KR20130016848A - Ｈｉｔ 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 HIT 태양전지에 관한 것으로, 제1도전형의 결정질 실리콘 재질의 기판의 상부에 제2도전형의 비정질 실리콘 박막으로 구성된 에미터층이 형성되며, 상기 에미터층의 상부에 투명 전도층이 형성되며, 상기 투명 전도층의 상부에 전면 전극이 형성되며, 상기 기판의 하부에는 진성(Intrinsic) 비정질 실리콘 박막 및 제1도전형 비정질 실리콘 박막이 차례로 적층되어 구성된 패시베이션층이 형성되며, 상기 패시베이션층의 하부에 후면 전극이 형성되며, 상기 투명 전도층은 하층부에 인듐 아연 산화물(IZO)층이 형성되고, 중층부에 인듐 주석 산화물(ITO)층이 형성되며, 상층부에 인듐 텅스텐 산화물(IWO)층이 형성되어 이루어짐으로써, 제조 비용을 절감하고 ISC를 개선할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 HIT 태양전지에 관한 것으로, 특히 복합 산화물이 다층 구조를 형성하는 투명 전도층을 구비한 HIT 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 주요 과제로 작용하게 된다.
이에, 최근에는 운송자의 터널링(Tunnelling)에 의한 전기 전도도가 우수하고 패시베이션 특성이 우수한 비정질 실리콘(a-Si) 박막을 실리콘 기판과 전극 사이에 배치하고, 실리콘 기판과 비정질 실리콘 박막 사이에 진성(Intrinsic) 비정질 실리콘 박막을 추가하여, 태양전지 효율 특성을 획기적으로 향상시킨 HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin layer) 태양전지가 개발되고 있다.
진성 비정질 실리콘 박막은 포함되어 있는 전자의 수와 정공의 수가 동일한 순수에 가까운 비정질 실리콘 박막층으로서 이를 이용하여 결정질 실리콘 기판과 비정질 실리콘 박막 사이 계면의 결함 등으로 인한 전자와 정공의 재결합을 방지한다.
종래의 HIT 태양전지의 구성을 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이, n형의 결정질 실리콘 재질의 기판(10)의 상부에 p형의 비정질 실리콘 박막으로 구성된 에미터층(20)이 형성되고, 에미터층(20)의 상부에 인듐 주석 산화물(ITO)만으로 구성된 투명 전도층(30)이 형성되며, 투명 전도층(30)의 상부에 금속성의 전면 전극(40)이 형성되고, 기판(10)의 하부에는 진성 비정질 실리콘 박막(51) 및 n형의 비정질 실리콘 박막(52)이 차례로 적층되어 구성된 패시베이션층(50)이 형성되고, 패시베이션층(50)의 하부에 티타늄 질화물(TiN) 박막(61) 및 알루미늄(Al) 등의 금속 박막(62)이 차례로 적층되어 구성된 후면 전극(60)이 형성된 구조로 이루어진다.
그러나, 이러한 종래의 HIT 태양전지는 높은 원가와 접촉 저항률이 떨어지는 인듐 주석 산화물(ITO)만을 사용하여 투명 전도층(30)을 형성하기 때문에, 제조 비용이 높고 태양전지로부터 획득할 수 있는 최대 전류량인 ISC가 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로, 복합 산화물이 다층 구조를 형성하는 투명 전도층을 구비한 HIT 태양전지를 제공하는데, 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 HIT 태양전지는, 제1도전형의 결정질 실리콘 재질의 기판의 상부에 제2도전형의 비정질 실리콘 박막으로 구성된 에미터층이 형성되며, 상기 에미터층의 상부에 투명 전도 층이 형성되며, 상기 투명 전도층의 상부에 전면 전극이 형성되며, 상기 기판의 하부에는 진성(Intrinsic) 비정질 실리콘 박막 및 제1도전형 비정질 실리콘 박막이 차례로 적층되어 구성된 패시베이션층이 형성되며, 상기 패시베이션층의 하부에 후면 전극이 형성되며, 상기 투명 전도층은 하층부에 인듐 아연 산화물(IZO)층이 형성되고, 상층부에 인듐 주석 산화물(ITO)층이 형성되어 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 HIT 태양전지는, 제1도전형의 결정질 실리콘 재질의 기판의 상부에 제2도전형의 비정질 실리콘 박막으로 구성된 에미터층이 형성되며, 상기 에미터층의 상부에 투명 전도층이 형성되며, 상기 투명 전도층의 상부에 전면 전극이 형성되며, 상기 기판의 하부에는 진성(Intrinsic) 비정질 실리콘 박막 및 제1도전형 비정질 실리콘 박막이 차례로 적층되어 구성된 패시베이션층이 형성되며, 상기 패시베이션층의 하부에 후면 전극이 형성되며, 상기 투명 전도층은 하층부에 인듐 아연 산화물(IZO)층이 형성되고, 중층부에 인듐 주석 산화물(ITO)층이 형성되며, 상층부에 인듐 텅스텐 산화물(IWO)층이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 HIT 태양전지.
본 발명에 따른 HIT 태양전지에 의하면, 복합 산화물이 다층 구조를 형성하는 투명 전도층을 구비함으로써, 제조 비용을 절감하고 ISC를 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 HIT 태양전지의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 HIT 태양전지의 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 HIT 태양전지의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 HIT 태양전지의 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 HIT 태양전지의 단면도.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 HIT 태양전지에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 HIT 태양전지는 제1도전형의 결정질 실리콘 재질의 기판(10)의 상부에 제2도전형의 비정질 실리콘(예를 들어, a-Si 또는 a-Si: H 등) 박막으로 구성된 에미터층(20)이 형성되고, 에미터층(20)의 상부에 투명 전도층(30)이 형성되며, 투명 전도층(30)의 상부에 금속성의 전면 전극(40)이 핑거 바 또는 버스 바 패턴을 갖도록 형성되고, 기판(10)의 하부에는 진성(Intrinsic) 비정질 실리콘 박막(51) 및 제1도전형 비정질 실리콘 박막(52)이 차례로 적층되어 구성된 패시베이션층(50)이 형성되고, 패시베이션층(50)의 하부에 티타늄 질화물(TiN) 박막(61) 및 알루미늄(Al) 등의 금속 박막(62)이 차례로 적층되어 구성된 후면 전극(60)이 형성된 구조로 이루어진다. 여기서, 제1도전형은 n형 또는 p형일 수 있으며, 이하에서는 제1도전형이 n형인 경우 제2도전형은 p형인 것을 일 예로 들어 설명하기로 한다.
투명 전도층(30)은 하층부에 인듐 주석 산화물(ITO)에 비해 비용이 저렴한 인듐 아연 산화물(IZO)층(31)이 형성되고, 상층부에 인듐 주석 산화물(ITO)층(32)이 형성된 다층 구조로 구성된다.
이때, 투명 전도층(30)은 종래의 투명 전도층과 동일한 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 투명 전도층(30) 내에서 고비용의 인듐 주석 산화물(ITO)층(32)이 차지하는 영역을 감소시키고, 그 감소된 영역에 비용이 저렴한 인듐 아연 산화물(IZO)층(31)을 형성함으로써, 태양전지 제조 비용을 절감할 수 있게 된다.
다르게는, 투명 전도층(30)은 도 3에 도시된 바와 같이, 하층부에 인듐 아연 산화물(IZO)층(31)이 형성되고, 중층부에 인듐 주석 산화물(ITO)층(32)이 형성되며, 상층부에 인듐 텅스텐 산화물(IWO)층(33)이 형성된 다층 구조로 구성될 수 있다.
여기서, 인듐 텅스텐 산화물(IWO)층(33)은 인듐 주석 산화물(ITO)층(32)에 비해 전기 전도도가 높아 태양전지의 ISC 개선에 기여하게 된다.
본 발명에 따른 HIT 태양전지는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
10: 기판 20: 에미터층
30: 투명 전도층 40: 전면 전극
50: 패시베이션층 60: 후면 전극
30: 투명 전도층 40: 전면 전극
50: 패시베이션층 60: 후면 전극
Claims (2)
- 제1도전형의 결정질 실리콘 재질의 기판의 상부에 제2도전형의 비정질 실리콘 박막으로 구성된 에미터층이 형성되며,
상기 에미터층의 상부에 투명 전도층이 형성되며,
상기 투명 전도층의 상부에 전면 전극이 형성되며,
상기 기판의 하부에는 진성(Intrinsic) 비정질 실리콘 박막 및 제1도전형 비정질 실리콘 박막이 차례로 적층되어 구성된 패시베이션층이 형성되며,
상기 패시베이션층의 하부에 후면 전극이 형성되며,
상기 투명 전도층은 하층부에 인듐 아연 산화물(IZO)층이 형성되고, 상층부에 인듐 주석 산화물(ITO)층이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 HIT 태양전지.
- 제1도전형의 결정질 실리콘 재질의 기판의 상부에 제2도전형의 비정질 실리콘 박막으로 구성된 에미터층이 형성되며,
상기 에미터층의 상부에 투명 전도층이 형성되며,
상기 투명 전도층의 상부에 전면 전극이 형성되며,
상기 기판의 하부에는 진성(Intrinsic) 비정질 실리콘 박막 및 제1도전형 비정질 실리콘 박막이 차례로 적층되어 구성된 패시베이션층이 형성되며,
상기 패시베이션층의 하부에 후면 전극이 형성되며,
상기 투명 전도층은 하층부에 인듐 아연 산화물(IZO)층이 형성되고, 중층부에 인듐 주석 산화물(ITO)층이 형성되며, 상층부에 인듐 텅스텐 산화물(IWO)층이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 HIT 태양전지.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |