KR20130044850A - Solar cell and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
실시예는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.An embodiment relates to a solar cell and a manufacturing method thereof.
태양전지는 p-n 접합 다이오드에 빛을 쪼이면 전자가 생성 되는 광기전력 효과(photovoltaic effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 소자로 정의할 수 있다. 태양전지는 접합 다이오드로 사용되는 물질에 따라, 실리콘 태양전지, I-III-VI족 또는 III-V족 화합물로 대표되는 화합물 반도체 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기물 태양전지로 나눌 수 있다. A solar cell can be defined as a device that converts light energy into electric energy by using a photovoltaic effect that generates electrons when light is applied to a p-n junction diode. The solar cell can be classified into a silicon solar cell, a compound semiconductor solar cell represented by group I-III-VI or III-V, a dye-sensitized solar cell, and an organic solar cell, depending on materials used as a junction diode.
I-III-VI족 Chalcopyrite계 화합물 반도체 중 하나인 CIGS(CuInGaSe) 태양전지는 광 흡수가 뛰어나고, 얇은 두께로도 높은 광전 변환효율을 얻을 수 있으며, 전기 광학적 안정성이 매우 우수하여 기존 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 태양전지로 부각되고 있다. CIGS (CuInGaSe) solar cell, which is one of the I-III-VI family chalcopyrite compound semiconductors, has excellent light absorption, high photoelectric conversion efficiency even at a thin thickness, and excellent electro- It is emerging as an alternative solar cell.
CIGS 태양전지는 외부로부터 수분(H2O) 또는 산소(O2) 등에 저항력이 있어야 하며, 이러한 신뢰성 문제를 해결 하는 것은 CIGS 태양전지 성능에 있어 상당히 중요한 요소 중 하나이다. 일반적으로 CIGS 태양전지는 각층의 계면, 특히 전면 전극층과 인접한 층간의 계면을 통하여 수분(H2O) 또는 산소(O2)가 태양전지 내부로 침투하게 된다. 한편, 종래 CIGS 태양전지의 전면 전극층은 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드(AZO)를 사용하는데, AZO는 저저항성 및 고투과성 등의 장점이 있으나, 수분(H2O) 또는 산소(O2)의 침투에는 매우 약한 단점이 있다. CIGS solar cells must be resistant to moisture (H 2 O) or oxygen (O 2 ) from the outside, and solving these reliability problems is one of the important factors in CIGS solar cell performance. In general, CIGS solar cells penetrate moisture (H 2 O) or oxygen (O 2 ) into the solar cell through the interface of each layer, in particular, the interface between the front electrode layer and the adjacent layer. Meanwhile, the front electrode layer of the conventional CIGS solar cell uses zinc oxide (AZO) doped with aluminum, but AZO has advantages such as low resistance and high permeability, but penetration of moisture (H 2 O) or oxygen (O 2 ). There is a very weak disadvantage.
또한, 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드(AZO)는 저항을 낮추기 위하여 낮은 전원으로 두껍게 증착하게 되는데, 이는 투과율을 감소시킬 뿐만 아니라 공정 불안정, 재료 비용 증가 및 설비 투자 비용 등의 증가의 문제가 있다. 또한, 태양전지 셀의 폭이 증가할 수록, 전면 전극층의 직렬 저항(RS)이 증가하여 결과적으로 전기전도도가 감소하는 문제가 있다. In addition, aluminum-doped zinc oxide (AZO) is deposited thick with a low power source in order to lower the resistance, which not only reduces the transmittance but also increases the process instability, material cost, and facility investment cost. In addition, as the width of the solar cell increases, the series resistance R S of the front electrode layer increases, resulting in a decrease in electrical conductivity.
실시예는 신뢰성 및 안정성이 향상되고, 광-전 변환효율이 향상된 태양전지 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다. The embodiment is to provide a solar cell and a manufacturing method thereof having improved reliability and stability, and improved photoelectric conversion efficiency.
실시예에 따른 태양전지는 지지기판 상에 배치되는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되며, 그래핀(graphene)을 포함하는 전면 전극층을 포함한다.A solar cell according to an embodiment includes: a rear electrode layer disposed on a supporting substrate; A light absorbing layer disposed on the rear electrode layer; And a front electrode layer disposed on the light absorbing layer and including graphene.
실시예에 따른 태양전지의 제조방법은 지지기판 상에 후면 전극층을 형성하는 단계; 상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 및 상기 광 흡수층 상에 그래핀을 포함하는 전면 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a solar cell according to an embodiment includes forming a rear electrode layer on a supporting substrate; Forming a light absorbing layer on the back electrode layer; And forming a front electrode layer including graphene on the light absorbing layer.
실시예에 따른 태양전지는 그래핀을 포함하는 전면 전극층을 제공한다. 상기 그래핀은 기계적 강도가 우수할 뿐만 아니라, 수분(H2O) 또는 산소(O2)가 계면을 따라 태양전지 내부로 침투하는 것을 최소화 할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 태양전지는 수분과 산소로부터 태양전지 셀들을 효과적으로 보호함으로써, 소자의 안정성 및 신뢰성 확보에 크게 기여할 수 있다. The solar cell according to the embodiment provides a front electrode layer including graphene. The graphene not only has excellent mechanical strength, but also minimizes penetration of moisture (H 2 O) or oxygen (O 2 ) into the solar cell along the interface. That is, the solar cell according to the embodiment effectively contributes to securing the stability and reliability of the device by effectively protecting the solar cells from moisture and oxygen.
또한, 그래핀은 종래 사용되는 전면 전극층보다 전기 전도도 및 전자 이동도 등의 전기적 성질이 뛰어나다. 이에 따라, 실시예에 따른 태양전지는 종래 전면 전극층과 비교하여 광 흡수층에서 형성되는 전자를 보다 많이 포집할 수 있으며, 광-전 변환 효율은 향상될 수 있다.In addition, graphene is superior in electrical properties such as electrical conductivity and electron mobility than the conventional front electrode layer. Accordingly, the solar cell according to the embodiment may collect more electrons formed in the light absorbing layer as compared with the conventional front electrode layer, and the photoelectric conversion efficiency may be improved.
도 1은 제 1 실시예에 따른 태양전지의 단면을 도시하는 단면도이다.
도 2는 제 2 실시예에 따른 태양전지의 단면을 도시하는 단면도이다.
도 3 내지 도 7은 제 2 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시하는 단면도들이다. 1 is a cross-sectional view showing a cross section of a solar cell according to the first embodiment.
2 is a cross-sectional view showing a cross section of the solar cell according to the second embodiment.
3 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the solar cell according to the second embodiment.
실시예의 설명에 있어서, 각 기판, 층, 막 또는 전극 등이 각 기판, 층, 막, 또는 전극 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여(indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.In the description of the embodiments, where each substrate, layer, film, or electrode is described as being formed "on" or "under" of each substrate, layer, film, or electrode, etc. , “On” and “under” include both “directly” or “indirectly” other components. In addition, the upper or lower reference of each component is described with reference to the drawings. The size of each component in the drawings may be exaggerated for the sake of explanation and does not mean the size actually applied.
본 명세서에서 사용되는 "그래핀(grapheme)" 이라는 용어는 복수개의 탄소원자들이 서로 공유결합으로 연결되어 폴리시클릭 방향족 분자를 형성하는 그래핀이 층 또는 시트 형태를 형성한 것으로서, 상기 공유결합으로 연결된 탄소원자들은 기본 반복단위로서 6 원환을 형성하나, 5 원환 및/또는 7 원환을 더 포함하는 것도 가능하다. 따라서 상기 그래핀은 서로 공유 결합된 탄소원자들(통상 sp2 결합)의 단일층으로서 보이게 된다. 상기 그래핀은 다양한 구조를 가질 수 있으며, 이와 같은 구조는 그래핀 내에 포함될 수 있는 5 원환 및/또는 7 원환의 함량에 따라 달라질 수 있다. 상기 그래핀은 상술한 바와 같은 그래핀의 단일층으로 이루어질 수 있으나, 이들이 여러 개 서로 적층되어 복수층을 형성하는 것도 가능하며, 통상 상기 그래핀의 측면 말단부는 수소원자로 포화될 수 있다.
As used herein, the term "grapheme" refers to a graphene in which a plurality of carbon atoms are covalently linked to each other to form a polycyclic aromatic molecule, forming a layer or sheet form. The carbon atoms form a 6-membered ring as the basic repeating unit, but may further include a 5-membered ring and / or a 7-membered ring. Thus, the graphene appears as a single layer of covalently bonded carbon atoms (usually sp 2 bonds). The graphene may have a variety of structures, such a structure may vary depending on the content of 5-membered and / or 7-membered rings that may be included in the graphene. The graphene may be formed of a single layer of graphene as described above, but they may be stacked with each other to form a plurality of layers. In general, the side ends of the graphene may be saturated with hydrogen atoms.
도 1은 제 1 실시예에 따른 태양전지의 단면을 도시하는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 실시예에 따른 태양전지는 지지기판(100), 후면 전극층(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500), 및 그래핀(graphene)을 포함하는 전면 전극층(600)을 포함한다. 1 is a cross-sectional view showing a cross section of a solar cell according to the first embodiment. Referring to FIG. 1, the solar cell according to the embodiment includes a
상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 후면 전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500), 상기 전면 전극층(600) 및 상기 그래핀(graphene)을 포함하는 전면 전극층(600)을 지지한다. The
상기 지지기판(100)은 절연체일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 유리기판, 플라스틱기판 또는 금속기판일 수 있다. 더 자세하게, 상기 지지기판(100)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있다.The
상기 지지기판(100)은 리지드하거나 플렉서블할 수 있다. 더 자세하게, 상기 지지기판(100)은 플렉서블 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 지지기판(100)의 재질로 유연성이 있는 고분자 등이 사용될 수 있다. 실시예에 따른 태양전지의 전면 전극층(600)은 기계적 특성이 우수할 뿐만 아니라 유연성이 매우 뛰어난 바, 상기 지지기판(100)이 플렉서블 한 재질일 경우, 실시예에 따른 태양전지는 플렉서블한 특성이 요구되는 영역에서 용이하게 사용될 수 있다.The
상기 후면 전극층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 후면 전극층(200)은 도전층이다. 상기 후면 전극층(200)은 몰리브덴(Mo), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 텅스텐(W) 및 구리(Cu) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 이 가운데, 특히 몰리브덴(Mo)은 다른 원소에 비해 상기 지지기판(100)과 열팽창 계수의 차이가 적기 때문에, 접착성이 우수하여 박리현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이와 달리, 상기 후면 전극층(200)은 그래핀(Graphene)을 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 후면 전극층(200)은 그래핀층으로 구성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The
상기 광 흡수층(300)은 상기 후면 전극층(200) 상에 배치된다. 상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)(Se,S)2; CIGSS계) 결정 구조, 구리-인듐-셀레나이드계 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다.The
상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(400)은 황화 카드뮴, ZnS, InXSY 및 InXSeYZn(O, OH) 등을 포함한다. 상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 배치된다. 상기 고저항 버퍼층(500)은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. The
상기 전면 전극층(600)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 전면 전극층(600)은 상기 광 흡수층(300) 상의 고저항 버퍼층(500)과 직접 접촉하여 배치될 수 있다. The
상기 전면 전극층(600)은 그래핀을 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 전면 전극층(600)은 그래핀으로 구성될 수 있다. 본원 명세서에서 사용되는 "그래핀(grapheme)" 이라는 용어는 복수개의 탄소원자들이 서로 공유결합으로 연결되어 폴리시클릭 방향족 분자를 형성하는 그래핀이 층 또는 시트 형태를 형성한 것으로서, 상기 공유결합으로 연결된 탄소원자들은 기본 반복단위로서 6 원환을 형성하나, 5 원환 및/또는 7 원환을 더 포함하는 것도 가능하다.The
상기 그래핀을 포함하는 전면 전극층(600)은 전기적 특성이 매우 우수하다. 즉, 상기 그래핀을 포함하는 전면 전극층(600)은 우수한 전도성 물질로서 실리콘보다 100 배 빠르게 전자를 이동시키며 구리보다도 약 100 배 가량 더 많은 전류를 흐르게 할 수 있다. 이에 따라, 상기 그래핀을 포함하는 전면 전극층(600)은 종래 사용되던 전면 전극층과 비교하여, 광 흡수층에서 형성되는 전자를 보다 많이 포집할 수 있다. The
상기 언급한 바와 같이 그래핀의 우수한 전기적 특성으로 인하여, 상기 그래핀을 포함하는 전면 전극층(600)의 두께는 종래 사용되던 전면 전극층의 두께보다 약 50% 이상 감소될 수 있으며, 실시예에 따른 태양전지는 보다 박막의 두께로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 그래핀을 포함하는 전면 전극층(600)의 두께는 약 100 nm 내지 약 500 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. As mentioned above, due to the excellent electrical properties of graphene, the thickness of the
또한, 상기 그래핀을 포함하는 전면 전극층(600)은 기계적 강도 및 수분(H2O) 또는 산소(O2)의 차폐 특성이 우수하다. 이에 따라, 상기 그래핀을 포함하는 전면 전극층(600)은 수분 또는 산소가 계면을 따라 태양전지 내부로 침투하는 것을 최소화 할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 태양전지는 수분과 산소로부터 태양전지 셀들을 효과적으로 보호함으로써, 소자의 안정성 및 신뢰성 확보에 크게 기여할 수 있다. In addition, the
도 2는 제 2 실시예에 따른 태양전지의 단면을 도시하는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 제 2 실시예에 따른 태양전지는 복합 전면 전극층을 포함한다. 즉, 제 2 실시예에 따른 전면 전극층은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치되는 금속 산화물층(610) 및 상기 금속 산화물층(610) 상에 배치되는 그래핀층(620)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 산화물(610)은 징크 옥사이드(zinc oxide), 인듐 틴 옥사이드(induim tin oxide; ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(induim zinc oxide; IZO) 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 금속 산화물은 알루미늄(Al), 알루미나(Al2O3), 마그네슘(Mg) 또는 갈륨(Ga) 등의 도전성 불순물을 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 금속 산화물(610) 은 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(Al doped zinc oxide; AZO) 또는 갈륨 도핑된 징크 옥사이드(Ga doped zinc oxide; GZO) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.2 is a cross-sectional view showing a cross section of the solar cell according to the second embodiment. Referring to FIG. 2, the solar cell according to the second embodiment includes a composite front electrode layer. That is, the front electrode layer according to the second embodiment may include a
또한, 상기 금속 산화물층(610) 및 상기 그래핀층(620) 각각은 단일층 또는 다수개의 복수층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 실시예에 따른 전면 전극층(600)은 다수개의 금속 산화물층(610)들과 다수개의 그래핀층(620)들이 교대로 증착되어 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In addition, each of the
상기 언급한 바와 같이, 실시예에 따른 태양전지는 그래핀(graphene)을 포함하는 전면 전극층을 제공함으로써, 광-전 변환 효율이 향상됨과 동시에, 수분(H2O) 또는 산소(O2)가 태양전지 내부로 침투하는 것을 최소화 할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 태양전지는 수분과 산소로부터 태양전지 셀들을 효과적으로 보호함으로써, 소자의 안정성 및 신뢰성 확보에 크게 기여할 수 있다.
As mentioned above, the solar cell according to the embodiment provides a front electrode layer including graphene, thereby improving photo-electric conversion efficiency and simultaneously providing moisture (H 2 O) or oxygen (O 2 ). Penetration into the solar cell can be minimized. That is, the solar cell according to the embodiment effectively contributes to securing the stability and reliability of the device by effectively protecting the solar cells from moisture and oxygen.
도 3 내지 도 7은 제 2 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하는 단면도들이다. 본 제조방법에 관한 설명은 앞서 설명한 태양전지에 대한 설명을 참고한다. 3 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the solar cell according to the second embodiment. For a description of the present manufacturing method, refer to the description of the solar cell described above.
도 3를 참조하면, 지지기판(100) 상에 후면 전극층(200)을 형성한다. 상기 후면 전극층(200)은 PVD(Physical Vapor Deposition) 또는 도금의 방법으로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 3, the
이어서, 도 4를 참조하면, 상기 후면 전극층(200) 상에 광 흡수층(300)을 형성한다. 상기 광 흡수층(300)은 예를 들어, 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시키면서 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2; CIGS계)의 광 흡수층(300)을 형성하는 방법과 금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션(Selenization) 공정에 의해 형성시키는 방법이 폭넓게 사용되고 있다.Next, referring to FIG. 4, the
금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션 하는 것을 세분화하면, 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정에 의해서, 상기 이면전극(300) 상에 금속 프리커서 막이 형성된다. 이후, 상기 금속 프리커서 막은 셀레니제이션(selenization) 공정에 의해서, 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2; CIGS계)의 광 흡수층(300)이 형성된다.When the metal precursor film is formed and selenization is subdivided, a metal precursor film is formed on the
이와는 다르게, 상기 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 상기 셀레니제이션 공정은 동시에 진행될 수 있다.Alternatively, the copper target, the indium target, the sputtering process using the gallium target, and the selenization process may be performed simultaneously.
이와는 다르게, 구리 타겟 및 인듐 타겟 만을 사용하거나, 구리 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 셀레니제이션 공정에 의해서, CIS계 또는 CIG계 광 흡수층(300)이 형성될 수 있다.Alternatively, the CIS-based or CIG-based
이후, 도 5를 참조하면, 상기 광 흡수층 상에 버퍼층(400) 및 고저항 버퍼층(500)이 순차적으로 형성된다. 상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 황화 카드뮴이 화학 용액 증착법(chemical bath deposition; CBD)에 의해서 증착되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 버퍼층(400) 상에 징크 옥사이드가 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 고저항 버퍼층(500)이 형성된다. Subsequently, referring to FIG. 5, a
도 6을 참조하면, 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 투명한 도전물질을 적층하여 금속 산화물층(610)을 형성한다. 상기 금속 산화물층(610)은 상기 그래핀층(620)과 함께 상기 광 흡수층(300)과 pn 접합을 형성하는 윈도우(window)층으로서, 태양전지 전면의 투명전극의 기능을 하기 때문에 광투과율이 높고 전기 전도성이 좋은 산화 아연(ZnO)으로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 6, a transparent conductive material is stacked on the high
이 때, 상기 산화 아연에 알루미늄을 도핑함으로써 낮은 저항값을 가지는 금속 산화물층(610)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 산화물층(610)은 RF 스퍼터링방법으로 ZnO 타겟을 사용하여 증착하는 방법과 Zn 타겟을 이용한 반응성 스퍼터링, 그리고 유기금속화학증착법 등으로 형성될 수 있다.In this case, the
또한, 그래핀만을 포함하는 전면 전극층(600)을 제조하는 경우, 상기 금속 산화물층(610)을 형성하는 공정은 생략될 수 있다. In addition, in the case of manufacturing the
도 7을 참조하면, 상기 금속 산화물층(610) 상에 그래핀층(620)을 형성한다. 상기 그래핀층(620)은 상기 금속 산화물층(610) 상에서 직접 성장되거나, 다른 기판에서 성장된 그래핀층을 전사하여 형성된 것일 수 있다. Referring to FIG. 7, a
예를 들어, 상기 그래핀층(620)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 그래핀 산화물 용액을 코팅하고, 상기 그래핀 산화물 용액을 열처리 함으로써 제조될 수 있다. 상기 그래핀 산화물 용액은 그래핀을 포함하는 탄소나노복합체, 분산 용매, 계면활성제 및 바인더 등을 포함할 수 있다. 이어서, 상기 그래핀 산화물 용액은 다양한 방법에 의하여 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 코팅될 수 있다. 예를 들어, 상기 코팅 방법으로는 스핀 코팅, 랭뮤어-블러짓법, 딥코팅, 스프레이 코팅, 또는 드랍 코팅 중 적어도 하나의 방법을 사용할 수 있다. 이후, 상기 그래핀 산화물 용액은 약 80℃에서 약 1 시간 동안 건조시킨 후, 약 350℃에서 약 30분간 열처리를 함으로써 그래핀층(620)이 제조될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. For example, the
이와 달리, 상기 그래핀층(620)은 하기와 같은 방법에 의해 제조될 수 있다. 먼저, 흑연(graphite)을 황산(sulfuric acid)에 넣은 후, 과망간산 칼륨을(potassiumpermanganate) 서서히 첨가한 후, 온도를 35℃로 올린 후, 테프론 코팅된 막대 자석을 넣어 약 2시간 동안 교반 시킨다. 그 후, 충분한 양의 물을 추가하고, 과산화수소(hydrogen peroxide)를 가스가 발생되지 않을 때까지 추가한다. 그 후, 유리필터(glass filter)를 통하여 산화 그라파이트(graphite oxide)를 거른 후, 상온 진공 하에서 약 12시간 이상 건조시킨다. 건조된 산화 그라파이트를 사용 용도에 맞게 적당량의 물을 추가하여 초음파(sonication) 처리를 통하여 산화 그라파이트를 박리시켜 그래핀 층을 형성할 수 있다. 상기 초음파 처리 시간이 길수록, 형성된 산화 그래핀 시트들의 크기가 작아진다. 이와는 달리, 그래핀층의 크기를 조절하기 위하여 천천히 테프론 코팅된 막대 자석으로 교반시켜 박리시킬 수도 있다.Alternatively, the
이와는 다르게, 상기 그래핀층(620)은 다른 기판 상에서 그래핀층을 성장시키고, 성장된 그래핀층을 전사시킴으로써 형성될 수 있다. Alternatively, the
일 구현예로, 먼저 금속 촉매층을 포함하는 기판을 준비한다. 상기 금속 촉매층은, Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, Zr, 황동(brass), 청동(bronze), 백동(white brass), 스테인레스 스틸(stainless steel) 및 Ge 로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 금속 또는 합금을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 금속 촉매층은 박막 형태일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment, first, a substrate including a metal catalyst layer is prepared. The metal catalyst layer is Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, Zr, brass (brass), bronze ( but may include, but is not limited to, one or more metals or alloys selected from the group consisting of bronze, white brass, stainless steel, and Ge. In addition, the metal catalyst layer may be in the form of a thin film, but is not limited thereto.
이어서, 상기 금속 촉매층을 포함하는 기판 상에 탄소 소스를 포함하는 반응 가스 및 열을 제공함으로써 그래핀층을 형성한다. 예를 들어, 상기 그래핀층은 화학기상증착법에 의해 상기 금속 촉매층 상에 형성될 수 있다. Subsequently, the graphene layer is formed by providing a reaction gas and a heat including a carbon source on the substrate including the metal catalyst layer. For example, the graphene layer may be formed on the metal catalyst layer by chemical vapor deposition.
이후, 상기 그래핀층이 형성된 기판을 에칭 용액에 함침시키고 상기 금속 촉매층을 제거하여, 상기 기판과 상기 그래핀 시트를 분리시킨다. 상기 에칭 용액은 암모늄 퍼설페이트(NH4)2S2O8, HF, BOE, Fe(NO3)3, 또는, 염화 철(Iron(III) Chloride, FeCl3)을 포함하는 용액일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 언급한 에칭 방법외에도 반응 이온 식각, 이온밀링, 애싱(ashing)등으로 상기 기재를 제거할 수 있다.Subsequently, the substrate on which the graphene layer is formed is impregnated in an etching solution and the metal catalyst layer is removed to separate the substrate and the graphene sheet. The etching solution may be a solution containing ammonium persulfate (NH 4 ) 2 S 2 O 8 , HF, BOE, Fe (NO 3 ) 3 , or iron chloride (Iron (III) Chloride, FeCl 3 ), It is not limited to this. In addition to the above-mentioned etching method, the substrate may be removed by reactive ion etching, ion milling, ashing, and the like.
마지막으로, 상기 분리된 그래핀층은 다양한 전사 방법, 예를 들어, 롤투롤 공정, 건식 공정, 또는 습식 공정 등에 의하여 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 전사될 수 있다.
Finally, the separated graphene layer may be transferred onto the high
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Features, structures, effects, and the like described in the above embodiments are included in at least one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects, and the like illustrated in the embodiments may be combined or modified with respect to other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited to these combinations and modifications.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of illustration, It can be seen that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.
Claims (9)
상기 후면 전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및
상기 광 흡수층 상에 배치되며, 그래핀(graphene)을 포함하는 전면 전극층을 포함하는 태양전지.
A rear electrode layer disposed on the supporting substrate;
A light absorbing layer disposed on the rear electrode layer; And
A solar cell disposed on the light absorbing layer and including a front electrode layer including graphene.
상기 전면 전극층은,
상기 광 흡수층 상에 배치되는 금속 산화물층; 및
상기 금속 산화물층 상에 배치되는 그래핀층을 포함하는 태양전지.
The method of claim 1,
The front electrode layer,
A metal oxide layer disposed on the light absorbing layer; And
A solar cell comprising a graphene layer disposed on the metal oxide layer.
상기 전면 전극층은 다수개의 금속 산화물층들과 다수개의 그래핀층을 포함하며,
상기 다수개의 금속 산화물층들과 상기 다수개의 그래핀층들은 교대로 증착되는 태양전지.
3. The method of claim 2,
The front electrode layer includes a plurality of metal oxide layers and a plurality of graphene layers,
The plurality of metal oxide layers and the plurality of graphene layers are alternately deposited.
상기 전면 전극층의 두께는 100 nm 내지 500 nm 인 태양전지.
The method of claim 1,
The front electrode layer has a thickness of 100 nm to 500 nm.
상기 후면 전극층은 그래핀을 포함하는 태양전지.
The method of claim 1,
The back electrode layer is a solar cell comprising graphene.
상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 및
상기 광 흡수층 상에 그래핀을 포함하는 전면 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법.
Forming a back electrode layer on the support substrate;
Forming a light absorbing layer on the back electrode layer; And
Forming a front electrode layer comprising a graphene on the light absorbing layer comprising a solar cell manufacturing method.
상기 그래핀을 포함하는 전면 전극층을 형성하는 단계는,
금속 촉매층을 포함하는 기판 상에 탄소 소스를 포함하는 반응 가스 및 열을 제공하여 그래핀층을 형성하는 단계;
상기 금속 촉매층층을 제거하여 상기 기판과 상기 그래핀층를 분리하는 단계; 및
상기 분리된 그래핀층를 상기 광 흡수층 상에 전사하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법.
The method according to claim 6,
Forming the front electrode layer including the graphene,
Providing a reaction gas comprising a carbon source and heat on a substrate including a metal catalyst layer to form a graphene layer;
Removing the metal catalyst layer layer to separate the substrate and the graphene layer; And
The method of manufacturing a solar cell comprising the step of transferring the separated graphene layer on the light absorbing layer.
상기 그래핀을 포함하는 전면 전극층을 형성하는 단계는,
상기 광 흡수층 상에 그래핀 산화물 용액을 코팅하고,
상기 그래핀 산화물 용액을 열처리하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법.
The method according to claim 6,
Forming the front electrode layer including the graphene,
Coating a graphene oxide solution on the light absorbing layer,
Method for manufacturing a solar cell comprising the step of heat-treating the graphene oxide solution.
상기 그래핀 산화물 용액은 스핀 코팅, 랭뮤어-블러짓법, 딥코팅, 스프레이 코팅, 또는 드랍 코팅 중 적어도 하나의 방법으로 상기 광 흡수층 상에 코팅되는 태양전지의 제조방법. The method of claim 8,
The graphene oxide solution is a method of manufacturing a solar cell is coated on the light absorbing layer by at least one method of spin coating, Langmuir-Blocking method, dip coating, spray coating, or drop coating.
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