KR20120119045A - 후면전계층을 포함하는 카드뮴텔룰라이드 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents
후면전계층을 포함하는 카드뮴텔룰라이드 태양전지 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20120119045A KR20120119045A KR1020110036778A KR20110036778A KR20120119045A KR 20120119045 A KR20120119045 A KR 20120119045A KR 1020110036778 A KR1020110036778 A KR 1020110036778A KR 20110036778 A KR20110036778 A KR 20110036778A KR 20120119045 A KR20120119045 A KR 20120119045A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- metal
- solar cell
- cds
- doped
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 38
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 claims description 55
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 26
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 14
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 13
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 9
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 7
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 6
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 6
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 6
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 6
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 6
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 6
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 6
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 claims description 5
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims description 4
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 4
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 3
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 abstract 4
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 5-phenyl-2h-tetrazole Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=NNN=N1 MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 81
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 3
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Natural products NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- JQKHJQJVKRFMCO-SNAWJCMRSA-N nifurpirinol Chemical compound OCC1=CC=CC(\C=C\C=2OC(=CC=2)[N+]([O-])=O)=N1 JQKHJQJVKRFMCO-SNAWJCMRSA-N 0.000 description 1
- 229950009146 nifurpirinol Drugs 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000013082 photovoltaic technology Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 238000005092 sublimation method Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer 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 potential barriers
- H01L31/072—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 the potential barriers being only of the PN heterojunction type
- H01L31/073—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 the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising only AIIBVI compound semiconductors, e.g. CdS/CdTe 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
- H01L31/04—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
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
- H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe 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
-
- 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
- Y02E10/543—Solar cells from Group II-VI materials
-
- 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)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 광흡수층으로 이동하는 전자를 차단시켜 태양전지 효율을 향상시키기 위하여 광흡수층과 후면전극 사이에 후면전계층을 도입한 CdTe 태양전지에 관한 것이며, 상기 후면전계층은 CdS 박막에 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 나트륨(Na), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb), 비소(As) 및 인(P)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 금속이 도핑된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 후면전계층을 용액성장법(CBD)으로 형성함으로써 CdTe 태양전지 생산 공정을 간소화시킬 수 있는 CdTe 태양전지 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 후면전계층을 용액성장법(CBD)으로 형성함으로써 CdTe 태양전지 생산 공정을 간소화시킬 수 있는 CdTe 태양전지 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 후면전계층을 포함하는 CdTe 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 광흡수층과 후면전극 사이에 상기 후면전계층으로 써 금속이 도핑된 CdS 박막을 사용하여 광흡수층에서 생성된 전자 중 후면으로 이동하는 전자의 흐름을 차단하여 태양전지 효율을 증가시킬 수 있는 CdTe 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
태양광은 지구상에서 가장 풍부하고 공해가 전혀 발생하지 않는 청정한 에너지원으로서 지구상에 공급되는 총 태양광에너지는 초당 약 12만 테라와트 (120×1015 W)에 달한다. 이는 지구상의 인류가 사용하는 총 에너지의 10,000 배에 해당되는 분량이며, 이 태양광에너지를 활용하는 기술을 개발하는 것은 국가의 당면한 에너지 및 환경문제를 해결하는 유력한 방안이 될 것이다.
태양전지 기술의 발전은 대면적화, 저가화, 고효율화를 지향하고 있다. 현재 1세대인 결정형 Si(실리콘) 태양전지는 높은 효율과 안정된 성능을 바탕으로 태양광발전 시장의 90%를 점유하고 있다. 그러나 실리콘 소재의 공급부족 현상이 갈수록 심화되고 있으며 수급 불균형에 의한 고비용 요소도 당분간 해소되지 않을 전망이다. 또한, 우리나라는 결정형 Si 태양전지 기술 및 산업화 측면에서 독일, 일본, 중국에 비하여 이미 늦었기 때문에 대외 경쟁력 확보도 쉽지 않을 것으로 예상된다.
반면, 차세대 태양광발전 기술인 박막형 태양전지 분야는 전 세계적으로 아직 산업화 초기 단계이기 때문에, 후발 주자인 우리나라로서도 승산이 높은 분야라 할 수 있다. 이 태양전지는 결정형 실리콘 태양전지에 비해 에너지 회수기간이 절반 정도로 짧고, 소재 비용을 약 1/100로 줄일 수 있으며, 손쉽게 대면적화 할 수 있기 때문에 제조비용의 혁신적인 절감이 가능할 것으로 전망되고 있다.
또한, 박막형 태양전지의 제작방식은 디스플레이나 발광다이오드와 같은 통상의 반도체 IT 기술과 유사하다. 따라서 우리나라가 이미 보유한 세계 최고 수준의 반도체/디스플레이 기술을 활용하면 차세대 박막형 태양전지의 기술 및 시장 경쟁력을 조기에 확보할 수 있다.
그러나, 이러한 박막형 태양전지는 효율이 낮은 단점이 있어 상용화 및 시장 점유율을 높이는데 한계가 있다.
이에 본 발명자들은 상술한 종래기술 상의 문제점을 해결할 수 있는 CdTe 태양전지 및 이의 제조방법을 개발하고자 예의 노력한 결과 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
결국, 본 발명은 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 나트륨(Na), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb), 비소(As) 및 인(P)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 금속이 CdS 박막에 도핑된 것을 특징으로 하는 후면전계층을 광흡수층과 후면전극 사이에 구비함으로써 광흡수층에서 생성된 전자 중 후면으로 이동하는 전자의 흐름을 차단하여 효율이 향상된 CdTe 태양전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기 후면전계층을 용액성장법(CBD)으로 형성함으로써 생산 공정이 간소화된 CdTe 태양전지 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 유리 기판 상에 형성된 투명전도 산화막, 상기 투명전도 산화막 상에 형성된 광투과층, 상기 광투과층 상에 형성된 광흡수층 및 상기 광흡수층 상에 형성된 금속이 도핑된 CdS층을 포함하는 CdTe 태양전지를 제공한다.
본 발명에 따른 CdTe 태양전지의 일 실시예에 의하면, 상기 광투과층은 n형의 CdS일 수 있다.
본 발명에 따른 CdTe 태양전지의 일 실시예에 의하면, 상기 광흡수층은 p형의 CdTe일 수 있다.
본 발명에 따른 CdTe 태양전지의 일 실시예에 의하면, 상기 CdS층에 도핑되는 금속은 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 나트륨(Na), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb), 비소(As) 및 인(P)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 CdTe 태양전지의 일 실시예에 의하면, 상기 금속이 도핑된 CdS층의 두께는 10 내지 200nm일 수 있다.
본 발명에 따른 CdTe 태양전지의 일 실시예에 의하면, 상기 금속이 도핑된 CdS층은 금속이 0.5 내지 30 중량%로 도핑될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 유리 기판 상에 투명전도 산화막을 형성하는 단계, 상기 투명전도 산화막 상에 광투과층을 형성하는 단계, 상기 광투과층 상에 광흡수층을 형성하는 단계 및 상기 광흡수층 상에 금속이 도핑된 CdS층을 형성하는 단계를 포함하는 CdTe 태양전지 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 CdTe 태양전지 제조방법의 일 실시예에 의하면, 상기 CdS층에 도핑된 금속은 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 나트륨(Na), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb), 비소(As) 및 인(P)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 CdTe 태양전지 제조방법의 일 실시예에 의하면, 상기 광흡수층 상에 금속이 도핑된 CdS층을 형성하는 단계는, 상기 금속이 도핑된 CdS층을 10 내지 200nm로 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 CdTe 태양전지 제조방법의 일 실시예에 의하면, 상기 광흡수층 상에 금속이 도핑된 CdS층을 형성하는 단계는, CdS 박막에 0.5 내지 30 중량%의 금속을 도핑할 수 있다.
본 발명에 따른 CdTe 태양전지 제조방법의 일 실시예에 의하면, 상기 광흡수층 상에 금속이 도핑된 CdS층을 형성하는 단계는, 용액성장법(CBD)으로 CdS 박막 형성과 동시에 금속을 도핑할 수 있다.
본 발명에 따른 CdTe 태양전지 제조방법의 일 실시예에 의하면, 상기 광흡수층 상에 금속이 도핑된 CdS층을 형성하는 단계는, 진공증착법 또는 스퍼터링법으로 CdS 박막을 형성한 뒤 금속을 도핑할 수 있다.
본 발명에 따른 CdTe 태양전지 제조방법의 일 실시예에 의하면, 상기 광흡수층 상에 금속이 도핑된 CdS층을 형성하는 단계는, 카드뮴(Cd) 공급원, 황(S) 공급원 및 금속 공급원, 초순수용액(DI water) 및 완충용액을 포함하는 혼합용액을 제조하는 단계 및 상기 혼합용액에 투명전도 산화막, 광투과층 및 광흡수층이 순차적으로 형성된 유리기판을 담지시켜 55 내지 85℃로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 CdTe 태양전지 제조방법의 일 실시예에 의하면, 상기 광흡수층 상에 금속이 도핑된 CdS층을 형성하는 단계는, 진공증착법 또는 스퍼터링법으로 CdS 박막을 형성하는 단계, 상기 형성된 CdS 박막에 금속을 증착하는 단계 및 상기 금속이 증착된 CdS 박막을 100 내지 350℃에서 5 내지 60분간 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 CdTe 태양전지는 금속이 도핑된 CdS 박막을 후면전계층으로 구비함으로써 광흡수층에서 생성된 전자 중 후면으로 이동하는 전자의 흐름을 차단하여 태양전지 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 용액성장법(CBD)을 이용하여 금속이 도핑된 CdS 박막을 형성함으로써 생산 공정이 간소화 되는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 CdTe 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 CdTe 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 후면전계층 형성 전의 전자 이동의 흐름을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 후면전계층 형성 후의 전자 이동의 흐름을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 CdTe 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 후면전계층 형성 전의 전자 이동의 흐름을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 후면전계층 형성 후의 전자 이동의 흐름을 나타낸 개략도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에서는, 유리 기판 상에 형성된 투명전도 산화막, 상기 투명전도 산화막 상에 형성된 광투과층, 상기 광투과층 상에 형성된 광흡수층 및 상기 광흡수층 상에 형성된 금속이 도핑된 CdS층을 포함하는 CdTe 태양전지를 제공한다.
본 발명에 따른 CdTe 태양전지는 유리기판(11) 전면 상에 투명전도 산화막(12), 그 위에 광투과층(13), 광투과층(13) 상부에 형성된 광흡수층(14), 그 위에 후면전계층(15), 후면전계층(15) 상에 형성된 후면전극(16) 및 유리기판(11)의 일측면 상에 형성된 전면전극(17)으로 구성되어 있다. 도 2에는 본 발명에 따른 CdTe 태양전지 구조의 단면도를 나타내었다.
본 발명에 따른 CdTe 태양전지의 일 실시예에 의하면, 상기 광투과층(13)은 n형의 CdS이며, 광흡수층(14)은 p형의 CdTe이다.
본 발명에 따른 CdTe 태양전지의 일 실시예에 의하면, 상기 후면전계층(15)은 금속이 도핑된 CdS 박막일 수 있다. 여기서 CdS 박막에 도핑되는 금속으로는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 나트륨(Na), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb), 비소(As) 및 인(P)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있으며, 바람직하게는 구리(Cu)일 수 있다.
본 발명에 따른 금속이 도핑된 CdS층의 두께는 10 내지 200nm일 수 있다.
또한, 금속이 도핑된 CdS층은 금속이 0.5 내지 30 중량%로 도핑될 수 있다. 금속이 CdS 박막에 0.5 중량% 미만으로 도핑될 경우 n-타입을 p-타입으로 변환시키지 못할 수 있으며, 30 중량%를 초과하여 도핑될 경우 새로운 상이 생성되고 CdS 박막의 광?전기적 특성 저하를 일으킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 CdTe 태양전지의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 CdTe 태양전지를 제조하기 위해서, 먼저 유리 기판(11) 상에 투명전도 산화막(12)을 형성한다. 투명전도 산화막(12)을 형성하는 방법으로는 종래 알려진 기술이라면 모두 사용할 수 있다.
이후, 형성된 투명전도 산화막(12) 상에 용액성장법(CBD) 또는 스퍼터링법으로 광투과층(13)을 형성한다. 본 발명 따른 CdTe 태양전지 제조방법의 일 실시예에 의하면 상기 광투과층(13)은 n형의 CdS일 수 있다. 그 다음, 형성된 광투과층(13) 상에 근접승화법(CSS)으로 광흡수층(14)을 형성한다. 본 발명에 따른 CdTe 태양전지 제조방법의 일 실시예에 의하면, 상기 광흡수층(14)은 p형의 CdTe일 수 있다.
이후, 형성된 광흡수층(14) 상에 후면전계층(15)으로써 금속이 도핑된 CdS 박막을 형성한다. 본 발명에서는 금속이 도핑된 CdS박막은 CdS 박막 형성과 동시에 금속을 도핑하거나 CdS 박막을 형성한 뒤 금속을 도핑하여 형성할 수 있다.
본 발명에서는, 카드뮴(Cd) 공급원, 황(S) 공급원 및 금속 공급원, 초순수용액(DI water) 및 완충용액을 포함하는 혼합용액을 제조한 뒤, 상기 혼합용액에 투명전도 산화막, 광투과층 및 광흡수층이 순차적으로 형성된 유리기판을 담지시켜 55 내지 85℃로 가열하는 용액성장법(CBD)으로 CdS 박막 형성과 동시에 금속을 도핑하여 금속이 도핑된 CdS층을 형성할 수 있다.
상기 카드뮴(Cd) 공급원으로는는 CdCl2, CdAc2 , CdI2, CdSO4 또는 Cd(NO3)2가 사용될 수 있고, 황(S) 공급원으로는 티오우레아(thiourea)가 사용될 수 있다. 또한 완충용액으로는 NH4OH와 NH4Cl의 혼합용액 또는 NH4I, NH4Ac, NH4NO3, Na3C6H5O7의 혼합용액이 사용될 수 있다.
상기 가열 온도가 55℃ 보다 낮을 경우 증착 속도가 너무 느려지는 문제점이 있을 수 있고, 85℃를 초과할 경우 증착 속도가 너무 빨라져 CdS 박막의 광?전기적 특성이 저하될 수 있다. 가열 후 금속은 모두 CdS 박막으로 확산된다.
또한 본 발명에서는, 상기 광흡수층 상에 진공증착법 또는 스퍼터링법으로 CdS 박막을 형성한 뒤, 상기 형성된 CdS 박막에 증착법으로 금속 이온을 박막으로 얇게 증착한 뒤, 질소 분위기의 가열로(furanace)에서 100 내지 350℃로 5 내지 60분간 열처리하여 금속이 도핑된 CdS층을 형성할 수 있다. 열처리 후 금속은 모두 CdS 박막으로 확산된다.
상기 열처리 온도가 100℃ 보다 낮을 경우 금속 이온의 확산이 어렵고 350℃ 보다 높을 경우 CdS와 CdTe 박막 자체의 특성 변화를 초래할 수 있다. 또한 열처리 시간이 5분 미만일 경우 금속 이온이 충분히 CdS 박막 내부로 확산되지 않을 수 있으며, 60분을 초과할 경우 CdS 박막 뿐만 아니라 CdTe 박막 내부로 확산되어 특성 변화를 일으킬 수 있다.
본 발명에 따른 금속이 도핑된 CdS층은 10 내지 200nm의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 상기 금속은 CdS 박막에 0.5 내지 30 중량%로 도핑할 수 있다. 금속을 CdS 박막에 0.5 중량% 미만으로 도핑할 경우 n-타입을 p-타입으로 변환시키지 못할 수 있으며, 30 중량%를 초과하여 도핑할 경우 새로운 상이 생성되고 CdS 박막의 광?전기적 특성 저하를 일으킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 CdTe 태양전지는 광흡수층과 후면전극 사이에 후면전계층으로써 금속이 도핑된 CdS 박막을 구비함으로써 광흡수층으로 이동하는 전자를 차단할 수 있다. 도 3 및 4에는 본 발명에 따른 후면전계층 형성 전과 후의 CdTe 태양전지 내의 전자 이동의 흐름을 나타낸 개략도를 나타내었다. 도 4에서 보여지는 바와 같이 본 발명에 따른 후면전계층은 광흡수층으로 이동하는 전자의 흐름을 역방향으로 바꿈으로써 전자 이동의 손실을 줄여 궁극적으로 CdTe 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 CdTe 태양전지 제조방법은 광투과층 형성에 사용되는 용액성장법을 사용하여 단순화된 공정으로 후면전계층을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 생산 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
이상으로 본 발명의 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
11: 유리 기판
12: 투명전도 산화막
13: 광투과층
14: 광흡수층
15: 후면전계층
16: 후면 전극
17: 전면 전극
12: 투명전도 산화막
13: 광투과층
14: 광흡수층
15: 후면전계층
16: 후면 전극
17: 전면 전극
Claims (14)
- 유리 기판 상에 형성된 투명전도 산화막;
상기 투명전도 산화막 상에 형성된 광투과층;
상기 광투과층 상에 형성된 광흡수층; 및
상기 광흡수층 상에 형성된 금속이 도핑된 CdS층;
을 포함하는 CdTe 태양전지.
- 제 1항에 있어서,
상기 광투과층은 n형의 CdS인 것을 특징으로 하는 CdTe 태양전지.
- 제 1항에 있어서,
상기 광흡수층은 p형의 CdTe인 것을 특징으로 하는 CdTe 태양전지.
- 제 1항에 있어서,
상기 CdS층에 도핑되는 금속은 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 나트륨(Na), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb), 비소(As) 및 인(P)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 CdTe 태양전지.
- 제 1항에 있어서,
상기 금속이 도핑된 CdS층의 두께는 10 내지 200nm인 것을 특징으로 하는 CdTe 태양전지.
- 제 1항에 있어서,
상기 금속이 도핑된 CdS층은 금속이 0.5 내지 30 중량%로 도핑된 것을 특징으로 하는 CdTe 태양전지.
- 유리 기판 상에 투명전도 산화막을 형성하는 단계;
상기 투명전도 산화막 상에 광투과층을 형성하는 단계;
상기 광투과층 상에 광흡수층을 형성하는 단계; 및
상기 광흡수층 상에 금속이 도핑된 CdS층을 형성하는 단계;
를 포함하는 CdTe 태양전지 제조방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 CdS층에 도핑된 금속은 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 나트륨(Na), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb), 비소(As) 및 인(P)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 CdTe 태양전지 제조방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 광흡수층 상에 금속이 도핑된 CdS층을 형성하는 단계는,
상기 금속이 도핑된 CdS층을 10 내지 200nm로 형성하는 것을 특징으로 하는 CdTe 태양전지 제조방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 광흡수층 상에 금속이 도핑된 CdS층을 형성하는 단계는,
CdS 박막에 0.5 내지 30 중량%의 금속을 도핑하는 것을 특징으로 하는 CdTe 태양전지 제조방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 광흡수층 상에 금속이 도핑된 CdS층을 형성하는 단계는,
용액성장법(CBD)으로 CdS 박막 형성과 동시에 금속을 도핑하는 것을 특징으로 하는 CdTe 태양전지 제조방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 광흡수층 상에 금속이 도핑된 CdS층을 형성하는 단계는,
진공증착법 또는 스퍼터링법으로 CdS 박막을 형성한 뒤 금속을 도핑하는 것을 특징으로 하는 CdTe 태양전지 제조방법.
- 제 7항 또는 제 11항에 있어서,
상기 광흡수층 상에 금속이 도핑된 CdS층을 형성하는 단계는,
카드뮴(Cd) 공급원, 황(S) 공급원 및 금속 공급원, 초순수용액(DI water) 및 완충용액을 포함하는 혼합용액을 제조하는 단계; 및
상기 혼합용액에 투명전도 산화막, 광투과층 및 광흡수층이 순차적으로 형성된 유리기판을 담지시켜 55 내지 85℃로 가열하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 CdTe 태양전지 제조방법.
- 제 7항 또는 제 12항에 있어서,
상기 광흡수층 상에 금속이 도핑된 CdS층을 형성하는 단계는,
진공증착법 또는 스퍼터링법으로 CdS 박막을 형성하는 단계;
상기 형성된 CdS 박막에 금속을 증착하는 단계; 및
상기 금속이 증착된 CdS 박막을 100 내지 350℃에서 5 내지 60분간 열처리하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 CdTe 태양전지 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110036778A KR20120119045A (ko) | 2011-04-20 | 2011-04-20 | 후면전계층을 포함하는 카드뮴텔룰라이드 태양전지 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110036778A KR20120119045A (ko) | 2011-04-20 | 2011-04-20 | 후면전계층을 포함하는 카드뮴텔룰라이드 태양전지 및 이의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120119045A true KR20120119045A (ko) | 2012-10-30 |
Family
ID=47286368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110036778A KR20120119045A (ko) | 2011-04-20 | 2011-04-20 | 후면전계층을 포함하는 카드뮴텔룰라이드 태양전지 및 이의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20120119045A (ko) |
-
2011
- 2011-04-20 KR KR1020110036778A patent/KR20120119045A/ko not_active Application Discontinuation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Song et al. | Wide-bandgap, low-bandgap, and tandem perovskite solar cells | |
| Haschke et al. | Silicon heterojunction solar cells: Recent technological development and practical aspects-from lab to industry | |
| Mesquita et al. | A review and analysis of technologies applied in PV modules | |
| CN104518052B (zh) | 制造具有高量子效率的光伏器件的方法 | |
| JP5928612B2 (ja) | 化合物半導体太陽電池 | |
| JP2008520101A (ja) | Ｃｉｇｓにおいて現場接合層を作製するための熱プロセス | |
| US8044477B1 (en) | Photovoltaic device and method for making | |
| JP2011003877A (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
| CN104143579A (zh) | 一种锑基化合物薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| Gessert et al. | 1.19-cadmium telluride photovoltaic thin film: CdTe | |
| KR101848853B1 (ko) | 반투명 cigs 태양전지 및 이의 제조방법 및 이를 구비하는 건물일체형 태양광 발전 모듈 | |
| US20140291147A1 (en) | Target materials for fabricating solar cells | |
| US20150214399A1 (en) | Method of making photovoltaic device comprising an absorber having a surface layer | |
| TWI509821B (zh) | 光伏元件與其製作方法 | |
| JP5881717B2 (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
| US8809105B2 (en) | Method of processing a semiconductor assembly | |
| US20150249171A1 (en) | Method of making photovoltaic device comprising i-iii-vi2 compound absorber having tailored atomic distribution | |
| Muttumthala et al. | A concise overview of thin film photovoltaics | |
| CN202601694U (zh) | 三结叠层薄膜太阳能电池组件 | |
| KR20120119045A (ko) | 후면전계층을 포함하는 카드뮴텔룰라이드 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| US20120080306A1 (en) | Photovoltaic device and method for making | |
| KR102076544B1 (ko) | 광흡수층의 제조방법 | |
| TWI443840B (zh) | 四元化合物薄膜及其製作方法 | |
| KR101327010B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| JP2011091249A (ja) | 太陽電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |