KR20150067782A - 시인성이 향상된 태양 전지 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시인성을 향상시킬 수 있도록 한 시인성이 향상된 태양 전지 및 그의 제조 방법을 제공하는 것으로, 본 발명에 따른 시인성이 향상된 태양 전지는 투명 기판; 투명 재질의 전면 전극과 금속 재질의 후면 전극 및 상기 전면 전극과 상기 후면 전극 사이의 광전 변환층을 포함하도록 상기 투명 기판 상에 형성된 복수의 태양 전지 셀; 상기 복수의 태양 전지 셀 사이사이에 형성된 광 투과부; 및 상기 복수의 태양 전지 셀 각각의 상기 후면 전극에 중첩되도록 형성되어 상기 후면 전극에 의한 광 반사를 방지하는 반사 방지층을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 박막형 태양 전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 건축물의 유리창 또는 차량 등의 이동 수단의 조망창에 적용 가능하도록 시인성이 향상된 태양 전지 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
태양 전지(photovoltaic)는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다. 즉, 태양 전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양 전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 반도체 내에서 정공(Hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 정공(+)는 P형 반도체 쪽으로 이동하고 전자(-)는 N형 반도체 쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 되는 원리이다.
이와 같은 태양 전지는 기판형 태양 전지와 박막형 태양 전지로 구분할 수 있다. 기판형 태양 전지는 실리콘과 같은 반도체 물질 자체를 기판으로 이용하여 태양 전지를 제조한 것이고, 박막형 태양 전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양 전지를 제조한 것이다.
기판형 태양 전지는 상기 박막형 태양 전지에 비하여 효율이 다소 우수하기는 하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승되는 단점이 있다. 박막형 태양 전지는 기판형 태양 전지에 비하여 효율이 다소 떨어지기는 하지만, 얇은 두께로 제조가 가능하고 저가의 재료를 이용할 수 있어 제조비용이 감소되는 장점이 있어 대량생산에 적합하다.
최근에는 태양 전지의 광전 변환 효율이 개선됨에 따라 건축물 또는 이동 수단인 차량 등의 유리창(예를 들어, 주택 유리창, 빌딩 유리창, 차량의 측면 유리창, 후면 유리창, 또는 선루프) 대용으로 사용할 수 있는 유리창 대용 태양 전지가 개발되고 있다. 이러한, 유리창 대용 태양 전지는 입사되는 태양광을 이용하여 전력을 생산함과 동시에 전력을 생산하는데 사용되지 않는 태양광을 건축물 내부로 투과시킨다.
도 1은 종래의 유리창 대용 태양 전지를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 유리창 대용 태양 전지는 건축물 또는 이동 수단인 차량 등의 유리창(10)에 부착된 태양 전지(10)를 구비한다.
상기 태양 전지(10)는 투명 기판(11), 투명 기판(11) 상에 직렬 연결되도록 형성된 복수의 태양 전지 셀(12), 복수의 태양 전지 셀(12) 사이사이에 형성된 광 투과부(14), 및 복수의 태양 전지 셀(12)과 광 투과부(14)를 덮도록 형성되어 건축물의 유리창(10)에 부착되는 보호 기판(21)을 구비한다.
상기 복수의 태양 전지 셀(12)은 투명 기판(11) 상에 형성된 후면 전극(12a), 후면 전극(12a) 상에 형성된 광전 변환층(12b), 광전 변환층(12b) 상에 형성된 투명 전도층(12c), 및 투명 전도층(12c) 상에 투명 재질로 형성된 전면 전극(12d)을 구비한다.
상기 후면 전극(12a)은 투명 기판(11) 상에 투명 전도성 재질 또는 금속 재질로 형성될 수 있다. 이때, 상기 후면 전극(12a)이 투명 전도성 재질로 형성되는 경우, 태양 전지(10)의 광 투과율을 높일 수 있는 장점이 있지만, 상기 후면 전극(12a)의 대기 중의 산소에 의해 산화되고, 이로 인해 태양 전지(10)가 변색되고 효율이 저하된다는 문제점이 있다. 이에 따라, 광전 변환층(12b)에서 생성되는 전자-정공의 쌍의 이동을 원활하게 하여 태양 전지(10)의 효율을 향상시키기 위하여, 상기 후면 전극(12a)은 Al, Ag, 또는 Cu 등의 금속 재질로 형성되게 된다.
그러나, 종래의 유리창 대용 태양 전지는 실내에서 실외를 조망할 경우, 금속 재질로 이루어진 후면 전극(12a)의 표면 반사로 인한 반사 광(RL)에 의해 시인성 확보가 되지 않는다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 건축물의 유리창 또는 차량 등의 이동 수단의 조망창에 적용 가능하도록 시인성이 향상된 태양 전지 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 시인성이 향상된 태양 전지는 투명 기판; 투명 재질의 전면 전극과 금속 재질의 후면 전극 및 상기 전면 전극과 상기 후면 전극 사이의 광전 변환층을 포함하도록 상기 투명 기판 상에 형성된 복수의 태양 전지 셀; 상기 복수의 태양 전지 셀 사이사이에 형성된 광 투과부; 및 상기 복수의 태양 전지 셀 각각의 상기 후면 전극과 상기 투명 기판 사이에 형성되어 상기 후면 전극에 의한 광 반사를 방지하는 반사 방지층을 포함하여 구성될 수 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 시인성이 향상된 태양 전지는 투명 기판; 투명 재질의 전면 전극과 금속 재질의 후면 전극 및 상기 전면 전극과 상기 후면 전극 사이의 광전 변환층을 포함하도록 상기 투명 기판 상에 형성된 복수의 태양 전지 셀; 상기 복수의 태양 전지 셀 사이사이에 형성된 광 투과부; 상기 복수의 태양 전지 셀과 상기 광 투과부를 덮는 보호 기판; 및 상기 복수의 태양 전지 셀 각각의 상기 후면 전극과 상기 보호 기판 사이에 형성되어 상기 후면 전극에 의한 광 반사를 방지하는 반사 방지층을 포함하여 구성될 수 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 시인성이 향상된 태양 전지는 투명 기판; 투명 재질의 전면 전극과 금속 재질의 후면 전극 및 상기 전면 전극과 상기 후면 전극 사이의 광전 변환층을 포함하도록 상기 투명 기판 상에 형성된 복수의 태양 전지 셀; 상기 복수의 태양 전지 셀 사이사이에 형성된 광 투과부; 및 상기 복수의 태양 전지 셀 각각의 상기 후면 전극과 상기 투명 기판 사이에 형성되어 상기 후면 전극에 의한 광 반사를 방지하는 유색층을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 유색층은 탄소 나노튜브(CNT), a-Si:H, a-SiGe:H, μc-Si:H, a-Ge:H, μc-Si:H, Cr, Ni, 및 Mo 중 어느 하나의 단층 구조 또는 2 이상의 복층 구조로 형성될 수 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 시인성이 향상된 태양 전지의 제조 방법은 투명 재질의 전면 전극과 금속 재질의 후면 전극 및 상기 전면 전극과 상기 후면 전극 사이의 광전 변환층을 포함하는 복수의 태양 전지 셀을 투명 기판 상에 형성하는 공정; 상기 복수의 태양 전지 셀 사이사이에 광 투과부를 형성하는 공정; 및 상기 후면 전극에 의한 광 반사를 방지하기 위한 반사 방지층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 반사 방지층은 상기 후면 전극에 중첩되도록 형성될 수 있다.
상기 복수의 태양 전지 셀 사이사이에 광 투과부를 형성하는 공정은 상기 투명 기판 상에 형성되어 있는 상기 전면 전극, 상기 광전 변환층, 상기 후면 전극, 및 상기 반사 방지층의 소정 영역을 함께 제거하여 상기 광 투과부를 형성할 수 있다.
상기 후면 전극은 금속 페이스트(Paste)를 이용한 프린팅 공정에 의해 형성될 수 있다.
상기 반사 방지층은 상기 투명 기판의 상면에 형성되고, 상기 후면 전극은 상기 반사 방지층의 상면에 형성될 수 있다.
상기 시인성이 향상된 태양 전지의 제조 방법은 상기 복수의 태양 전지 셀과 상기 광 투과부를 덮는 보호 기판을 상기 후면 전극 상에 형성하는 공정을 더 포함하여 이루어지며, 상기 전면 전극은 상기 투명 기판의 상면에 형성되고, 상기 후면 전극은 상기 광전 변환층의 상면에 형성되며, 상기 반사 방지층은 상기 후면 전극의 상면에 형성될 수 있다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명에 따른 시인성이 향상된 태양 전지 및 그의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 투명 기판과 금속 재질의 후면 전극 사이에 반사 방지층을 형성함으로써 실내에서 실외를 조망할 경우 후면 전극의 광 반사에 의해 발생되는 시인성 저하를 개선할 수 있다.
둘째, 금속 재질의 후면 전극과 보호 기판 사이에 상기 반사 방지층을 형성함으로써 실내에서 실외를 조망할 경우 후면 전극의 광 반사에 의해 발생되는 시인성 저하를 개선할 수 있다.
도 1은 종래의 유리창 대용 태양 전지를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 I-I'선의 단면도이다.
도 4는 건축물의 유리창에 결합된 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 Ⅱ-Ⅱ'선의 단면도이다.
도 7은 건축물의 유리창에 결합된 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8a 내지 도 8g는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9a 내지 도 9g는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 I-I'선의 단면도이다.
도 4는 건축물의 유리창에 결합된 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 Ⅱ-Ⅱ'선의 단면도이다.
도 7은 건축물의 유리창에 결합된 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8a 내지 도 8g는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9a 내지 도 9g는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
"상에"라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우 뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명에 따른 시인성이 향상된 태양 전지 및 그의 제조 방법의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2에 도시된 I-I'선의 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지(100)는 투명 기판(110); 금속 재질의 후면 전극(131)과 투명 재질의 전면 전극(137), 및 후면 전극(131)과 전면 전극(137) 사이의 광전 변환층(134)을 포함하도록 투명 기판(110) 상에 형성된 복수의 태양 전지 셀(130); 복수의 태양 전지 셀(130) 사이사이에 형성된 광 투과부(150); 및 상기 후면 전극(131)에 의한 광 반사를 방지하는 반사 방지층(170)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 투명 기판(110)은 투명 유리 또는 투명 플라스틱 기판으로 이루어질 수 있다. 이러한 상기 투명 기판(110)은 주택 유리창, 빌딩 유리창, 차량의 측면 유리창, 후면 유리창, 또는 선루프 등에 결합될 수 있다.
상기 반사 방지층(170)은 상기 투명 기판(110)의 상면 전체에 일정한 두께를 가지도록 형성된다. 이러한 상기 반사 방지층(170)은 광을 흡수하는 광 흡수 물질 또는 광 반사율이 낮은 금속 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 반사 방지층(170)은 탄소 나노튜브(CNT), a-Si:H, a-SiGe:H, μc-Si:H, a-Ge:H, μc-Si:H, Cr, Ni, 또는 Mo 등의 재질 중 어느 하나를 포함하는 단층 구조이거나 2 이상을 포함하는 다층 구조를 형성될 수 있다. 한편, 상기 반사 방지층(170)은 물질에 따라 색상을 가지므로 유색층이 될 수도 있다.
상기 반사 방지층(170)은 표면에 형성된 미세한 요철 구조를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 복수의 태양 전지 셀(130) 각각은 상기 투명 기판(110), 즉 상기 반사 방지층(170) 상에 형성되는 것으로, 투명 재질의 후면 전극(131)과 금속 재질의 전면 전극(137) 및 후면 전극(131)과 전면 전극(137) 사이의 광전 변환층(134)을 포함하여 구성된다. 보다 구체적으로는, 상기 복수의 태양 전지 셀(130) 각각은 후면 전극(131), 전극 분리부(133), 광전 변환층(134), 투명 전도층(135), 콘택부(136), 전면 전극(137), 및 셀 분리부(138)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 후면 전극(131)은 상기 반사 방지층(170)의 상면 전체에 일정한 두께를 가지도록 형성된다. 이러한 상기 후면 전극(131)은 Ag, Al, Cu, Ag+Mo, Ag+Ni, 또는 Ag+Cu 등의 금속 재질로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 반사 방지층(170)의 표면에 미세한 요철 구조가 형성되어 있는 경우, 상기 후면 전극(131)의 표면에는 미세한 요철 구조가 형성될 수 있다.
상기 전극 분리부(133)는 제 1 방향(Y)(예를 들어, 상기 투명 기판(110)의 세로 방향)을 따라 형성되어 후면 전극(131)을 전기적으로 분리시킨다. 즉, 상기 전극 분리부(133)는 투명 기판(110)의 소정 영역이 노출되도록 상기 반사 방지층(170)과 상기 후면 전극(131)의 소정 영역이 함께 제거되어 형성된다.
상기 광전 변환층(134)은 상기 전극 분리부(133)와 후면 전극(131) 상에 형성된다. 이러한 상기 광전 변환층(134)은 실리콘계 반도체 물질로 형성될 수 있으며, N형 반도체층, I형 반도체층 및 P형 반도체층이 순서대로 적층된 NIP 구조로 형성될 수 있다. 이와 같이 광전 변환층(134)이 NIP 구조로 형성되면, I형 반도체층이 P형 반도체층과 N형 반도체층에 의해 공핍(Depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(Drift)되어 각각 P형 반도체층 및 N형 반도체층에서 회수되게 된다. 그리고, 상기 광전 변환층(134)이 NIP 구조로 형성될 경우에는 후면 전극(131) 상에 N형 반도체층을 형성하고 다음 I형 반도체층 및 P형 반도체층을 형성하는 것이 바람직한데, 그 이유는 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 의해 낮기 때문에 입사광에 의한 회수 효율을 극대화하기 위해서 P형 반도체층을 수광면에 가깝게 형성하기 위함이다. 부가적으로, 상기 광전 변환층(134)은 도 2의 확대도 "A"와 같이, 버퍼층(134a)을 사이에 두고 적어도 2층 이상으로 적층되는 적층 구조로 형성될 수도 있다. 여기서, 상기 버퍼층(134a)은 광전 변환층들 사이에서 터널 접합을 통해 정공 및 전자의 이동을 원활히 하는 역할을 한다.
상기 투명 전도층(135)은 상기 광전 변환층(134) 상에 형성된다. 이러한 상기 투명 전도층(135)은 상기 광전 변환층(134)을 투과한 태양광을 산란시켜 다양한 각으로 진행시킴과 아울러 상기 후면 전극(131)에서 반사되어 광전 변환층(134)으로 재입사되는 광의 비율을 증가시킴으로써 태양 전지의 효율을 향상시킨다. 이러한 상기 투명 전도층(135)은 생략 가능하다.
상기 콘택부(136)는 상기 전극 분리부(133)와 나란하도록 형성되어 상기 전극 분리부(133)에 인접한 상기 후면 전극(131)의 소정 영역을 노출시킨다. 즉, 상기 콘택부(136)는 상기 후면 전극(131) 상에 형성된 상기 광전 변환층(134)과 상기 투명 전도층(135)의 소정 영역이 함께 제거되어 형성된다.
상기 전면 전극(137)은 상기 콘택부(136)를 통해 상기 후면 전극(131)에 전기적으로 접속되도록 상기 콘택부(136)의 내부와 상기 투명 전도층(135) 상에 형성된다. 이러한 상기 전면 전극(137)은 입사되는 태양광이 상기 광전 변환층(134)으로 입사될 수 있도록 투명 전도성 재질로 형성된다. 예를 들어, 상기 전면 전극(137)은 SnO2, SnO2:F, SnO2:B, SnO2:Al, ZnO, ZnO:B, In2O3, Ga2O3-In2O3, ZnO-In2O3 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 재질로 형성될 수 있다.
상기 셀 분리부(138)는 상기 콘택부(136)와 나란하도록 형성되어 상기 콘택부(136)에 인접한 상기 후면 전극(131)의 소정 영역을 노출시킨다. 즉, 상기 셀 분리부(138)는 상기 후면 전극(131) 상에 형성되어 있는 상기 광전 변환층(134)과 상기 투명 전도층(135) 및 상기 전면 전극(137)의 소정 영역이 함께 제거되어 형성된다. 이에 따라, 상기 투명 기판(110) 상에는 상기 셀 분리부(138)에 의해 전기적으로 분리되면서 상기 콘택부(136)를 통해 전기적으로 직렬 연결되는 복수의 태양 전지 셀(130)이 형성되게 된다.
상기 광 투과부(150)는 상기 제 1 방향(Y)과 교차하는 제 2 방향(X)(예를 들어, 상기 투명 기판(110)의 세로 방향)을 따라 일정한 폭(W)을 가지도록 형성되어 복수의 태양 전지 셀(130)을 공간적으로 분리함으로써 입사되는 태양광이 상기 투명 기판(110) 쪽으로 투과되는 광 투과 경로를 제공한다. 이러한 상기 광 투과부(150)는 상기 투명 기판(110) 상에 형성되어 있는 상기 반사 방지층(170), 상기 후면 전극(131), 상기 광전 변환층(134), 상기 투명 도전층(135), 및 상기 전면 전극(137)의 소정 영역이 함께 제거되어 형성된다.
상기 광 투과부(150)는 상기 셀 분리부(138)과 동일한 공정에 의해 상기 셀 분리부(138)와 교차하도록 형성됨으로써, 상기 태양 전지의 광 개방율(또는 광 투과율)을 증가시켜 상기 태양 전지의 시인성을 향상시킨다. 여기서, 상기 태양 전지의 광 개방율은 상기 투명 기판(110)의 면적 대비 상기 광 투과부(150)의 면적 비에 따라 결정될 수 있으며, 특히 동일한 크기의 상기 투명 기판(110)에 대해서는 상기 광 투과부(150)의 폭(W)에 의해 결정될 수 있다.
한편, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지는 보호 기판(190)을 더 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 보호 기판(190)은 상기 복수의 태양 전지 셀(130)과 상기 광 투과부(150)를 덮도록 상기 전면 전극(137) 상에 결합될 수 있다. 여기서, 상기 보호 기판(190)은 투명 접착 시트, 또는 투명 접착제와 같은 투명 접착 부재에 의해 상기 전면 전극(137) 상에 결합될 수 있다. 이러한 상기 보호 기판(190)은 생략 가능하다.
이와 같은, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지(100)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 유리창(1)에 부착되게 된다. 여기서, 상기 유리창(1)은 주택 유리창, 빌딩 유리창, 차량의 측면 유리창, 후면 유리창, 또는 선루프 등이 될 수 있다. 이 경우, 투명 전도성 재질로 이루어진 상기 전면 전극(137)이 유리창(1)에 인접하도록 배치되어 수광면을 형성하게 된다. 이에 따라, 건축물의 유리창(1)을 투과하는 태양광의 일부는 상기 전면 전극(137)을 투과하여 상기 광전 변환층(134)에 흡수되어 전기 에너지로 변환되고, 태양광의 나머지는 상기 광 투과부(150)와 이에 대응되는 투명 기판(110)을 투과하여 건축물의 실내로 입사되게 된다. 특히, 본 발명에 따르면, 상기 광 투과부(150)를 제외한 금속 재질로 이루어진 후면 전극(131)과 투명 기판(110) 사이에 상기 반사 방지층(170)이 형성되어 있기 때문에 상기 후면 전극(131)의 표면 반사에 의한 반사 광(RL)이 최소화 내지 방지되게 된다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지(100)는 투명 기판(110)과 금속 재질의 후면 전극(131) 사이에 상기 반사 방지층(170)이 형성됨으로써 실내에서 실외를 바라볼 경우 후면 전극(131)의 광 반사에 의한 시인성 저하가 최소화 내지 방지되고, 이로 인하여 건축물, 또는 이동 수단인 차량 등의 유리창(예를 들어, 주택 유리창, 빌딩 유리창, 차량의 측면 유리창, 후면 유리창, 또는 선루프) 대용으로 충분히 사용될 수 있으며, 상기 반사 방지층(270)이 색상을 가지는 유색층으로 형성되므로 유리창(1)의 디자인을 개선할 수 있다.
한편, 전술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지에서는, 상기 광전 변환층이 실리콘계 반도체 물질로 형성되는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 전술한 광전 변환층은 입사되는 광을 흡수하여 전력을 생산하는 CIGS(CuInGaSe)를 대표로 하는 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 화합물, CdTe(cadmium telluride)를 대표로 하는 Ⅱ-Ⅵ 화합물, GaAs(Gallium arsenide)를 대표로 하는 Ⅲ-Ⅴ 화합물로 이루어질 수도 있다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 6은 도 5에 도시된 Ⅱ-Ⅱ'선의 단면도로서, 이는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지(100)에서, 광전 변환층(134)을 PIN 구조로 변경하여 형성한 것이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지(200)는 투명 기판(210), 투명 재질의 전면 전극(237)과 금속 재질의 후면 전극(231) 및 전면 전극(237)과 후면 전극(231) 사이의 광전 변환층(234)을 포함하도록 투명 기판(210) 상에 형성된 복수의 태양 전지 셀(230), 및 복수의 태양 전지 셀(230) 사이사이에 형성된 광 투과부(250), 및 상기 후면 전극(231)에 의한 광 반사를 방지하는 반사 방지층(270)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 투명 기판(210)은 투명 유리 또는 투명 플라스틱 기판으로 이루어질 수 있다. 이러한 상기 투명 기판(210)은 주택 유리창, 빌딩 유리창, 차량의 측면 유리창, 후면 유리창, 또는 선루프 등에 결합될 수 있다.
상기 복수의 태양 전지 셀(230) 각각은 상기 투명 기판(210) 상에 형성되는 것으로, 투명 재질의 전면 전극(237)과 금속 재질의 후면 전극(231) 및 전면 전극(237)과 후면 전극(231) 사이의 광전 변환층(234)을 포함하여 구성된다. 보다 구체적으로는, 상기 복수의 태양 전지 셀(230) 각각은 전면 전극(237), 전극 분리부(233), 광전 변환층(234), 투명 전도층(235), 콘택부(236), 후면 전극(231), 및 셀 분리부(238)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전면 전극(237)은 상기 투명 기판(210)의 전면(全面)에 일정한 두께를 가지도록 형성된다. 이러한 상기 전면 전극(237)은 건물 유리창에 인접하도록 배치되어 건물 유리창을 투과하는 태양광이 입사되는 수광면을 형성하는 것으로, 입사되는 태양광이 상기 광전 변환층(234)으로 입사될 수 있도록 투명 전도성 재질로 형성된다. 예를 들어, 상기 전면 전극(237)은 SnO2, SnO2:F, SnO2:B, SnO2:Al, ZnO, ZnO:B, In2O3, Ga2O3-In2O3, ZnO-In2O3 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 재질로 형성될 수 있다.
상기 전극 분리부(233)는 제 1 방향(Y)(예를 들어, 상기 투명 기판(210)의 세로 방향)을 따라 형성되어 전면 전극(237)을 전기적으로 분리시킨다.
상기 광전 변환층(234)은 상기 전극 분리부(233)와 전면 전극(237) 상에 형성된다. 이러한 상기 광전 변환층(234)은 실리콘계 반도체 물질로 형성될 수 있으며, P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성될 수 있다. 즉, 전면 전극(237) 상에 P형 반도체층을 형성하고 다음 I형 반도체층 및 N형 반도체층을 형성하는 것이 바람직한데, 그 이유는 상기 전면 전극(237)이 수광면에 가깝게 배치되기 때문에 전술한 바와 같이, P형 반도체층을 수광면에 가깝게 형성하기 위함이다. 부가적으로, 상기 광전 변환층(234)은 도 5의 확대도 "B"와 같이, 버퍼층(234a)을 사이에 두고 적어도 2층 이상으로 적층되는 적층 구조로 형성될 수도 있다.
상기 투명 전도층(235)은 전술한 바와 같이, 상기 광전 변환층(234) 상에 형성되는 것으로 생략 가능하다.
상기 콘택부(236)는 상기 전극 분리부(233)와 나란하도록 형성되어 상기 전극 분리부(233)에 인접한 상기 전면 전극(237)의 소정 영역을 노출시킨다. 즉, 상기 콘택부(236)는 상기 전면 전극(237) 상에 형성된 상기 광전 변환층(234)과 상기 투명 전도층(235)의 소정 영역이 함께 제거되어 형성된다.
상기 후면 전극(231)은 상기 투명 전도층(235) 또는 상기 투명 전도층(235)이 생략되는 경우 상기 광전 변환층(234) 상에 형성된다. 이러한 상기 후면 전극(231)은 Ag, Al, Cu, Ag+Mo, Ag+Ni, 또는 Ag+Cu 등의 금속 재질로 이루어질 수 있다. 이러한 상기 후면 전극(231)은 표면에 형성된 미세한 요철 구조를 포함하여 이루어질 수도 있다.
상기 반사 방지층(270)은 상기 후면 전극(231) 상에 일정한 두께를 가지도록 형성된다. 이러한 상기 반사 방지층(270)은 광을 흡수하는 광 흡수 물질 또는 광 반사율이 낮은 금속 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 반사 방지층(270)은 탄소 나노튜브(CNT), a-Si:H, a-SiGe:H, μc-Si:H, a-Ge:H, μc-Si:H, Cr, Ni, 또는 Mo 등의 재질 중 어느 하나를 포함하는 단층 구조이거나 2 이상을 포함하는 다층 구조를 형성될 수 있다. 한편, 상기 반사 방지층(270)은 물질에 따라 색상을 가지므로 유색층이 될 수도 있다.
상기 셀 분리부(238)는 상기 콘택부(236)와 나란하도록 형성되어 상기 콘택부(236)에 인접한 상기 전면 전극(237)의 소정 영역을 노출시킨다. 즉, 상기 셀 분리부(238)는 상기 전면 전극(237) 상에 형성되어 있는 상기 광전 변환층(234), 상기 투명 전도층(235), 상기 후면 전극(231), 및 상기 반사 방지층(270)의 소정 영역이 함께 제거되어 형성된다. 이에 따라, 상기 투명 기판(210) 상에는 상기 셀 분리부(238)에 의해 전기적으로 분리되면서 상기 콘택부(236)를 통해 전기적으로 직렬 연결되는 복수의 태양 전지 셀(230)이 형성되게 된다.
상기 광 투과부(250)는 상기 제 1 방향(Y)과 교차하는 제 2 방향(X)(예를 들어, 상기 투명 기판(210)의 세로 방향)을 따라 일정한 폭(W)을 가지도록 형성되어 복수의 태양 전지 셀(230)을 공간적으로 분리함으로써 입사되는 태양광이 상기 투명 기판(210) 쪽으로 투과되는 광 투과 경로를 제공한다. 이러한 상기 광 투과부(250)는 상기 투명 기판(210)) 상에 형성되어 있는 상기 전면 전극(237), 상기 광전 변환층(234), 상기 투명 전도층(235), 상기 후면 전극(231), 및 상기 반사 방지층(270)의 소정 영역이 함께 제거되어 형성된다.
상기 광 투과부(250)는 상기 셀 분리부(238)과 동일한 공정에 의해 상기 셀 분리부(238)와 교차하도록 형성됨으로써, 상기 태양 전지의 광 개방율(또는 광 투과율)을 증가시켜 상기 태양 전지의 시인성을 향상시킨다. 여기서, 상기 태양 전지의 광 개방율은 상기 투명 기판(210)의 면적 대비 상기 광 투과부(250)의 면적 비에 따라 결정될 수 있으며, 특히 동일한 크기의 상기 투명 기판(210)에 대해서는 상기 광 투과부(250)의 폭(W)에 의해 결정될 수 있다.
한편, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지(200)는 보호 기판(290)을 더 포함하여 구성된다.
상기 보호 기판(290)은 복수의 태양 전지 셀(230)과 상기 광 투과부(250)를 덮도록 상기 반사 방지층(270) 상에 결합될 수 있다. 여기서, 상기 보호 기판(290)은 투명 접착 시트, 또는 투명 접착제와 같은 투명 접착 부재에 의해 상기 반사 방지층(270)에 결합될 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지(200)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 유리창(1)에 부착되게 된다. 즉, 전술한 복수의 태양 전지 셀(230)이 형성되어 있지 않은 상기 투명 기판(210)의 전면은 투명 접착 부재에 의해 상기 유리창(1)에 부착되게 된다. 이에 따라, 투명 전도성 재질로 이루어진 상기 전면 전극(237)이 상기 유리창(1)에 인접하도록 배치되어 수광면을 형성하게 된다. 따라서, 상기 유리창(1)을 투과하는 태양광의 일부는 상기 전면 전극(237)을 투과하여 상기 광전 변환층(234)에 흡수되어 전기 에너지로 변환되고, 태양광의 나머지는 상기 투명 기판(210)과 전면 전극(237), 상기 광 투과부(250), 및 상기 보호 기판(290) 각각을 투과하여 실내로 입사되게 된다. 특히, 본 발명에 따르면, 상기 광 투과부(250)를 제외한 금속 재질로 이루어진 후면 전극(231)과 보호 기판(290) 사이에 상기 반사 방지층(270)이 형성되어 있기 때문에 상기 후면 전극(231)의 표면 반사에 의한 반사 광(RL)이 최소화 내지 방지되게 되며, 상기 반사 방지층(270)의 색상을 통해 유리창(1)의 디자인이 개선될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지(200)는 태양 전지 셀의 광전 변환층(234)이 PIN 구조로 형성된 경우, 금속 재질의 후면 전극(231)과 보호 기판(290) 사이에 상기 반사 방지층(270)이 형성됨으로써 실내에서 실외를 바라볼 경우 후면 전극(231)의 광 반사에 의해 발생되는 시인성 저하가 최소화 내지 방지되고, 이로 인하여 건축물, 또는 이동 수단인 차량 등의 유리창(예를 들어, 주택 유리창, 빌딩 유리창, 차량의 측면 유리창, 후면 유리창, 또는 선루프) 대용으로 충분히 사용될 수 있다.
도 8a 내지 도 8g는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들로서, 이는 도 2에 도시된 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지에 대한 제조 방법이다. 이하에서는, 각각의 구성의 구조 등에 있어서 반복되는 부분에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 도 8a에 도시된 바와 같이, 투명 기판(110)의 전면(全面)에 반사 방지층(170)을 일정한 두께로 형성한다. 여기서, 상기 반사 방지층(170)은 탄소 나노튜브(CNT), a-Si:H, a-SiGe:H, μc-Si:H, a-Ge:H, μc-Si:H, Cr, Ni, 및 Mo 등의 재질 중 어느 하나를 포함하는 단층 구조이거나 2 이상을 포함하는 복층 구조를 형성될 수 있다. 이러한 상기 반사 방지층(170)은 스퍼터링 공정 또는 프린팅 공정에 의해 형성될 수 있다.
한편, 텍스처(Texturing) 가공 공정을 통해 상기 반사 방지층(170)의 표면에 미세한 요철 구조를 형성할 수 있다. 상기 텍스처 가공 공정이란 상기 반사 방지층(170)의 표면을 울퉁불퉁한 요철 구조로 형성하여 마치 직물의 표면과 같은 형상으로 가공하는 공정으로서, 포토리소그라피법(photolithography)을 이용한 식각 공정, 화학 용액을 이용한 이방성 식각 공정(anisotropic etching), 또는 기계적 스크라이빙(mechanical scribing)을 이용한 홈 형성 공정 등이 될 수 있다.
그런 다음, 도 8b에 도시된 바와 같이, 제 1 방향(X)으로 일정한 간격을 가지는 후면 전극(131)을 상기 반사 방지층(170) 상에 프린팅한다. 이때, 상기 후면 전극(131)은 전술한 전극 분리부(133)에 의해 전기적으로 분리되게 된다.
상기 후면 전극(131)은 Ag, Al, Cu, Ag+Mo, Ag+Ni, 또는 Ag+Cu 등을 포함하는 금속 페이스트(Paste)를 이용한 한 번의 프린팅 공정에 의해 형성될 수 있다.
상기 프린팅 공정은 스크린 프린팅(Screen Printing), 잉크젯 프린팅(Inkjet Printing), 그라비아 프린팅(Gravure Printing), 그라비아 오프셋 프린팅(Gravure Offset Printing), 리버스 프린팅(Reverse Printing), 플렉소 프린팅(Flexo Printing), 또는 마이크로 콘택 프린팅(Micro Contact Printing) 방법이 될 수 있다. 여기서, 상기 스크린 프린팅 방법은 스크린 위에 잉크를 올리고, 일정 압력으로 스퀴지(Squeegee)를 가압하면서 이동시켜 스크린의 메쉬를 통해 잉크를 전사하는 방식이다. 상기 잉크젯 프린팅 방법은 매우 작은 잉크 방울을 기판에 충돌시켜 프린팅하는 방식이다. 상기 그라비아 프린팅 방법은 평평한 비화선부에 묻어 있는 잉크를 닥터 블레이드로 제거하고 에칭되어 오목한 화선부에 묻어 있는 잉크만을 기판에 전이시켜 프린팅하는 방식이다. 상기 그라비아 오프셋 프린팅 방법은 잉크를 인쇄판에서 블랑켓에 전사하고 그 블랑켓의 잉크를 다시 기판에 전사하는 방식이다. 상기 리버스 프린팅 방법은 용매를 잉크로 이용하여 프린팅하는 방식이다. 플렉소 프린팅 방법은 양각되어 있는 부분에 잉크를 묻혀서 이를 프린트하는 방식이다. 상기 마이크로 콘택 프린팅 방법은 스탬프에 원하는 물질을 올려 도장처럼 찍어 프린팅하는 방식이다.
상술한 프린팅 공정을 통해 후면 전극(131)을 프린팅한 후, 프린팅된 후면 전극(131)을 소성하는 소성 공정을 추가로 수행될 수 있다.
한편, 상기 후면 전극(131)은 스퍼터링 등의 증착 공정에 의해 형성될 수 있다. 이때, 상기 후면 전극(131)을 상기 프린팅 공정에 의해 형성할 경우, 상기 증착 공정에 대비 원료비가 상승되고, 태양 전지의 광변환 효율이 비교적 낮다는 단점이 있지만, 상기 후면 전극(131)의 표면 거칠기가 높게 형성되어 난반사에 의한 반사율을 저감할 수 있어, 태양 전지의 시인성을 확보하는데 유리하기 때문에 상기 후면 전극(131)은 프린팅 공정에 의해 형성되는 것이 시인성 측면에서 보다 유리할 수 있다.
그런 다음, 도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 후면 전극(131) 사이사이에 노출된 상기 반사 방지층(170)을 제거하여 전극 분리부(133)를 형성한다. 여기서, 상기 전극 분리부(133)는 레이저 스크라이빙 공정에 의해 형성되거나 상기 후면 전극(131)을 마스크로 한 식각 공정에 의해 형성될 수 있다.
그런 다음, 도 8d에 도시된 바와 같이, 상기 전극 분리부(133)와 후면 전극(131)을 포함하는 상기 투명 기판(110) 상에 광전 변환층(134)을 형성한 후, 상기 광전 변환층(134) 상에 투명 전도층(135)을 형성한다. 여기서, 상기 투명 전도층(135)은 형성하지 않을 수도 있다.
일 예에 따른 광전 변환층(134)은 실리콘계 반도체 물질로 형성될 수 있으며, N형 반도체층, I형 반도체층 및 P형 반도체층이 순서대로 적층된 NIP 구조로 형성될 수 있다. 여기서, I형 반도체층 대신에 N형 또는 P형 반도체층 보다 얇은 두께의 N형 또는 P형 반도체층이 형성될 수도 있고, I형 반도체층 대신에 N형 또는 P형 반도체층 보다 도핑 농도가 낮은 N형 또는 P형 반도체층이 형성될 수 있다.
다른 예에 따른 광전 변환층(134)은 도 8d의 확대도 "C"에 도시된 바와 같이, 상기 NIP 구조로 제 1 광전 변환층(134a), 버퍼층(134b), 및 상기 NIP 구조로 제 2 광전 변환층(134c)을 순서대로 적층 형성하여 탠덤(Tandem) 구조로 형성될 수 있다.
그런 다음, 도 8e에 도시된 바와 같이, 상기 전극 분리부(133)와 나란하면서 상기 전극 분리부(133)에 인접한 상기 후면 전극(131)의 소정 영역이 노출되도록 후면 전극(131) 상에 형성된 상기 광전 변환층(134)과 상기 투명 전도층(135)의 소정 영역을 함께 제거하여 콘택부(136)를 형성한다. 여기서, 상기 콘택부(136)는 레이저 스크라이빙 공정에 의해 형성될 수 있다.
그런 다음, 도 8f에 도시된 바와 같이, 상기 콘택부(136)와 상기 투명 전도층(135) 상에 일정한 두께의 전면 전극(137)을 형성한다. 여기서, 상기 전면 전극(137)은 SnO2, SnO2:F, SnO2:B, SnO2:Al, ZnO, ZnO:B, In2O3, Ga2O3-In2O3, ZnO-In2O3 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 투명 전도성 재질로 형성될 수 있다. 이러한 상기 전면 전극(137)은 재질에 따라 스퍼터링 공정 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 등의 증착 공정에 의해 형성될 수 있다.
이어서, 상기 콘택부(136)에 인접한 상기 후면 전극(131) 상에 형성되어 있는 상기 광전 변환층(134)과 상기 투명 전도층(135) 및 상기 전면 전극(137)의 소정 영역을 함께 제거함으로써 상기 콘택부(136)와 나란하면서 상기 후면 전극(131)의 소정 영역을 노출시키는 셀 분리부(138)를 형성한다. 여기서, 상기 셀 분리부(138)는 레이저 스크라이빙 공정에 의해 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 투명 기판(110) 상에는 상기 셀 분리부(138)에 의해 전기적으로 분리되면서 상기 콘택부(136)를 통해 전기적으로 직렬 연결되는 복수의 태양 전지 셀(130)이 형성되게 된다.
그런 다음, 도 8g에 도시된 바와 같이, 상기 투명 기판(110) 상에 형성되어 있는 상기 반사 방지층(170), 상기 후면 전극(131), 상기 광전 변환층(134), 상기 투명 도전층(135), 및 상기 전면 전극(137)의 소정 영역이 함께 제거함으로써 상기 셀 분리부(138)과 교차하는 제 2 방향(X)을 따라 일정한 폭과 일정한 간격을 가지면서 상기 투명 기판(110)의 소정 영역을 노출시키는 광 투과부(150)를 형성한다. 여기서, 상기 광 투과부(150)는 레이저 스크라이빙 공정에 의해 형성될 수 있다. 이때, 상기 광 투과부(150)의 폭은 상기 투명 기판(110)의 면적 대비 설정된 태양 전지의 광 개방율에 따라 결정될 수 있다.
한편, 상기 복수의 태양 전지 셀(130)과 상기 광 투과부(150)를 덮도록 상기 전면 전극(137) 상에 보호 기판을 결합시켜 태양 전지를 완성한다. 이 경우, 상기 태양 전지의 보호 기판(190; 도 4 참조)은 투명 접착 시트, 또는 투명 접착제와 같은 투명 접착 부재에 의해 상기 유리창(1)에 결합될 수 있다. 이러한 태양 전지는 상기 유리창으로 설치되게 된다.
다른 한편, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지 및 그의 제조 방법에서, 투명 재질로 이루어진 상기 전면 전극(137)이 수광면을 구성하기 때문에 상기 보호 기판(190) 없이 투명 접착 부재에 의해 상기 유리창(1)에 결합될 수도 있다.
이와 같은, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지의 제조 방법에서는, 상기 광전 변환층이 실리콘계 반도체 물질로 형성되는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 전술한 광전 변환층은 CIGS(CuInGaSe)를 대표로 하는 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 화합물, CdTe(cadmium telluride)를 대표로 하는 Ⅱ-Ⅵ 화합물, GaAs(Gallium arsenide)를 대표로 하는 Ⅲ-Ⅴ 화합물로 이루어질 수도 있다.
도 9a 내지 도 9g는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들로서, 이는 도 5에 도시된 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지에 대한 제조 방법이다. 이하에서는, 각각의 구성의 구조 등에 있어서 반복되는 부분에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 도 9a에 도시된 바와 같이, 투명 기판(210)의 전면(全面)에 전면 전극(237)을 형성한 후, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 투명 기판(210)의 소정 영역이 노출되도록 전면 전극(237)의 소정 영역을 제거하여 제 1 분리부(233)를 형성한다.
상기 전면 전극(237)은 SnO2, SnO2:F, SnO2:B, SnO2:Al, ZnO, ZnO:B, In2O3, Ga2O3-In2O3, ZnO-In2O3 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 투명 전도성 재질로 형성될 수 있다. 이러한 상기 전면 전극(237)은 재질에 따라 스퍼터링 공정 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 등의 증착 공정에 의해 형성될 수 있다.
상기 전극 분리부(233)는 제 1 방향(Y)(예를 들어, 상기 투명 기판(210)의 세로 방향)을 따라 형성되어 전면 전극(237)을 전기적으로 분리한다.
그런 다음, 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 전극 분리부(233)와 전면 전극(237)을 포함하는 상기 투명 기판(210) 상에 광전 변환층(234)을 형성한 후, 상기 광전 변환층(234) 상에 투명 전도층(235)을 형성한다. 여기서, 상기 투명 전도층(235)은 형성하지 않을 수도 있다.
일 예에 따른 광전 변환층(234)은 실리콘계 반도체 물질로 형성될 수 있으며, P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN 구조로 형성될 수 있다. 여기서, I형 반도체층 대신에 N형 또는 P형 반도체층 보다 얇은 두께의 N형 또는 P형 반도체층이 형성될 수도 있고, I형 반도체층 대신에 N형 또는 P형 반도체층 보다 도핑 농도가 낮은 N형 또는 P형 반도체층이 형성될 수 있다.
다른 예에 따른 광전 변환층(234)은 도 9b의 확대도 "D"에 도시된 바와 같이, 상기 PIN 구조로 제 1 광전 변환층(234a), 버퍼층(234b), 및 상기 PIN 구조로 제 2 광전 변환층(234c)을 순서대로 적층 형성하여 탠덤(Tandem) 구조로 형성될 수 있다.
그런 다음, 도 9c에 도시된 바와 같이, 상기 전극 분리부(233)와 나란하면서 상기 전극 분리부(233)에 인접한 상기 전면 전극(237)의 소정 영역이 노출되도록 전면 전극(237) 상에 형성된 상기 광전 변환층(234)과 상기 투명 전도층(235)의 소정 영역을 함께 제거하여 콘택부(236)를 형성한다. 여기서, 상기 콘택부(236)는 레이저 스크라이빙 공정에 의해 형성될 수 있다.
그런 다음, 도 9d에 도시된 바와 같이, 상기 콘택부(236)와 상기 투명 전도층(235) 상에 일정한 두께의 후면 전극(231)을 형성한다. 여기서, 상기 후면 전극(231)은 Ag, Al, Cu, Ag+Mo, Ag+Ni, 또는 Ag+Cu 등의 금속 재질로 이루어질 수 있다. 이러한 상기 후면 전극(231)은 전술한 바와 같은 프린팅 공정에 의해 형성될 수 있으며, 프린팅 공정 이후에 소성 공정을 추가로 수행할 수 있다.
이어서, 상기 후면 전극(231)의 전면(全面)에 반사 방지층(270)을 일정한 두께로 형성한다. 여기서, 상기 반사 방지층(270)은 탄소 나노튜브(CNT), a-Si:H, a-SiGe:H, μc-Si:H, a-Ge:H, μc-Si:H, Cr, Ni, 및 Mo 등의 재질 중 어느 하나를 포함하는 단층 구조이거나 2 이상을 포함하는 복층 구조를 형성될 수 있다. 이러한 상기 반사 방지층(270)은 스퍼터링 공정 또는 프린팅 공정에 의해 형성될 수 있다.
그런 다음, 도 9e에 도시된 바와 같이, 상기 콘택부(236)에 인접한 상기 전면 전극(237) 상에 형성되어 있는 상기 광전 변환층(234)과 상기 투명 전도층(235) 및 상기 후면 전극(231)의 소정 영역을 함께 제거함으로써 상기 콘택부(236)와 나란하면서 상기 전면 전극(237)의 소정 영역을 노출시키는 셀 분리부(238)를 형성한다. 여기서, 상기 셀 분리부(238)는 레이저 스크라이빙 공정에 의해 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 투명 기판(210) 상에는 상기 셀 분리부(238)에 의해 전기적으로 분리되면서 상기 콘택부(236)를 통해 전기적으로 직렬 연결되는 복수의 태양 전지 셀(230)이 형성되게 된다.
그런 다음, 도 9f에 도시된 바와 같이, 상기 투명 기판(210) 상에 형성되어 있는 상기 전면 전극(237), 상기 광전 변환층(234), 상기 투명 도전층(235), 상기 후면 전극(231), 및 상기 반사 방지층(270)의 소정 영역이 함께 제거함으로써 상기 셀 분리부(238)과 교차하는 제 2 방향(X)을 따라 일정한 폭과 일정한 간격을 가지면서 상기 투명 기판(210)의 소정 영역을 노출시키는 광 투과부(250)를 형성한다. 여기서, 상기 광 투과부(250)는 레이저 스크라이빙 공정에 의해 형성될 수 있다. 이때, 상기 광 투과부(250)의 폭은 상기 투명 기판(210)의 면적 대비 설정된 태양 전지의 광 개방율에 따라 결정될 수 있다.
그런 다음, 도 9g에 도시된 바와 같이, 복수의 태양 전지 셀(230)과 상기 광 투과부(250)를 덮도록 상기 반사 방지층(270) 상에 보호 기판(290)을 결합시킨다. 이때, 상기 보호 기판(290)은 투명 접착 시트, 또는 투명 접착제와 같은 투명 접착 부재에 의해 상기 반사 방지층(270)에 결합될 수 있다. 여기서, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 시인성이 향상된 태양 전지는 투명 기판(210)에 형성된 상기 전면 전극(237)이 수광면을 구성하기 때문에 상기 보호 기판(290)은 복수의 태양 전지 셀(230)을 보호하기 위해 적용되는 것이다.
이어서, 투명 접착 시트, 또는 투명 접착제와 같은 투명 접착 부재를 이용하여 상기 유리창(1; 도 7 참조)에 상기 투명 기판(210)을 결합시켜 태양 전지를 완성한다. 이러한 태양 전지는 주택 유리창, 빌딩 유리창, 차량의 측면 유리창, 후면 유리창, 또는 선루프 등의 대용으로 설치되게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100, 200: 태양 전지 110, 210: 투명 기판
130, 230: 태양 전지 셀 131, 231: 후면 전극
133, 233: 전극 분리부 134, 234: 광전 변환층
135, 235: 투명 전도층 136, 236: 콘택부
137, 237: 전면 전극 138, 238: 셀 분리부
150, 250: 광 투과부 170, 270: 반사 방지층
190, 290: 보호 기판
130, 230: 태양 전지 셀 131, 231: 후면 전극
133, 233: 전극 분리부 134, 234: 광전 변환층
135, 235: 투명 전도층 136, 236: 콘택부
137, 237: 전면 전극 138, 238: 셀 분리부
150, 250: 광 투과부 170, 270: 반사 방지층
190, 290: 보호 기판
Claims (18)
- 투명 기판;
투명 재질의 전면 전극과 금속 재질의 후면 전극 및 상기 전면 전극과 상기 후면 전극 사이의 광전 변환층을 포함하도록 상기 투명 기판 상에 형성된 복수의 태양 전지 셀;
상기 복수의 태양 전지 셀 사이사이에 형성된 광 투과부; 및
상기 복수의 태양 전지 셀 각각의 상기 후면 전극과 상기 투명 기판 사이에 형성되어 상기 후면 전극에 의한 광 반사를 방지하는 반사 방지층을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 태양 전지. - 투명 기판;
투명 재질의 전면 전극과 금속 재질의 후면 전극 및 상기 전면 전극과 상기 후면 전극 사이의 광전 변환층을 포함하도록 상기 투명 기판 상에 형성된 복수의 태양 전지 셀;
상기 복수의 태양 전지 셀 사이사이에 형성된 광 투과부;
상기 복수의 태양 전지 셀과 상기 광 투과부를 덮는 보호 기판; 및
상기 복수의 태양 전지 셀 각각의 상기 후면 전극과 상기 보호 기판 사이에 형성되어 상기 후면 전극에 의한 광 반사를 방지하는 반사 방지층을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 태양 전지. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 반사 방지층은 탄소 나노튜브(CNT), a-Si:H, a-SiGe:H, μc-Si:H, a-Ge:H, μc-Si:H, Cr, Ni, 및 Mo 중 어느 하나의 단층 구조 또는 2 이상의 복층 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 광전 변환층은 상기 후면 전극 상에 순차적으로 형성된 N형 반도체층, I형 반도체층, 및 P형 반도체층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 태양 전지. - 제 2 항에 있어서,
상기 광전 변환층은 상기 전면 전극 상에 순차적으로 형성된 P형 반도체층, I형 반도체층, 및 N형 반도체층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 태양 전지. - 투명 기판;
투명 재질의 전면 전극과 금속 재질의 후면 전극 및 상기 전면 전극과 상기 후면 전극 사이의 광전 변환층을 포함하도록 상기 투명 기판 상에 형성된 복수의 태양 전지 셀;
상기 복수의 태양 전지 셀 사이사이에 형성된 광 투과부; 및
상기 복수의 태양 전지 셀 각각의 상기 후면 전극과 상기 투명 기판 사이에 형성되어 상기 후면 전극에 의한 광 반사를 방지하는 유색층을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 태양 전지. - 제 6 항에 있어서,
상기 유색층은 탄소 나노튜브(CNT), a-Si:H, a-SiGe:H, μc-Si:H, a-Ge:H, μc-Si:H, Cr, Ni, 및 Mo 중 어느 하나의 단층 구조 또는 2 이상의 복층 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 태양 전지. - 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 후면 전극은 Ag, Al, Cu, Ag+Mo, Ag+Ni, 및 Ag+Cu 중 어느 하나의 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 태양 전지. - 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광전 변환층은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 화합물, Ⅱ-Ⅵ 화합물, 및 Ⅲ-Ⅴ 화합물 중 어느 하나를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 태양 전지. - 투명 재질의 전면 전극과 금속 재질의 후면 전극 및 상기 전면 전극과 상기 후면 전극 사이의 광전 변환층을 포함하는 복수의 태양 전지 셀을 투명 기판 상에 형성하는 공정;
상기 복수의 태양 전지 셀 사이사이에 광 투과부를 형성하는 공정; 및
상기 후면 전극에 의한 광 반사를 방지하기 위한 반사 방지층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며,
상기 반사 방지층은 상기 후면 전극에 중첩되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 태양 전지의 제조 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 복수의 태양 전지 셀 사이사이에 광 투과부를 형성하는 공정은 상기 투명 기판 상에 형성되어 있는 상기 전면 전극, 상기 광전 변환층, 상기 후면 전극, 및 상기 반사 방지층의 소정 영역을 함께 제거하여 상기 광 투과부를 형성하는 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 태양 전지의 제조 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 반사 방지층은 탄소 나노튜브(CNT), a-Si:H, a-SiGe:H, μc-Si:H, a-Ge:H, μc-Si:H, Cr, Ni, 및 Mo 중 어느 하나의 단층 구조 또는 2 이상의 복층 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 태양 전지의 제조 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 후면 전극은 금속 페이스트(Paste)를 이용한 프린팅 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법. - 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반사 방지층은 상기 투명 기판의 상면에 형성되고, 상기 후면 전극은 상기 반사 방지층의 상면에 형성되는 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 태양 전지의 제조 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 광전 변환층은 상기 후면 전극 상에 순차적으로 형성된 N형 반도체층, I형 반도체층, 및 P형 반도체층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 태양 전지의 제조 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 광전 변환층은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 화합물, Ⅱ-Ⅵ 화합물, 및 Ⅲ-Ⅴ 화합물 중 어느 하나의 화합물을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 태양 전지의 제조 방법. - 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 태양 전지 셀과 상기 광 투과부를 덮는 보호 기판을 상기 후면 전극 상에 형성하는 공정을 더 포함하여 이루어지며,
상기 전면 전극은 상기 투명 기판의 상면에 형성되고, 상기 후면 전극은 상기 광전 변환층의 상면에 형성되며, 상기 반사 방지층은 상기 후면 전극의 상면에 형성된 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 태양 전지의 제조 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 광전 변환층은 상기 전면 전극 상에 순차적으로 형성된 P형 반도체층, I형 반도체층, 및 N형 반도체층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 태양 전지의 제조 방법.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018214023A1 (zh) * | 2017-05-23 | 2018-11-29 | 中山大学 | 背接触异质结太阳电池及其发射极、太阳电池制备方法 |
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2013
- 2013-12-09 KR KR1020130152087A patent/KR20150067782A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018214023A1 (zh) * | 2017-05-23 | 2018-11-29 | 中山大学 | 背接触异质结太阳电池及其发射极、太阳电池制备方法 |
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