KR20150090606A - 태양 전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
태양 전지는 제1 도전성 타입을 갖는 기판; 기판의 전면(front surface)에 위치하고, 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 에미터부; 에미터층 위에 위치하는 제1 투명 도전막; 제1 투명 도전막 위에 위치하는 전면 전극부; 및 기판의 후면에 위치하는 후면 전극부를 포함하며, 제1 투명 도전막은 투명한 제1 도전층과 제1 도전층보다 불투명한 제1 금속입자를 포함한다.
Description
본 발명은 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 전지로서, 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 주목 받고 있다.
일반적인 태양전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductivity type)에 의해 p-n 접합을 형성하는 반도체부, 그리고 서로 다른 도전성 타입의 반도체부에 각각 연결된 전극을 구비한다.
이러한 태양전지에 빛이 입사되면 반도체부에서 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전하는 p-n 접합에 의해 n형 반도체부와 p형 반도체부로 각각 이동하므로, 전자는 n형의 반도체부 쪽으로 이동하고 정공은 p형 반도체부 쪽으로 이동한다.
그리고, 이동한 전자와 정공은 각각 p형의 반도체부와 n형의 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 효율이 향상된 태양 전지 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 태양 전지는 제1 도전성 타입을 갖는 기판; 기판의 전면(front surface)에 위치하고, 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 에미터부; 에미터층 위에 위치하는 제1 투명 도전막; 제1 투명 도전막 위에 위치하는 전면 전극부; 및 기판의 후면에 위치하는 후면 전극부를 포함하며, 제1 투명 도전막은 투명한 제1 도전층과 제1 도전층보다 불투명한 제1 금속입자를 포함한다.
제1 도전층은 제1 면저항을 가지며, 제1 금속입자는 제1 저항보다 작은 제2 면저항을 갖는 것이 바람직하다.
제1 금속입자는 나노 와이어(nano wire) 형태로 형성되고, Ag, Au, Al, Cu, Pd 및 Pt 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기에서, 나노 와이어의 직경은 100nm 이하이며, 제1 금속입자는 나노 와이어의 직경보다 큰 길이를 가질 수 있다.
기판은 결정질 실리콘으로 이루어지고, 에미터부는 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
기판과 에미터부 사이에 제1 진성 반도체층을 더 포함하며, 제1 진성 반도체층은 a-Si:H로 이루어질 수 있다.
이때, 제1 진성 반도체층은 터널 옥사이드(tunnel oxide)로 구성되고, 1-3nm 두께로 형성될 수 있다.
기판의 후면에 위치하며, a-Si:H로 이루어지는 제2 진성 반도체층; 제2 진성 반도체층의 후면에 위치하며, 비정질 실리콘으로 이루어지는 후면 전계부; 및 후면 전계부의 후면에 위치하는 제2 투명 도전막을 더 포함하고, 제2 투명 도전막은 투명한 제2 도전층과 제2 도전층보다 불투명한 제2 금속입자를 포함할 수 있다.
제2 도전층은 제3 저항을 가지며, 제2 금속입자는 제3 저항보다 작은 제4 저항을 가질 수 있다.
여기에서, 제2 금속입자는 나노 플레이크(nano flake) 또는 나노 도트(nano dot)형태로 형성되고, 제2 금속입자는 Ag, Au, Al, Cu, Pd 및 Pt 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제2 진성 반도체층은 터널 옥사이드(tunnel oxide)로 구성되고, 1-3nm 두께로 형성될 수 있다.
이러한 구성의 접합 태양 전지는, 제1 전도성 타입을 갖는 결정질 반도체 기판의 한 면 위에 제2 도전성 타입을 갖는 비정질 에미터부를 형성하는 단계; 에미터부 위에 투명한 제1 도전층과 제1 도전층보다 불투명한 제1 금속입자를 포함하는 제1 투명 도전막을 형성하는 단계; 제1 투명 도전막 위에 전면 전극부를 형성하는 단계; 및 반도체 기판의 후면에 후면 전극부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
여기에서, 제1 금속입자는 나노 와이어(nano wire) 형태로 형성될 수 있다.
제1 투명 도전막을 형성하는 단계는, 제1 도전층 위에 제1 금속입자를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
제1 도전층은 복수개로 구성되며, 복수의 제1 도전층 사이에 제1 금속입자를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
제1 투명 도전막을 형성하는 단계는, 제1 금속입자 위에 제1 도전층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
제1 금속입자는 복수개로 구성되며, 복수의 제1 금속입자 사이에 제1 도전층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
기판과 에미터부 사이에 위치하며, a-Si:H로 이루어지는 제1 진성 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 제1 진성 반도체층은 터널 옥사이드(tunnel oxide)로 구성되고, 1-3nm 두께로 형성될 수 있다.
기판의 후면에 위치하며, a-Si:H로 이루어지는 제2 진성 반도체층을 형성하는 단계; 제2 진성 반도체층의 후면에 위치하며, 비정질 실리콘으로 이루어지는 후면 전계부를 형성하는 단계; 및 후면 전계부의 후면에 위치하는고, 투명한 제2 도전층과 제2 도전층보다 불투명한 제2 금속입자를 포함하는 제2 투명 도전막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기에서, 제2 금속입자는 나노 플레이크(nano flake) 또는 나노 도트(nano dot)형태로 형성될 수 있다.
제2 진성 반도체층은 터널 옥사이드(tunnel oxide)로 구성되고, 1-3nm 두께로 형성될 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 자체 반사 효과를 갖는 나노 와이어(nano wire)로 구성된 금속입자에 의해 입사되는 빛이 산란되어 광경로가 증가함으로써, 태양 전지의 효율이 향상되는 태양 전지를 제조할 수 있다.
또한, 나노 와이어에 의해 빛의 투과도 및 확산 투과도가 증가하여 광흡수율이 증가함으로써, 태양 전지의 단락 전류를 향상 시킬 수 있다.
또한, 나노 와이어의 면저항에 따라 빛의 투과율을 조절함으로써, 전파장의 빛을 효율적으로 흡수할 수 있다.
그리고, 면상 혹은 구형의 형태로 형성되는 나노 플레이크(nano flake) 또는 나노 도트(nano dot)에 의해 후면 반사 효율을 증가시킴으로써, 태양 전지 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양 전지의 부분 단면도이다.
도 2a는 도 1의 제1 금속입자의 부분 확대도이다.
도 2b은 도 1의 제2 금속입자의 부분 확대도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 투명 도전막의 제조 방법을 나타낸 공정도이다.
도 5a는 발명의 제1 실시예에 따른 제1 도전층의 면저항에 따른 투과율(transmittance)을 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 5b는 발명의 제1 실시예에 따른 ITO로 이루어진 제1 금속층 및 은(Ag)으로 이루어진 제1 금속입자를 포함하는 제1 투명 도전막에 있어서, 파장(wavelength)에 따른 투과율(transmittance)을 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 5c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노 와이어로 이루어진 제1 금속입자 및 ITO로 이루어진 제1 금속층을 포함하는 제1 투명 도전막에 있어서, 제1 금속입자 및 제1 금속층의 물질에 따른 확산율(diffusive transmittance) 및 반사율(specular transmittance)을 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 5d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 나노 플레이크 또는 나노 도트로 이루어진 제2 금속입자를 포함하는 제2 투명 전도막에 있어서, 파장(wavelength)에 따른 반사율(reflectance)을 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양 전지의 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양 전지의 부분 단면도이다.
도 2a는 도 1의 제1 금속입자의 부분 확대도이다.
도 2b은 도 1의 제2 금속입자의 부분 확대도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 투명 도전막의 제조 방법을 나타낸 공정도이다.
도 5a는 발명의 제1 실시예에 따른 제1 도전층의 면저항에 따른 투과율(transmittance)을 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 5b는 발명의 제1 실시예에 따른 ITO로 이루어진 제1 금속층 및 은(Ag)으로 이루어진 제1 금속입자를 포함하는 제1 투명 도전막에 있어서, 파장(wavelength)에 따른 투과율(transmittance)을 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 5c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노 와이어로 이루어진 제1 금속입자 및 ITO로 이루어진 제1 금속층을 포함하는 제1 투명 도전막에 있어서, 제1 금속입자 및 제1 금속층의 물질에 따른 확산율(diffusive transmittance) 및 반사율(specular transmittance)을 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 5d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 나노 플레이크 또는 나노 도트로 이루어진 제2 금속입자를 포함하는 제2 투명 전도막에 있어서, 파장(wavelength)에 따른 반사율(reflectance)을 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양 전지의 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양 전지의 부분 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
"및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "결합되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 결합되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 및 그 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양 전지의 부분 단면도이고, 도 2a는 도 1의 제1 금속입자의 부분 확대도이며, 도 2b는 도 1의 제2 금속입자의 부분 확대도이다.
도 1를 참고하면, 태양 전지(1)는 기판(110), 기판(110)의 한쪽 면, 예를 들면 전면(front surface)에 위치하는 제1 진성 반도체층(120), 제1 진성 반도체층(120)의 전면에 위치하는 에미터부(130), 에미터부(130)의 전면에 위치하는 제1 투명 도전막(transparent conductive oxide layer)(140), 제1 투명 도전막(140)의 전면에 위치하는 전면 전극(front electrode)(150), 기판(110)의 후면(back surface)에 위치하는 제2 진성 반도체층(160), 제2 진성 반도체층(160)의 후면에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(170), 후면 전계부(170)의 후면에 위치하는 제2 투명 도전막(180) 및 제2 투명 도전막(180)의 후면에 위치하는 후면 전극(back electrode)(190)을 포함한다. 여기서, 제1 진성 반도체층(120), 제2 진성 반도체층(160), 후면 전계부(170) 및 제2 투명 도전막(180)은 생략될 수도 있지만, 제1 진성 반도체층(120), 제2 진성 반도체층(160), 후면 전계부(170) 및 제2 투명 도전막(180)을 포함하는 경우 태양 전지의 공정 효율이나 수율이 보다 향상되므로, 도 1에 도시된 바와 같이 구비된 경우를 일례로 설명한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘 웨이퍼로 이루어진다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘과 같은 결정질 반도체로 이루어져 있다.
기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가지므로, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유한다.
하지만 본 실시예의 기판(110)은 이에 한정되지 않고, p형 도전성 타입일 수 있다. 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
이러한 기판(110)은 표면이 텍스처링(texturing)된 텍스처링 표면(texturing surface)을 갖는다. 보다 구체적으로, 기판(110)은 에미터부(130)가 위치하는 전면과 전면의 반대쪽에 위치하는 후면이 텍스처링 표면으로 각각 형성된다.
제1 진성 반도체층(120)은 기판(110)의 텍스처링 표면 즉, 기판(110)의 전면에 위치하며, 기판(110)과 에미터부(130) 사이에 형성되고, 수소가 함유된 진성 비정질-실리콘(intrinsic a-Si:H)으로 이루어질 수 있다. 여기서, 제1 진성 반도체층(120)은 전하가 이동되는 통로 역할을 할 수 있다.
즉, 제1 진성 반도체층(120)은 터널 옥사이드(tunnel oxide)로 구성 가능하며, Thermal oxide와 chemical oxide를 포함할 수 있다. 이때, 제1 진성 반도체층(120)은 1-3nm의 두께로 형성될 수 있다.
제1 진성 반도체층(120)은 물리적 기상 증착법(PECVD, plasma enhanced chemical vapor deposition) 또는 화학적 기상 증착법(CVD, chemical vapor deposition)을 이용하여 기판(110)의 전면에 형성될 수 있다.
기판(110)과 제1 진성 반도체층(120)의 접합면은 평탄면이 아니라 기판(110)의 텍스처링 표면 형상에 영향을 받아 요철면을 갖는다.
에미터부(130)는 기판(110)의 전면(front surface) 위에 위치하고, 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 도전성 타입을 갖는 불순물부로서, 예를 들어, 비정질 실리콘(a-Si, amorphous silicon)으로 이루어진다. 따라서, 에미터부(130)는 기판(110)과 p-n 접합뿐만 아니라 이종 접합(hetero junction)을 형성한다.
에미터부(130)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(130)는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 포함할 수 있다.
이러한 p-n 접합에 의해 실리콘 반도체 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다.
따라서, 기판(110)이 n형이고 에미터부(130)가 p형일 경우, 분리된 전자는 기판(110) 쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(130) 쪽으로 이동한다.
이미 설명한 것처럼, 에미터부(130)는 기판(110)과 p-n 접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(130)는 n형의 도전성 타입을 갖는다. 이 경우, 에미터부(130)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함하며, 분리된 정공은 기판(110) 쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(130) 쪽으로 이동한다.
제1 투명 도전막(140)은 에미터층(130)의 전면에 위치하고, 산화막 기반의 도전막으로서 에미터부(130)로 이동한 전하(예, 정공)를 전면 전극(150)으로 전달하고, 반사 방지막의 기능을 수행한다.
제1 투명 도전막(140)은 화학적 기상 증착법(CVD) 또는 스퍼터링(sputtering)과 같은 물리 증기 증착법(PVD)으로 형성될 수 있다.
제1 투명 도전막(140)은 제1 도전층(142)과 제1 금속입자(144)를 포함한다.
제1 도전층(142)은 에미터부(130)에 비해 낮은 비저항값(ρ)을 갖는 것이 좋고, 전도성과 투명성을 갖는 물질로 이루어진다. 이러한 제1 도전층(142)은 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO), 주석계 산화물(SnO2 등), AgO, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide: FTO) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 형성될 수 있다.
도 5a는 발명의 제1 실시예에 따른 제1 도전층의 면저항에 따른 투과율(transmittance)을 개략적으로 도시한 그래프이다.
본 실시예에서 제1 도전층(142)은 ITO로 이루어지는 것이 바람직하다. 도 5a를 참조하면, 500nm의 파장대에서 ITO는 투명한 물질이므로, 면저항(ohm/sq)에 상관없이 80-90%의 투과율을 유지하지만, 불투명한 탄소나노튜브(carbon nano tube: CNT)는 면저항이 높을수록 투과율이 높아지는 것을 알 수 있다. 따라서, 제1 도전층(142)은 면저항에 상관없이 높은 반사 투과율을 갖는 ITO를 사용함으로써, 태양 전지(1)의 효율을 증가시킬 수 있다.
제1 금속입자(144)는 도 2a를 참조하면, 직경이 100nm이하이고 길이가 직경보다 크게 형성되는 나노 와이어(nano wire) 형태로 형성될 수 있다. 즉, 제1 금속입자(144)가 나노 와이어 형태로 형성됨으로써, 입사되는 빛이 산란(scattering)되어 광경로가 증가함으로써, 광전 변환에 사용되는 빛의 양을 증가시킬 수 있어 단락전류밀도(Jsc)를 향상시킬 수 있다.
이때, 나노 와이어 형태로 형성되는 제1 금속입이자(144)는 Ag, Au, Al, Cu, Pd 및 Pt 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
도 5b는 발명의 제1 실시예에 따른 ITO로 이루어진 제1 금속층(142) 및 은(Ag)으로 이루어진 제1 금속입자(144)를 포함하는 제1 투명 도전막(140)에 있어서, 파장에 따른 투과율(transmittance)을 개략적으로 도시한 그래프이다.
본 실시예에서, 제1 금속입자(144)는 나노 와이어 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 5b를 참고하면, ITO로 이루어진 제1 도전층(142)과 은(Ag)으로 이루어진 제1 금속입자(144)를 포함하는 제1 투명 도전막(140)은 나노 와이어 형태로 형성된 제1 금속입자(144)의 면저항에 따라 빛의 투과율(transmittance)이 조절되는 것을 알 수 있다.
구체적으로, 300nm의 파장대에서 나노 와이어 형태로 형성된 제1 금속입자(144)가 은(Ag)으로 이루어진 경우, 제1 금속입자(144)의 면저항이 110ohm/sq일 때 투과율이 90-100%이고, 제1 금속입자(144)의 면저항이 38ohm/sq일 때 투과율이 90%이고, 제1 금속입자(144)의 면저항이 21ohm/sq일 때 투과율이 80-90%이고, 제1 금속입자(144)의 면저항이 12ohm/sq일 때 투과율이 80%이하이며, ITO로 이루어진 제1 금속층(142)의 면저항이 50-300ohm/sq일 때 투과율은 거의 0%이다. 즉, 나노 와이어 형태로 형성된 제1 금속입자(144)가 나노 와이어 형태로 형성되는 경우 투명성을 갖는 ITO보다 높은 투과율을 갖는 것을 알 수 있다. 따라서, 은(Ag)으로 이루어진 제1 금속입자(144)는 나노 와이어 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
일반적으로 투명 전도막은 산화막 기반의 도전막으로서 에미터부로 이동한 전하(예, 정공)를 전면 전극으로 전달하고, 반사 방지막의 기능을 수행하지만, 전면 전극으로 전하를 전달할 때 전하가 흡수(absorption)되거나, 투명 도전막의 굴절률에 따라 특정 파장 대역에서만 빛을 흡수 받아 전달함으로써, 빛을 효율적으로 흡수할 수 없었다.
하지만, 제1 투명 도전막(140)에 포함된 제1 금속입자(144)가 나노 와이어 형태로 형성됨으로써, 빛의 투과율을 높이고, 입사되는 빛이 산란(scattering)되어 광경로가 증가함으로써, 광전 변환에 사용되는 빛의 양을 증가시킬 수 있어 단락전류밀도(Jsc)를 향상시킬 수 있다.
이에 따라, 은(Ag)으로 이루어진 제1 금속입자(144)는 ITO로 이루어지는 제1 도전층(142)보다 불투명하고, 제1 도전층(142)의 면저항보다 작은 면저항을 가질 수 있다.
도 5c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노 와이어로 이루어진 제1 금속입자 및 ITO로 이루어진 제1 금속층을 포함하는 제1 투명 도전막에 있어서, 제1 금속입자 및 제1 금속층의 물질에 따른 확산율(diffusive transmittance) 및 반사율(specular transmittance)을 개략적으로 도시한 그래프이다.
구체적으로, 도 5c를 참조하면, 나노 와이어(NW1-NW9)의 확산율(diffusive transmittance)은 반사율(specular transmittance)에 비해 10-20% 상승하지만, 글라스(glass), ITO 및 CNT의 확산율은 반사율에 비해 5%이하로 상승한다. 즉, 자체 반사 효과를 갖고 있는 나노 와이어에 의해 입사되는 빛의 광산란도(haze)가 증가하여 광경로가 증가함으로써, 태양 전지(1)의 광전 변환 효율을 증가시킬 수 있다.
제1 금속입자(144)는 제1 투명 도전막(140)과 에미터부(130) 사이에 오믹 컨택(ohmic contact)을 형성함으로써, 생성된 캐리어(예를 들어 전자나 정공)가 전위 장벽을 뚫고 전면 전극(150) 또는 후면 전극(190)으로 보다 원활하게 이동할 수 있도록 한다.
이에 따라, 제1 투명 도전막(140)은 제1 금속입자(144)에 의해 에미터부(130)와의 접촉 저항을 감소시킴으로써, 전하 이동도(mobility)를 향상시킨다.
전면 전극(150)은 제1 투명 도전막(140) 위에 형성되고, 제1 투명 도전막(140)과 전기적 및 물리적으로 연결된다.
이때, 전면 전극(150)은 어느 한 방향으로 연장된 복수의 핑거 전극 및 복수의 핑거 전극과 교차하는 방향으로 연장된 복수의 버스바 전극을 구비한 그리드 패턴으로 형성될 수 있다.
이러한 전면 전극(150)은 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 정공을 수집한다.
전면 전극(150)은 적어도 하나의 도전성 금속 물질을 포함한다. 이들 도전성 금속 물질의 예는 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서, 전면 전극(150)은 반사 특성이 우수한 은(Ag) 또는 구리(Cu)로 형성될 수 있다.
제2 진성 반도체층(160)은 기판(110)의 후면에 위치하며, 기판(110)과 후면 전계부(170) 사이에 형성되고, 수소가 함유된 진성 비정질-실리콘(intrinsic a-Si:H)으로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서, 제2 진성 반도체층(160)은 제1 진성 반도체층(120)과 동일한 물질로 형성될 수 있고, 제1 진성 반도체층(120)과 동일한 두께를 가질 수 있다.
이와는 달리, 제2 진성 반도체층(160)은 제1 진성 반도체층(120)과 다른 물질로 형성될 수 있으며, 제1 진성 반도체층(120)과 다른 두께를 가질 수 있다.
후면 전계부(170)는 기판(110)의 후면, 즉 제2 진성 반도체층(160)의 전체 영역에 형성되고, 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, n+ 영역으로 형성된다. 본 실시예의 후면 전계부(170)는 에미터부(130)와 마찬가지로 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다. 따라서, 후면 전계부(170)는 기판(110)과 이종 접합을 형성한다.
후면 전계부(170)는 위에서 설명한 바와 같이 기판(110)의 전체 영역에 형성될 수 있지만, 후면 전계부(170)의 형성 위치는 제한되지 않는다.
후면 전계부(170)는 기판(110)과의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽을 형성함으로써 기판(110)의 표면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것이 감소된다.
제2 투명 도전막(180)은 후면 전계부(170) 및 후면 전극(190) 사이에 위치한다. 본 실시예에서, 제2 투명 도전막(180)은 제1 투명 도전막(140)과 동일한 물질로 형성되거나, 서로 다른 물질로 형성될 수 있고, 제1 투명 도전막(140)과 동일한 두께 또는 다른 두께로 형성될 수 있다.
제2 투명 도전막(180)은 제2 도전층(182)과 제2 금속입자(184)를 포함한다.
제2 도전층(182)은 전도성과 투명성을 갖는 물질로 이루어진다. 이러한 제2 도전층(182)은 인듐 틴 옥사이드(ITO), 주석계 산화물(SnO2 등), AgO, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), 플루오린 틴 옥사이드(FTO) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 형성될 수 있다.
본 실시예에서 제2 도전층(182)은 ITO로 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 제2 도전층(182)은 면저항에 상관없이 높은 반사 투과율을 갖는 ITO를 사용함으로써, 태양 전지(1)의 효율을 증가시킬 수 있다.
제2 금속입자(184)는 도 2b를 참조하면, 나노 플레이크(nano flake) 또는 나노 도트(nano dot) 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 나노 플레이크나 나노 도트는 평면의 가로 길이와 세로 길이가 수십 내지 수백 나노미터의 길이를 가지며, 그 비율이 서로 유사하여 면상 구조 혹은 구형의 형태를 가질 수 있다. 즉, 나노 플레이크 또는 나노 도트는 나노 와이어와 달리 길이 방향이 아닌 면상 구조 혹은 구형의 형태를 가질 수 있다.
나노 플레이크 또는 나노 도트의 형태로 형성되는 제2 금속입자(184)는 나노 와이어로 형성되는 제1 금속입자(144)와 달리 면상 혹은 구형의 구조상 광학적인 반사도가 높음으로써, 후면 반사 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다. 즉, 제2 금속입자(184)에 의해 반사되어 흡수되는 빛이 산란되어 광경로가 증가함으로써, 광전 변환에 사용되는 빛의 양을 증가시킬 수 있어 단락전류밀도(Jsc)를 향상시킬 수 있다. 따라서, 자체 반사 효과를 갖고 있는 나노 플레이크 또는 나노 도트에 의해 광산란도(haze)가 증가하여 확산 투과율이 증가함으로써, 태양 전지(1)의 광전 변환 효율을 증가시킬 수 있다.
나노 플레이크 또는 나노 도트의 형태로 형성되는 제2 금속입자(184)는 Ag, Au, Al, Cu, Pd 및 Pt 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
도 5d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 나노 플레이크 또는 나노 도트로 이루어진 제2 금속입자(184)를 포함하는 제2 투명 전도막(180)에 있어서, 파장(wavelength)에 따른 반사율(reflectance)을 개략적으로 도시한 그래프이다.
본 실시예에서, 제2 금속입자(184)는 은(Ag)으로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 5d를 참고하면, 500nm 파장대에서 알루미늄(Al) 및 금(Au)의 반사율보다 은(Ag)의 반사율이 높은 것을 알 수 있다.
제2 금속입자(184)는 제2 투명 도전막(180)과 후면 전계부(170) 사이에 오믹 컨택을 형성함으로써, 생성된 캐리어(예를 들어 전자나 정공)가 전위 장벽을 뚫고 전면 전극(150) 또는 후면 전극(190)으로 보다 원활하게 이동할 수 있도록 한다.
이에 따라, 제2 투명 도전막(180)은 제2 금속입자(184)에 의해 후면 전계부(170)와의 접촉 저항을 감소시킴으로써, 전하 이동도를 향상시킨다.
후면 전극(190)은 제2 투명 도전막(180)의 후면 전체면에 형성된다. 이러한 후면 전극(190)은 기판(110) 쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 전자를 수집하여 외부 장치로 출력한다.
이때, 후면 전극(190)은 어느 한 방향으로 연장된 복수의 핑거 전극 및 복수의 핑거 전극과 교차하는 방향으로 연장된 복수의 버스바 전극을 구비한 그리드 패턴으로 형성될 수 있다.
후면 전극(190)은 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서, 후면 전극(190)은 반사 특성이 우수한 은(Ag) 또는 구리(Cu)로 형성될 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(1)로 조사된 빛이 제1 투명 도전막(140) 및 에미터부(130)를 통해 기판(110)의 내부로 입사되면, 기판(110)으로 입사된 빛 에너지에 의해 전자-정공 쌍이 발생한다.
이에 더하여, 기판(110)의 전면에 위치하며 입사되는 빛을 반사시켜 광경로를 증가시키는 제1 금속입자(144)를 포함하는 제1 투명 도전막(140)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양은 더욱 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(130)의 p-n접합에 의해 서로 분리되며, 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 기판(110) 쪽으로 이동하고, 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(130) 쪽으로 이동한다.
이처럼, 에미터부(130) 쪽으로 이동한 정공은 제1 투명 도전막(140)을 통해 전면 전극(150)으로 이동하고, 기판(110) 쪽으로 이동한 전자는 후면 전계부(170) 및 제2 투명 도전막(180)을 통해 후면 전극(190)으로 이동한다. 이때, 기판(110)의 입사면으로부터 입사되는 빛이 나노 와이어로 이루어진 제1 금속입자(144)에 의해 광산란도가 증가하여 입사되는 빛의 광경로를 증가시킬 수 있고, 기판(110)의 입사면으로부터 입사된 빛이 후면 전극(190)에서 반사된 후 기판(110)에 다시 재입사될 때 나노 플레이크 또는 나노 도트로 이루어진 제2 금속입자(184)에 의해 광산란도가 증가하여 입사되는 빛의 광경로를 증가시킴으로써, 광전 변환에 사용되는 빛의 양을 증가시킬 수 있어 단락전류밀도(Jsc)를 향상시킬 수 있다.
이에 따라서, 어느 한 태양 전지(1)의 전면 전극(150)과 인접한 태양 전지(1)의 후면 전극(190)을 인터커넥터 등의 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이하, 도 3a 내지 도 3e 및 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 도 1에 도시한 태양 전지(1)의 제조 방법을 설명한다.
도 3a을 참고로 하면, 먼저, n형 단결정 실리콘으로 이루어진 반도체 기판(110)을 준비하고, 전면과 후면을 모두 텍스쳐링한다.
일반적으로, 실리콘 웨이퍼로 이루어진 기판(110)은 실리콘 블록(block)이나 잉곳(ingot)을 블레이드(blade) 또는 멀티 와이어 소우(multi wire saw)로 슬라이스(slice)하여 제조된다.
실리콘 웨이퍼가 준비되면, 5가 원소의 불순물, 예컨대 인(P)을 실리콘 웨이퍼에 도핑하여 n형의 반도체 기판(110)을 제조한다.
한편, 실리콘 블록이나 잉곳을 슬라이스 할 때 실리콘 웨이퍼에는 기계적 손상층(mechanical damage layer)이 형성된다.
따라서 기계적 손상층으로 인한 태양 전지(1)의 특성 저하를 방지하기 위해, 상기 기계적 손상층을 제거하기 위한 습식 식각 공정을 실시한다. 이때, 습식 식각 공정에는 알칼리(alkaline) 또는 산(acid) 식각액(etchant)을 사용한다.
기계적 손상층을 제거한 후, 습식 식각 공정 또는 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정을 이용하여 기판(110)의 양쪽 표면을 텍스처링 표면으로 각각 형성한다.
다음으로, 도 3b에 도시한 것처럼, n형 반도체 기판(100)의 전면과 후면에 제1 및 제2 진성 반도체층(120, 160)을 형성한다. 제1 및 제2 진성 반도체층(120, 160)은 수소가 함유된 진성 비정질-실리콘(intrinsic a-Si:H)으로 이루어지며, 2-3nm의 두께로 형성될 수 있다.
제1 및 제2 진성 반도체층(120, 160)은 예를 들어, 물리적 기상 증착법(PECVD) 또는 화학적 기상 증착법(CVD)과 같은 적층 공정으로 기판(110)의 전면과 후면에 형성될 수 있다.
다음으로, 도 3c에 도시한 바와 같이, 기판(110)의 전면에 에미터부(130)를 형성하고, 기판(110)의 후면에 후면 전계부(170)를 형성한다.
구체적으로, 우선, n형의 단결정 실리콘으로 이루어진 기판(110) 위에 p형의 비정질 실리콘 박막을 형성하여 에미터부(130)를 형성한다. 이때, 에미터부(130)와 기판(110)은 이종 접합을 형성한다.
에미터부(130)는 예를 들어, 물리적 기상 증착법(PECVD) 또는 화학적 기상 증착법(CVD) 등과 같은 적층 공정으로 기판(110) 위에 형성할 수 있다.
다음, 반도체 기판(110)의 다른 쪽 면, 예를 들어 후면에 후면 전계부(170)를 형성한다. 후면 전계부(170)는 에미터부(130)와 동일한 방법으로 형성할 수 있다. 이때, 후면 전계부(170)는 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
다음으로, 도 3d에 도시한 것처럼, 에미터부(130) 위에 제1 투명 도전막(140)을 형성한다. 제1 투명 도전막(140)은 제1 도전층(142)과 제1 금속입자(144)를 포함한다.
제1 도전층(142)은 인듐 틴 옥사이드(ITO), 주석계 산화물(SnO2 등), AgO, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), 플루오린 틴 옥사이드(FTO) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 형성될 수 있고, 제1 금속입이자(144)는 Ag, Au, Al, Cu, Pd 및 Pt 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 이때, 제1 금속입이자(144)는 나노 와이어(nano wire) 형태로 형성될 수 있다.
제1 투명 도전막(140)은 예를 들어, 물리적 기상 증착법(PECVD) 또는 화학적 기상 증착법(CVD) 등과 같은 적층 공정을 통해 형성될 수 있다.
한편, 적층 공정 이후에 650-750℃의 온도에서 5-20 초간 어닐링 공정을 더 수행할 수 있다. 어닐링 공정을 수행함으로써, 제1 금속입자(142) 간의 결정립 조대화(coarsening) 및 크로스 네킹(cross necking)이 발생하여 전기적 특성이 향상될 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 투명 도전막의 제조 방법을 나타낸 공정도이다.
구체적으로, 우선, 도 4a에 도시한 것처럼, 에미터부(130) 위에 제1 금속입자(144)가 포함된 제1 금속입자층(144a)을 적층하고, 제1 금속입자층(144a) 위에 제1 부분 도전층(142a)을 적층한 후, 650-750℃의 온도에서 5-20초간 어닐링 공정을 수행함으로써, 제1 투명 도전막(140a)을 형성할 수 있다.
또한, 도 4b에 도시한 것처럼, 에미터부(130) 위에 제1 금속입자(144)가 포함된 제1 금속입자층(144a)을 적층하고, 제1 금속입자층(144a) 위에 제1 부분 도전층(142a)을 적층하고, 제1 부분 도전층(142a) 위에 제1 금속입자(144)가 포함된 제1 금속입자층(144a)을 적층한 후, 650-750℃의 온도에서 5-20초간 어닐링 공정을 수행함으로써, 제1 투명 도전막(140b)을 형성할 수 있다. 이때, 제1 부분 도전층(142a)의 전면 및 후면에 형성되는 제1 금속입자층(144a)은 서로 동일한 물질로 형성되거나, 서로 상이한 물질로 형성될 수 있다.
또한, 도 4c에 도시한 것처럼, 에미터부(130) 위에 제1 부분 도전층(142a)을 적층하고, 제1 부분 도전층(142a) 위에 제1 금속입자(144)가 포함된 제1 금속입자층(144a)을 적층한 후, 650-750℃의 온도에서 5-20초간 어닐링 공정을 수행함으로써, 제1 투명 도전막(140c)을 형성할 수 있다.
그리고, 도 4d에 도시한 것처럼, 에미터부(130) 위에 제1 부분 도전층(142a)을 적층하고, 제1 부분 도전층(142a) 위에 제1 금속입자(144)가 포함된 제1 금속입자층(144a)을 적층하고, 제1 금속입자층(144a) 위에 제1 부분 도전층(142a)을 적층한 후, 650-750℃의 온도에서 5-20초간 어닐링 공정을 수행함으로써, 제1 투명 도전막(140d)을 형성할 수 있다. 이때, 제1 금속입자층(144a)의 전면 및 후면에 형성되는 제1 부분 도전층(142a)은 서로 동일한 물질로 형성되거나, 서로 상이한 물질로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 3e에 도시한 것처럼, 후면 전계부(170) 위에 제2 투명 도전막(180)을 형성한다.
제2 투명 도전막(180)은 제2 도전층(182)과 제2 금속입자(184)를 포함한다. 제2 도전층(182)은 제1 도전층(142)와 동일한 물질로 형성될 수 있고, 제2 금속입자(184)는 제1 금속입자(144)와 동일한 물질로 형성될 수 있다. 이때, 제1 금속입이자(184)는 나노플레이크 또는 나노 도트로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서, 제2 투명 도전막(180)은 제1 투명 도전막(140)과 동일한 방법으로 형성할 수 있다. 즉, 도 4a 내지 도 4d의 방법에 따라 제2 투명 도전막(180)을 형성할 수 있다.
다음으로, 기판(110)의 전면(front surface)에 전면 전극(150)을 형성하고, 기판(110)의 후면(back suface)에 후면 전극(190)을 형성하여 태양 전지(1)를 완성한다(도 1 참조).
구체적으로, 전면 전극(150)은 스크린 인쇄법을 이용하여 전면 전극용 페이스트를 기판(110)의 전면에 도포한 후 소결하여 형성하고, 후면 전극(170)은 스크린 인쇄법을 이용하여 후면 전극용 페이스트를 기판(10) 후면에 도포한 후 소결하여 형성할 수 있지만, 이와는 달리, 도금법, 스퍼터링법과 전자빔 증착 등의 물리적 기상 증착법(PECVD) 또는 화학적 기상 증착법(CVD) 등을 이용하여 형성할 수도 있다.
이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 태양 전지(2, 3)를 설명한다. 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양 전지의 부분 단면도이고, 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양 전지의 부분 단면도이다.
도 6 및 도7을 참조하면, 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 태양 전지(2, 3)는 제1 및 제2 투명 도전막(1400, 1800)을 제외한 기본적인 구성이 전술한 제1 실시예의 태양 전지(1)와 동일하므로, 이하에서는 제1 및 제2 투명 도전막(1400, 1800)에 대해서만 설명한다. 따라서, 도 1에 도시한 태양 전지(1)와 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 도 1과 동일한 도면 부호를 부여하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 태양 전지(2)는 전도성과 투명성을 갖는 물질로 이루어진 제1 투명 도전막(1400) 및 제2 투명 도전막(1800)을 포함할 수 있다.
제1 투명 도전막(1400)은 에미터부(130)의 전면에 위치하며, 인듐 틴 옥사이드(ITO), 주석계 산화물(SnO2 등), AgO, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), 플루오린 틴 옥사이드(FTO) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 형성될 수 있다.
제2 투명 도전막(1800)은 후면 전계부(170)의 후면에 위치하며, 제2 도전층(1820) 및 제2 금속입자(1840)을 포함할 수 있다.
제2 도전층(1820)은 인듐 틴 옥사이드(ITO), 주석계 산화물(SnO2 등), AgO, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), 플루오린 틴 옥사이드(FTO) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 형성될 수 있다. 본 실시예에서 제2 도전층(1820)은 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO)로 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 제2 도전층(1820)은 제1 투명 도전막(1400)과 동일한 물질 또는 상이한 물질로 형성될 수 있다.
제2 도전층(1820)은 면저항에 상관없이 높은 반사 투과율을 갖는 ITO를 사용함으로써, 태양 전지(2)의 효율을 증가시킬 수 있다.
제2 금속입자(1840)는 나노 플레이크(nano flake) 또는 나노 도트(nano dot) 형태로 형성될 수 있다.
나노 플레이크 또는 나노 도트 형태로 형성되는 제2 금속입자(1840)는 Ag, Au, Al, Cu, Pd 및 Pt 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 제2 금속입자(1840)는 은(Ag)으로 형성되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 나노 플레이크 또는 나노 도트로 형성되는 제2 금속입자(1840)는 면상 혹은 구형의 구조상 광학적인 반사도가 높음으로써, 후면 반사 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다. 즉, 제2 금속입자(1840)에 의해 반사되어 흡수되는 빛이 산란(scattering)되어 광경로가 증가함으로써, 광전 변환에 사용되는 빛의 양을 증가시킬 수 있어 단락전류밀도(Jsc)를 향상시킬 수 있다.
따라서, 자체 반사 효과를 갖고 있는 나노 플레이크 또는 나노 도트에 의해 광산란도(haze)가 증가하여 확산 투과율이 증가함으로써, 태양 전지(2)의 광전 변환 효율을 증가시킬 수 있다.
이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양 전지(3)를 설명한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 태양 전지(3)는 전도성과 투명성을 갖는 물질로 이루어진 제1 투명 도전막(1400) 및 제2 투명 도전막(1800)을 포함할 수 있다.
제1 투명 도전막(1400)은 에미터부(130)의 전면에 위치하고, 제1 도전층(1420) 및 제1 금속입자(1440)을 포함할 수 있다.
제1 도전층(1420)은 인듐 틴 옥사이드(ITO), 주석계 산화물(SnO2 등), AgO, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), 플루오린 틴 옥사이드(FTO) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 형성될 수 있다. 본 실시예에서 제1 도전층(1420)은 면저항에 상관없이 높은 반사 투과율을 갖는 인듐 틴 옥사이드(ITO)로 이루어지는 것이 바람직하다.
제1 금속입자(1440)는 직경이 100nm이하이고, 길이가 직경보다 크게 형성되는 나노 와이어(nano wire) 형태로 형성될 수 있다.
나노 와이어 형태로 형성되는 제1 금속입자(1440)는 Ag, Au, Al, Cu, Pd 및 Pt 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 제1 금속입자(1440)는 나노 와이어 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
제2 투명 도전막(1800)은 후면 전계부(170)의 후면에 위치하며, 인듐 틴 옥사이드(ITO), 주석계 산화물(SnO2 등), AgO, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), 플루오린 틴 옥사이드(FTO) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 형성될 수 있다. 이때, 제2 투명 도전막(1800)은 제1 도전층(1420)과 동일한 물질 또는 상이한 물질로 형성될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
110: 기판
120: 제1 진성 반도체층
130: 에미터부 140, 1400: 제1 투명 도전막
142, 1420: 제1 도전층 144, 1440: 제1 금속입자
150: 전면 전극 160: 제2 진성 반도체층
170: 후면 전계부 180, 1800: 제2 투명 도전막
182, 1820: 제2 도전층 184, 1840: 제2 금속입자
190: 후면 전극
130: 에미터부 140, 1400: 제1 투명 도전막
142, 1420: 제1 도전층 144, 1440: 제1 금속입자
150: 전면 전극 160: 제2 진성 반도체층
170: 후면 전계부 180, 1800: 제2 투명 도전막
182, 1820: 제2 도전층 184, 1840: 제2 금속입자
190: 후면 전극
Claims (24)
- 제1 도전성 타입을 갖는 기판;
상기 기판의 전면(front surface)에 위치하고, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 에미터부;
상기 에미터층 위에 위치하는 제1 투명 도전막;
상기 제1 투명 도전막 위에 위치하는 전면 전극부; 및
상기 기판의 후면에 위치하는 후면 전극부
를 포함하며,
상기 제1 투명 도전막은 투명한 제1 도전층과 상기 제1 도전층보다 불투명한 제1 금속입자를 포함하는 태양 전지. - 제1항에서,
상기 제1 도전층은 제1 면저항을 가지며, 상기 제1 금속입자는 상기 제1 저항보다 작은 제2 면저항을 갖는 태양 전지. - 제1항에서,
상기 제1 금속입자는 나노 와이어(nano wire) 형태로 형성되는 태양 전지. - 제3항에서,
상기 제1 금속입자는 Ag, Au, Al, Cu, Pd 및 Pt 중 적어도 하나를 포함하는 태양 전지. - 제3항에서,
상기 나노 와이어의 직경은 100nm 이하이며,
상기 제1 금속입자는 상기 나노 와이어의 직경보다 큰 길이를 갖는 태양 전지. - 제1항에서,
상기 기판은 결정질 실리콘으로 이루어지고, 상기 에미터부는 비정질 실리콘으로 이루어지는 태양 전지. - 제1항에서,
상기 기판과 상기 에미터부 사이에 제1 진성 반도체층을 더 포함하며,
상기 제1 진성 반도체층은 a-Si:H로 이루어지는 태양 전지. - 제7항에서,
상기 제1 진성 반도체층은 터널 옥사이드(tunnel oxide)로 구성되고, 1-3nm 두께로 형성되는 태양 전지. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에서,
상기 기판의 후면에 위치하며, a-Si:H로 이루어지는 제2 진성 반도체층;
상기 제2 진성 반도체층의 후면에 위치하며, 비정질 실리콘으로 이루어지는 후면 전계부; 및
상기 후면 전계부의 후면에 위치하는 제2 투명 도전막을 더 포함하고,
상기 제2 투명 도전막은 투명한 제2 도전층과 상기 제2 도전층보다 불투명한 제2 금속입자를 포함하는 태양 전지. - 제9항에서,
상기 제2 도전층은 제3 저항을 가지며, 상기 제2 금속입자는 상기 제3 저항보다 작은 제4 저항을 갖는 태양 전지. - 제9항에 있어서,
상기 제2 금속입자는 나노 플레이크(nano flake) 또는 나노 도트(nano dot)형태로 형성되는 태양 전지. - 제11항에서,
상기 제2 금속입자는 Ag, Au, Al, Cu, Pd 및 Pt 중 적어도 하나를 포함하는 태양 전지. - 제9항에서,
상기 제2 진성 반도체층은 터널 옥사이드(tunnel oxide)로 구성되고, 1-3nm 두께로 형성되는 태양 전지. - 제1 전도성 타입을 갖는 결정질 반도체 기판의 한 면 위에 제2 도전성 타입을 갖는 비정질 에미터부를 형성하는 단계;
상기 에미터부 위에 투명한 제1 도전층과 상기 제1 도전층보다 불투명한 제1 금속입자를 포함하는 제1 투명 도전막을 형성하는 단계;
상기 제1 투명 도전막 위에 전면 전극부를 형성하는 단계; 및
상기 반도체 기판의 후면에 후면 전극부를 형성하는 단계
를 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제14항에서,
상기 제1 금속입자는 나노 와이어(nano wire) 형태로 형성되는 태양 전지. - 제14항에 있어서,
상기 제1 투명 도전막을 형성하는 단계는,
상기 제1 도전층 위에 상기 제1 금속입자를 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지 제조 방법. - 제16항에 있어서,
상기 제1 도전층은 복수개로 구성되며,
상기 복수의 제1 도전층 사이에 상기 제1 금속입자를 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지 제조 방법. - 제14항에 있어서,
상기 제1 투명 도전막을 형성하는 단계는,
상기 제1 금속입자 위에 상기 제1 도전층을 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지 제조 방법. - 제18항에 있어서,
상기 제1 금속입자는 복수개로 구성되며,
상기 복수의 제1 금속입자 사이에 상기 제1 도전층을 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지 제조 방법. - 제14항에서,
상기 기판과 상기 에미터부 사이에 위치하며, a-Si:H로 이루어지는 제1 진성 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지 제조 방법. - 제20항에서,
상기 제1 진성 반도체층은 터널 옥사이드(tunnel oxide)로 구성되고, 1-3nm 두께로 형성되는 태양 전지 제조 방법. - 제14항 내지 제21항 중 어느 한 항에서,
상기 기판의 후면에 위치하며, a-Si:H로 이루어지는 제2 진성 반도체층을 형성하는 단계;
상기 제2 진성 반도체층의 후면에 위치하며, 비정질 실리콘으로 이루어지는 후면 전계부를 형성하는 단계; 및
상기 후면 전계부의 후면에 위치하는고, 투명한 제2 도전층과 상기 제2 도전층보다 불투명한 제2 금속입자를 포함하는 제2 투명 도전막을 형성하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조방법. - 제22항에 있어서,
상기 제2 금속입자는 나노 플레이크(nano flake) 또는 나노 도트(nano dot)형태로 형성되는 태양 전지의 제조방법. - 제22항에서,
상기 제2 진성 반도체층은 터널 옥사이드(tunnel oxide)로 구성되고, 1-3nm 두께로 형성되는 태양 전지.
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