기판(100) 상에 형성되며, ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명한 도전물질을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 전면 전극층(200)은 그 표면이 요철구조로 형성될 수 있다.
상기 반도체층(300)은 상기 전면 전극층(200) 상에 형성된 P(Positive)형 반도체층(310) 및 상기 P형 반도체층(310) 상에 형성된 N(Negative)형 반도체층(320)으로 이루어질 수 있다.
상기 P형 반도체층(310)은 CdS로 이루어지고, 상기 N형 반도체층(320)은 CdTe로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 N형 반도체층(320)의 일면, 구체적으로는, 상기 후면 전극층(400)과 마주하는 상기 N형 반도체층(320)의 일면은 골(valley)과 피크(peak)가 반복되는 요철 구조로 형성된다. 이와 같은, 골(valley)과 피크(peak)는 사각구조로 형성될 수 있다.
상기와 같이 N형 반도체층(320)의 일면에 형성되는 요철 구조는 평면상으로는 골과 피크가 반복되는 스트라이프(Stripe) 형상 또는 바둑판 형상으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 요철구조의 일면을 구비한 N형 반도체층(320)은 스퍼터링(Sputtering)법, CVD법, 스크린 인쇄법 등 당업계에 공지된 다양한 방법에 의해 CdTe층을 형성한 후 식각 공정을 수행하여 얻을 수 있다. 즉, 식각 공정을 통해 스트라이프 형상 또는 바둑판 형상으로 골(valley)을 형성함으로써, 결국 요철구조의 일면을 구비한 N형 반도체층(320)을 얻을 수 있다.
상기 후면 전극층(400)은 상기 반도체층(300), 특히, 상기 N형 반도체층(320) 상에 형성되며, 따라서, 상기 N형 반도체층(320)과 마주하는 상기 후면 전극층(400)의 일면도 상기 N형 반도체층(320)에 대응하는 요철 구조로 형성된다.
즉, 상기 N형 반도체층(320)과 마주하는 후면 전극층(400)의 일면도 골(valley)과 피크(peak)가 반복되는 스트라이프(Stripe) 형상 또는 바둑판 형상의 요철 구조로 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 후면 전극층(400)의 일면이 골(valley)과 피크(peak)가 반복되는 요철구조로 형성되어 있기 때문에, 그 표면에서 표면 플라즈몬(Surface Plasmon) 현상이 발생되어 상기 N형 반도체층(320)에서부터 상기 후면 전극층(400)으로 투과하는 광량이 증가되는 효과를 얻을 수 있다.
이와 같은 표면 플라즈몬 현상을 통한 광량 증가 효과를 증가시키기 위해서, 상기 후면 전극층(400)의 일면에 형성된 요철 구조의 피치(Pitch) 및 높이(Height)를 최적화할 필요가 있다. 여기서, 상기 요철 구조의 피치는 하나의 피크(peak)의 일단에서부터 그 옆 피크의 일단까지의 길이(P)를 의미하고, 상기 요철 구조의 높이는 골(valley)에서부터 피크(peak)까지의 길이(H)를 의미한다.
전술한 바와 같이, 상기 후면 전극층(400)은 그 두께(T)가 20 ~ 100nm범위인 것이 바람직하고, 이와 같은 후면 전극층(400)의 두께(T)를 고려할 때, 상기 요철 구조의 피치(P)는 10nm ~ 50nm 범위가 바람직하고, 상기 요철 구조의 높이(H)는 10nm ~ 50nm 범위가 바람직하다. 만약, 상기 요철 구조의 피치(P) 및 높이(H)가 상기와 같은 범위보다 작거나 크게 되면 표면 플라즈몬 효과가 떨어질 수 있기 때문이다.
보다 구체적으로, 상기 후면 전극층(400)이 Au를 제외한 금속, 예로서 Ag, Cu, Al, Ti, Mo, 또는 Ni로 이루어진 경우에는 상기 후면 전극층(400)의 두께(T)가 50nm ~ 100nm인 것이 바람직하고, 이 경우, 상기 요철 구조의 피치(P)는 25nm ~ 50nm 범위가 바람직하고, 상기 요철 구조의 높이(H)는 25nm ~ 50nm 범위가 바람직하다.
또한, 상기 후면 전극층(400)이 Au로 이루어진 경우에는 상기 후면 전극층(400)의 두께(T)가 20nm ~ 50nm인 것이 바람직하고, 이 경우, 상기 요철 구조의 피치(P)는 10nm ~ 25nm 범위가 바람직하고, 상기 요철 구조의 높이(H)는 10nm ~ 25nm 범위가 바람직하다.
한편, 전술한 실시예와 마찬가지로, 상기 반도체층(300), 보다 구체적으로는 N형 반도체층(320)과 후면 전극층(400) 사이에 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명한 도전물질층을 추가로 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도로서, 이는 후면 전극층(400)의 구성이 변경된 것을 제외하고, 전술한 도 2에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지(1)는, 기판(100), 전면 전극층(200), 반도체층(300), 및 후면 전극층(400)을 포함하여 이루어진다.
상기 전면 전극층(200)은 상기 기판(100) 상에 형성되며, ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명한 도전물질을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 전면 전극층(200)은 그 표면이 요철구조로 형성될 수 있다.
상기 반도체층(300)은 상기 전면 전극층(200) 상에 형성된 P(Positive)형 반도체층(310) 및 상기 P형 반도체층(310) 상에 형성된 N(Negative)형 반도체층(320)으로 이루어질 수 있다.
상기 P형 반도체층(310)은 CdS로 이루어지고, 상기 N형 반도체층(320)은 CdTe로 이루어질 수 있다.
상기 후면 전극층(400)은 상기 반도체층(300), 보다 구체적으로는 상기 N형 반도체층(320) 상에 형성되어 있다.
상기 후면 전극층(400)은 그 두께(T)가 20 ~ 100nm범위인 것이 바람직하고, 특히, 상기 후면 전극층(400)으로 Au를 이용할 경우에는 상기 후면 전극층(400)의 두께(T)를 20nm ~ 50nm범위로 형성하는 것이 보다 바람직하고, 상기 후면 전극층(400)으로 Au를 제외한 Ag, Cu, Al, Ti, Mo, 또는 Ni와 같은 금속을 이용할 경우에는 상기 후면 전극층(400)의 두께(T)를 50nm ~ 100nm범위로 형성하는 것이 보다 바람직할 수 있다.
여기서, 상기 후면 전극층(400)은 소정의 그레인(grain) 입자들을 포함한 금속층으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 후면 전극층(400)은 Au, Ag, Cu, Al, Ti, Mo, 또는 Ni과 같은 금속의 그레인 입자들의 집합체로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 상기 후면 전극층(400), 특히, 상기 N형 반도체층(320)과 마주하는 상기 후면 전극층(400)의 일면이 소정의 그레인 입자들로 이루어진 경우, 전술한 도 3에 따른 박막형 태양전지에서와 유사하게 표면 플라즈몬(Surface Plasmon) 현상이 발생되어 상기 N형 반도체층(320)에서부터 상기 후면 전극층(400)으로 투과하는 광량이 증가되는 효과를 얻을 수 있다.
이와 같은 표면 플라즈몬 현상을 통한 광량 증가 효과를 증가시키기 위해서, 상기 그레인 입자의 크기를 최적화할 필요가 있다. 여기서, 상기 그레인 입자의 크기는 그레인 입자의 장축 직경(R)을 의미한다.
구체적으로, 상기 그레인 입자의 크기는 5nm ~ 20nm범위가 바람직하다. 그레인 입자의 크기가 상기 범위보다 작거나 크면 표면 플라즈몬 효과가 떨어질 수 있기 때문이다.
한편, 표면 플라즈몬 효과는 상기 N형 반도체층(320)과 마주하는 후면 전극층(400)의 일면에서 발생하기 때문에, 상기 N형 반도체층(320)과 마주하는 후면 전극층(400)의 일면이 상기와 같은 그레인 입자로 이루어지면 충분하다. 즉, 상기 N형 반도체층(320)과 마주하는 후면 전극층(400)의 일면 이외의 영역은 상기와 같은 크기의 그레인 입자로 형성되지 않을 수도 있다.
이와 같은, 소정의 그레인 입자들로 이루어진 후면 전극층(400)은 열증착법(Thermal evaporation)에 의해 형성할 수 있다. 즉, 열증착법의 증착 온도 및 시간 등의 공정 조건을 적절히 조절할 경우 얻어지는 그레인 입자의 크기를 조절할 수 있다.
한편, 전술한 실시예와 마찬가지로, 상기 반도체층(300), 보다 구체적으로는 N형 반도체층(320)과 후면 전극층(400) 사이에 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명한 도전물질층을 추가로 형성할 수 있다.
이하에서는, 이상 설명한 본 발명의 다양한 실시예에 따른 박막형 태양전지를 활용한 다양한 응용 제품에 대해서 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 개념도로서, 이는 박막형 태양전지를 액정표시장치의 전원으로 활용한 것이다.
도 5에서 알 수 있듯이, 야외용 액정표시장치는 액정패널(2) 및 상기 액정패널(2)에 전력을 공급하는 박막형 태양전지(1)를 포함하여 이루어진다.
상기 박막형 태양전지(1)는 전술한 도 2 내지 도 3에 따른 박막형 태양전지가 적용된다. 따라서, 상기 박막형 태양전지(1)는 태양광을 흡수하여 전력을 생산하고, 그와 같은 전력을 상기 액정패널(2)에 공급하는 역할을 한다.
또한, 상기 박막형 태양전지(1)는 상당량의 태양광을 투과시킬 수 있기 때문에, 상기 액정패널(2)에 상당량의 태양광이 공급될 수 있다. 따라서, 상기 액정표시장치를 야외용으로 이용할 경우, 상기 액정패널(2)에 별도의 백라이트 유닛을 부착하지 않을 수 있고, 별도의 백라이트 유닛을 부착한다 하더라도 낮은 휘도의 백라이트 유닛만으로도 화상을 디스플레이할 수 있게 된다.
결국, 도 5에 따른 액정표시장치는 전력 소모량이 최소화될 수 있는 장점이 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 창문의 개념도로서, 이는 박막형 태양전지를 건물 창문으로 활용한 것이다.
도 6에서 알 수 있듯이, 건물의 창문으로 박막형 태양전지(1)가 이용될 수 있다. 즉, 전술한 도 2 내지 도 3에 따른 박막형 태양전지는 상당량의 태양광을 투과시킬 수 있기 때문에, 건물의 창문으로 활용하여도 건물 내부의 채광에 큰 어려움이 없게 된다.
또한, 이와 같이 박막형 태양전지(1)는 건물 내부의 각종 전자장치(3)에 전력을 공급하는 전원으로서의 역할을 할 수 있다. 예로서, 상기 박막형 태양전지(1)를 주택의 창문으로 활용한 경우, 상기 박막형 태양전지(1)를 냉장고, TV 등의 가전기구의 전원으로 이용할 수 있게 된다.
따라서, 도 6에서와 같이 박막형 태양전지(1)를 건물의 창문으로 활용할 경우 가정 또는 대형 빌딩 등에서 전력 소모량을 절감할 수 있는 장점이 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 건물 창문의 개념도로서, 이는 박막형 태양전지를 건물 창문에 부착한 것이다.
도 7에서 알 수 있듯이, 건물의 유리 창문(4)에 박막형 태양전지(1)를 부착하여 활용할 수 있다. 즉, 전술한 도 2 내지 도 3에 따른 박막형 태양전지는 상당량의 태양광을 투과시킬 수 있기 때문에, 건물의 유리 창문(4)에 부착하여도 건물 내부의 채광에 큰 어려움이 없게 된다. 특히, 상기 박막형 태양전지(1)를 유리 창문(4)에 소정 간격을 두고 부착할 경우, 상기 박막형 태양전지(1)가 부착되지 않은 영역으로 더 많은 태양광이 투과될 수 있어 전술한 도 6에 따른 건물 창문에 비하여 채광이 보다 우수한 장점이 있다.
또한, 이와 같이 박막형 태양전지(1)는 건물 내부의 각종 전자장치(3)에 전력을 공급하는 전원으로서의 역할을 할 수 있음은 전술한 도 6에서와 마찬가지이다.
따라서, 도 7에서와 같이 박막형 태양 전지(1)를 건물의 유리 창문(4)에 소정 간격으로 부착하여 활용할 경우 가정 또는 대형 빌딩 등의 채광도 우수하면서 전력 소모량을 절감할 수 있는 장점이 있다.
100, 기판 200: 전면 전극층
300: 반도체층 310: P형 반도체층
320: N형 반도체층 400: 후면 전극층

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 전면 전극층;
    상기 전면 전극층 상에 형성된 반도체층; 및
    상기 반도체층 상에 형성된 후면 전극층을 포함하여 이루어지고,
    이때, 상기 후면 전극층은 그 두께가 20nm ~ 100nm범위로 형성되어, 상기 후면 전극층을 통해 광이 투과될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 후면 전극층은 Au로 이루어지고, 상기 후면 전극층의 두께는 20nm ~ 50nm범위인 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 후면 전극층은 Au를 제외한 금속으로 이루어지고, 상기 후면 전극층의 두께는 50nm ~ 100nm범위인 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층과 마주하는 후면 전극층의 일면은 골과 피크가 반복되는 요철 구조로 이루어지고, 상기 요철 구조는 그 피치가 10nm ~ 50nm 범위이고 그 높이가 10nm ~ 50nm 범위인 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층과 마주하는 후면 전극층의 일면은 장축 직경이 5nm ~ 20nm 범위인 그레인 입자들로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층을 통과한 광을 다양하게 회절시킴으로써 상기 후면 전극층에서 반사되어 상기 반도체층으로 재입사되는 광량 및 상기 후면 전극층을 통해 투과되는 광량을 증가시킬 수 있도록, 상기 반도체층과 후면 전극층 사이에 투명한 도전물질층이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층은 상기 전면 전극층 상에 형성되며 CdS로 이루어진 P형 반도체층 및 상기 P형 반도체층 상에 형성되며 CdTe로 이루어진 N형 반도체층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  8. 액정패널 및 상기 액정패널에 전력을 공급하는 박막형 태양전지를 포함하여 이루어지며, 이때, 상기 박막형 태양전지는 전술한 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 박막형 태양전지로 이루어져 태양광이 상기 박막형 태양전지를 투과하여 상기 액정패널에 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 전술한 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 박막형 태양전지를 이용하여 이루어져 건물 내부로 채광이 가능하게 하고, 상기 박막형 태양전지가 건물 내부의 전자장치에 전력을 공급하도록 구성된 것을 특징으로 하는 건물의 창문.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 박막형 태양전지는 유리 창문에 소정의 간격으로 복수 개가 이격되어 부착된 것을 특징으로 하는 건물의 창문.
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CN109962122A (zh) * 2017-12-22 2019-07-02 北京铂阳顶荣光伏科技有限公司 薄膜太阳能电池及其制备方法

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