KR20140059318A - Mombe를 이용한 태양 전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 반도체 기판의 마이크로 와이어 및 나노 와이어에 MOMBE(Metal-Organic Molecular Beam Epitaxy)증착법을 이용해 투명전극을 형성하여, 나노 와이어 전면에 투명전극을 형성할 수 있는 태양 전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지를 제공한다.
이를 위해 본 발명은 제1면과 제2면을 갖는 제1도전형 반도체 기판을 준비하는 단계, 상기 제1도전형 반도체 기판의 제2면에 포토 레지스트를 패터닝하는 단계, 상기 제2면에 금속 박막층을 형성하는 단계, 상기 포토 레지스트와 대응하는 영역에 마이크로 와이어를 형성하고, 상기 포토 레지스트와 대응하지 않는 영역에는 나노 와이어를 형성하는 와이어 형성 단계, 상기 마이크로 와이어 및 나노 와이어에 제2도전형 불순물을 도핑 하여, 제2도전형 불순물 도핑 영역을 형성하는 단계, 상기 반도체 기판의 제1면에 제1전극을 형성하는 단계 및 상기 제2도전형 불순물 도핑 영역의 표면에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제2전극을 형성하는 단계는 MOMBE(Metal-Organic Molecular Beam Epitaxy)를 이용해 투명전극을 형성하고, 상기 투명전극에 제1금속을 도핑 함을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지를 제공한다.
이를 위해 본 발명은 제1면과 제2면을 갖는 제1도전형 반도체 기판을 준비하는 단계, 상기 제1도전형 반도체 기판의 제2면에 포토 레지스트를 패터닝하는 단계, 상기 제2면에 금속 박막층을 형성하는 단계, 상기 포토 레지스트와 대응하는 영역에 마이크로 와이어를 형성하고, 상기 포토 레지스트와 대응하지 않는 영역에는 나노 와이어를 형성하는 와이어 형성 단계, 상기 마이크로 와이어 및 나노 와이어에 제2도전형 불순물을 도핑 하여, 제2도전형 불순물 도핑 영역을 형성하는 단계, 상기 반도체 기판의 제1면에 제1전극을 형성하는 단계 및 상기 제2도전형 불순물 도핑 영역의 표면에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제2전극을 형성하는 단계는 MOMBE(Metal-Organic Molecular Beam Epitaxy)를 이용해 투명전극을 형성하고, 상기 투명전극에 제1금속을 도핑 함을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지를 제공한다.
Description
본 발명의 일 실시예는 MOMBE를 이용한 태양 전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지에 관한 것이다.
일반적으로 태양 전지는 PN 접합면을 갖는다. 이러한 PN 접합면에 빛을 비추면 전자와 정공이 발생하며, 이들은 P 영역과 N 영역으로 이동하며, 이 현상에 의해 P 영역과 N 영역 사이에 전위차(기전력)가 발생하고, 이때 태양 전지에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 된다.
이러한 태양 전지는 실리콘 반도체 재료를 이용하는 것과, 화합물 반도체 재료를 이용하는 것으로 크게 분류할 수 있다. 또한, 실리콘 반도체에 의한 것은 결정계와 비결정계로 분류된다.
현재, 태양광 발전 시스템으로 일반적으로 사용하고 있는 것은 실리콘 반도체가 대부분이다. 특히, 결정계 실리콘 반도체의 단결정 및 다결정 태양전지는 변환 효율이 좋고 신뢰성이 높아서 널리 사용되고 있다.
본 발명의 일 실시예는 반도체 기판의 마이크로 와이어 및 나노 와이어에 MOMBE(Metal-Organic Molecular Beam Epitaxy)증착법을 이용해 투명전극을 형성하여, 나노 와이어 전면에 투명전극을 형성할 수 있는 태양 전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1면과 제2면을 갖는 제1도전형 반도체 기판을 준비하는 단계, 상기 제1도전형 반도체 기판의 제2면에 포토 레지스트를 패터닝하는 단계, 상기 제2면에 금속 박막층을 형성하는 단계, 상기 포토 레지스트와 대응하는 영역에 마이크로 와이어를 형성하고, 상기 포토 레지스트와 대응하지 않는 영역에는 나노 와이어를 형성하는 와이어 형성 단계, 상기 마이크로 와이어 및 나노 와이어에 제2도전형 불순물을 도핑 하여, 제2도전형 불순물 도핑 영역을 형성하는 단계, 상기 반도체 기판의 제1면에 제1전극을 형성하는 단계 및 상기 제2도전형 불순물 도핑 영역의 표면에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제2전극을 형성하는 단계는 MOMBE(Metal-Organic Molecular Beam Epitaxy)를 이용해 투명전극을 형성하고, 상기 투명전극에 제1금속을 도핑 함을 특징으로 한다.
상기 투명전극은 산화아연(Zinc oxide, ZnO)이고, 상기 제2전극은 갈륨이 도핑 된 산화아연(Ga-doped ZnO, GZO)일 수 있다. 상기 산화아연은 디엘틸 아연(diethylzinc, DEZn)에 물(H2O) 또는 산소(O2)를 반응시켜 형성될 수 있다. 상기 산화아연의 반응온도는 250℃ 내지 600℃일 수 있다. 상기 갈륨이 도핑 된 산화아연은 상기 산화아연에 삼메틸갈륨(TriMethylGallium, Ga(CH3)3)을 반응시켜 형성될 수 있다. 상기 갈륨이 도핑된 산화아연의 반응온도는 100℃ 내지 400℃일 수 있다. 또한, 본 발명은 위에 기재된 방법으로 제조된 태양 전지를 개시한다.
즉, 본 발명에 따른 태양 전지는 제1도전형 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 상면에 바둑판 라인 또는 매트릭스 형태로 형성된 다수의 마이크로 와이어, 상기 마이크로 와이어의 외측에 형성되어 빛의 경로를 증가시키는 다수의 나노 와이어, 상기 마이크로 와이어 표면에 제2도전형 불순물이 도핑되어 형성된 제2도전형 불순물 도핑 영역, 상기 반도체 기판의 하면에 형성된 제1전극 및 상기 제2도전형 불순물 도핑 영역의 표면에 형성된 제2전극을 포함하고, 상기 제2전극은 MOMBE(Metal-Organic Molecular Beam Epitaxy)를 이용해 투명전극을 형성하고, 상기 투명전극에 제1금속을 도핑 함을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예는 마이크로 와이어 및 나노 와이어에 투명전극을 동시에 형성할 수 있는 태양 전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 나노 와이어의 계면에서의 재결합(recombination)을 최소화할 수 있는 태양 전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 반도체 기판의 마이크로 와이어 및 나노 와이어에 MOMBE(Metal-Organic Molecular Beam Epitaxy)증착법을 이용해 투명전극을 형성하여, 나노 와이어 전면에 투명전극을 형성할 수 있는 태양 전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 다수의 마이크로 와이어에 의해 입사된 빛의 반사도가 종래의 평판형 구조에 비해 현저히 낮고, 따라서 고효율인 태양 전지의 제조 방법 및 이를 갖는 태양 전지를 제공한다. 즉, 본 발명은 광흡수층을 기존의 평판형 구조로부터 다수의 마이크로 와이어 구조를 적용함으로써, 입사되는 빛의 경로가 증가하고, 이에 따라 광자 구속(photon confinement)과 같은 양자 효과 발생으로 전류 값이 증가하며, 결국 효율이 증가한 태양 전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 도시한 부분 단면도이다.
도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 도시한 부분 단면도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대한 순서도가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지의 제조 방법은 제1도전형 반도체 기판 준비 단계(S1), 포토 레지스트 패터닝 단계(S2), 와이어 형성 단계(S3), 제2도전형 불순물 도핑 단계(S4), PSG(PhosphorSilicate Glass) 제거 단계(S5), 에미터 식각 단계(S6), 제1전극 형성 단계(S7) 및 제2전극 형성 단계(S8)를 포함한다.
도 2a 내지 도 2i를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대한 순차 단면도가 도시되어 있다. 도 1을 함께 참조하여, 본 발명에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 제1도전형 반도체 기판 준비 단계(S1)에서는, 대략 평평한 제1면(111)(하면)과, 이의 반대면으로서 대략 평평한 제2면(112)(상면)을 갖는 제1도전형의 반도체 기판(110)이 준비된다. 일례로, 반도체 기판(110)은 P형 실리콘 반도체 기판일 수 있다. 즉, 실리콘 반도체 기판에 주기율표에서 13족 원소인 붕소(B) 또는 갈륨(Ga)과 같은 불순물이 도핑 된 P형 실리콘 반도체 기판일 수 있다.
도면 중 두 개의 나란한 점선은 반도체 기판(110) 중 생략된 영역을 의미하며, 점선의 바깥쪽 영역은 반도체 기판(110)의 둘레 영역(119)을 의미한다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 포토 레지스트 패터닝 단계(S2)에서는, 반도체 기판(110)의 제2면(112)에 일정 두께의 포토 레지스트(120)가 도포 되고, 통상의 사진 식각 공정에 의해 포토 레지스트(120)가 패터닝된다. 여기서, 반도체 기판(110) 중 포토 레지스트(120)와 대응되는 영역에는 추후 마이크로 와이어(113)가 형성되고, 포토 레지스트(120)와 대응되지 않는 영역에는 추후 다수의 나노 와이어(114)가 형성된다. 더불어, 이러한 포토 레지스트(120)의 패터닝 단계(S2) 이후에는 반도체 기판(110)의 제1면(111)에 일정 두께의 보호막(121)이 형성될 수 있다. 이러한 보호막(121)은 통상의 절연층, 금속층 및 이의 등가물 중에서 어느 하나일 수 있다. 물론, 보호막(121)은 하기할 습식 식각 용액과 반응하지 않은 재료이면 어느 것이나 좋다.
더불어, 이러한 포토 레지스트(120)는 평면의 형태가 바둑판 라인 형태 또는 매트릭스 형태일 수 있다. 즉, 반도체 기판(110) 중 네 개의 둘레 영역(119) 내측에서 상기 포토 레지스트(120)는 다수의 바둑판 라인 형태 또는 매트릭스 형태로 형성된다. 다만, 본 발명의 이해를 위해, 도면에서는 패터닝된 2개의 포토 레지스트(120)가 도시되어 있을 뿐이다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 와이어 형성 단계(S3)에서는, 상기 반도체 기판(110)의 제2면(112)을 식각(etching)하여, 마이크로 와이어(113) 및 나노 와이어(114)를 형성한다.
여기서, 본 발명은 상기 반도체 기판(110)의 제2면(112)을 식각하는 방법은 한정하지 않는다. 다만, 설명의 편의를 위해 습식 식각으로 와이어(113, 114)를 형성하는 예를 설명한다.
와이어 형성 단계(S3)에서는, 반도체 기판(110)이 일정 농도의 습식 식각 용액에 일정 시간 동안 침지됨으로써, 포토 레지스트(120)가 형성되지 않은 영역과 대응하는 반도체 기판(110)의 제2면(112)에 다수의 나노 와이어(114)가 형성된다. 물론, 상술한 바와 같이 포토 레지스트(120)가 형성된 영역과 대응하는 반도체 기판(110)의 제2면(112)에 마이크로 와이어(113)가 형성됨은 당연하다. 이와 같이 하여, 반도체 기판(110)의 제2면(112)에는 다수의 마이크로 와이어(113) 및 다수의 나노 와이어(114)가 형성된다. 여기서, 마이크로 와이어(113)는 폭이 마이크로 미터 단위이고, 나노 와이어(114)는 폭이 나노 미터 단위임을 의미한다.
좀더 구체적으로, 마이크로 와이어(113)는 폭이 대략 1 내지 3㎛이고, 높이가 대략 3 내지 5㎛일 수 있다. 또한, 나노 와이어(114)는 폭이 대략 1 내지 100㎚이고, 높이가 대략 1 내지 3㎛일 수 있다. 그러나 이러한 수치는 본 발명의 이해를 위한 일례일 뿐이며, 이는 포토 레지스트(120)의 디자인이나, 습식 식각 용액의 농도 및 침지 시간의 조절에 의해 변경될 수 있다.
또한, 도 2c 내지 도 2i에 도시된 나노 와이어(114)의 단면은 대략 직사각형으로 도시되어 있으나, 이는 이러한 형상은 본 발명의 이해를 위한 일례일 뿐이며, 와이어 형성 방법에 따라 변경될 수 있다.
더불어, 이러한 와이어 형성 단계(S3) 이후 포토 레지스트(120) 및 보호막(121)은 반도체 기판(110)으로부터 제거된다. 물론, 경우에 따라 보호막(121)은 도핑 공정 이후에 제거될 수 있다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 제2도전형 불순물 도핑 단계(S4)에서는, 마이크로 와이어(113) 및 나노 와이어(114)에 제2도전형 불순물이 도핑 됨으로써, 반도체 기판(110)에 제2도전형 불순물 도핑 영역(115)이 형성된다. 즉, 반도체 기판(110)에 PN 접합 영역이 형성된다. 일례로, 주기율표에서 15족 원소인 인(P), 비소(As) 또는 안티모니(Sb)와 같은 불순물이 마이크로 와이어(113) 및 나노 와이어(114)에 도핑 될 수 있다. 더불어, 도핑 깊이는 대략 0.5㎛ 정도 될 수 있기 때문에, 마이크로 와이어(113) 및 나노 와이어(114)에는 라디알(radial) 형태 혹은 요철 형태의 PN 접합 영역이 형성된다. 다르게 설명하면, 제2도전형 불순물 도핑 영역(115)은 단면의 형태가 대략 구형파 형태, 사인파 형태, 또는 사각파 형태로 형성된다.
한편, 인(P)이 함유된 화합물을 이용하여 도핑 공정이 진행될 경우, 반도체 기판(110)의 표면에는 PSG(116)(PhosphorSilicate Glass)가 형성될 수 있는데, 이는 다음 공정에서 제거되어야 한다. 물론, 인(P) 이온을 직접 반도체 기판(110)에 주입할 경우에는 이러한 PSG 제거 공정이 필요하지 않다.
도 2e에 도시된 바와 같이, PSG(PhosphorSilicate Glass) 제거 단계(S5)에서는, 반도체 기판(110)의 전면(상면, 하면 및 측면)을 감싸고 있는 PSG(116)가 통상의 식각 용액에 의해 제거된다.
도 2f에 도시된 바와 같이, 에미터 식각 단계(S6)에서는, 반도체 기판(110)의 전면(상면, 하면 및 측면)이 일정 깊이까지 식각된다. 특히, 반도체 기판(110)의 하면 및 측면에 형성된 PN 접합 영역이 식각되어 제거됨으로써, 태양 전지의 동작 중 누설 전류가 최소화되도록 한다.
이와 같이 하여, 반도체 기판(110)의 하면에는 예를 들면 제1도전형 영역(P형 영역)만 존재하고, 상면에는 요철 형태의 제2도전형 영역(N형 영역)이 존재하게 된다.
도 2g에 도시된 바와 같이, 제1전극 형성 단계(S7)에서는, 반도체 기판(110)의 제1면(111)에 제1전극(117)이 형성된다. 일례로, 반도체 기판(110)의 제1면(111)에 알루미늄 및 그 등가물 중에서 선택된 하나가 스크린 프린팅되어 제1전극(117)이 형성된다. 여기서, 제1전극(117)은 콜렉터 전극을 의미한다.
도 2h 및 2i에 도시된 바와 같이, 제2전극 형성 단계(S8)에서는, 반도체 기판(110)의 제2면(112)에 형성된 마이크로 와이어(113) 및 나노 와이어(114)의 표면에 제2전극(118, 118a)이 형성된다. 좀더 엄밀히 말하면, 마이크로 와이어(113) 및 나노 와이어(114)에 형성된 제2도전형 불순물 도핑 영역(115)의 표면에 제2전극(118, 118a)이 형성된다. 여기서, 제2전극(118, 118a)은 에미터 전극을 의미한다.
여기서, 상기 제2전극(118)은 투명전극(Transparent Electrode)으로써, ZnO(Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), SnO2 및 ITO(Indium Tin Oxide) 등이 사용될 수 있다. 다만, 본 발명에서는 산화아연(ZnO)을 일예로 설명한다.
상기 제2전극(118)은 제2도전형 불순물 도핑 영역(115)의 표면에 산화아연이 증착되어 형성된다. 여기서, 상기 산화아연은 MOMBE(Metal-Organic Molecular Beam Epitaxy)를 통해 제2도전형 불순물 도핑 영역(115)의 표면에 증착된다.
여기서, 상기 MOMBE는 물리적 기상증착법(PVD) 및 화학적 기상증착법(CVD)을 결합시킨 증착 방법으로, 원료를 유기금속(Metal-organic) 소스를 써서 PVD와 같이 열이나 전자빔, 레이저 등으로 날려보내고, 기판 표면에서 화학반응을 일으켜서 고체 상태로 증착하는 방법이다.
이로써, 본 발명은 상기 산화아연을 나노 와이어(114)의 전면에 증착하는 것이 가능하다. 즉, 다수의 나노 와이어(114) 사이의 틈에 산화아연을 효과적으로 채울 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기 산화아연계 제2전극(118)의 두께를 정밀히 조절하는 것이 중요하다. 상기 산화아연은 디엘틸 아연(diethylzinc, DEZn)에 물(H2O) 또는 산소(O2)를 반응시켜서 형성된다. 여기서, 산화아연계 제2전극(118)의 두께를 조절하기 위해서는, 상기 디엘틸 아연, 물 또는 산소의 유량을 정밀히 제어하여 하기 위해 공급 압력을 조절한다. 다수의 사전 실험을 통해 확인한바 상기 디엘틸 아연은 10-4Torr 내지 8 X 10-4Torr압력에서 공급되고, 상기 물은 8 X 10-4Torr압력에서 공급됨이 바람직하다. 하지만, 이러한 압력 범위는 본 발명의 이해를 위한 일례에 불과할 뿐, 이러한 압력 범위로 본 발명을 한정하지 않는다.
또한, 산화아연의 반응 온도 및 반응 시간을 제어하여, 산화아연계 제2전극(118)의 두께를 조절하는 것도 가능하다. 다수의 사전 실험을 통해 확인한 바 250℃ 내지 600℃ 내에서 20분 내지 2시간 동안 반응을 시키는 것이 적절한 제2전극(118)의 두께를 얻을 수 있다. 이는 온도가 250℃ 이하의 경우 상기 물과 상기 디엘틸 아연의 반응이 일어나지 않으며, 600℃를 넘을 경우 물과 상기 디엘틸 아연이 반응하여 산화아연이 생성되기는 하나, 생성된 산화아연이 다시 수소(H2)와 반응하여 아연과 물로 다시 반응하게 되기 때문이다. 다만, 상기 반응 시간은 산화아연의 두께를 결정하는 요소로 바람직한 실시예 불가하므로, 이러한 반응 시간 범위는 본 발명의 이해를 위한 일례에 불과할 뿐, 이러한 반응 시간 범위로 본 발명을 한정하지 않는다.
여기서, 산화아연계 제2전극(118)은 투명은 가시광선 영역(380∼780 nm)에서 높은 광투과율과 높은 전기전도도의 두 성질을 만족시켜야 함은 물론 공정과정의 다양한 환경에도 우수한 특성이 있어야 한다. 따라서, 본 발명에 따른 태양전지(100)는 상기 제2전극(118)에 제1금속을 도핑 하여, 전기전도도를 높이는 것이 바람직하다. 여기서, 제1금속은 일반적으로 산화아연에는 안정적으로 반응하는 주기율표 3족에 해당하는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 물질을 도핑 하는 것이 가능하다. 다만, 본 발명에서는 갈륨을 선택하여 설명할 뿐, 제1금속은 변경 가능하다.
이와 같이 하여 본 발명에 따른 태양 전지(100)는 상기 제2전극(118)에 갈륨을 도핑 하여, 갈륨이 도핑 된 산화아연(Ga-doped ZnO, GZO)(118a)을 형성한다. 상기 GZO(118a)은 상기 산화아연에 삼메틸갈륨(TriMethylGallium, Ga(CH3)3)을 반응시켜 형성한다. 여기서, 산화아연과 삼메틸갈륨이 반응하는 데 있어서, 갈륨의 도핑량을 적절히 제어하기 위해 반응 온도 및 반응 시간을 제어한다. 다수의 사전 실험을 통해 확인한바 100℃ 내지 400℃ 내에서 30분 내지 1시간 동안 반응을 시키는 것이 적절한 갈륨이 도핑 된 GZO(118a)를 얻을 수 있다. 이는 상기 반응 온도가 100℃ 이하의 경우 상기 산화아연 내부로 갈륨이 토핑 되는 반응률이 현저히 저하되며, 400℃를 넘을 경우 (002)피크(peak)가 관찰되어야 하는 GZO(118a)에서 (002) 피크의 세기가 감소하는 경향을 보이기 때문이다. 이는 반도체 기판(110)과 GZO(118a) 박막의 열팽창 계수의 차이로 인해 결정성이 저하되기 때문이다.
이와 같이 하여 본 발명에 따른 태양 전지(100)는 제1도전형 반도체 기판(110), 반도체 기판(110)의 상면에 바둑판 라인 또는 매트릭스 형태로 형성된 다수의 마이크로 와이어(113), 마이크로 와이어(113)의 외측에 형성된 나노 와이어(114), 마이크로 와이어(113) 및 나노 와이어(114)의 표면에 제2도전형 불순물이 도핑 되어 형성된 제2도전형 불순물 도핑 영역(115), 반도체 기판(110)의 하면에 형성된 제1전극(117), 제2도전형 불순물 도핑 영역(115)의 표면에 형성 된 제2전극(118a)을 포함한다.
따라서, 본 발명에 따른 태양 전지(100)는 하나의 반도체 기판(110) 위에 마이크로 와이어(113)가 바둑판 라인 또는 매트릭스 형태로 형성되고, 마이크로 와이어(113)에는 평판 형태가 아닌 라디알(radial) 형태로 PN 접합 영역이 형성된다. 더욱이, 마이크로 와이어(113)의 외측에 대략 요철 형태의 나노 와이어(114)가 형성되며, 이러한 나노 와이어(114)에는 대략 요철 형태의 PN 접합 영역이 형성된다. 이에 따라, 전반적으로 PN 접합 영역이 요철 형태로 형성되고, 따라서 PN 접합 면적이 증가함으로써 태양 전지의 효율이 향상된다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 다수의 마이크로 와이어(113)에 의해 입사된 빛의 반사도가 종래의 평판형 구조에 비해 현저히 낮고, 따라서 고효율인 태양 전지의 제조 방법 및 이를 갖는 태양 전지를 제공한다. 즉, 본 발명은 광흡수층을 기존의 평판형 구조에서 다수의 마이크로 와이어(113) 및 나노 와이어(114)의 구조를 적용함으로써, 입사되는 빛의 경로가 증가하고, 이에 따라 광자 구속(photon confinement)과 같은 양자 효과 발생으로 전류 값이 증가하며, 결국, 효율이 증가한 태양 전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 MOMBE(Metal-Organic Molecular Beam Epitaxy)를 이용해, 제2전극(118, 118a)을 형성하므로, 상기 나노 와이어(114) 사이의 틈에 제2전극(118, 118a)를 효과적으로 채우는 것이 가능한 태양 전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지를 제공한다.
더불어, 본 발명의 일 실시예는 PN 접합 영역이 요철 형태, 구형파 형태, 사인파 형태, 사각파 형태 등으로 형성됨으로써, 종래 구조에 비해 PN 접합 영역이 현저히 증가하고, 이에 따라 효율이 증가한 태양 전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지를 제공한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 태양 전지의 제조 방법 및 이에 따른 태양 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 본 발명에 따른 태양 전지
110; 반도체 기판 111; 제1면
112; 제2면 113; 마이크로 와이어
114; 나노 와이어 114; 평평한 홈부 영역
115; 제2도전형 불순물 도핑 영역
116; PSG 117; 제1전극
118; 제2전극 118a; 갈륨이 도핑 된 산화아연(GZO)
119; 둘레 영역 120; 포토 레지스트
121; 보호막
110; 반도체 기판 111; 제1면
112; 제2면 113; 마이크로 와이어
114; 나노 와이어 114; 평평한 홈부 영역
115; 제2도전형 불순물 도핑 영역
116; PSG 117; 제1전극
118; 제2전극 118a; 갈륨이 도핑 된 산화아연(GZO)
119; 둘레 영역 120; 포토 레지스트
121; 보호막
Claims (7)
- 제1면과 제2면을 갖는 제1도전형 반도체 기판을 준비하는 단계;
상기 제1도전형 반도체 기판의 제2면에 포토 레지스트를 패터닝하는 단계;
상기 제2면에 금속 박막층을 형성하는 단계;
상기 포토 레지스트와 대응하는 영역에 마이크로 와이어를 형성하고, 상기 포토 레지스트와 대응하지 않는 영역에는 나노 와이어를 형성하는 와이어 형성 단계;
상기 마이크로 와이어 및 나노 와이어에 제2도전형 불순물을 도핑 하여, 제2도전형 불순물 도핑 영역을 형성하는 단계;
상기 반도체 기판의 제1면에 제1전극을 형성하는 단계; 및,
상기 제2도전형 불순물 도핑 영역의 표면에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제2전극을 형성하는 단계는 MOMBE(Metal-Organic Molecular Beam Epitaxy)를 이용해 투명전극을 형성하고, 상기 투명전극에 제1금속을 도핑 함을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 투명전극은 산화아연(Zinc oxide, ZnO)이고, 상기 제2전극은 갈륨이 도핑 된 산화아연(Ga-doped ZnO, GZO)인 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 2항에 있어서,
상기 산화아연은 디엘틸 아연(diethylzinc, DEZn)에 물(H2O) 또는 산소(O2)를 반응시켜 형성됨을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 3항에 있어서,
상기 산화아연의 반응온도는 250℃ 내지 600℃인 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 갈륨이 도핑 된 산화아연은 상기 산화아연에 삼메틸갈륨(TriMethylGallium, Ga(CH3)3)을 반응시켜 형성됨을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 갈륨이 도핑 된 산화아연의 반응온도는 100℃ 내지 400℃인 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제1도전형 반도체 기판;
상기 반도체 기판의 상면에 바둑판 라인 또는 매트릭스 형태로 형성된 다수의 마이크로 와이어;
상기 마이크로 와이어의 외측에 형성되어 빛의 경로를 증가시키는 다수의 나노 와이어;
상기 마이크로 와이어 표면에 제2도전형 불순물이 도핑 되어 형성된 제2도전형 불순물 도핑 영역;
상기 반도체 기판의 하면에 형성된 제1전극; 및
상기 제2도전형 불순물 도핑 영역의 표면에 형성된 제2전극을 포함하고,
상기 제2전극은 MOMBE(Metal-Organic Molecular Beam Epitaxy)를 이용해 투명전극을 형성하고, 상기 투명전극에 제1금속을 도핑 함을 특징으로 하는 태양 전지.
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