KR20130016161A - 태양전지 기판 - Google Patents
태양전지 기판 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20130016161A KR20130016161A KR1020120152045A KR20120152045A KR20130016161A KR 20130016161 A KR20130016161 A KR 20130016161A KR 1020120152045 A KR1020120152045 A KR 1020120152045A KR 20120152045 A KR20120152045 A KR 20120152045A KR 20130016161 A KR20130016161 A KR 20130016161A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- dopant
- layer
- doping layer
- solar cell
- zno
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims abstract description 101
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 57
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 51
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 32
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 230000002265 prevention Effects 0.000 claims description 9
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 7
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 6
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 6
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000010828 elution Methods 0.000 claims description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 abstract description 6
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 33
- 229910021424 microcrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 12
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 4
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 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
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 3
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 3
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 3
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 3
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N Na2O Inorganic materials [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000005354 aluminosilicate glass Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- KCTAWXVAICEBSD-UHFFFAOYSA-N prop-2-enoyloxy prop-2-eneperoxoate Chemical compound C=CC(=O)OOOC(=O)C=C KCTAWXVAICEBSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 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 description 1
- 238000003848 UV Light-Curing Methods 0.000 description 1
- 150000001252 acrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000005345 chemically strengthened glass Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- UHESRSKEBRADOO-UHFFFAOYSA-N ethyl carbamate;prop-2-enoic acid Chemical compound OC(=O)C=C.CCOC(N)=O UHESRSKEBRADOO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 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
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022466—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers
-
- 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
- H01L31/02—Details
- H01L31/0216—Coatings
- H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar 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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
Abstract
본 발명은 태양전지 기판에 관한 것으로, 본 발명에 따른 태양전지 기판은, 투명기판과, 상기 투명기판에 형성되는 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막층을 포함하되, 여기서 산화아연(ZnO) 박막층은 1.7eV 이하의 에너지 준위를 갖는 파장대의 광 투과율이 80% 이상을 충족시키는 제1 도펀트 도핑층과, 제1 도펀트 도핑층을 보호하며 수분과 제1 도펀트 도핑층의 반응을 차단하는 제2 도펀트 도핑층을 포함한다.
Description
본 발명은 태양전지 기판에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 태양전지에 사용가능한 광학적, 전기적 특성을 가지며 내습성이 우수한 태양전지 기판에 관한 것이다.
최근 에너지 자원부존과 환경오염의 대책으로 고효율 태양전지 개발이 대규모로 이루어지고 있다. 태양전지는 태양에너지를 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자이다. 태양전지는 현재 전기, 전자제품, 주택이나 건물의 전기 공급 그리고 산업 발전에 이르기까지 다양한 분야에 적용되고 있다. 태양전지의 가장 기본적인 구조는 pn 접합으로 구성된 다이오드 형태이며, 광 흡수층의 재료에 따라 구분되는데, 예컨대 광 흡수층으로 실리콘을 사용하는 실리콘 태양전지, 광 흡수층으로 CIS(CuInSe2)나 CdTe를 이용하는 화합물 태양전지, 다공질막의 나노입자 표면에 가시광 흡수로 전자가 여기되는 광감응 염료 분자가 흡착된 염료 감응형 태양전지, 복수개의 비정질 실리콘이 적층된 적층형 태양전지로 구분된다. 또한, 태양전지는 벌크형(단결정, 다결정 포함)과 박막형(비정질, 다결정) 태양전지로 구분된다.
현재는 다결정 실리콘을 이용하는 벌크형 결정질 실리콘 태양전지가 전체 시장의 90%이상을 차지하고 있으며, 벌크형 결정질 실리콘 태양전지의 태양광 발전 단가는 기존의 화력, 원자력, 수력 등에 비해 최소 3배에서 최대 10배 이상 비싸다. 이는 고가의 실리콘 원료를 다량 사용하고 제조공정이 복잡한 결정질 실리콘 태양전지의 높은 제조 원가가 주요 원인이다. 이에, 최근 들어 비정질 실리콘(a-Si:H) 및 미세결정 실리콘(μc-Si:H) 박막 태양전지에 대한 연구와 상업화가 진행되고 있다.
도 1 은 종래 비정질 실리콘을 광 흡수층으로 사용하는 태양전지의 구조를 도시한다.
도시한 바와 같이, 종래 비정질 실리콘(예컨대, a-Si:H) 태양전지(110)는 기판(111)/투명 도전막(112)/불순물이 도핑된 P형 비정질 실리콘(a-Si:H)(113)/불순물이 도핑되지 않은 i형 비정질 실리콘(a-Si:H)(114)/불순물이 도핑된 n형 비정질 실리콘(a-Si:H)(115)/후면 반사막(Back reflector)(116)을 포함한다. 이러한 p-i-n형 비정질 실리콘(a-Si:H)에서 불순물이 도핑되지 않은 i형 비정질 실리콘(a-Si:H)(114)은 불순물이 도핑된 P형과 n형 비정질 실리콘(a-Si:H)(113, 115)에 의해 공핍(depletion)되며 내부에서 전기장이 발생하게 된다. 입사광(hv)에 의하여 i형 비정질 실리콘(a-Si:H)(114)에서 생성된 정공-전자 쌍은 내부 전기장에 의한 드리프트에 의해 각각 P형 비정질 실리콘(a-Si:H)(113)과 n형 비정질 실리콘(a-Si:H)(115)에 수집되어 전류를 발생하게 된다.
미세결정 실리콘(μc-Si:H)은 단결정과 다결정 실리콘의 경계물질로서 수십 ㎚에서 수백 ㎚의 결정 크기를 가지며, 결정사이의 결정경계에서는 흔히 비정질상이 존재하여 높은 결함 밀도로 인해 대부분 캐리어 재결합이 발생한다. 미세결정 실리콘(μc-Si:H)의 에너지 밴드갭은 약 1.6eV로 단결정 실리콘(1.12eV)과 큰 차이가 없으며 비정질 실리콘(a-Si:H) 태양전지에서 나타나는 열화 현상이 없다. 미세결정 실리콘(μc-Si:H) 태양전지의 구조는 광 흡수층을 제외하면 비정질 실리콘(a-Si:H) 태양전지와 매우 유사한 구조를 갖고 있다.
비정질 실리콘(a-Si:H) 또는 미세결정 실리콘(μc-Si:H)을 광 흡수층으로 사용하는 단일 p-i-n 접합 박막 태양전지는 광 변환 효율이 낮아 실제로 사용하는데에는 많은 제약이 있다. 따라서 비정질 실리콘(a-Si:H) 또는 미세결정 실리콘(μc-Si:H) 박막 태양전지를 이중 또는 삼중으로 적층하여 제조하는 탠덤(Tandem)형 또는 트리플(Triple)형 적층형 태양전지가 사용되는데 이는 태양전지를 직렬 연결함으로서 개방전압을 높일 수 있고 입사광에 대한 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
도 2 는 종래 탠덤(Tandem)형 박막 태양전지의 구조를 도시한다.
도시한 바와 같이, 종래 탠덤(Tandem)형 박막 태양전지(210)는 크게 기판(211)/투명 도전막(212)/제1 pn 접합층(213)/터널링 pn 접합층(214)/제2 pn 접합층(215)/후면 반사막(Back reflector)(216)을 포함한다.
종래 탠덤(Tandem)형 박막 태양전지(210)는 밴드갭(예컨대, E g =1.6eV)을 갖는 제1 pn 접합층(213)이 더 작은 밴드갭(예컨대, E g =1.1eV)을 갖는 제2 pn 접합층(215)의 위에 배치되어 1.6eV 보다 더 큰 에너지를 가진 광자(photon)는 제1 pn 접합층(213)에서 흡수되고, 1.1eV<hv<1.6eV 사이의 에너지를 가진 광자(photon)는 제1 pn 접합층(213)을 통과하나 제2 pn 접합층(215)에서 흡수된다. 태양전지의 적층수를 늘려감에 따라 높은 광전변환 효율을 얻을 수 있다.
한편, 태양전지에 사용되는 투명 도전막은 광 투과율(light transmittance)과 전기 전도도(conductivity)와 빛 가둠(light trapping) 효과가 높을 것이 요구된다. 특히 탠덤(Tandem)형 박막 태양전지의 경우, 투명 도전막은 350~1200㎚의 넓은 파장대에서 광 투과율과 헤이즈값이 높을 것이 요구된다. 또한, 투명 도전막에 광흡수층을 형성 시 수소 plasma에 대한 내구성까지 갖추어야 한다.
그러나, 현재 태양전지용 널리 사용되고 있는 투명 도전막은 산화주석(SnO2)을 주성분으로 하는 도전막인데, 이는 장파장 영역(900nm 이상의)에서 광 투과율이 낮아 태양전지의 광전변환효율이 낮고, 또한 투명 도전막 코팅시 수소 plasma 공정에서 열화현상이 발생한다. 또한, 산화주석(SnO2)을 주성분으로 하는 투명 도전막은 낮은 전기전도도 및 70%정도의 낮은 투과율등의 재료특성상의 한계가 있다.
현편, 기존의 투명 도전막으로 주로 사용되고 있는 주석 도핑 산화인듐(ITO)은 80%이상의 높은 광투과율과 10-4 Ωcm의 우수한 전기 전도도를 충족시키나, 주원료인 인듐(In)이 희귀원소로 지속적인 가격상승과, 수소 plasma 공정에서 인듐(In)의 높은 환원성과 그에 따라 수반되는 화학적 불안전성 등의 문제점을 가지고 있다.
따라서, 산화주석(SnO2)이나 주석 도핑 산화인듐(ITO)을 주성분으로 하는 투명 도전막을 대체할 수 있는 투명 도전막 개발에 대한 연구가 진행되고 있다. 최근에 가장 이상적인 물질로 주목받고 있는 산화아연(ZnO)이다. 산화아연(ZnO)은 도핑이 용이하고 좁은 전도대역을 가지기 때문에 도핑물질에 따라 전기 광학적 성질의 조절이 용이하다. 또한, 산화아연(ZnO)을 주성분으로 하는 투명 도전막은 수소 plasma 공정에서 안정적이고, 저비용으로 제작 가능하며 높은 광투과성과 전도성을 갖는다.
그런데 산화아연(ZnO)은 내습성이 약하여 시간이 지날수록 전기 전도도가 감소한다. 이에 태양전지의 성능저하 및 수명저하를 불러일으킬 수 있는 치명적인 단점을 갖고 있다. 산화아연(ZnO)의 내습성을 향상시키기 위해 일반적으로 보호코팅을 입히는 방법이 수행되고 있으나, 이로인해 부가적인 접촉저항 및 추가공정으로 인한 비용증가의 문제가 야기된다. 한편, 산화아연(ZnO)에 도펀트를 도핑하는 방법이 적용되고 있으나, 도펀트를 과도핑하게 되면 내습성은 향상되나 광 투과율이 낮아지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 배경에서 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 태양전지에 사용가능한 우수한 전기적, 광학적 특성을 가지며 내습성이 뛰어난 태양전지 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 부가적인 목적은 광전변환 효율이 높은 태양전지 기판을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상에 따른 태양전지 기판은, 투명기판과, 투명기판에 형성되는 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막층을 포함하되, 여기서 산화아연(ZnO) 박막층은 1.7eV 이하의 에너지 준위를 갖는 파장대의 광 투과율이 80% 이상을 충족시키는 제1 도펀트 도핑층과, 제1 도펀트 도핑층을 보호하며, 수분과 제1 도펀트 도핑층의 반응을 차단하는 제2 도펀트 도핑층을 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따른 태양전지 기판은, 투명기판, 제1 도펀트 도핑층, 제2 도펀트 도핑층 중 적어도 어느 하나에 표면조도막이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 부가적인 양상에 따른 태양전지 기판은, 투명기판과 산화아연(ZnO) 박막층 사이에 형성되며, 투명기판의 내부로부터 이물질이 용출되는 것을 막아주는 이물질 용출 방지막을 더 포함한다.
상기한 구성에 따르면, 본 발명의 태양전지 기판은 산화아연(ZnO) 박막층이 1.7eV 이하의 에너지 준위를 갖는 파장대의 광 투과율이 80% 이상을 충족시키는 제1 도펀트 도핑층과, 제1 도펀트 도핑층을 보호하며 수분과 제1 도펀트 도핑층의 반응을 차단하는 제2 도펀트 도핑층을 포함하여 구현됨으로써, 태양전지에 사용 가능한 광 투과율 특성을 만족하면서 내습성이 우수하여 태양전지의 성능 및 수명을 연장시킬 수 있는 유용한 효과가 있다.
도 1 은 종래 비정질 실리콘을 광 흡수층으로 사용하는 태양전지의 구조를 도시한다.
도 2 는 종래 탠덤(Tandem)형 박막 태양전지의 구조를 도시한다.
도 3 은 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막의 파장대별 광 투과특성에 관한 그래프이다.
도 4 는 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막의 내습 테스트 결과에 관한 그래프이다.
도 5 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지 기판의 구조를 도시한다.
도 6 은 산화아연(ZnO) 박막층에 도펀트 도핑에 의한 얕은 주개(shallow donor) 및 고유결함(intrinsic defect)에 의한 얕은 주개(shallow donor)의 에너지 밴드를 도시한다.
도 7 은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지 기판의 구조를 도시한다.
도 2 는 종래 탠덤(Tandem)형 박막 태양전지의 구조를 도시한다.
도 3 은 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막의 파장대별 광 투과특성에 관한 그래프이다.
도 4 는 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막의 내습 테스트 결과에 관한 그래프이다.
도 5 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지 기판의 구조를 도시한다.
도 6 은 산화아연(ZnO) 박막층에 도펀트 도핑에 의한 얕은 주개(shallow donor) 및 고유결함(intrinsic defect)에 의한 얕은 주개(shallow donor)의 에너지 밴드를 도시한다.
도 7 은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지 기판의 구조를 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 전술한, 그리고 추가적인 양상을 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 3 은 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막의 파장대별 광 투과특성에 관한 그래프이고, 도 4 는 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막의 내습 테스트 결과에 관한 그래프이다. 도 3 및 도 4에서, 도면부호 311은 알루미늄(Al) 도펀트가 20 mol%이상, 40mol% 이하 도핑된 산화아연(ZnO) 박막이고, 312는 갈륨(Ga) 도펀트가 30mol% 이상, 45mol% 이하 도핑된 산화아연(ZnO) 박막이고, 313은 붕소(B) 도펀트가 5mol% 이하 도핑된 산화아연(ZnO) 박막이다.
먼저, 도 3을 참조하여 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막(311, 312, 313)의 파장대별 광 투과특성을 설명한다.
알루미늄(Al) 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막(311)과 갈륨(Ga) 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막(312)은 1.7eV이하(321)의 장파장 영역에서 광 투과율이 급격히 떨어지며, 반면에 붕소(B) 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막(313)은 광 투과율이 80% 내외(323)로 우수하다.
이하, 도 4를 참조하여 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막의 내습 테스트 결과를 설명한다. 내습 테스트는 습도 90%, 온도 85℃에서 500시간 동안 면저항(Ω/□)값을 측정하면서 실시하였다.
도 4에서, 알루미늄(Al) 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막(311)은 시간이 지남에 따라 면저항(Ω/□)값이 조금 증가하며, 갈륨(Ga) 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막(312)은 시간이 지남에 따라 면저항(Ω/□)값이 거의 변화가 없다. 반면, 붕소(B) 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막(313)은 시간이 지남에 따라 면저항(Ω/□)값이 크게 증가한다.
도 3과 도4에서 나타난 1.7eV 이하(321)의 장파장 영역에서 광 투과율과 내습성의 결과를 종합해 볼때, 갈륨(Ga) 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막(312)은 광 투과율이 저조한 반면, 내습성이 우수하다. 붕소(B) 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막(313)은 광 투과율이 우수한 반면, 내습성이 떨어진다. 알루미늄(Al) 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막(311)은 붕소(B) 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막(313)과 비교하여 내습성이 우수하나 1.7eV 이하(321)의 장파장 영역에서 광 투과율이 떨어진다.
도 5 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지 기판의 구조를 도시한 것이고, 도 6 은 산화아연(ZnO) 박막층에 도펀트 도핑에 의한 얕은 주개(shallow donor) 및 고유결함(intrinsic defect)에 의한 얕은 주개(shallow donor)의 에너지 밴드를 도시한 것이다.
먼저, 도 5에 도시한 바와 같이 본 실시예에 따른 태양전지 기판(510)은 투명기판(511)과, 투명기판(511)에 형성되는 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막층(512)을 포함한다.
투명기판(511)은 광투과율이 우수하고 기계적 물성이 우수한 것이면 어느 것이든 제한되지 않는다. 예컨대, 투명기판(511)은 열경화 또는 UV 경화가 가능한 유기필름으로서 주로 폴리머 계열의 물질, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEtylene Terephthalate, PET), 아크릴(Acryl), 폴리카보네이트(Polycabonate, PC), 우레탄 아크릴레이트(Urethane Acrylate), 폴리에스테르(Polyester), 에폭시 아크릴레이트(Epoxy Acrylate), 브롬화 아크릴레이트(Brominate Acrylate), 폴리염화비닐(PolyVinyl Chloride, PVC)로 구현될 수 있다. 또한, 투명기판(511)은 화학강화유리로 소다임유리(Sio2-CaO-Na2O) 또는 알루미노실리케이트유리(SiO2-Al2O-Na2O)로 구현될 수 있으며, 이중 Na 및 Fe의 양은 용도에 따라 낮게 조정되어질 수 있다.
도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막층(512)은 광전변환에 의해 발생된 전류를 흘려주는 것으로, 높은 도전성과 광 투과율을 갖는 금속 물질로 구현된다. 산화아연(ZnO)의 전기적인 성질은 거의 부도체에 가깝기 때문에 전기 전도성을 부여하기 위해 투명기판(511)에 산화아연(ZnO) 박막을 성막하는 동안 도펀트(dopant)가 도핑된다.
바람직한 실시예에 있어서, 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막층(512)은 1.7eV 이하의 에너지 준위를 갖는 파장대의 광 투과율이 80% 이상을 충족시키는 제1 도펀트 도핑층(512a)과, 제1 도펀트 도핑층(512a)을 보호하며 수분과 제1 도펀트 도핑층(512a)의 반응을 차단하는 제2 도펀트 도핑층(512b)을 포함하여 구현된다.
제1 도펀트 도핑층(512a)은 아연이온(Zn2+)과의 이온반경의 차이가 1.45 배 이상 또는 0.45배 이하인 도펀트를 5mol% 이하로 미량 도핑하여 형성될 수 있다. 일례로, 이러한 도펀트는 탄소(C), 붕소(B), 플루오르(F), 규소(Si) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 제1 도펀트 도핑층(512a)은 도펀트가 5mol% 이하로 미량 도핑되어, 도펀트에 의한 광 흡수로 인해 광 투과율이 저하되는 것을 최소화할 수 있다.
본 발명에서 제1 도펀트 도핑층(512a)에 도펀트가 5mol% 이하로 미량 도핑되더라도 아연이온(Zn2+)과의 차이가 1.45배 이상인 도펀트를 사용하게 되면, 태양전지에 필요한 전기 전도도를 확보할 수 있다. 이러한 점은 도 6을 통해 확인할 수 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 산화아연(ZnO) 박막층에 도펀트 도핑으로 인해서 직접적으로 형성되는 얕은 주개(shallow donor)의 에너지 밴드(611)와, 아연이온(Zn2+)과 도펀트와의 크기차이로 생성이 촉진된 고유결함(intrinsic defect)에 의한 얕은 주개(shallow donor)의 에너지 밴드(612) 둘다 전도성 밴드(CB, Conduction Band)에 근접하여서 상온에서 여기 된다.
다른 실시예에 있어서, 제1 도펀트 도핑층(512a)은 아연이온(Zn2+)과의 원자가수 차이가 2+ 이상 차이를 갖는 도펀트를 5mol% 이하로 미량 도핑하여 형성될 수 있다. 이는 아연이온(Zn2+)과 도펀트와의 가수차이로 인해 얕은 주개의 에너지 밴드 형성을 촉진하게 된다. 일례로, 이러한 도펀트는 루테늄(Ru), 티타늄(Ti), 니오브(Nb), 주석(Sn) 중 어느 하나로 구현될 수 있다.
제2 도펀트 도핑층(512b)은 갈륨(Ga)을 포함하는 도펀트로 도핑된 것으로 구현된다. 도 4에서 전술한 바와 같이, 갈륨(Ga) 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막층은 내습성이 우수하다. 이러한 제2 도펀트 도핑층(512b)은 제1 도펀트 도핑층(512a)이 수분(예컨대, H2O, OH, H등)과 결합하여 비저항이 높아지는 것을 방지한다. 일례로, 제2 도펀트 도핑층(512b)은 갈륨(Ga)과 함께 소량의 알루미늄(Al)이나, 붕소(B) 또는 인듐(In) 또는 규소(Si)가 도핑될 수 있다.
도 7 은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지 기판의 구조를 도시한다.
도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 태양전지 기판(710)은 투명기판(711)과, 제1 도펀트 도핑층(712a)와 제2 도펀트 도핑층(712b)를 포함하는 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막층(712)과, 이물질 용출 방지막(713)을 포함하여 구현될 수 있다.
도시한 바와 같이, 제1 도펀트 도핑층(712a)와 제2 도펀트 도핑층(712b)에는 일정한 표면 거칠기를 갖는 표면조도막이 형성될 수 있다. 본 명세서에서 표면조도막은 나노미터 수준의 작고 불규칙한 홈이 표면 여기저기에 넓게 분포되어 이루어진 막을 의미한다. 제2 도펀트 도핑층(712b)에 형성되는 표면조도막은 투명기판(711)을 통과한 입사광의 빛 가둠(light trapping) 효과를 높여주는 역할을 한다. 제1 도펀트 도핑층(712a)에 형성되는 표면조도막은 투명기판(311) 표면에서 입사광이 반사되는 것을 방지하여, 투명기판(711)을 통해 산화아연(ZnO) 박막층(712)으로 입사되는 광 투과율을 높여주는 역할을 한다. 일례로, 본 발명의 태양전지 기판(710)은 투명기판(711) 표면에 표면조도막이 형성될 수도 있다.
이물질 용출 방지막(713)은 투명기판(711)과 산화아연(ZnO) 박막층(712) 사이에 형성되며, 투명기판(711), 예컨대 소다임유리(Sio2-CaO-Na2O) 또는 알루미노실리케이트유리(SiO2-Al2O-Na2O)의 내부로부터 이물질, 예를 들어 나트륨(Na+)이온과 같은 알칼리이온이 용출되는 것을 막아준다. 바람직하게는, 이물질 용출 방지막(713)은 산화규소(SiO2) 또는 산화티타늄(TiO2) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 이물질 용출 방지막(713)은, 막 두께 조절을 통해 투명기판(711)과의 굴절률 매칭이 가능하다. 이에 이물질 용출 방지막(713)은 투명기판(711) 표면에서 입사광이 반사되는 것을 방지할 수 있다.
지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
510, 710: 태양전지 기판
511, 711: 투명기판
512, 712: 산화아연(ZnO) 박막층
512a, 712a: 제1 도펀트 도핑층 512b, 712b: 제2 도펀트 도핑층
713: 이물질 용출 방지막
511, 711: 투명기판
512, 712: 산화아연(ZnO) 박막층
512a, 712a: 제1 도펀트 도핑층 512b, 712b: 제2 도펀트 도핑층
713: 이물질 용출 방지막
Claims (7)
- 투명기판과, 상기 투명기판에 형성되며 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막층을 포함하고,
상기 산화아연(ZnO) 박막층이,
1.7eV 이하의 에너지 준위를 갖는 파장대의 광 투과율이 80% 이상을 충족시키는 제1 도펀트 도핑층; 및
상기 제1 도펀트 도핑층을 보호하며, 수분과 상기 제1 도펀트 도핑층의 반응을 차단하는 제2 도펀트 도핑층;
을 포함하고,
상기 제1 도펀트 도핑층은,
아연이온(Zn2+)과의 원자가수 차이가 2+ 이상 차이를 갖는 도펀트로 도핑된 것을 특징으로 하는 태양전지 기판. - 제1항에 있어서,
상기 제1 도펀트 도핑층은,
루테늄(Ru), 티타늄(Ti), 니오브(Nb), 주석(Sn) 중 어느 하나가 도펀트로 도핑된 것을 특징으로 하는 태양전지 기판. - 제 1 항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 도펀트 도핑층은,
도펀트가 5mol% 이하 도핑된 것을 특징으로 하는 태양전지 기판. - 제 1 항에 있어서,
상기 제2 도펀트 도핑층은,
갈륨(Ga)을 포함하는 도펀트로 도핑된 것을 특징으로 하는 태양전지 기판. - 제 1 항에 있어서,
상기 투명기판, 제1 도펀트 도핑층, 제2 도펀트 도핑층 중 적어도 어느 하나에 표면조도막이 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지 기판. - 투명기판과, 상기 투명기판에 형성되며 도펀트가 도핑된 산화아연(ZnO) 박막층과, 상기 투명기판과 산화아연(ZnO) 박막층 사이에 형성되며, 상기 투명기판의 내부로부터 이물질이 용출되는 것을 막아주는 이물질 용출 방지막을 포함하고,
상기 산화아연(ZnO) 박막층이,
1.7eV 이하의 에너지 준위를 갖는 파장대의 광 투과율이 80% 이상을 충족시키는 제1 도펀트 도핑층; 및
상기 제1 도펀트 도핑층을 보호하며, 수분과 상기 제1 도펀트 도핑층의 반응을 차단하는 제2 도펀트 도핑층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 기판. - 제 6 항에 있어서,
상기 이물질 용출 방지막이,
산화규소(SiO2) 또는 산화티타늄(TiO2) 중 어느 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 태양전지 기판.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020120152045A KR101240314B1 (ko) | 2012-12-24 | 2012-12-24 | 태양전지 기판 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020120152045A KR101240314B1 (ko) | 2012-12-24 | 2012-12-24 | 태양전지 기판 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020090110296A Division KR101293022B1 (ko) | 2009-11-16 | 2009-11-16 | 태양전지 기판 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20130016161A true KR20130016161A (ko) | 2013-02-14 |
KR101240314B1 KR101240314B1 (ko) | 2013-03-11 |
Family
ID=47895742
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020120152045A KR101240314B1 (ko) | 2012-12-24 | 2012-12-24 | 태양전지 기판 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101240314B1 (ko) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000261011A (ja) | 1999-03-05 | 2000-09-22 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | シリコン系薄膜光電変換装置 |
JP2005347490A (ja) | 2004-06-02 | 2005-12-15 | Asahi Glass Co Ltd | 透明導電性酸化物膜付き基体およびその製造方法ならびに光電変換素子 |
-
2012
- 2012-12-24 KR KR1020120152045A patent/KR101240314B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101240314B1 (ko) | 2013-03-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101127491B1 (ko) | 태양전지 기판 제조방법 | |
Schmager et al. | Nanophotonic perovskite layers for enhanced current generation and mitigation of lead in perovskite solar cells | |
US20090194165A1 (en) | Ultra-high current density cadmium telluride photovoltaic modules | |
KR101134595B1 (ko) | 태양전지 기판, 태양전지 기판 제조 방법 및 태양전지 | |
KR101327553B1 (ko) | 태양전지 | |
KR20110002190A (ko) | 산화아연계 전도체 | |
KR20120079998A (ko) | 태양전지의 제조방법 | |
KR101240900B1 (ko) | 태양전지 기판 | |
KR101103746B1 (ko) | 태양전지 기판 및 그를 포함하는 태양전지 | |
KR101192981B1 (ko) | 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 및 그 제조방법 | |
KR101240314B1 (ko) | 태양전지 기판 | |
KR101177716B1 (ko) | 이중 코팅 금속 기판을 이용한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 및 그 제조방법 | |
KR101293022B1 (ko) | 태양전지 기판 | |
KR101059458B1 (ko) | 태양전지 기판 및 그를 포함하는 태양전지 | |
KR101117265B1 (ko) | 태양전지 기판 및 태양전지 기판 제조방법 | |
KR101155058B1 (ko) | 태양전지 커버유리 | |
KR101458993B1 (ko) | 광전지용 산화아연계 투명 도전막 및 이를 포함하는 광전지 | |
KR102668452B1 (ko) | 디자인이 형성된 건물 적용 실리콘 태양전지 및 그 제조방법 | |
KR101477037B1 (ko) | 표면구조화 azo 글래스 투명전극과 이중 코팅 금속 기판을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 및 그 제조방법 | |
KR20140007078A (ko) | 광전지용 산화아연계 투명 도전막 및 이를 포함하는 광전지 | |
KR20110100374A (ko) | 태양전지 기판 제조 방법 | |
KR101202746B1 (ko) | 광전지 모듈용 기판 제조방법 | |
KR101215313B1 (ko) | 코팅 금속기판을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 및 그 제조방법 | |
KR20120064268A (ko) | 박막 태양전지 및 이의 제조 방법 | |
KR20110022813A (ko) | 산화아연계 전도체 및 그 제조방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A107 | Divisional application of patent | ||
A201 | Request for examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |