KR20120122003A - 이종접합형 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 패시베이션층 역할을 하는 비정질 실리콘 박막과 금속전극 사이에 금속전극의 저온 소성이 가능한 재질의 보조 전극층을 구비한 이종접합형 태양전지에 관한 것으로, 제1도전형의 실리콘 재질의 기판과; 상기 기판의 상부에 구비되며, 핑거 바 또는 버스 바 패턴을 갖는 전면전극이 저온 소성에 의해 상부에 형성되는 전면 보조 전극층과; 상기 기판의 하부에 구비되며, 핑거 바 또는 버스 바 패턴을 갖는 후면전극이 저온 소성에 의해 하부에 형성되는 후면 보조 전극층과; 상기 기판과 상기 전면 보조 전극층 사이에 형성된 반사방지막과; 상기 기판과 상기 후면 보조 전극층 사이에 형성되어 후면 패시베이션층 역할을 하는 제1도전형의 비정질 실리콘 박막과; 상기 기판과 상기 반사방지막 사이에 형성되어 상기 기판과 p-n 접합을 이루는 제2도전형의 비정질 실리콘 박막과; 상기 전면 보조 전극층과 상기 반사방지막 사이에 형성되어 전면 패시베이션 특성을 향상시키는 제2도전형의 제1비정질 실리콘 초박막과; 상기 제2도전형의 비정질 실리콘 박막과 상기 기판 사이에 형성되며 제1도전형 불순물이 저농도 도핑(Light Doping)된 제2비정질 실리콘 초박막과; 상기 제1도전형의 비정질 실리콘 박막과 상기 기판 사이에 형성되며 제2도전형 불순물이 저농도 도핑된 제3비정질 실리콘 초박막을 포함하여 이루어짐으로써, 금속전극 형성 시 비정질 실리콘 박막의 열화를 방지하여 비정질 실리콘 박막의 우수한 패시베이션 특성을 유지시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 이종접합형 태양전지에 관한 것으로, 특히 패시베이션층 역할을 하는 비정질 실리콘 박막을 구비한 이종접합형 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(Diode)라 할 수 있다.
태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양전지의 p-n 접합부에 태양광이 입사되어 의해 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 이때 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.
이러한 태양전지는 일반적으로 n형 실리콘 기판상에 p형 반도체층이 형성된 구조를 이루는데, 이때 p형 반도체층은 p형 불순물의 도핑에 의해 형성된다. 이에, 실리콘 기판의 하층부는 n형 반도체층을 이루게 되고, 상층부는 p형 반도체층을 이루게 되어 p-n 접합부를 구성하게 된다. 그리고 실리콘 기판의 전후면에는 p-n 접합부에 의해 광생성된 소수 운송자(정공) 및 다수 운송자(전자)를 포집하기 위한 금속전극이 형성된다.
한편, 일반적인 태양전지는 그 구조상 실리콘 기판 내에서 광생성된 소수 운송자가 이동 중에 p형 반도체층의 침입형 사이트(Interstitial Sites) 또는 대체형 사이트(Substitutional Sites)에 포집되어 재결합되는 경우가 쉽게 발생하여 광전변환효율에 악영향을 끼치게 된다.
즉, 태양전지를 개발하는 경우에는 항상 실리콘 기판 표면의 패시베이션 특성을 향상시켜 소수 운송자의 재결합율을 최소화시킴으로써 태양전지의 광전변환효율을 극대화시키는 것이 과제로 작용하게 된다.
이에, 종래에는 운송자의 터널링(Tunnelling)에 의한 전기 전도도가 우수하여 패시베이션 특성이 우수한 비정질 실리콘(a-Si) 박막을 실리콘 기판과 전극 사이의 패시베이션층으로 구비시켜 광생성된 소수 운송자의 재결합율을 저하시킨, 이른바 이종접합형(Hetero-Junction) 태양전지가 제시되어 있다.
이러한 종래의 이종접합형 태양전지는 그 제조 시, 패시베이션층 상에 금속 페이스트(Paste)를 스크린 인쇄한 후 고온 소성하여 금속전극을 형성하게 되는데, 이때의 고온에 의해 패시베이션층을 구성하는 비정질 실리콘 박막이 열화됨에 따라 비정질 실리콘 박막의 상평형이 깨져 결정계로 상전이 일어나게 되어 비정질 실리콘 박막의 패시베이션 특성이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 종래의 이종접합형 태양전지는 그 구조상, 실리콘 기판의 전면에만 수광 부위가 형성되고, 실리콘 기판의 후면에 전체적으로 금속전극이 형성되기 때문에, 지표면에서 반사되어 실리콘 기판의 후면으로 입사되는 태양광의 경우에는 전혀 흡수할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로, 패시베이션층 역할을 하는 비정질 실리콘 박막과 금속전극 사이에 금속전극의 저온 소성이 가능한 재질의 보조 전극층을 구비한 이종접합형 태양전지를 제공하는데, 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 기판의 양면에 수광 부위를 형성하여 기판의 전면과 더불어 기판 후면을 통해 지표면에서 반사되는 태양광까지도 흡수할 수 있도록 하는 이종접합형 태양전지를 제공하는데, 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이종접합형 태양전지는, 제1도전형의 실리콘 재질의 기판과; 상기 기판의 상부에 구비되며, 핑거 바 또는 버스 바 패턴을 갖는 전면전극이 저온 소성에 의해 상부에 형성되는 전면 보조 전극층과; 상기 기판의 하부에 구비되며, 핑거 바 또는 버스 바 패턴을 갖는 후면전극이 저온 소성에 의해 하부에 형성되는 후면 보조 전극층과; 상기 기판과 상기 전면 보조 전극층 사이에 형성된 반사방지막과; 상기 기판과 상기 후면 보조 전극층 사이에 형성되어 후면 패시베이션층 역할을 하는 제1도전형의 비정질 실리콘 박막과; 상기 기판과 상기 반사방지막 사이에 형성되어 상기 기판과 p-n 접합을 이루는 제2도전형의 비정질 실리콘 박막과; 상기 전면 보조 전극층과 상기 반사방지막 사이에 형성되어 전면 패시베이션 특성을 향상시키는 제2도전형의 제1비정질 실리콘 초박막과; 상기 제2도전형의 비정질 실리콘 박막과 상기 기판 사이에 형성되며 제1도전형 불순물이 저농도 도핑(Light Doping)된 제2비정질 실리콘 초박막과; 상기 제1도전형의 비정질 실리콘 박막과 상기 기판 사이에 형성되며 제2도전형 불순물이 저농도 도핑된 제3비정질 실리콘 초박막을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 전면 보조 전극층은, 표면에 상기 전면전극이 형성되는 제1ACF(Anisotropic Conductive Film)과; 상기 기판과 상기 제1ACF 사이에 형성된 제1TCO(Transparent Conductive Oxide)층을 구비하여 이루어지는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 후면 보조 전극층은, 표면에 상기 후면전극이 형성되는 제2ACF과; 상기 기판과 상기 제2ACF 사이에 형성된 제2TCO층을 구비하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이때, 상기 제1ACF 및 상기 제2ACF는, 나노 파우더(Powder) 또는 캡슐 형태의 ITO, Ag, Au, TiO2 또는 ZnO을 포함하는 폴리머 재질의 투명 전극층이 50 nm 내지 100 nm의 두께로 형성되어 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 비정질 실리콘 박막은, 1015cm-3eV-1 이하의 결함 밀도를 가지며, 1 nm 내지 100 nm의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제1비정질 실리콘 초박막은, 1015cm-3eV-1 이하의 결함 밀도를 가지며, 1 nm 내지 10 nm의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제2비정질 실리콘 초박막 및 상기 제3비정질 실리콘 초박막은, 각각 1015cm-3eV-1 이하의 결함 밀도를 가지며, 1 nm 내지 50 nm의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 이종접합 태양전지에 의하면, 패시베이션층 역할을 하는 비정질 실리콘 박막과 금속전극 사이에 금속전극의 저온 소성이 가능한 재질의 보조 전극층을 구비함으로써, 금속전극 형성 시 비정질 실리콘 박막의 열화를 방지하여 비정질 실리콘 박막의 우수한 패시베이션 특성을 유지시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 이종접합형 태양전지에 의하면, 기판의 양면에 수광 부위를 형성하여 기판의 전면과 더불어 기판 후면을 통해 지표면에서 반사되는 태양광까지도 흡수함으로써, 태양광 흡수량을 증가시켜 태양전지의 구동 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종접합형 태양전지의 단면도.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이종접합형 태양전지에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종접합형 태양전지는 제1도전형의 결정질 실리콘(예를 들어, c-Si 등) 재질의 기판(10)과, 기판(10)의 상부에 구비되며, 핑거 바 또는 버스 바 패턴을 갖는 전면전극(20)이 저온 소성에 의해 상부에 형성되는 전면 보조 전극층(50)과, 기판(10)의 하부에 구비되며, 핑거 바 또는 버스 바 패턴을 갖는 후면전극(21)이 저온 소성에 의해 하부에 형성되는 후면 보조 전극층(55)과, 기판(10)과 전면 보조 전극층(50) 사이에 형성된 반사방지막(30)과, 기판(10)과 후면 보조 전극층(55) 사이에 형성되어 후면 패시베이션층 역할을 하는 제1도전형의 비정질 실리콘(예를 들어, a-Si 또는 a-Si: H 등) 박막(40)과, 기판(10)과 반사방지막(30) 사이에 형성되어 기판과 p-n 접합을 이루는 제2도전형의 비정질 실리콘(예를 들어, a-Si 또는 a-Si: H 등) 박막(41)과, 전면 보조 전극층(50)과 반사방지막(30) 사이에 형성되어 전면 패시베이션 특성을 향상시키는 제2도전형의 제1비정질 실리콘 초박막(42)과, 제2도전형의 비정질 실리콘 박막(41)과 기판(10) 사이에 형성되며 기판(10)에 비해 제1도전형 불순물이 저농도 도핑(Light Doping)된 제2비정질 실리콘 초박막(60)과, 제1도전형의 비정질 실리콘 박막(40)과 기판(10) 사이에 형성되며 제2도전형 불순물이 저농도 도핑된 제3비정질 실리콘 초박막(61)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 제1도전형은 n형 또는 p형일 수 있으며, 이하에서는 제1도전형이 n형인 경우 제2도전형은 p형인 것을 일 예로 들어 설명하기로 한다.
전면전극(20) 및 후면전극(21)은 예컨대, 은(Ag) 등의 금속 재질로 구성될 수 있다.
한편, 전면 보조 전극층(50)은 표면에 전면전극이 형성되는 ACF(Anisotropic Conductive Film)(50-1)과, 기판(10)과 ACF(50-1) 사이에 형성된 TCO(Transparent Conductive Oxide)층(50-2)을 구비하여 이루어지고, 후면 보조 전극층(55)은 표면에 후면전극(21)이 형성되는 ACF(55-1)과, 기판(10)과 ACF(55-1) 사이에 형성된 TCO층(55-2)을 구비하여 이루어진다.
이때, ACF(50-1, 55-1)는 예컨대, 나노 파우더(Powder) 또는 캡슐 형태의 ITO, Ag, Au, TiO2 또는 ZnO을 포함하는 폴리머 재질의 투명 전극층이 50 nm 내지 100 nm의 두께로 형성되어 이루어질 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 이종접합형 태양전지는 전후면 보조 전극층(50, 55), 특히 금속전극의 저온 소성이 가능한 재질의 ACF(50-1, 55-1) 표면에 각각 금속 재질의 전면전극(20) 및 후면전극(21)을 저온 소성을 통해 형성할 수 있어, 금속전극 형성 시 기판(10) 상에 형성되어 있는 비정질 실리콘 재질의 박막이 열화될 우려가 없으므로 패시베이션 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.
그리고, TCO(50-2, 55-2)는 예컨대, ZnO, ITO(Indium Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGO(Indium Gallium Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), In2O3 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
한편, 반사방지막(30)은 예컨대, 실리콘 질화물(Si3N4)층이 1 nm 내지 100 nm의 두께로 형성되어 이루어질 수 있다.
제1도전형의 비정질 실리콘 박막(40) 및 제2도전형의 비정질 실리콘 박막(41)은 각각, 예컨대 1015cm-3eV-1 이하의 결함 밀도를 가지며, 1 nm 내지 100 nm의 두께로 형성되어 이루어질 수 있다.
그리고, 제2도전형의 제1비정질 실리콘 초박막(42)은 예컨대, 1015cm-3eV-1 이하의 결함 밀도를 가지며, 1 nm 내지 10 nm의 두께로 형성되어 이루어질 수 있다.
한편, 제2비정질 실리콘 초박막(60)은 기판(10)에 비해 제1도전형 불순물이 저농도 도핑됨에 따라, 기판(10)에 비해 에너지 레벨이 낮아 기판(10) 내에서 광생성된 소수 운송자가 제2도전형의 비정질 실리콘 박막(41)으로 수월하게 이동할 수 있도록 하는 전면 패시베이션층 역할을 한다.
아울러, 제3비정질 실리콘 초박막(61)은 제2도전형 불순물이 저농도 도핑됨에 따라, 제1도전형의 비정질 실리콘 박막(40)에서 광생성된 다수 운송자가 기판(10) 쪽으로 이동하는 것은 방지하는 후면 패시베이션층 역할을 한다.
이러한, 제2비정질 실리콘 초박막(60) 및 제3비정질 실리콘 초박막(61)은 각각, 예컨대 1015cm-3eV-1 이하의 결함 밀도를 가지며, 1 nm 내지 50 nm의 두께로 형성되어 이루어질 수 있다.
이와 같은, 제1도전형의 비정질 실리콘 박막(40), 제2도전형의 비정질 실리콘 박막(41), 제2도전형의 제1비정질 실리콘 초박막(42), 제2비정질 실리콘 초박막(60) 및 제3비정질 실리콘 초박막(61)은 각각 SiH4 가스가 채워진 분위기 내에 H2 가스의 양을 점차 증가시키면서 기판(10)의 상하부에 증착시켜 형성할 수 있으며, 이때 증착 시간 가변을 통해 박막의 두께를 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 이종접합형 태양전지는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
10: 기판 20: 전면전극
21: 후면전극 30: 반사방지막
40, 41: 비정질 실리콘 박막 42: 제1비정질 실리콘 초박막
50: 전면 보조 전극층 55: 후면 보조 전극층
60: 제2비정질 실리콘 초박막 61: 제3비정질 실리콘 초박막
21: 후면전극 30: 반사방지막
40, 41: 비정질 실리콘 박막 42: 제1비정질 실리콘 초박막
50: 전면 보조 전극층 55: 후면 보조 전극층
60: 제2비정질 실리콘 초박막 61: 제3비정질 실리콘 초박막
Claims (7)
- 제1도전형의 실리콘 재질의 기판과;
상기 기판의 상부에 구비되며, 핑거 바 또는 버스 바 패턴을 갖는 전면전극이 저온 소성에 의해 상부에 형성되는 전면 보조 전극층과;
상기 기판의 하부에 구비되며, 핑거 바 또는 버스 바 패턴을 갖는 후면전극이 저온 소성에 의해 하부에 형성되는 후면 보조 전극층과;
상기 기판과 상기 전면 보조 전극층 사이에 형성된 반사방지막과;
상기 기판과 상기 후면 보조 전극층 사이에 형성되어 후면 패시베이션층 역할을 하는 제1도전형의 비정질 실리콘 박막과;
상기 기판과 상기 반사방지막 사이에 형성되어 상기 기판과 p-n 접합을 이루는 제2도전형의 비정질 실리콘 박막과;
상기 전면 보조 전극층과 상기 반사방지막 사이에 형성되어 전면 패시베이션 특성을 향상시키는 제2도전형의 제1비정질 실리콘 초박막과;
상기 제2도전형의 비정질 실리콘 박막과 상기 기판 사이에 형성되며 제1도전형 불순물이 저농도 도핑(Light Doping)된 제2비정질 실리콘 초박막과;
상기 제1도전형의 비정질 실리콘 박막과 상기 기판 사이에 형성되며 제2도전형 불순물이 저농도 도핑된 제3비정질 실리콘 초박막을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이종접합형 태양전지.
- 제1항에 있어서,
상기 전면 보조 전극층은,
표면에 상기 전면전극이 형성되는 제1ACF(Anisotropic Conductive Film)과;
상기 기판과 상기 제1ACF 사이에 형성된 제1TCO(Transparent Conductive Oxide)층을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이종접합형 태양전지.
- 제2항에 있어서,
상기 후면 보조 전극층은,
표면에 상기 후면전극이 형성되는 제2ACF과;
상기 기판과 상기 제2ACF 사이에 형성된 제2TCO층을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이종접합형 태양전지.
- 제3항에 있어서,
상기 제1ACF 및 상기 제2ACF는,
나노 파우더(Powder) 또는 캡슐 형태의 ITO, Ag, Au, TiO2 또는 ZnO을 포함하는 폴리머 재질의 투명 전극층이 50 nm 내지 100 nm의 두께로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 이종접합형 태양전지.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 비정질 실리콘 박막은,
1015cm-3eV-1 이하의 결함 밀도를 가지며, 1 nm 내지 100 nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 이종접합형 태양전지.
- 제5항에 있어서,
상기 제1비정질 실리콘 초박막은,
1015cm-3eV-1 이하의 결함 밀도를 가지며, 1 nm 내지 10 nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 이종접합형 태양전지.
- 제6항에 있어서,
상기 제2비정질 실리콘 초박막 및 상기 제3비정질 실리콘 초박막은,
각각 1015cm-3eV-1 이하의 결함 밀도를 가지며, 1 nm 내지 50 nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 이종접합형 태양전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110039948A KR20120122003A (ko) | 2011-04-28 | 2011-04-28 | 이종접합형 태양전지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020110039948A KR20120122003A (ko) | 2011-04-28 | 2011-04-28 | 이종접합형 태양전지 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120122003A true KR20120122003A (ko) | 2012-11-07 |
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ID=47508330
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| KR (1) | KR20120122003A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105990470A (zh) * | 2015-03-06 | 2016-10-05 | 新日光能源科技股份有限公司 | 异质结太阳能电池及其制造方法 |
-
2011
- 2011-04-28 KR KR1020110039948A patent/KR20120122003A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105990470A (zh) * | 2015-03-06 | 2016-10-05 | 新日光能源科技股份有限公司 | 异质结太阳能电池及其制造方法 |
| CN105990470B (zh) * | 2015-03-06 | 2017-06-16 | 新日光能源科技股份有限公司 | 异质结太阳能电池及其制造方法 |
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