KR20120133411A - 태양 전지 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 전지 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명의 태양 전지는 상부에 복수개의 돌출부들이 형성되어 있는 유리 기판과; 상기 유리 기판의 복수개의 돌출부들의 형상을 따라 형성되어 있는 투명 전극과; 상기 투명 전극의 형상을 따라 형성되어 있는 p-i-n 접합 구조의 pin층과; 상기 pin층의 형상을 따라 형성되어 있는 금속 전극으로 구성된다.
즉, 본 발명의 태양 전지는 상부에 복수개의 돌출부들이 형성되어 있는 유리 기판과; 상기 유리 기판의 복수개의 돌출부들의 형상을 따라 형성되어 있는 투명 전극과; 상기 투명 전극의 형상을 따라 형성되어 있는 p-i-n 접합 구조의 pin층과; 상기 pin층의 형상을 따라 형성되어 있는 금속 전극으로 구성된다.
Description
본 발명은 태양 전지 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
태양전지는 원료 물질에 따라 크게 실리콘 태양 전지(silicon solar cell), 화합물 반도체 태양 전지(compound semiconductor 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 또는 p형의 불순물이 도핑된 실리콘 반도체에서 전자와 정공이 발생한다. 예를 들어, n형 실리콘 반도체로 이루어진 n형 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 광학 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 반도체 셀을 형성하여 주로 단파장을 빛을 흡수하고, 나중에 흡수되는 쪽에는 광학 밴드갭이 낮은 반도체 물질(예를 들어, 미세결정 실리콘)을 이용하여 형성된 반도체 구조인 제2 반도체 셀을 형성하여 주로 장파장 빛을 흡수하도록 한다.
또한, 적층형 태양 전지는 두 반도체 구조의 두께 차이로 발생하는 전류량 차이로 인한 전류 정합(current matching) 문제와 광 열화 현상으로 인한 태양 전지의 안정화 효율 등을 고려하여 두 반도체 구조 사이에 중간 반사층을 더 구비한다.
본 발명은 빛이 입사될 때 막내에서의 빛의 진행 경로가 증가되어 태양전지 박막에서 빛이 최대한 많이 흡수될 수 있는 과제를 해결하는 것이다.
본 발명은,
상부에 복수개의 돌출부들이 형성되어 있는 유리 기판과;
상기 유리 기판의 복수개의 돌출부들의 형상을 따라 형성되어 있는 투명 전극과;
상기 투명 전극의 형상을 따라 형성되어 있는 p-i-n 접합 구조의 pin층과;
상기 pin층의 형상을 따라 형성되어 있는 금속 전극으로 구성된 태양 전지가 제공된다.
본 발명의 일실시예에서 상기 투명 전극, pin층과 금속 전극은,
상기 돌출부들의 형상과 실질적으로 동일할 수 있다.
그리고, 상기 돌출부들의 단면 형상은 사다리꼴 형상일 수 있다.
또, 상기 돌출부들의 측벽과 상기 유리 기판의 상부면이 이루는 각은 50도에서 90도 사이일 수 있다.
그리고, 상기 돌출부들은 곡면을 갖을 수 있다.
본 발명은,
유리 기판 상부에 복수개의 돌출부들을 형성하는 단계와;
상기 유리 기판의 복수개의 돌출부들의 형상을 따라 형성되어 있는 투명 전극을 형성하는 단계와;
상기 투명 전극의 형상을 따라 형성되어 있는 p-i-n 접합 구조의 pin층을 형성하는 단계와;
상기 pin층의 형상을 따라 금속 전극을 형성하는 단계로 구성된 태양 전지의 제조 방법이 제공된다.
본 발명은,
유리 기판 상부에 복수개의 사각기둥들을 형성하는 단계와;
상기 복수개의 사각기둥들을 열처리하여 사각기둥들의 표면을 곡면으로 변환시킨 곡면을 갖는 돌출부들을 형성하는 단계와;
상기 곡면을 갖는 돌출부들의 형상을 따라 형성되어 있는 투명 전극, p-i-n 접합 구조의 pin층과, 금속 전극을 순차적으로 형성하는 단계로 구성된 태양 전지의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일실시예는 상기 곡면을 갖는 돌출부들은 반구 형상일 수 있다.
또, 상기 투명 전극, pin층과 금속 전극은 상기 돌출부들의 형상과 실질적으로 동일할 수 있다.
본 발명의 태양 전지는 유리 기판에 형성된 복수개의 돌출부들의 형상을 따라 투명 전극, pin층과 금속 전극이 형성되어 있어, 빛이 입사될 때 막내에서의 빛의 진행 경로가 증가되어 태양전지 박막에서 빛이 최대한 많이 흡수될 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 태양 전지는 얇은 박막의 두께로도 빛의 흡수율을 높여 태양 전지의 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양 전지를 설명하기 위한 개념적인 단면도
도 2 내지 도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 개념적인 단면도
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양 전지의 유리 기판에 형성된 돌출부들의 일례를 설명하기 위한 개념적인 단면도
도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양 전지의 유리 기판을 도시한 개념적인 사시도
도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양 전지에 입사된 빛의 경로를 개략적으로 도시한 개념적인 단면도
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 개념적인 단면도
도 2 내지 도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 개념적인 단면도
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양 전지의 유리 기판에 형성된 돌출부들의 일례를 설명하기 위한 개념적인 단면도
도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양 전지의 유리 기판을 도시한 개념적인 사시도
도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양 전지에 입사된 빛의 경로를 개략적으로 도시한 개념적인 단면도
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 개념적인 단면도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양 전지를 설명하기 위한 개념적인 단면도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양 전지는 상부에 복수개의 돌출부들(110)이 형성되어 있는 유리 기판(100)과; 상기 유리 기판(100)의 복수개의 돌출부들(110)의 형상을 따라 형성되어 있는 투명 전극(120)과; 상기 투명 전극(120)의 형상을 따라 형성되어 있는 p-i-n 접합 구조의 pin층(130)과; 상기 pin층(130)의 형상을 따라 형성되어 있는 금속 전극(140)으로 구성된다.
상기 pin층은 p-i-n 접합 구조의 다층으로, p타입 반도체층, 진성 반도체층 및 n타입 반도체층이 접합된 구조이다.
여기서, 상기 진성 반도체층은 광흡수층이다.
그러므로, 본 발명의 태양 전지는 유리 기판(100)의 복수개의 돌출부들(110)의 형상을 따라 투명 전극(120), pin층(130)과 금속 전극(140)이 형성되어 있어, 빛이 입사될 때 막내에서의 빛의 진행 경로가 증가되어 태양전지 박막에서 빛이 최대한 많이 흡수될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 태양 전지는 얇은 박막의 두께로도 빛의 흡수율을 높여 태양 전지의 효율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
그리고, 상기 투명 전극(120), pin층(130)과 금속 전극(140)은 상기 돌출부들(110)의 형상을 따라 형성되어 있어, 상기 돌출부들(110)의 형상과 실질적으로 동일한다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 개념적인 단면도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양 전지를 제조하기 위해서는, 먼저, 유리 기판(100) 상부에 복수개의 돌출부들(110)을 형성한다.
상기 복수개의 돌출부들(110)을 형성하는 공정은 도 2와 같이, 상기 유리 기판(100) 상부에 크롬막(210)을 형성하고, 상기 크롬막(210) 상부에 포토레지스트(photoresist) 패턴(220)을 형성하며(도 3), 상기 포토레지스트 패턴(220)을 마스킹하여 상기 크롬막(210)과 상기 유리 기판(100)을 식각(도 4)하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 유리 기판(100) 상부에 복수개의 돌출부들(110)이 형성된다.
여기서, 투명 기판인 상기 유리 기판(100)의 표면을 잘 세정 한 다음, 스퍼터(Sputter) 장치로 소정의 두께로 상기 크롬막(210)을 증착한다.
상기 크롬막(210)의 두께는 200nm가 바람직하다.
그 후, 반도체 공정에서 널리 이용되는 사진 식각 공정으로 상기 포토레지스트 패턴(220)을 기둥 모양의 요철을 형성하고자 하는 부분에 형성한다.
계속, 상기 포토레지스트 패턴(220)을 마스크로 하여, 불산을 10 wt%, 질산을 15 wt%, 암모니아를 15 wt% 섞어 상기 크롬막(210)과 상기 유리 기판(100)을 식각한다.
이어서, 상기 포토레지스트 패턴(220)과 상기 크롬막(210)을 제거한다.
이때, 상기 크롬막(210)을 증착하지 않고 상기 포토레지스트 패턴(220)만 사용을 하여도 기둥 모양의 요철을 생성할 수 있다.
그 후, 상기 유리 기판(100)의 복수개의 돌출부들(110)의 형상을 따라 형성되어 있는 투명 전극(120)을 형성하고(도 6), 상기 투명 전극(120)의 형상을 따라 형성되어 있는 p-i-n 접합 구조의 pin층(130)을 형성하며, 상기 pin층(130)의 형상을 따라 금속 전극(140)을 형성한다.(도 7)
상기 투명 전극(120)은 스퍼터 장치를 이용하여 ITO 와 같은 투명 전극을 증착하여 형성한다.
그리고, 상기 pin층(130)은 PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) 장치로 SiH4 가스와 H2 가스, B2H6 가스의 혼합 가스를 이용하여 P형 실리콘을 증착하고, SiH4 가스와 H2 가스의 혼합 가스를 이용하여 도핑이 되지 않은 실리콘 층을 증착하고, SiH4 가스와 H2 가스, PH3 가스의 혼합 가스를 이용하여 N형 실리콘을 증착한다.
여기서, 상기 P형 실리콘의 두께는 15nm로 형성하고, 상기 도핑이 되지 않은 실리콘 층은 400nm 내지 500nm로 형성하며, 상기 N형 실리콘의 두께는 30nm로 형성할 수 있다.
마지막으로, 상기 금속 전극(140)은 알루미늄과 같은 금속막을 스퍼터 장치로 150nm 증착할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양 전지의 유리 기판에 형성된 돌출부들의 일례를 설명하기 위한 개념적인 단면도이고, 도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양 전지의 유리 기판을 도시한 개념적인 사시도이며, 도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양 전지에 입사된 빛의 경로를 개략적으로 도시한 개념적인 단면도이다.
본 발명의 제 1 실시예에서, 유리 기판(100)에 형성된 돌출부들은 피라미드 형상인 것이 바람직하다.
즉, 유리 기판(100)에 형성된 돌출부들의 단면 형상은 도 8과 같이, 사다리꼴 형상(111)으로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 돌출부들의 측벽과 상기 유리 기판(100)의 상부면이 이루는 각, 즉, 수평면이 이루는 입사각(α)이 50도에서 90도 사이가 되도록 하여 태양전지 박막이 증착이 잘 되도록 하면서 이와 동시에 태양전지 막 내에서의 빛의 진행 경로를 증가시키기게 된다.
또, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 유리 기판(100) 상부면에는 상기 돌출부들의 측벽과 상기 유리 기판(100)의 상부면이 이루는 각이 수직 구조의 사각 기둥 형상의 돌출부들(110)이 배열된다.
또한, 본 발명의 태양 전지는 도 10과 같이, 유리 기판(100)의 하부면으로 입사된 빛이 돌출부들(110)의 형상을 따라 형성된 투명 전극(120)과 금속 전극(140)에서 반사되어 빛의 진행 경로가 다양하게 되어 빛의 진행 경로가 증가됨으로써, 태양전지 박막에서 빛이 많이 흡수될 수 있는 구조를 갖는 것이다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 개념적인 단면도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 태양 전지는 유리 기판(100) 상부에 복수개의 사각기둥들(112a)을 형성한다.(도 11a)
그 후, 상기 복수개의 사각기둥들(112a)을 열처리하여 사각기둥들의 표면을 곡면으로 변환시킨 곡면을 갖는 돌출부들(112b)을 형성한다.(도 11b)
여기서, 상기 곡면을 갖는 돌출부들(112b)은 반구 형상이 될 수 있다.
계속, 상기 곡면을 갖는 돌출부들(112b)의 형상을 따라 형성되어 있는 투명 전극(120), p-i-n 접합 구조의 pin층(130)과, 금속 전극(140)을 순차적으로 형성한다.(도 11c)
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
Claims (9)
- 상부에 복수개의 돌출부들이 형성되어 있는 유리 기판과;
상기 유리 기판의 복수개의 돌출부들의 형상을 따라 형성되어 있는 투명 전극과;
상기 투명 전극의 형상을 따라 형성되어 있는 p-i-n 접합 구조의 pin층과;
상기 pin층의 형상을 따라 형성되어 있는 금속 전극으로 구성된 태양 전지.
- 청구항 1에 있어서,
상기 투명 전극, pin층과 금속 전극은,
상기 돌출부들의 형상과 실질적으로 동일한 태양 전지.
- 청구항 1에 있어서,
상기 돌출부들의 단면 형상은,
사다리꼴 형상인 태양 전지.
- 청구항 1에 있어서,
상기 돌출부들의 측벽과 상기 유리 기판의 상부면이 이루는 각은,
50도에서 90도 사이인 태양 전지.
- 청구항 1에 있어서,
상기 돌출부들은,
곡면을 갖는 상기 태양 전지.
- 유리 기판 상부에 복수개의 돌출부들을 형성하는 단계와;
상기 유리 기판의 복수개의 돌출부들의 형상을 따라 형성되어 있는 투명 전극을 형성하는 단계와;
상기 투명 전극의 형상을 따라 형성되어 있는 p-i-n 접합 구조의 pin층을 형성하는 단계와;
상기 pin층의 형상을 따라 금속 전극을 형성하는 단계로 구성된 태양 전지의 제조 방법.
- 유리 기판 상부에 복수개의 사각기둥들을 형성하는 단계와;
상기 복수개의 사각기둥들을 열처리하여 사각기둥들의 표면을 곡면으로 변환시킨 곡면을 갖는 돌출부들을 형성하는 단계와;
상기 곡면을 갖는 돌출부들의 형상을 따라 형성되어 있는 투명 전극, p-i-n 접합 구조의 pin층과, 금속 전극을 순차적으로 형성하는 단계로 구성된 태양 전지의 제조 방법.
- 청구항 7에 있어서,
상기 곡면을 갖는 돌출부들은 반구 형상인 태양 전지의 제조 방법.
- 청구항 6 또는 7에 있어서,
상기 투명 전극, pin층과 금속 전극은,
상기 돌출부들의 형상과 실질적으로 동일한 태양 전지의 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110052019A KR20120133411A (ko) | 2011-05-31 | 2011-05-31 | 태양 전지 및 그의 제조 방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020110052019A KR20120133411A (ko) | 2011-05-31 | 2011-05-31 | 태양 전지 및 그의 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120133411A true KR20120133411A (ko) | 2012-12-11 |
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ID=47516775
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20120133411A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2876689A1 (fr) * | 2013-11-25 | 2015-05-27 | Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives | Procédé de formation d'une cellule photovoltaique |
-
2011
- 2011-05-31 KR KR1020110052019A patent/KR20120133411A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2876689A1 (fr) * | 2013-11-25 | 2015-05-27 | Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives | Procédé de formation d'une cellule photovoltaique |
| FR3013898A1 (fr) * | 2013-11-25 | 2015-05-29 | Commissariat Energie Atomique | Procede de formation d'une cellule photovoltaique |
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