KR20120097786A - 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents
태양전지 및 그 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20120097786A KR20120097786A KR1020110017214A KR20110017214A KR20120097786A KR 20120097786 A KR20120097786 A KR 20120097786A KR 1020110017214 A KR1020110017214 A KR 1020110017214A KR 20110017214 A KR20110017214 A KR 20110017214A KR 20120097786 A KR20120097786 A KR 20120097786A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor layer
- type semiconductor
- doped
- refractive index
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 294
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 70
- 229910020286 SiOxNy Inorganic materials 0.000 claims description 41
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 38
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 claims description 35
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 33
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 229910004304 SiNy Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 8
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 112
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 32
- 229910021424 microcrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 18
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 17
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 17
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 14
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 12
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 6
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 6
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 5
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 4
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 3
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 3
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 3
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 3
- -1 silicon oxide nitride Chemical class 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NPNMHHNXCILFEF-UHFFFAOYSA-N [F].[Sn]=O Chemical compound [F].[Sn]=O NPNMHHNXCILFEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N gallium(III) oxide Inorganic materials O=[Ga]O[Ga]=O QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 229910021423 nanocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 230000009103 reabsorption Effects 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910007264 Si2H6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005096 Si3H8 Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N disilane Chemical compound [SiH3][SiH3] PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000001579 optical reflectometry Methods 0.000 description 1
- 238000001782 photodegradation Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- QHGNHLZPVBIIPX-UHFFFAOYSA-N tin(ii) oxide Chemical class [Sn]=O QHGNHLZPVBIIPX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier
- H01L31/075—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 at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PIN type
- H01L31/076—Multiple junction or tandem solar cells
-
- 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
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic System
- H01L31/182—Special manufacturing methods for polycrystalline Si, e.g. Si ribbon, poly Si ingots, thin films of polycrystalline Si
- H01L31/1824—Special manufacturing methods for microcrystalline Si, uc-Si
-
- 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
-
- 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
- Y02E10/545—Microcrystalline silicon 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
- Y02E10/548—Amorphous silicon 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 태양전지 및 그 제조방법에 관련된 것으로서, 보다 상세하게는 중간 반사층의 기능을 가지는 2 이상의 P-N 도핑층이 구비된 적층형 태양전지 및 그 제조방법과 관련된다. 본 발명의 실시예에 따른 태양전지는, 기판; 상기 기판 위에 형성되어 있는 투명 전극층; 상기 투명 전극층 위에 형성되어 있는 제1 p형 반도체층; 상기 제1 p형 반도체층 위에 형성되는 제1 진성 반도체층; 상기 제1 진성 반도체층 위에 형성되어 있는 제1 P-N 도핑층; 상기 제1 P-N 도핑층 위에 형성되어 있는 제2 진성 반도체층; 상기 제2 진성 반도체층 위에 형성되어 있는 후면 전극을 포함하되, 여기서, 상기 제1 P-N 도핑층은 상기 제1 진성 반도체층 상에 제1 n형 반도체층과 제2 p형 반도체층이 차례로 적층되어 결합된 반도체층이며, 상기 제1 n형 반도체층과 상기 제1 p형 반도체층 중 하나 이상은 SiOx, SiNy, SiOxNy 중 어느 하나의 물질을 포함하고, 상기 x는 0.5 내지 1.5, 상기 y는 0.5 내지 1.5, 상기 x와 상기 y의 합은 0.5 내지 1.5를 만족하는 것을 특징으로 한다. 제조공정을 단순화하면서 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 태양전지 및 그 제조방법에 관련된 것으로서, 보다 상세하게는 중간 반사층의 기능을 가지는 하나 이상의 P-N 도핑층이 구비된 적층형 태양전지 및 그 제조방법과 관련된다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생성하는 전지로서, 친환경적이고 에너지원인 태양 에너지가 무한할 뿐만 아니라 수명이 길다는 장점이 있다.
태양전지는 원료 물질에 따라 크게 실리콘 태양 전지(silicon solar cell), 화합물 반도체 태양 전지(compoundsemiconductor solar cell) 및 적층형 태양 전지(tandem solar cell)로 구분되며, 실리콘 태양 전지가 주류를 이루고 있다.
일반적인 실리콘 태양 전지는 p형의 실리콘 반도체로 이루어진 기판과 n형 실리콘 반도체로 이루어진 에미터층을 포함하고, 기판과 에미터층의 계면에는 다이오드와 유사하게 p-n 접합이 형성되어 있다.
이와 같은 구조를 갖는 태양 전지에 태양 광이 입사되면, 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 n형 또는p형의 불순물이 도핑된 실리콘 반도체에서 전자와 정공이 발생한다. 예를 들어, n형 실리콘 반도체로 이루어진n형 반도체 에미터층에서는 전자가 다수 캐리어(carrier)로 발생되고, p형 실리콘 반도체로 이루어진 p형 반도체 기판에서는 정공이 다수 캐리어로 발생된다. 광기전력 효과에 의해 발생된 전자와 정공은 각각 n형 반도체 에미터층과 p형 반도체 기판쪽으로 끌어 당겨져, 전면 전극과 후면 전극으로 이동하여 이들 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
이러한 실리콘 태양 전지와 달리, 적층형 태양 전지는 광전 변환 효율을 높이기 위한 것으로, 서로 다른 광학적 밴드갭(optical band gap)을 갖도록 반도체 구조를 형성한다. 즉, 태양광이 먼저 흡수되는 쪽에는 광학 밴드갭이 높은 반도체 물질(예를 들어, 비정질 실리콘)을 이용하여 형성된 반도체 구조인 제1 광전변환층을 형성하여 주로 단파장을 빛을 흡수하고, 나중에 흡수되는 쪽에는 광학 밴드갭이 낮은 반도체 물질(예를 들어, 미세결정실리콘)을 이용하여 형성된 반도체 구조인 제2 광전변환층을 형성하여 주로 장파장 빛을 흡수하도록 한다.
또한, 적층형 태양 전지는 두 반도체 구조의 두께 차이로 발생하는 전류량 차이로 인한 전류 정합(currentmatching) 문제와 광 열화 현상으로 인한 태양 전지의 안정화 효율 등을 고려하여 두 반도체 구조 사이에 중간 반사층을 더 구비한다. 이로 인해, 제1 광전변환층의 진성 반도체층의 두께를 얇게 하여 광 열화 현상을 감소시키면서 중간 반사층에 의해 재입사된 빛에 의해 발생하는 전류량을 증가시켜 전류 정합 문제를 해소함으로써, 태양 전지의 동작 효율을 높이고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 태양 전지의 구조를 간소하여 태양 전지의 제조 비용과 제조 시간을 줄이는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 기판; 상기 기판 위에 형성되어 있는 투명 전극층; 상기 투명 전극층 위에 형성되어 있는 제1 p형 반도체층; 상기 제1 p형 반도체층 위에 형성되는 제1 진성 반도체층; 상기 제1 진성 반도체층 위에 형성되어 있는 제1 P-N 도핑층; 상기 제1 P-N 도핑층 위에 형성되어 있는 제2 진성 반도체층; 상기 제2 진성 반도체층 위에 형성되어 있는 후면 전극을 포함하되, 여기서, 상기 제1 P-N 도핑층은 상기 제1 진성 반도체층 상에 제1 n형 반도체층과 제2 p형 반도체층이 차례로 적층되어 결합된 반도체층이며, 상기 제1 n형 반도체층과 상기 제1 p형 반도체층 중 하나 이상은 SiOx, SiNy, SiOxNy 중 어느 하나의 물질을 포함하고, 상기 x는 0.5 내지 1.5, 상기 y는 0.5 내지 1.5, 상기 x와 상기 y의 합은 0.5 내지 1.5를 만족하는 것을 특징으로 하는 태양전지가 제공된다.
또한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 기판 상에 투명 전극층을 증착하는 단계; 상기 투명 전극층 위에 p형으로 도핑된 제1 p형 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제1 p형 반도체층 위에 제1 진성 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제1 진성 반도체층 제1 n형 반도체층과 제2 p형 반도체층을 증착하여 제1 P-N 도핑층을 형성하는 단계; 상기 제1 P-N 도핑층 위에 제2 진성 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제2 진성 반도체층 위에 후면 전극을 형성하는 단계를 포함하되, 여기서, 상기 제1 P-N 도핑층은 제1 n형 반도체층과 제2 p형 반도체층이 차례로 적층되어 결합된 반도체층이며, 상기 제1 n형 반도체층과 상기 제1 p형 반도체층 중 하나 이상은 SiOx, SiNx, SiOxNy 중 어느 하나의 물질을 포함하고, 상기 x는 0.5 내지 1.5, 상기 x와 상기 y의 합은 0.5 내지 1.5를 만족하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법이 제공된다.
본 발명의 특징에 따르면, 제1 진성 반도체층과 제1 도핑층간의 굴절률 차이로 인해, 제1 진성 반도체층을 통과한 빛은 제1 진성 반도체층으로 재입사되어 태양 전지의 동작 효율이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 도시한 공정도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 도시한 공정도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예인 태양 전지에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 부분 단면도이다.
도 1과 도 2을 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지는 적층형 태양 전지(tandem solar cell)로서, 특히 기판(110)을 통해 빛이 입사되는 상판(superstrate)형 구조이다.
도 1은 p-n 도핑층을 포함하는 이중접합 태양전지를 나타내고, 도 2는 2개의 p-n 도핑층을 포함하는 삼중접합 태양전지를 나타낸다. 본 발명의 p-n 도핑층은 삼중접합 태양전지 뿐만이 아니라, 이중접합 구조를 가지는 태양전지에도 마찬가지로 적용될 수 있다. 또한, 삼중접합 태양전지에서도 p-n 도핑층은 반드시 두 개가 포함될 필요가 없다. 즉, 실시예에 따라서는 제1 p-n 도핑층(210)과 제2 p-n 도핑층(220) 중 하나만이 태양전지 내에 포함될 수 있다. 즉 삼중접합 태양전지에서 제2 광전변환층(140)과 제3 광전변환층(150) 사이에만 p-n 도핑층을 포함하는 경우, 즉 제1 p-n 도핑층(210) 없이 제2 p-n 도핑층(220)만이 포함되는 구조 역시 본 발명의 실시예의 범위에 포함될 수 있다.
도 2에서는 제1 p-n 도핑층(210)과 제2 p-n 도핑층(220)을 모두 도시하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지는 제1 p-n 도핑층(210)과 제2 p-n 도핑층(220) 중 어느 하나 또는 둘 모두를 포함할 수 있다.
좀더 자세히 살펴보면 다음과 같이, 유리나 투명 플라스틱 등으로 이루어진 기판(110), 기판(110) 위에 형성된 도전성 투명 전극층(transparent conductive oxide, TCO)(120), 투명 전극층(120) 위에 형성된 제1 광전변환층(130), 제1 광전변환층(130) 위에 형성된 제2 광전변환층(140), 제2 광전변환층(140) 위에 형성된 제3 광전변환층(150), 그리고 제3 광전변환층(150) 위에 차례로 적층되는 후면 반사층(160)과 후면 전극(170)을 구비한다. 이때, 투명 전극층(120)은 전면전극층으로서 제1 전극이라고 하며, 후면 전극(170)은 제2 전극이라 한다.
도전성 투명 전극층(120)은 기판(110)의 전체 면에 형성되어 있으면, 제1 광전변환층(130)과 전기적으로 연결되어 있다. 따라서 도전성 투명 전극층(120)은 빛에 의해 생성된 캐리어 중 하나, 예를 들어 정공을 수집하여 출력한다. 본 실시예에서, 도전성 투명 전극층(120)은 또한 반사 방지막의 기능도 수행한다.
도전성 투명 전극층(120)의 상부 표면은 랜덤(random)한 피라미드 구조를 갖는 복수 개의 요철(121)을 구비한 텍스처링 표면(texturing surface)을 구비할 수 있다. 이와 같이, 도전성 투명 전극층(120)의 표면을 텍스처링함에 따라 도전성 투명 전극층의 빛 반사도를 감소시키고, 피라미드 구조에서 복수 번의 입사와 반사 동작이 행해져 태양 전지 내부에 빛이 갇히게 되어 빛의 흡수율이 증가되므로, 태양 전지의 효율이 향상된다. 이때 형성되는 요철(121)의 높이는 약 1㎛ 내지 10㎛일 수 있다.
이러한 도전성 투명 전극층(120)은 입사된 대부분의 빛이 통과하고 전기가 잘 흐를 수 있도록 높은 광 투과도와 높은 전기 전도도가 요구된다. 이러한 도전성 투명 전극층(120)은 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO), 주석계 산화물(SnO2 등), AgO, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide: FTO) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 형성될 수 있다. 도전성 투명 전극층(120)의 비저항 범위는 약 10-2Ω-㎝ 내지 10-11Ω-㎝일 수 있다.
상부전지(top sell)인 제1 광전변환층(130)의 물질로는 a-Si:H과 함께 a-SiC:H 등이 사용 가능하며, 중간전지 (middle cell)인 제2 광전변환층(140)의 물질로는 a-SiGe:H, nc-Si:H 등이 , 하부전지(bottom cell)인 제3 광전변환층(150)의 물질로는 nc-Si:H, nc-SiGe:H 등이 사용될 수 있다.
제1 광전변환층(130)은 수소화된 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon: a-Si:H)을 이용하는 비정질실리콘 셀로서, 약 1.7eV의 광학 밴드갭을 갖고 근자외선, 보라, 파랑 등과 같은 단파장 대역의 빛을 주로 흡수한다.
이러한 제1 광전변환층(130)은 도전성 투명 전극층(120) 위에 순차적으로 형성된 제1 도전성 타입의 반도체층인, 예를 들어 p형인 제1 p형 반도체층(131), 제1 진성 반도체층(132), 그리고 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 반도체층인, 예를 들어 n형인 제1 n형 반도체층(133)을 구비한다.
제1 p형 반도체층(131)은 실리콘(Si)을 포함한 원료 가스에 붕소, 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 분순물을 포함하는 가스를 혼합하여 형성될 수 있다. 본 실시예에서 제1 p형 반도체층(11)은 실리콘 카바이드(SiC)나 a-Si:H로 형성될 수 있다.
제1 진성 반도체층(132)은 캐리어의 재결합율을 줄이고 광을 흡수하기 위한 것이다. 이로 인해, 제1 진성 반도체층(132)은 인가되는 단파장 대역의 빛을 주로 흡수하여, 전자와 정공과 같은 캐리어가 이곳에서 주로 생성한다. 이러한 제1 진성 반도체층(132)은 a-Si:H로 형성될 수 있고, 약 200nm 내지 300nm의 두께를 가질 수 있다.
제1 n형 반도체층(133)은 실리콘을 포함한 원료 가스에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함하는 가스를 혼합하여 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 제1 n형 반도체층(133)은 수소화된 미세 결정 실리콘 산화물(μc-SiOx:H), 수소화된 미세 결정 실리콘 질화물(μc-SiNx:H) 및 수소화된 미세 결정 실리콘산화 질화물(μc-SiOxNy:H) (여기서, x=0.5~1.5, y=0.5~1.5, x+y=0.5~1.5) 중 하나로 형성된다.
이러한 제1 광전변환층(130)은 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)과 같은 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD))에 의해 형성될 수 있다.
제1 광전변환층(130)의 제1 p형 및 n형 반도체층(131, 132)과 같은 도핑층은 제1 진성 반도체층(132)을 사이에 두고 p-n 접합을 형성하고, 이로 인한 광기전력 효과(photovoltatic effect)의하여 광 흡수층인 제1 진성 반도체층(132)에서 생성된 전자와 정공은 접촉 전위차에 의해 분리되어 서로 다른 방향으로 이동된다. 예를 들어, 정공은 제1 p형 반도체층(131)을 통해 도전성 투명 전극층(120)쪽으로 이동하고, 전자는 제1 n형 반도체층(133)을 통해 후면 전극(170)쪽으로 이동한다.
제2 광전변환층(140)에는 제1 광전변환층(130)에 사용된 a-Si에 비하여 광학적 밴드갭이 1.4eV 정도로 더 작은 a-SiGe가 사용되며, 중간 파장의 녹색 계열의 광을 흡수한다. 제2 광전변환층(140) 역시 제1 n형 반도체층(133) 위에 순차적으로 형성된 제2 p형 반도체층(141), 제2 진성 반도체층(142), 그리고 제2 n형 반도체층(143)을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제2 p형 반도체층(141)은 p형으로 도핑된 μc-SiOx:H로, μc-SiNx:H 및 μc-SiOxNy:H 중 하나로 형성된다. 제2 p형 반도체층(141)은 제1 p형 반도체층(131)과 유사하게 실리콘을 포함한 원료 가스에 붕소, 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 포함하는 가스를 혼합하여 형성될 수 있다.
제2 진성 반도체층(142)는 제1 진성 반도체층(132) 과 마찬가지로, 캐리어의 재결합율을 줄이고 광을 흡수하기 위한 것이다. 이로 인해, 제2 진성 반도체층(142)은 인가되는 중간 파장 대역의 빛을 주로 흡수하여 전자와 전공을 이곳에서 주로 생성한다. 본 실시예에서, 제2 진성 반도체층(152)은 μc- SiGe:H로 형성될 수 있다.
제2 n형 반도체층(143)은 n형으로 도핑된 수소화된 미세 결정 실리콘 산화물(μc-SiOx:H), 수소화된 미세 결정 실리콘 질화물(μc-SiNx:H) 및 수소화된 미세 결정 실리콘산화 질화물(μc-SiOxNy:H) (여기서, x=1.0~2.2, y=1.0~2.2, x+y=1.0~2.2) 중 하나로 형성될 수 있다. 제2 n형 반도체층(143)은 제1 n형 반도체층(133)과 마찬가지로, 실리콘을 포함한 원료 가스에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함하는 가스를 혼합하여 형성된다.
제3 광전변환층(150)은 수소화된 미세결정 실리콘(hydrogenated micro-crystalline silicon, μc- Si:H)을 이용한 미세 결정 실리콘 셀로서, 약 1.1eV의 광학 밴드갭을 갖고 적색에서 근적외선까지의 장파장 대역의 빛을 주로 흡수한다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 pn 도핑층은 삼중접합 태양전지 뿐만이 아니라, 이중접합 구조를 가지는 태양전지에도 마찬가지로 적용될 수 있고, 삼중접합 태양전지에서도 p-n 도핑층은 반드시 두 개가 포함될 필요가 없다. 즉, 실시예에 따라서는 제1 p-n 도핑층(210)과 제2 p-n 도핑층(220) 중 하나만이 태양전지 내에 포함될 수 있다. 하나의 p-n 도핑층만을 포함하는 이중접합 태양전지라면 이하에서 설명하는 제3 광전변환층(150)과 제2 p-n도핑층(220)은 태양전지에 포함되지 않을 수 있다. 또한 제2 n형 반도체층은 SiOx, SiNy, SiOxNy와 같은 물질로 이루어질 필요가 없다. 또한 삼중접합 태양전지일지라도 제1 p-n 도핑층(210)만이 포함되고 제2 p-n 도핑층(220)은 형성되지 않는 구조라면 제2 n형 반도체층은 SiOx, SiNy, SiOxNy와 같은 물질로 이루어질 필요가 없다.
이러한 제3 광전변환층(150)은 제1 광전변환층(130) 및 제2 광전변환층(140)과 유사하게, 제2 n형 반도체층(133) 위에 순차적으로 형성된 제3 p형 반도체층(151), 제3 진성 반도체층(152), 그리고 제3 n형 반도체층(153)을 구비하며, 이들 층(151-153)은 제1 광전변환층(130)과 동일하게 PECVD와 같은 CVD로 형성될 수 있다.
제3 p형 반도체층(151)은 제1 p형 반도체층(131)과 유사하게 실리콘을 포함한 원료 가스에 붕소, 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 포함하는 가스를 혼합하여 형성된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제3 p형 반도체층(141)은 μc-SiOx:H로, μc-SiNx:H 및 μc-SiOxNy:H 중 하나로 형성된다.
제3 진성 반도체층(152)는 제1 진성 반도체층(132) 또는 제2 진성 반도체층(142)과 마찬가지로, 캐리어의 재결합율을 줄이고 광을 흡수하기 위한 것이다. 이로 인해, 제3 진성 반도체층(152)은 인가되는 장파장 대역의 빛을 주로 흡수하여 전자와 전공을 이곳에서 주로 생성한다. 본 실시예에서, 제3 진성 반도체층(152)은μc- Si:H로 형성되며, 약 1500nm 내지2000nm의 두께를 가질 수 있다.
제3 n형 반도체층(153)는 실리콘을 포함한 원료 가스에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함하는 가스를 혼합하여 형성될 수 있다. 본 실시에에서, 제3 n형 반도체층(153)은 μc-Si:H나 a-Si:H로 형성될 수 있다.
제1 광전변환층(130)과 유사하게, 제2 광전변환층(150)의 제3 p형 및 n형 반도체층(151, 152)의 도핑층은 제3 진성 반도체층(152)을 사이에 두고 p-n 접합을 형성하고, 이로 인하여 생성된 정공은 제2 p형 반도체층(141)을 통해 도전성 투명 전극층(120)쪽으로 이동하여 수집되고, 생성된 전자는 제2 n형 반도체층(143)을 통해 후면 전극(170)쪽으로 이동하여 수집된다.
본 실시예에 따른 적층형 태양 전지는 제1 광전변환층(130)의 제1 n형 반도체층(133)과 제2 광전변환층(140)의 제2 p형 반도체층(141), 그리고 제2 광전변환층(140)의 제2 n형 반도체층(143)과 제3 광전변환층(150)의 제3 p형 반도체층(151)을 p형 또는 n형으로 도핑된 μc-SiOx:H, μc-SiNx:H, μc-SiOxNy:H 중 적어도 하나, 또는 p형 또는 n형으로 도핑된 SiOx, SiNy, SiOxNy 중 어느 하나로 형성할 수 있다. 여기서 제1 n형 반도체층(133)과 제2 p형 반도체층(141)의 경우 x=0.5~1.5, y=0.5~1.5, x+y=0.5~1.5이며, 제2 n형 반도체층(143)과 제3 p형 반도체층(151)의 경우 x=1.0~2.2, y=1.0~2.2, x+y=1.0~2.2를 만족한다.
이하에서는, 제1 n형 반도체층(133)과 제2 p형 반도체층(141)의 결합층을 제1 P-N 도핑층(210), 제2 n형 반도체층(143)과 제3 p형 반도체층(151)의 결합층을 제2 P-N 도핑층(220)이라 지칭하도록 한다. 즉, 본 발명의 실시예에서 제1 P-N 도핑층(210)과 제2 P-N 도핑층(220)은 SiOx, SiNy, SiOxNy 또는 μc-SiOx:H, μc-SiNx:H, μc-SiOxNy:H 중 어느 하나로 형성된다. 보다 상세히 설명하면, 본 발명의 실시예에서 제1 P-N 도핑층(210)과 제2 P-N 도핑층(220)은 n형으로 도핑된 SiOx, SiNy, SiOxNy 또는 μc-SiOx:H, μc-SiNx:H, μc-SiOxNy:H 의 n형 반도체층과, p형으로 도핑된 SiOx, SiNy, SiOxNy 또는 μc-SiOx:H, μc-SiNx:H, μc-SiOxNy:H 의 p형 반도체층의 결합층으로 이루어진다.
여기서, 제1 P-N 도핑층(210)에 포함되는 SiOx, SiNy, SiOxNy, μc-SiOx:H, μc-SiNx:H, μc-SiOxNy:H는 x=0.5~1.5, y=0.5~1.5, x+y=0.5~1.5를 만족하며, 제2 P-N 도핑층(220)에 포함되는 SiOx, SiNy, SiOxNy, μc-SiOx:H, μc-SiNx:H, μc-SiOxNy:H는 x=1.0~2.2, y=1.0~2.2, x+y=1.0~2.2를 만족한다.
본 실시예에서, 제1 광전변환층(130)의 제1 n형 반도체층(133)과 제2 광전변환층(140)의 제2 p형 반도체층(141)의 결합층인 제1 P-N 도핑층(210)의 굴절률은 제1 광전변환층(130)의 제1 진성 반도체층(132)보다 작다. 그리고 본 실시예에서, 제2 광전변환층(140)의 제2 n형 반도체층(143)과 제3 광전변환층(150)의 제3 p형 반도체층(151)의 결합층인 제2 P-N 도핑층(220)의 굴절률은 제1 광전변환층(130)의 제2 진성 반도체층(142)보다 작다. 예를 들어, 제1 P-N 도핑층(210)의 굴절률이 약 2 내지 2.5라면, 제1 광전변환층(130)의 제1 진성 반도체층(132)의 굴절률은 약 4일 수 있다. 마찬가지로, 제1 P-N 도핑층(220)의 굴절률이 약 2 내지 2.5라면, 제2 광전변환층(140)의 제2 진성 반도체층(142)의 굴절률은 약 4일 수 있다.
즉, 제1 광전변환층(130)의 제1 진성 반도체층(132)의 제1 굴절률과 제1 P-N 도핑층(210)의 제2 굴절률은 서로 상이하게 된다. 즉, 제1 굴절률보다 제2 굴절률이 작아지게 된다. 마찬가지로, 이 경우, 제2 광전변환층(140)의 제2 진성 반도체층(142)의 제3 굴절률과 제2 P-N 도핑층(220)의 제4 굴절률은 서로 상이하게 된다. 즉, 제3 굴절률보다 제4 굴절률이 작아지게 된다. 예를 들어, 제1 굴절률과 제3 굴절률은 약 4이고, 제2 굴절률과 제4 굴절률은 약 2 내지 2.2로서, 굴절률 차이가 약 2 이상 크게 발생한다.
이러한 굴절률 차이로 인해, 제1 광전변환층(130)을 통과한 빛은 제1 P-N 도핑층(210)에 의해 반사되어 다시 제1 광전변환층(130)쪽으로 재입사되므로, 제1 광전변환층(130)에서 생성되는 전류량이 증가된다. 그리고 제2 광전변환층(140)을 통과한 빛은 제2 P-N 도핑층(220)에 의해 반사되어 다시 제2 광전변환층(140)쪽으로 재입사되므로, 제2 광전변환층(140)에서 생성되는 전류량이 증가된다.
또한 제1 P-N 도핑층(210)의 제2 굴절률과 제2 P-N 도핑층(220)의 제4 굴절률 역시 상이하며, 제2 굴절률은 제4 굴절률보다 클 수 있다. 이를 위해, 제1 P-N 도핑층(210)은 제2 P-N 도핑층(220)에 비하여 산소 함량이 낮게 형성될 수 있다. 또한, 제1 P-N 도핑층(210)은 제2 P-N 도핑층(220)에 비하여 두께도 얇은 것이 바람직하다.
이는 제1 P-N 도핑층(210)은 제2 P-N 도핑층(220)에 비하여 태양광이 수광되는 방향에 가까이 있기 때문이다. 제1 P-N 도핑층(210)이 너무 두꺼우면 광손실이 발생할 수 있다. 또한 제1 P-N 도핑층(210)이 제2 P-N 도핑층(220)의 산소 함량이 높거나 굴절률이 너무 낮게 제작되면, 제1 P-N 도핑층(210)의 반사효과가 너무 켜져서 제1 P-N 도핑층(210)보다 태양광이 수광된 방향으로부터 뒤편에 있는 셀들로 흡수되는 빛의 양이 줄어들어 태양전지의 효율 감소를 초래할 수 있다. 따라서 제1 P-N 도핑층(210)과 제2 P-N 도핑층(220) 간의 산소 함량, 굴절률, 반사특성, 두께 등이 상술한 바와 같이 조절되는 것이 바람직하다.
이미 설명한 것처럼, 이러한 굴절률 차이를 발생시키기 위해 제1 P-N 도핑층(210)과 제2 P-N 도핑층(220)은 p형 또는 n형으로 도핑된 SiOx, SiNy, SiOxNy 또는 μc-SiOx:H, μc-SiNx:H, μc-SiOxNy:H 중 하나로 형성될 수 있다. 여기서 제1 p-n 도핑층(210)에 사용되는 SiOx, SiNx, SiOxNy에 있어서, x=0.5~1.5, x+y=0.5~1.5를 만족한다. 그리고 제1 p-n 도핑층(210)의 굴절률 범위는 1.9~2.2이며, 두께는 30nm 이하일 수 있다. 제1 p-n 도핑층(210)이 주로 반사하는 빛의 파장대는 300nm 내지 600nm이다.
또한 제2 p-n 도핑층(220)을 형성하는 데에 사용될 수 있는 물질로는 SiOx, SiNx, SiOxNy 등이 있다. x와 y는 x=1.0~2.2, x+y=1.0~2.2를 만족한다. 제2 p-n 도핑층(220)의 굴절률 범위 는 1.6 내지 2.0이며, 제2 p-n 도핑층(220)의 두께는 30nm 이상 100nm 이하일 수 있다. 그리고 제2 p-n 도핑층(220)이 반사시키는 빛의 파장대는 500nm 이상 850nm 이하일 수 있다.
제1 p-n 도핑층(210)과 제2 p-n 도핑층(220)은 굴절률이 낮고 두께가 두꺼울수록 반사도가 향상되는 특성을 보인다. 굴절율이 낮거나 두께가 두꺼울수록, 제1 p-n 도핑층(210) 또는 제2 p-n 도핑층(220)의 앞단에 있는 광 흡수층인 제1 진성 반도체층(132) 또는 제2 진성 반도체층(142)과의 굴절률 차이가 커지면서 반사 특성이 향상될 수 있기 때문이다.
후면 반사층(back reflector, 160)은 제3 광전변환층(150)을 통과한 빛을 제3 광전변환층(150)쪽으로 반사시켜, 제3 광전변환층(150)의 동작 효율을 향상시킨다. 이러한 후면 반사층(160)은 ZnO, SnO, 미세결정질 실리콘 박막과 같은 투명한 도전성 물질로 형성될 수 있다.
후면 전극(170)은 후면 반사층(160) 전체 면 위에 형성되어 있으며, 제3 광전변환층(150)의 제3 n형 반도체층(153)과 전기적으로 연결되어 있다. 이러한 후면 전극(170)은 p-n 접합을 통해 생성된 캐리어 중 전자를 수집하여 출력한다. 후면 전극(160)은 전도성 금속 물질로 이루어져 있다.
도 3 내지 도 9를 참고로 하여, 이러한 구조를 갖는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 도시한 공정도이다.
먼저, 도 3에 도시한 것처럼, 유리나 플라스틱과 같은 투명한 재료로 이루어진 기판(110) 위에 도전성 투명 전극층(120)을 형성한다. 도전성 투명 전극층(20)은 도전성 투명 전극 형성용 페이스트를 기판(110) 상에 도포한후 열처리하여 형성하거나 스퍼터링 공정 등을 이용한 증착법 또는 도금법 등의 공정을 통해 형성될 수 있다.도전성 투명 전극층(120)은 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO), 주석계 산화물(SnO2 등), AgO, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide: FTO) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 형성될 수 있다.
다음, 도 4에 도시한 것처럼, 도전성 투명 전극층(120)의 표면을 텍스처링하여 도전성 투명 전극층(120)에 복수의 요철(121)을 형성한다.
텍스처링은 예를 들어 약 0.5%의 염화 수소(HCl)와 같은 식각 용액에 약 15초간 표면 식각 용액이 담긴 욕조(bath)에 일정 시간 동안 반도체 기판(100)을 담가 놓은 것으로 이루어질 수 있고, 식각 용액과 접촉한 도전성투명 전극층(120)의 표면이 식각되어 랜덤한 피라미드 구조 등을 갖는 요철(121)이 형성된다.
이때, 요철(121)은 투명 전극층(120)의 결정 방향에 따른 식각 속도의 차이에 의해 생성된다. 형성되는 요철(121)의 높이, 즉 각 피라미드 구조의 높이는 식각 용액의 농도, 식각 시간 등에 따라 가변되며, 약 1㎛ 내지10㎛일 수 있다.
다음, 도 5에 도시한 것처럼, PECVD와 같은 CVD를 이용하여 제1 p형 반도체층(131), 제1 진성 반도체층(132) 및 제1 n형 반도체층(133)을 차례로 형성하여 제1 광전변환층(130)을 형성한다. 이때, 실리콘(Si)을 포함하는 원료 가스에 불순물의 종류를 변경하여 제1 p형 반도체층(131), 제1 진성 반도체층(132) 및 제1 n형 반도체층(133)을 형성한다. 이때, 사용되는 원료 가스는 SiH4, Si2H6, Si3H8 등의 가스를 사용할 수 있고, 이런 원료 가스를 분해하기 위한 플라즈마 형성을 위한 가스로는 H2, He 등을 사용할 수 있다. 또한, p형 불순물을 위한 가스로는 붕소(B)와 같은 3가 원소를 포함하는 가스(B2H6)를 혼합하며, n형 불순물을 위한 가스로는 인(P)과 같은 5가 원소를 포함하는 가스(PH3)를 혼합한다.
다음, 도 6에 도시한 것처럼, 제1 광전변환층(130) 위에 제2 p형 반도체층(141), 제2 진성 반도체층(142) 및 제2 n형 반도체층(143)을 차례로 형성하여, 제2 광전변환층(140)을 완성한다. 제1 광전변환층(130)과 동일하게, 실리콘(Si)을 포함하는 원료 가스에 불순물의 종류를 변경하여 제2 p형 반도체층(141), 제2 진성 반도체층(142) 및 제2 n형 반도체층(143)을 형성할 수 있다.
그리고 도 7에 도시한 것처럼, 제2 광전변환층(140) 위에 제3 p형 반도체층(151), 제3 진성 반도체층(152) 및 제3 n형 반도체층(153)을 차례로 증착할 수 있다. 이하에서 각 반도체 층에 포함된 p형, n형, 진성 반도체층들의 구성 물질을 보다 상세하게 설명하도록 한다.
SiC로 이루어진 제1 p형 반도체층(131)을 형성하기 위한 한 예로서, SiH4의 원료 가스에 H2와 p형 불순물 형성을 위한 B2H6와 CH4를 더한 혼합 가스를 준비한 후 약 0.5 Torr 내지 1 Torr의 압력 하에서 약 20W 내지 100W의 고주파(radio frequency) 전력으로 PECVD를 행한다. 이때, 도전성 투명 전극층(120)을 구비한 반도체 기판 온도는 약 섭씨 200도 정도일 수 있다.
또한, a-Si:H로 이루어진 제1 진성 반도체층(132)을 형성하기 위한 한 예로서, SiH4의 원료 가스에 H2을 혼합하여 약 0.3 Torr 내지 2 Torr의 압력 하에서, 약 20 내지 100W의 고주파 전력으로 PECVD를 행한다. 이때의 반도체 기판 온도 또한 약 200도일 수 있다.
본 실시예에서, 제1 n형 반도체층(133)과 제2 n형 반도체층(143)은 μc-SiOx:H, μc-SiNx:H, μc-SiOxNy:H 중 하나로 형성된다. 여기서, 제1 n형 반도체층(133)에 포함되는 SiOx, SiNy, SiOxNy, μc-SiOx:H, μc-SiNx:H, μc-SiOxNy:H는 x=0.5~1.5, y=0.5~1.5, x+y=0.5~1.5를 만족하며, 제2 n형 반도체층(143)에 포함되는 SiOx, SiNy, SiOxNy, μc-SiOx:H, μc-SiNx:H, μc-SiOxNy:H는 x=1.0~2.2, y=1.0~2.2, x+y=1.0~2.2를 만족한다.
먼저, 제1 n형 반도체층(133) 및 제2 n형 반도체층(143)이 μc-SiO:H로 형성될 경우, SiH4의 원료 가스에 H2, CH4, PH3 및 CO2를 혼합하여 약 0.5Torr 내지 1 Torr의 압력 하에서, 약 20 내지 100W의 고주파 전력으로 PECVD를 행한다. 또한 제1 n형 반도체층(133)과 제2 n형 반도체층(143)이 μc-SiN:H로 형성될 경우, SiH4의 원료 가스에 H2, CH4, PH3 및 N2를 혼합하여 약 0.5 Torr 내지 1 Torr의 압력 하에서, 약 20 내지 100W의 고주파 전력으로 PECVD를 행한다. 그리고, 제1 n형 반도체층(133)과 제2 n형 반도체층(143)이 mc-SiN:H로 형성될 경우, SiH4의 원료 가스에 H2, CH4, PH3, CO2 및 N2를 혼합하여 약 0.5 Torr 내지 1 Torr의 압력 하에서,약 20 내지 100W의 고주파 전력으로 PECVD를. 모든 경우의 반도체 기판 온도는 약 180도일 수 있다,
그리고 제2 p형 반도체층(141)과 제3 p형 반도체층(151)은 μc-SiOx:H로, μc-SiNx:H 및 μc-SiOxNy:H 중 하나로 형성된다.
제2 p형 반도체층(141) 및 제3 p형 반도체층(151)이 μc-SiO:H로 형성될 경우, SiH4의 원료 가스에 H2와 B2H6을 혼합하여 약 0.5 Torr 내지1 Torr의 압력 하에서, 약 20 내지 100W의 고주파 전력으로 PECVD를 행하여 형성한다. 또한 제2 p형 반도체층(141)과 제3 p형 반도체층(151)를 μc-SiN:H로 형성할 경우, SiH4의 원료 가스에 H2, B2H6 및 N2를 혼합하여 약 0.5 Torr 내지 1 Torr의압력 하에서, 약 20 내지 100W의 고주파 전력으로 PECVD를 행한다. 그리고, 제2 p형 반도체층(141)과 제3 p형 반도체층(151)이 μc-SiN:H로 형성될 경우, SiH4의 원료 가스에 H2, B2H6, CO2 및 N2를 혼합하여 약 0.5 Torr 내지 1 Torr의 압력 하에서, 약 20내지 100W의 고주파 전력으로 PECVD를 행하여 형성한다. 모든 경우, 기판 온도는 약 180도일 수 있다.
또한, μc-Si:H로 형성된 제3 진성 반도체층(152)을 형성하기 위한 한 예로서, SiH4의 원료 가스에 H2을 혼합하여 약 0.2 Torr 내지 1 Torr의 압력 하에서, 약 100W 내지 200W의 고주파 전력으로 PECVD를 행한다. 이때, 기판 온도는 약 180도일 수 있다.
본 실시예에서, a-Si:H로 형성된 제2 n형 반도체층(143)을 형성하기 위해, SiH4의 원료 가스에 H2와 PH3을 혼합하여 약 0.5Torr 내지 1 Torr의 압력 하에서, 약 20W 내지 100W의 고주파 전력으로 PECVD를 행한다. 이때, 기판 온도는 약 180도일 수 있다.
그리고 제3 반도체층(150) 위에 후면 반사층(160)을 형성한다. 후면 반사층(160)은 ZnO, SnO, 미세결정질 실리콘 박막 등과 같은 투명한 도전성 물질로 형성될 수 있다.
후면 반사층(160) 위에 후면 전극(170)을 형성하여 태양 전지를 완성한다. 후면 전극은 도전성 금속 물질로 이루어지며, 그 형성 방법에 따라 다양한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 스크린 인쇄법으로 후면 전극(50)을 제조할 경우, 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있고, 잉크젯이나 디스펜싱법(dispensing)으로 제조할 경우 니켈(Ni), 은(Ag) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.
또한 도금법으로 후면 전극(160)을 형성할 때 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있고, 증착법으로 후면 전극(50)을 형성할 때에는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 티타늄(Ti), 납(Pd), 크롬(Cr), 텅스턴(W) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 또한 스크린 인쇄법으로 후면 전극(50)을 형성할 경우, 은(Ag)과 도전성 고분자의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 실시예에서, 제1 진성 반도체층(132)과 제2 진성 반도체층(142) 및 제3 진성 반도체층(152)은 각각 a-Si:H와 a-SiGe:H 및 μc-Si:H로 서로 다른 물질로 형성되어 있지만, 이와는 달리 동일한 물질로 형성될 수 있다.
다음 [표 1]를 참고로 하여 제1 n형 반도체층(133)과 제2 p형 반도체층(141)을 모두 μc-Si:H으로 형성한 종래의 경우와 비교하여, 본 발명의 한 실시예에 따라 제1 n형 반도체층(133)과 제2 p형 반도체층(141) 중 하나를 μc-SiO:H, μc-SiN:H 및 μc-SiON:H 중 적어도 하나로 형성할 경우 태양 전지의 안정화 효율의 변화를 살펴본다. 이때, 제1 n형 반도체층(133)과 제2 p형 반도체층(141)중 적어도 하나의 층으로 사용된 μc-SiO:H, μc-SiN:H 및 μc-SiON:H은 각각 전도도가 약 10-1S/㎝ 내지 101S/㎝가 되도록 증착 조건, 예를 들어, 증착 가스의 유량비, 압력, 고주파 전력의 세기 등을 최적화시켰고, 제조된 태양 전지의 각 층의 두께는 태양 전지의 동작 효율을 최대화하기 위해 최적화되었다. 특히 제1 광전변환층(130)과 제2 광전변환층(140)의 전류 밀도를 맞추는 전류 정합을 위해 흡수층인 제1 및 제2 진성 반도체층(132, 142)의 두께를 최적화하였다.
[표 1]에 도시한 것처럼, 제1 n형 반도체층(133)과 제2 p형 반도체층(141) 모두를 μc-Si:H으로 형성한 종래의 경우와 비교할 때, 제1 n형 반도체층(133)과 제2 p형 반도체층(141)중 적어도 하나를 μc-SiOx:H, μc-SiNx:H 및 μc-SiON:H 중 적어도 하나로 형성하여 태양 전지를 제조할 때 태양 전지의 안정화 효율이 향상됨을 알 수 있었다.
이를 좀더 상세히 살펴보면, 종래의 경우와 비교할 때, 제1 광전변환층(130)의 제1 n형 반도체층(133)만을 SiOx, SiNx, SiOxNy 또는 μc-SiOx:H, μc-SiNx:H 및 μc-SiON:H 중 하나로 형성할 때(샘플: 1, 5 및 8)보다 제2 광전변환층(140)의 제2 p형 반도체층(141)만을 SiOx, SiNx, SiOxNy 또는 μc-SiOx:H, μc-SiNx:H 및 μc-SiON:H 중 하나로 형성할 때(샘플: 3, 6 및 9), 태양 전지의 안정화 효율을 높았고, 제1 n형 반도체층(133)과 제2 p형 반도체층(141) 모두를 SiOx, SiNx, SiOxNy 또는 μc-SiOx:H, μc-SiNx:H 및 μc-SiON:H 중 하나로 형성할 때(샘플: 4, 7 및 10) 태양 전지의 안정화 효율이 제일 크게 향샹됨을 알 수 있었다.
그런데 본 발명의 실시예는 삼중접합 태양전지에 관한 것으로서, 제1 n형 반도체층(133)과 제2 p형 반도체층(141)의 결합층인 제1 p-n 도핑층(210), 제2 n형 반도체층(143)과 제3 p형 반도체층(151)의 결합층인 제2 p-n 도핑층(220)을 포함한다. 즉, 제1 n형 반도체층(133)과 제2 n형 반도체층(143)에는 모두 N형으로 도핑된 SiOx, SiNx, SiOxNy 또는 μc-SiOx:H, μc-SiNx:H 및 μc-SiON:H 중 하나가 사용되고, 제2 p형 반도체층(141)과 제3 p형 반도체층(151)이 모두 P형으로 도핑된 SiOx, SiNx, SiOxNy 또는 μc-SiOx:H, μc-SiNx:H 및 μc-SiON:H 중 하나가 사용될 수 있다.
제1 P-N 도핑층(210) 및 제2 P-N 도핑층(220)의 특성에 따른 효율 변화를 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다. 삼중접합 구조에서, SiOx가 적용된 제1 P-N 도핑층(210) 및 제2 P-N 도핑층(220) 중 어느 하나가 적용된 경우를 전제로 하여, 제1 P-N 도핑층(210) 및 제2 P-N 도핑층(220)의 두께와 굴절률에 따른 특성 변화를 살펴본다. 우선 [표 2]와 [표 3]은 제1 P-N 도핑층(210)만이 적용된 삼중접합 태양전지에 관한 것으로 [표 4]는 제1 P-N 도핑층(210)의 굴절률 변화에 따른 전류량의 상대값을, [표 5]는 제1 P-N 도핑층(210)의 두께 변화에 따른 전류량의 상대값을 나타낸다. SiOx가 적용되지 않은 종래 기술의 전류량을 1이라 가정한다.
| 굴절율 | top | middle | bottom | sum | Total |
| No SiOx | 1 | 1 | 1 | 3 | 1.00 |
| 2.2 | 1.03 | 0.98 | 0.99 | 3 | 1.00 |
| 2 | 1.06 | 0.98 | 0.99 | 3.03 | 1.01 |
| 1.8 | 1.08 | 0.91 | 0.91 | 2.9 | 0.97 |
| 1.6 | 1.1 | 0.88 | 0.88 | 2.86 | 0.95 |
제1 광전변환층(130)과 제2 광전변환층(140) 사이 제1 p-n도핑층(210)에 SiOx 적용시 굴절율이 감소함에 따라 제1 p-n도핑층(210)과 제1 진성 반도체층(132) 사이의 굴절률 차이가 커지고, 제1 p-n도핑층(210)의 반사 특성이 향상됨으로 인해 제1 진성 반도체층(132)으로 재흡수되는 광의 량이 증가하고, 결과적으로 태양전지에서 생산되는 전기의 전류가 증가한다. 그 결과 제2 광전변환층(140)과 제3 광전변환층(150) 의 전류는 다소 감소한다.
따라서 제1 p-n도핑층(210)의 굴절율이 너무 감소하면, 장파장 대역의 광들에 대한 반사효과까지 커져, 제2 광전변환층(140)과 제3 광전변환층(150)에 흡수되어야 할 태양광들까지 모두 반사되어 총 전류는 감소할 수 있다. 따라서 제1 p-n도핑층(210)은 적정 범위의 굴절률로 설정될 것이 필요하다.
| 두께 | top | middle | bottom | sum | Total |
| No SiOx | 1 | 1 | 1 | 3 | 1.00 |
| 30 | 1.03 | 0.98 | 0.99 | 3 | 1.00 |
| 50 | 1.06 | 0.95 | 0.95 | 2.96 | 0.99 |
| 70 | 1.09 | 0.91 | 0.91 | 2.91 | 0.97 |
제1 광전변환층(130)과 제2 광전변환층(140) 사이 제1 p-n도핑층(210)에 SiOx를 적용함에 있어, 제1 p-n도핑층(210)의 두께가 증가함에 따라 제1 p-n도핑층(210)에 의해 반사되는 태양광의 양이 증가함으로 인해 제1 진성 반도체층(132)으로 재흡수되는 광의 량이 증가하고, 결과적으로 태양전지에서 생산되는 전기의 전류가 증가한다. 그 결과 제2 광전변환층(140)과 제3 광전변환층(150) 의 전류는 다소 감소한다.
두께의 경우도 마찬가지로, 반사층의 너무 두께가 증가하면, 장파장 반사효과가 커져 제2 광전변환층(140)과 제3 광전변환층(150)에 흡수되어야 할 태양광들까지 모두 반사되어 총 전류는 감소할 수 있다. 따라서 제1 p-n도핑층(210)은 적정 범위의 두께로 형성될 필요가 있다.
이에 따라, 본 발명에서는 제1 p-n도핑층(210)의 바람직한 두께 범위를 30nm 이하, 굴절률 범위는 1.9 내지 2.2로 예시하였다.
그리고 [표 4]과 [표 5]는 제2 P-N 도핑층(220)만이 적용된 삼중접합 태양전지에 관한 것으로 [표 4]는 제2 P-N 도핑층(220)의 굴절률 변화에 따른 전류량의 상대값을, [표 5]는 제2 P-N 도핑층(220)의 두께 변화에 따른 전류량의 상대값을 나타낸다. 마찬가지로, SiOx가 적용되지 않은 종래 기술의 전류량을 1이라 가정한다.
| 굴절율 | top | middle | bottom | sum | Total |
| No SiOx | 1 | 1 | 1 | 3 | 1.00 |
| 2.2 | 1.01 | 1.03 | 0.97 | 3.01 | 1.00 |
| 2 | 1.01 | 1.05 | 0.99 | 3.05 | 1.02 |
| 1.8 | 1.02 | 1.08 | 0.91 | 3.01 | 1.00 |
| 1.6 | 1.02 | 1.12 | 0.86 | 3 | 1.00 |
제2 광전변환층(140)과 제3 광전변환층(150) 사이에 제2 P-N 도핑층(220)으로 SiOx 적용시 굴절율이 감소함에 따라 제2 진성 반도체층(142)과 제2 P-N 도핑층(220) 사이의 굴절률 차이가 커짐으로 인해 제2 P-N 도핑층(220)의 반사율이 향상된다. 이에 따라 제1 광전변환층(130)과 제2 광전변환층(140)으로의 태양광의 재흡수율이 증가하여 제1 광전변환층(130)과 제2 광전변환층(140)의 전류가 증가하고, 제3 광전변환층(150)의 전류가 감소한다.
그런데 제2 P-N 도핑층(220)의 굴절률이 지나치게 감소하면, 장파장 반사효과가 커져 제3 광전변환층(150)에 도달하여야 할 빛이 모두 반사되어 오히려 총 전류는 감소할 수 있다.
| 두께 | top | middle | bottom | sum | Total |
| No SiOx | 1 | 1 | 1 | 3 | 1.00 |
| 30 | 1.01 | 1.04 | 0.96 | 3.01 | 1.00 |
| 50 | 1.01 | 1.07 | 0.94 | 3.02 | 1.01 |
| 70 | 1.02 | 1.11 | 0.88 | 3.01 | 1.00 |
| 100 | 1.02 | 1.15 | 0.81 | 2.98 | 0.99 |
제2 광전변환층(140)과 제3 광전변환층(150) 사이에 제2 P-N 도핑층(220)으로 SiOx 적용시 그 두께가 증가함에 따라 제2 P-N 도핑층(220)에 의해 반사되는 태양광의 양이 증가한다. 이에 따라 제1 광전변환층(130)과 제2 광전변환층(140)으로의 태양광의 재흡수율이 증가하여 제1 광전변환층(130)과 제2 광전변환층(140)의 전류가 증가하고, 제3 광전변환층(150)의 전류가 감소한다. 그런데 제2 P-N 도핑층(220)의 두께가 지나치게 두꺼하면, 장파장 반사효과가 커져 제3 광전변환층(150)에 도달하여야 할 빛이 모두 반사되어 오히려 총 전류는 감소할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에서는 제2 P-N 도핑층(220)의 바람직한 굴절률 범위를 1.6 내지 2.0으로, 바람직한 두께 범위를 30nm 내지 100nm로 예시하고 있다.
제2 P-N 도핑층(220)은 제3 광전변환층(150)으로만 태양광을 투과시키면 되는 것에 비하여 제1 P-N 도핑층(210)은 제2 광전변환층(140)과 제3 광전변환층(150)의 광 흡수를 모두 고려하여야 한다. 따라서 제1 P-N 도핑층(210)은 제2 P-N 도핑층(220)에 비하여 굴절률이 크고 두께가 얇게 제작될 수 있다.
이중접합 구조를 가지는 태양전지에서 하나의 P-N 도핑층만이 사용되는 것에 비하여, 본 발명의 경우 두 개의 P-N 도핑층(제1 P-N 도핑층과 제2 P-N 도핑층)이 사용된다는 차이점이 있다.
즉, 제1 P-N 도핑층(210)과 제2 P-N 도핑층(220)이 모두 P형 또는 N형으로 도핑된 SiOx, SiNx, SiOxNy 또는 μc-SiOx:H, μc-SiNx:H 및 μc-SiON:H 중 하나로 형성될 때 태양 전지의 안정화 효율이 제일 크게 향샹되며, 제1 P-N 도핑층(210)과 제2 P-N 도핑층(220)이 모두 SiOx, SiNx, SiOxNy 또는 μc-SiOx:H, μc-SiNx:H 및 μc-SiON:H 중 하나로 형성되는 경우, 태양전지 효율이 더 향상될 수 있음은 쉽게 유추할 수 있다.
아래의 표 6을 참조하여 부연 설명한다.
| 샘플 1 | 이중접합 | P-N 도핑층 미사용 | 상대효율 1.0 |
| 샘플 2 | 이중접합 | P-N 도핑층 사용 | 상대효율 1.1 |
| 샘플 3 | 삼중접합 | P-N 도핑층 미사용 | 상대효율 1.2 |
| 샘플 4 | 삼중접합 | 제1 및 제2 P-N 도핑층 사용 | 상대효율 1.3 |
결국, 제1 n형 반도체층(133)과 제2 p형 반도체층(141)의 결합층인 제1 p-n 도핑층(210), 제2 n형 반도체층(143)과 제3 p형 반도체층(151)의 결합층인 제2 p-n 도핑층(220)들이 모두 중간 반사층 역할을 할 때, 제1 광전변환층(130)과 제2 광전변환층(140)로 재입사되는 빛의 양도 최대가 되고 개방 전압(voltage of open circuit, Voc)의 증가 효과 또한 최대로 되므로, 태양 전지의 안정화 효율이 최대로 향상됨을 알 수 있었다.
이와 같이, 제1 광전변환층(130)의 진성 반도체층(132)의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖도록 제1 P-N 도핑층(210)을 형성하고 제2 광전변환층(140)의 진성 반도체층(142)의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖도록 제2 P-N 도핑층(220)을 형성한다. 이로써 제1 광전변환층(130)을 통과한 빛은 제1 P-N 도핑층(210)에 의해 반사되어 제1 광전변환층(130)로 쪽으로 재입사된다. 그리고 제2 광전변환층(140)을 통과한 빛은 제2 P-N 도핑층(220)에 의해 반사되어 제2 광전변환층(140)로 쪽으로 재입사된다.
결국, 제1 광전변환층(130)과 제2 광전변환층(140)의 전류 정합을 실현하고, 광 열화 현상을 줄이기 위해, 별도의 제1 광전변환층(130)과 제2 광전변환층(140) 사이에 별도의 중간 반사층에 형성되었던 중간 반사층의 기능이 제1 P-N 도핑층(210) 및 제2 P-N 도핑층(220) 에 의해 실현되므로, 중간 반사층 없이도 태양전지의 효율을 향상시키고 제조 공정도 상대적으로 단순화할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 실시예를 통해 적층형 태양 전지의 구조가 간단해질 수 있다. 또한 중간 반사층을 형성하는 공정이 불필요하므로, 적층형 태양 전지의 제조 공정이 단순화되고, 제조 비용 또한 역시 절감된다.
도 8 및 도 9을 참조하면, 제3 광전변환층(150)이 적층된 후 그 위에 후면 반사층(160)과 후면 전극(170)이 차례로 적층된다. 후면 반사층(160)과 후면 전극(170)에 관해서는 앞서 도 1을 참조하여 이미 설명하였으므로, 중복된 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 한 실시예에서는 투명한 기판(110) 위에 두 개의 반도체층이 순차적으로 형성된 상판형 구조를 기초로 하여 설명하였지만, 본 발명의 실시예는 금속의 기판 위에 제1 광전변환층과 제2 광전변환층이 형성되어 있고, 금속 기판의 반대 방향으로 빛이 입사되는 하판(substrate) 구조에도 물론 적용된다. 또한, 본 발명의 실시예는 세 개 이상의 반도체층을 구비하는 태양 전지에도 적용 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
110 : 기판 120 : 도전성 투명 전극층
130 : 제1 광전변환층 130 : 제1 p형 반도체층
132 : 제1 진성 반도체층 133 : 제1 n형 반도체층
140 : 제2 광전변환층 141 : 제2 p형 반도체층
142 : 제2 진성 반도체층 143 : 제2 n형 반도체층
150 : 제3 광전변환층 151 : 제3 p형 반도체층
152 : 제3 진성 반도체층 153 : 제3 n형 반도체층
160 : 후면 반사층 170 : 후면 전극
210 : 제1 P-N 도핑층 220 : 제2 P-N 도핑층
130 : 제1 광전변환층 130 : 제1 p형 반도체층
132 : 제1 진성 반도체층 133 : 제1 n형 반도체층
140 : 제2 광전변환층 141 : 제2 p형 반도체층
142 : 제2 진성 반도체층 143 : 제2 n형 반도체층
150 : 제3 광전변환층 151 : 제3 p형 반도체층
152 : 제3 진성 반도체층 153 : 제3 n형 반도체층
160 : 후면 반사층 170 : 후면 전극
210 : 제1 P-N 도핑층 220 : 제2 P-N 도핑층
Claims (30)
- 기판;
상기 기판 위에 형성되어 있는 투명 전극층;
상기 투명 전극층 위에 형성되어 있는 제1 p형 반도체층;
상기 제1 p형 반도체층 위에 형성되는 제1 진성 반도체층;
상기 제1 진성 반도체층 위에 형성되어 있는 제1 P-N 도핑층;
상기 제1 P-N 도핑층 위에 형성되어 있는 제2 진성 반도체층;
상기 제2 진성 반도체층 위에 형성되어 있는 후면 전극을 포함하되,
여기서, 상기 제1 P-N 도핑층은 상기 제1 진성 반도체층 상에 제1 n형 반도체층과 제2 p형 반도체층이 차례로 적층되어 결합된 반도체층이며, 상기 제1 n형 반도체층과 상기 제1 p형 반도체층 중 하나 이상은 SiOx, SiNy, SiOxNy 중 어느 하나의 물질을 포함하고, 상기 x는 0.5 내지 1.5, 상기 y는 0.5 내지 1.5, 상기 x와 상기 y의 합은 0.5 내지 1.5를 만족하는 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 투명 전극층과 상기 제1 p형 반도체층 사이에 제3 p형 반도체층, 제3 진성 반도체층, 제3 n형 반도체층을 더 포함하는 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 제2 진성 반도체층과 상기 후면 전극 사이에 제2 n형 반도체층, 제3 p형 반도체층, 제3진성 반도체층, 제3 n형 반도체층을 더 포함하는 태양전지. - 제3항에 있어서,
상기 제2 n형 반도체층과 상기 제3 p형 반도체층은 제2 P-N 도핑층을 형성하며,
상기 제2 n형 반도체층과 상기 제3 p형 반도체층 중 하나 이상은 SiOx, SiNx, SiOxNy 중 어느 하나의 물질을 포함하고, 상기 x는 1.0 내지 2.2, 상기 y는 1.0 내지 2.2, 상기 x와 상기 y의 합은 1.0 내지 2.2를 만족하는 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 P-N 도핑층은 상기 제2 P-N 도핑층에 비하여 두께가 얇은 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제5항에 있어서,
상기 제1 P-N 도핑층의 두께는 30nm 이하, 상기 제2 P-N 도핑층의 두께는 30nm 이상 100nm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 제2 P-N 도핑층은 상기 제1 P-N 도핑층에 비하여 산소 함량이 더 높은 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 제2 P-N 도핑층은 상기 제1 P-N 도핑층에 비하여 굴절률이 작은 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제8항에 있어서,
상기 제1 P-N 도핑층의 굴절률 범위는 1.9 이상 2.2 이하, 상기 제2 P-N 도핑층의 굴절률 범위는 1.6 이상 2.0 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 P-N 도핑층은 상기 기판과 상기 투명 전극층 및 상기 제1 진성 반도체층을 투과하여 수광된 빛을 상기 제1 진성 반도체층으로 반사시키는 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제4항에 있어서,
상기 제2 P-N 도핑층은 상기 상기 기판과 상기 투명 전극층, 상기 제1 진성 반도체층, 상기 제1 P-N 도핑층 및 상기 제2 진성 반도체층을 투과하여 수광된 빛을 상기 제2 진성 반도체층으로 반사시키는 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제4항에 있어서,
상기 제1 진성 반도체층의 굴절률은 상기 제1 P-N 도핑층의 굴절률보다 크고, 상기 제2 진성 반도체층의 굴절률은 상기 제2 P-N 도핑층의 굴절률보다 큰 것을 특징으로 하는 태양 전지. - 제12항에 있어서,
상기 제1 진성 반도체층의 굴절률과 상기 제1 P-N 도핑층의 굴절률의 차이는 2 이상인 것을 특징으로 하는 태양 전지. - 제12항에 있어서,
상기 제2 진성 반도체층의 굴절률과 상기 제2 P-N 도핑층의 굴절률의 차이는 2 이상인 것을 특징으로 하는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제2 진성 반도체층과 상기 후면 전극 사이에 제2 n형 반도체층 및 후면 반사층을 더 포함하는 태양전지. - 기판 상에 투명 전극층을 증착하는 단계;
상기 투명 전극층 위에 p형으로 도핑된 제1 p형 반도체층을 형성하는 단계;
상기 제1 p형 반도체층 위에 제1 진성 반도체층을 형성하는 단계;
상기 제1 진성 반도체층 제1 n형 반도체층과 제2 p형 반도체층을 증착하여 제1 P-N 도핑층을 형성하는 단계;
상기 제1 P-N 도핑층 위에 제2 진성 반도체층을 형성하는 단계;
상기 제2 진성 반도체층 위에 후면 전극을 형성하는 단계를 포함하되,
여기서, 상기 제1 P-N 도핑층은 제1 n형 반도체층과 제2 p형 반도체층이 차례로 적층되어 결합된 반도체층이며, 상기 제1 n형 반도체층과 상기 제1 p형 반도체층 중 하나 이상은 SiOx, SiNx, SiOxNy 중 어느 하나의 물질을 포함하고, 상기 x는 0.5 내지 1.5, 상기 x와 상기 y의 합은 0.5 내지 1.5를 만족하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 제16항에 있어서,
상기 제1 p형 반도체층을 형성하기 전에, 상기 투명 전극층 상에 제3 p형 반도체층, 제3 진성 반도체층, 제3 n형 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양전지 제조방법. - 제16항에 있어서,
상기 후면 전극을 형성하기 전에, 상기 제2 진성 반도체층 상에 제2 n형 반도체층, 제3 p형 반도체층, 제3 진성 반도체층, 제3 n형 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양전지 제조방법. - 제18항에 있어서,
상기 제2 n형 반도체층과 상기 제3 p형 반도체층을 차례로 적층하여 제2 P-N 도핑층을 형성하며,
상기 제2 n형 반도체층과 상기 제3 p형 반도체층 중 하나 이상은 SiOx, SiNy, SiOxNy 중 어느 하나의 물질을 포함하고, 상기 x는 1.0 내지 2.2, 상기 y는 1.0 내지 2.2, 상기 x와 상기 y의 합은 1.0 내지 2.2를 만족하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 제16항에 있어서,
상기 제1 P-N 도핑층은 상기 제2 P-N 도핑층에 비하여 얇은 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 제20항에 있어서,
상기 제1 P-N 도핑층은 30nm 이하의 두께로, 상기 제2 P-N 도핑층은 30nm 이상 100nm 이하의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 제16항에 있어서,
상기 제2 P-N 도핑층은 상기 제1 P-N 도핑층에 비하여 산소 함량이 더 높은 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 제16항에 있어서,
상기 제2 P-N 도핑층은 상기 제1 P-N 도핑층에 비하여 굴절률이 작은 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 제23항에 있어서,
상기 제1 P-N 도핑층의 굴절률 범위는 1.9 이상 2.2 이하, 상기 제2 P-N 도핑층의 굴절률 범위는 1.6 이상 2.0 이하로 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 제16항에 있어서,
상기 제1 P-N 도핑층은 상기 기판과 상기 투명 전극층 및 상기 제1 진성 반도체층을 투과하여 수광된 빛을 상기 제1 진성 반도체층으로 반사시키는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 제19항에 있어서,
상기 제2 P-N 도핑층은 상기 상기 기판과 상기 투명 전극층, 상기 제1 진성 반도체층, 상기 제1 P-N 도핑층 및 상기 제2 진성 반도체층을 투과하여 수광된 빛을 상기 제2 진성 반도체층으로 반사시키는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법 제조방법. - 제19항에 있어서,
상기 제1 진성 반도체층의 굴절률은 상기 제1 P-N 도핑층의 굴절률보다 크고, 상기 제2 진성 반도체층의 굴절률은 상기 제2 P-N 도핑층의 굴절률보다 큰 것을 특징으로 하는 태양 전지 제조방법. - 제27항에 있어서,
상기 제1 진성 반도체층의 굴절률과 상기 제1 P-N 도핑층의 굴절률의 차이는 2 이상인 것을 특징으로 하는 태양 전지 제조방법. - 제27항에 있어서,
상기 제2 진성 반도체층의 굴절률과 상기 제2 P-N 도핑층의 굴절률의 차이는 2 이상인 것을 특징으로 하는 태양 전지 제조방법. - 제16항에 있어서,
상기 후면 전극을 형성하기 전에, 상기 제2 진성 반도체층 상에 제2 n형 반도체층 및 후면 반사층을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양전지 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110017214A KR20120097786A (ko) | 2011-02-25 | 2011-02-25 | 태양전지 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110017214A KR20120097786A (ko) | 2011-02-25 | 2011-02-25 | 태양전지 및 그 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120097786A true KR20120097786A (ko) | 2012-09-05 |
Family
ID=47108943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110017214A KR20120097786A (ko) | 2011-02-25 | 2011-02-25 | 태양전지 및 그 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20120097786A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101429478B1 (ko) * | 2013-10-11 | 2014-08-14 | (재)한국나노기술원 | 도핑보상층이 형성된 태양전지의 제조방법 및 이에 의한 태양전지 |
-
2011
- 2011-02-25 KR KR1020110017214A patent/KR20120097786A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101429478B1 (ko) * | 2013-10-11 | 2014-08-14 | (재)한국나노기술원 | 도핑보상층이 형성된 태양전지의 제조방법 및 이에 의한 태양전지 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2469609B1 (en) | Thin film solar cell | |
| EP0437767A1 (en) | Enhancement of short-circuit current by use of wide bandgap n-layers in p-i-n amorphous silicon photovoltaic cells | |
| US20110253213A1 (en) | Thin film solar cell | |
| KR101632451B1 (ko) | 박막 태양 전지 | |
| KR101833941B1 (ko) | 박막 태양 전지 | |
| US9224886B2 (en) | Silicon thin film solar cell | |
| US8981203B2 (en) | Thin film solar cell module | |
| KR20110093046A (ko) | 실리콘 박막 태양전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101130200B1 (ko) | 태양전지 | |
| US20100212739A1 (en) | Solar cell and method of manufacturing the same | |
| KR20120097786A (ko) | 태양전지 및 그 제조방법 | |
| CN102593193A (zh) | 薄膜太阳能电池及其制造方法 | |
| EP2834856B1 (en) | Thin film solar cell | |
| KR101784439B1 (ko) | 박막 태양전지 | |
| KR101573930B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
| JP2020505786A (ja) | シングル型、タンデム型ならびにヘテロ接合型太陽電池装置およびその形成方法 | |
| KR20120096340A (ko) | 태양전지 및 그 제조방법 | |
| KR101821392B1 (ko) | 박막 태양 전지 | |
| KR20120064270A (ko) | 박막 태양 전지 | |
| KR20140121919A (ko) | 박막 태양전지 | |
| KR20120124839A (ko) | 광전 변환 장치 | |
| KR20120091672A (ko) | 태양전지 및 그 제조방법 | |
| EP2642531A1 (en) | Method for manufacturing thin film solar cell | |
| KR20100033897A (ko) | 광기전력 변환소자 및 제조방법 | |
| KR20150088617A (ko) | 박막 태양 전지 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |