KR20150124791A - Semiconductor compound solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 화합물 태양 전지에 관한 것이다.The present invention relates to semiconductor compound solar cells.
화합물 반도체는 실리콘이나 게르마늄과 같은 단일 원소가 아닌 2종 이상의 원소가 결합되어 반도체로서 동작하는 화합물이다. 이러한 화합물 반도체는 현재 다양한 종류가 개발되어 다양한 분야에서 사용되고 있다. 대표적으로, 광전 변환 효과를 이용한 발광 다이오드나 레이저 다이오드 등의 발광 소자와 태양 전지, 그리고 펠티어 효과(Feltier Effect)를 이용한 열전 변환 소자 등에 화합물 반도체가 이용된다.A compound semiconductor is a compound that is not a single element such as silicon or germanium but is operated as a semiconductor by combining two or more elements. Various kinds of compound semiconductors are currently being developed and used in various fields. Typically, a compound semiconductor is used for a light emitting device such as a light emitting diode or a laser diode using a photoelectric conversion effect, a solar cell, and a thermoelectric conversion device using a Peltier effect.
이중 자연에 존재하는 태양광 이외의 별도 에너지원을 필요로 하지 않고 친환경적인 태양 전지는 미래의 대체 에너지원으로 활발히 연구되고 있다. 태양 전지는, 주로 실리콘의 단일 원소를 이용하는 실리콘 태양 전지와, 화합물 반도체를 이용하는 반도체 화합물 태양 전지로 대별된다.Environmentally friendly solar cells that do not require a separate energy source other than natural sunlight are being actively studied as a future alternative energy source. Solar cells are roughly divided into silicon solar cells that use a single element of silicon and semiconductor compound solar cells that use compound semiconductors.
이 중에서 반도체 화합물 태양 전지는, 태양광을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하는 광흡수층(PV)에 화합물 반도체를 사용하는데, GaAs, InP, GaAlAs, GaInAs 등의 III-V족 화합물 반도체, CdS, CdTe, ZnS 등의 II-VI족 화합물 반도체, CuInSe2로 대표되는 I-III-VI족 화합물 반도체 등을 사용한다.Among them, a semiconductor compound solar cell uses a compound semiconductor for a light absorbing layer (PV) that absorbs sunlight to generate electron-hole pairs. The compound semiconductor includes III-V compound semiconductors such as GaAs, InP, GaAlAs and GaInAs, II-VI group compound semiconductors such as CdTe and ZnS, and I-III-VI group compound semiconductors such as CuInSe2.
본 발명은 광전 변환 효율이 향상된 반도체 화합물 태양 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a semiconductor compound solar cell having improved photoelectric conversion efficiency.
본 발명에 따른 반도체 화합물 태양 전지는 제1 도전성 타입의 불순물이 함유된 베이스층; 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 불순물이 함유된 에미터층; 에미터층의 전면 위에 위치하고, 제2 도전성 타입의 불순물의 도핑 농도가 에미터층과 동일하며 에미터부보다 낮은 저항을 갖는 고전도층; 고전도층의 전면 위에 위치하고, 표면에 정극성(positive polarization) 또는 부극성(negative polarization) 전계를 형성하는 전계 형성층; 고전도층에 연결되는 제1 전극; 및 베이스층에 연결되는 제2 전극;을 포함한다.A semiconductor compound solar cell according to the present invention comprises: a base layer containing an impurity of a first conductivity type; An emitter layer containing an impurity of a second conductivity type opposite to the first conductivity type; A high conductivity layer overlying the front surface of the emitter layer, the doping concentration of the impurity of the second conductivity type being equal to the emitter layer and having a lower resistance than the emitter layer; An electroluminescent layer located on the front surface of the highly conductive layer and forming a positive or negative polarization electric field on the surface; A first electrode connected to the high conductivity layer; And a second electrode connected to the base layer.
여기서, 전계 형성층의 에너지 밴드갭은 에미터층이나 고전도층의 에너지 밴드갭보다 클 수 있고, 에미터층과 고전도층의 에너지 밴드갭은 서로 동일할 수 있다.Here, the energy band gap of the electric field generating layer may be greater than the energy band gap of the emitter layer or the high-conductivity layer, and the energy band gap of the emitter layer and the high-conductivity layer may be equal to each other.
아울러, 전계 형성층은 5eV ~ 7eV 사이의 에너지 밴드갭을 가지고, 에미터층과 고전도층은 1eV ~ 2eV 사이의 에너지 밴드갭을 가질 수 있다.In addition, the electroluminescent layer may have an energy band gap between 5 eV and 7 eV, and the emitter layer and the high conductivity layer may have an energy band gap between 1 eV and 2 eV.
이때, 고전도층의 전도대(conduction band) 중 적어도 일부는 에미터층과 전계 형성층 사이에 형성되는 페르미 준위(Fermi energy level)보다 낮은 에너지 레벨을 포함할 수 있다.At this time, at least a part of the conduction band of the high-conductivity layer may include an energy level lower than the Fermi energy level formed between the emitter layer and the electro-depositing layer.
또한, 전계 형성층은 N가 함유된 화합물을 포함하는 형성될 수 있고, 일례로, 전계 형성층은 AlGaN, AlN, InGaN, InAlGaN, 또는 InN 화합물 중 어느 하나의 화합물을 포함하여 형성될 수 있다.In addition, the electric field generating layer may be formed containing a compound containing N, and for example, the electric field generating layer may be formed of any one of AlGaN, AlN, InGaN, InAlGaN, and InN compounds.
또한, 에미터층 및 고전도층은 제2 도전성 타입의 불순물이 함유된 GaAs 화합물을 포함하여 형성될 수 있다.Further, the emitter layer and the high-conductivity layer may be formed by including a GaAs compound containing an impurity of the second conductivity type.
또한, 전계 형성층은 0.5nm ~ 20nm 사이의 두께를 가질 수 있고, 고전도층은 0.1nm ~ 5nm 사이의 두께를 가질 수 있다.Also, the electroluminescent layer may have a thickness between 0.5 nm and 20 nm, and the high conductivity layer may have a thickness between 0.1 nm and 5 nm.
또한, 전계 형성층의 전면에는 GaAs, GaN, AlGaN 또는 InGaP 화합물 중 어느 하나를 포함하여 형성되는 패시베이션층이 더 위치할 수 있고, 베이스층과 제2 전극 사이에는 제1 도전성 타입의 불순물이 베이스층보다 고농도로 도핑된 후면 전계부(BSF)가 더 형성될 수 있다.Further, a passivation layer formed of any one of GaAs, GaN, AlGaN, and InGaP compounds may be further formed on the entire surface of the electric field generating layer, and impurities of the first conductivity type may be formed between the base layer and the second electrode, A high concentration doped backside electrical field (BSF) may be further formed.
또한, 에미터층의 면저항 값은 50Ω/㎠ ~ 120Ω/㎠사이이고, 고전도층의 면저항 값은 10Ω/㎠ ~ 30Ω/㎠사이일 수 있다.The sheet resistance value of the emitter layer may be between 50 Ω /
본 발명에 따른 반도체 화합물 태양 전지는 에미터층의 전면 위에 전계 형성층에 의해 유발되는 고전도층을 구비하여, 태양 전지의 효율을 보다 향상시킬 수 있다.The semiconductor compound solar cell according to the present invention has a high conductivity layer induced by the electric field forming layer on the front surface of the emitter layer, thereby further improving the efficiency of the solar cell.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 반도체 화합물 태양 전지의 제1 실시예를 설명하기 위한 도이다.
도 3은 도 1에 도시된 에미터층(EL), 고전도층(160) 및 전계 형성층(150)의 밴드 다이어그램 일례를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 제1 실시예에 따른 반도체 화합물 태양 전지에 패시베이션층(170)이 더 형성된 제2 실시예에 대해 설명하기 위한 도이다.
도 5는 본 발명에 따른 화합물 반도체의 효과에 대해 설명하기 위한 도이다.FIG. 1 and FIG. 2 illustrate a first embodiment of a semiconductor compound solar cell according to the present invention.
3 shows an example of a band diagram of the emitter layer EL, the high-
4 is a view illustrating a second embodiment in which a
5 is a view for explaining the effect of the compound semiconductor according to the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
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. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 “전체적으로 형성되어 있다”고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. When a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it includes not only the case directly above another portion but also the case where there is another portion in between. Conversely, when a part is "directly over" another part, it means that there is no other part in the middle. Also, when a part is formed "entirely on another part", it means that it is formed not only on the entire surface (or the front surface) of the other part but also on the edge part.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 반도체 화합물 태양 전지의 제1 실시예를 설명하기 위한 도이고, 도 3은 도 1에 도시된 에미터층(EL), 고전도층(160) 및 전계 형성층(150)의 밴드 다이어그램 일례를 도시한 것이다.1 and 2 are views for explaining a first embodiment of a semiconductor compound solar cell according to the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of an emitter layer EL, a high-
여기서, 도 1은 본 발명에 따른 반도체 화합물 태양 전지의 제1 실시예에 대한 일부 사시도이고, 도 2는 도 1에서 CS1-CS1 라인에 따른 단면도이다.Here, FIG. 1 is a partial perspective view of a first embodiment of a semiconductor compound solar cell according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view along line CS 1 -
본 발명에 따른 반도체 화합물 태양 전지는 베이스층(BL), 에미터층(EL), 고전도층(160), 전계 형성층(150), 제1 전극(120) 및 제2 전극(140)을 포함하고, 일례로 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 베이스층(BL)과 제2 전극(140) 사이에 후면 전계부(BSF)와 기판(100)을 더 구비할 수 있다.A semiconductor compound solar cell according to the present invention includes a base layer BL, an emitter layer EL, a
여기서, 후면 전계부(BSF)와 기판(100)은 생략되는 것도 가능하다. 그러나 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 구비된 경우를 일례로 설명한다.Here, the rear electric section BSF and the
여기서, 베이스층(BL), 에미터층(EL) 및 후면 전계부(BSF)는 태양광을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하는 광흡수층(PV)의 기능을 수행할 수 있다.Here, the base layer BL, the emitter layer EL, and the rear electric field portion BSF can function as a light absorbing layer PV that absorbs sunlight to generate electron-hole pairs.
이와 같은 광흡수층(PV)은 유기금속화학증착장비(MOCVD, Metal Organic Chemical Vapor Deposition)를 이용하여, 기판(100)의 전면에 광흡수층(PV)을 에피텍셜 성장 방법으로 형성시킬 수 있다.The light absorbing layer PV may be formed on the entire surface of the
이때, 에피텍셜 성장 방법으로는 기판(100)의 격자 상수(lattice constant)와 기판(100) 위에 형성되는 광흡수층(PV)의 격자 상수를 일치시켜 성장시키는 격자법(lattice method)을 이용할 수 있다. 그러나 반드시 이와 같은 방법에 한정되는 것은 아니다.At this time, as the epitaxial growth method, a lattice method of growing the lattice constant of the
이와 같은 광흡수층(PV)은 III-V족 반도체 화합물을 포함하여 형성될 수 있다. 일례로, 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 인(P)이 함유된 InGaP 화합물 또는 갈륨(Ga)과 비소(As)가 함유된 GaAs 화합물을 포함하여 형성될 수 있다. 그러나, 반드시 이와 같은 반도체 화합물에 한정되는 것은 아니고, 다른 반도체 화합물을 포함하여 형성될 수도 있다. 이하에서는 광흡수층(PV)이 일례로, GaAs 화합물을 포함하여 형성된 경우를 일례로 설명한다.Such a light absorbing layer (PV) may be formed including a III-V semiconductor compound. For example, an InGaP compound containing indium (In), gallium (Ga) and phosphorus (P), or a GaAs compound containing gallium (Ga) and arsenic (As). However, it is not necessarily limited to such a semiconductor compound, but may be formed by including other semiconductor compounds. Hereinafter, a case where a light absorbing layer (PV) is formed by including a GaAs compound as an example will be described as an example.
이와 같은 광흡수층(PV)은 제1 실시예에 기재된 바와 같이 하나일 수도 있으나, 이와 다르게 복수 개로 형성될 수도 있다.The light absorbing layer PV may be one as described in the first embodiment, but may be formed in a plurality of different ways.
베이스층(BL)은 제1 도전성 타입의 불순물이 도핑될 수 있으며, 일례로, GaAs 화합물을 포함할 수 있다. 그러나, 반드시 GaAs 화합물에 한정되는 것은 아니고, 다른 종류의 화합물이 이용될 수도 있다. The base layer BL may be doped with an impurity of the first conductivity type, and may include, for example, a GaAs compound. However, it is not necessarily limited to the GaAs compound, but other kinds of compounds may be used.
이와 같은 베이스층(BL)은 입사된 빛에 반응하여 캐리어인 전자와 정공을 생성할 수 있다.The base layer BL can generate electrons and holes, which are carriers, in response to incident light.
에미터층(EL)은 베이스층(BL)의 전면 위에 접하여 위치하고, 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 불순물이 도핑될 수 있다. 아울러, 베이스층(BL)과 동일한 GaAs 화합물을 포함할 수 있다. 그러나, 반드시 GaAs 화합물에 한정되는 것은 아니고, 베이스층(BL)과 유사하거나 동일한 격자 상수(lattice constant)를 가지는 다른 종류의 화합물이 이용될 수도 있다.The emitter layer EL may be doped with an impurity of the second conductivity type that is opposite the first conductivity type and is disposed over the entire surface of the base layer BL. In addition, it may include the same GaAs compound as the base layer BL. However, it is not necessarily limited to the GaAs compound, and other kinds of compounds having a lattice constant similar to or the same as the base layer BL may be used.
이와 같은 에미터층(EL)은 베이스층(BL)에서 생성된 캐리어인 전자와 정공 중에서 소수 캐리어를 수집할 수 있다.Such an emitter layer EL can collect a small number of carriers in electrons and holes, which are carriers generated in the base layer BL.
여기서, 에미터층(EL)이 베이스층(BL)의 전면에 위치하는 경우를 일례로 도시하고 설명하였지만, 이와 다르게 에미터층(EL)이 베이스층(BL)의 후면에 위치하는 것도 가능하다.Here, the case where the emitter layer EL is located on the front surface of the base layer BL has been shown and described as an example, but it is also possible that the emitter layer EL is located on the rear surface of the base layer BL.
아울러, 후면 전계부(BSF)는 베이스층(BL)의 후면에 접하여 위치하고, 제1 도전성 타입의 불순물이 베이스층(BL)보다 고농도로 도핑될 수 있고, 일례로, 베이스층(BL)(EL)과 동일한 GaAs 화합물을 포함할 수 있다. 그러나, 반드시 GaAs 화합물에 한정되는 것은 아니고, 에미터층(EL)과 유사하거나 동일한 격자 상수(lattice constant)를 가지는 다른 종류의 화합물이 이용될 수도 있다.In addition, the rear electric field BSF is located in contact with the rear surface of the base layer BL, and impurities of the first conductive type can be doped at a higher concentration than the base layer BL. For example, the base layer BL Lt; RTI ID = 0.0 > GaAs < / RTI > However, it is not necessarily limited to the GaAs compound, and other kinds of compounds having lattice constants similar to or the same as the emitter layer (EL) may be used.
여기서, 제1 도전성 타입의 불순물은 예를 들어, p형 타입의 불순물 또는 n형 타입의 불순물 중 어느 하나일 수 있으며, p형 타입의 불순물은 붕소(B, Baron), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물일 수 있고, n형 타입의 불순물은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물일 수 있다.The impurity of the first conductivity type may be, for example, any one of a p-type impurity and an n-type impurity. The impurity of the p-type may be boron (B), gallium (In), or the like, and the n-type impurity may be an impurity of a pentavalent element such as phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), or the like.
아울러, 제2 도전성 타입의 불순물은 제1 도전성 타입과 반대인 불순물일 수 있다. 따라서, 제1 도전성 타입의 불순물이 p형 타입의 불순물인 경우 제2 도전성 타입의 불순물은 n형 타입의 불순물일 수 있고, 제1 도전성 타입의 불순물이 n형 타입의 불순물인 경우 제2 도전성 타입의 불순물은 p형 타입의 불순물일 수 있다.In addition, the impurity of the second conductivity type may be an impurity opposite to the first conductivity type. Therefore, when the impurity of the first conductivity type is a p-type impurity, the impurity of the second conductivity type may be an n-type impurity. When the impurity of the first conductivity type is an n-type impurity, May be a p-type impurity.
제1 실시예에서는 일례로, 제1 도전성 타입의 불순물이 p형 타입의 불순물이고, 제2 도전성 타입의 불순물이 n형 타입의 불순물일 경우를 일례로 설명한다.In the first embodiment, the case where the impurity of the first conductivity type is a p-type impurity and the impurity of the second conductivity type is an n-type impurity will be described as an example.
따라서, 베이스층(BL)은 p형 타입의 불순물이 도핑된 p-GaAs 화합물로 형성될 수 있고, 에미터층(EL)은 n형 타입의 불순물이 도핑된 n-GaAs 화합물로 형성될 수 있으며, 후면 전계부(BSF)은 p+-GaAs로 형성될 수 있다.Therefore, the base layer BL may be formed of a p-GaAs compound doped with a p-type impurity, and the emitter layer EL may be formed of an n-GaAs compound doped with an n-type impurity, The backside electrical field (BSF) may be formed of p + -GaAs.
이에 따라, 베이스층(BL)에서 생성된 전자는 에미터층(EL)을 통하여 제1 전극(120)으로 수집될 수 있으며, 베이스층(BL)에서 생성된 전공은 후면 전계부(BSF) 및 기판(100)을 통하여 제2 전극(140)으로 수집될 수 있다.The electrons generated in the base layer BL can be collected into the
여기서, 베이스층(BL)의 두께는 일례로, 1㎛ ~ 3㎛ 사이로 형성될 수 있으며, 에미터층(EL)의 두께는 베이스층(BL)의 두께보다 작은 범위에서 0.1㎛ ~ 1㎛ 사이로 형성될 수 있다.Here, the thickness of the base layer BL may be, for example, between 1 mu m and 3 mu m, and the thickness of the emitter layer EL may be between 0.1 mu m and 1 mu m in a range smaller than the thickness of the base layer BL. .
아울러, 후면 전계부(BSF)의 두께는 0.5㎛ ~ 2㎛ 사이로 형성될 수 있으며, 후면 전계부(BSF)의 에너지 밴드갭은 베이스층(BL)의 에너지 밴드갭과 동일하거나 더 낮게 형성될 수 있다.In addition, the thickness of the rear electric field BSF may be between 0.5 μm and 2 μm, and the energy band gap of the rear electric field BSF may be equal to or lower than the energy band gap of the base layer BL have.
기판(100)은 광흡수층(PV)과 제2 전극(140) 사이에 위치할 수 있으며, III-V족 반도체 화합물을 포함하여 형성될 수 있고, 일례로, 갈륨(Ga)과 비소(As)가 함유된 GaAs 화합물을 포함하여 형성될 수 있다. The
도 1에서는 이와 같은 기판(100)이 광흡수층(PV)과 제2 전극(140) 사이에 구비되는 것을 일례로 도시하였으나, 이와 다르게, 생략되는 것도 가능하다.In FIG. 1, the
반사 방지막(130)은 광흡수층(PV)의 전면 위와 제1 전극(120)의 일부 위에 위치할 수 있다. The
구체적으로, 반사 방지막(130)은 도 1에 도시된 바와 같이, 복수 개의 핑거 전극(120F) 위에는 형성되지만, 버스바 전극(120B) 위에는 형성되지 않을 수 있다.Specifically, the
제1 전극(120)은 광흡수층(PV) 입사면인 전면 위에 위치할 수 있다.The
이와 같은 제1 전극(120)은 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 방향으로 형성되는 복수 개의 핑거 전극(120F)과 복수 개의 핑거 전극(120F)을 서로 연결하도록 제2 방향으로 형성되는 버스바 전극(120B)을 포함할 수 있다.2 (a), the
여기서, 복수 개의 핑거 전극(120F) 각각은 서로 이격되어 정해진 제1 방향으로 길게, 스트라이프 형태로 형성될 수 있고, 버스바 전극(120B)은 복수 개의 핑거 전극(120F) 끝단에 전기적 및 물리적으로 연결되도록 제2 방향으로 스트라이프 형태로 형성될 수 있다.The
여기서, 복수 개의 핑거 전극(120F) 각각은 캐리어를 수집하는 역할을 하고, 버스바 전극(120B)은 복수 개의 핑거 전극(120F) 각각으로 수집된 캐리어를 모두 모아 외부의 전기 회로에 공급하는 역할을 한다. 이를 위해 버스바 전극(120B) 위에는 외부의 전기 회로에 전기적으로 연결되는 리본(미도시)이 형성될 수 있다.Here, each of the plurality of
이때, 각각의 핑거 전극(120F)의 폭(WF)은 버스바 전극(120B)의 폭(WB)보다 작을 수 있다. 일례로, 버스바 전극(120B)의 폭(WB)은 핑거 전극(120F) 폭(WF)의 수십 배 이상 클 수 있다.At this time, the width WF of each
이와 같은 제1 전극(120)은 전기 전도성 물질을 포함하여 형성될 수 있으며, 일례로 금속인 금(Au), 게르마늄(Ge), 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다.The
아울러, 제2 전극(140)은 광흡수층(PV) 후면 위에 전체적으로 위치할 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 광흡수층(PV) 후면 위에 기판(100)이 위치하는 경우, 기판(100)의 후면 위에 전체적으로 위치할 수 있다.1, the
한편, 고전도층(160)은 에미터층(EL)의 전면 위에 위치하고, 제2 도전성 타입의 불순물의 도핑 농도가 에미터층(EL)과 동일하며 에미터층(EL)보다 낮은 저항을 가진다. 이와 같은 고전도층(160)은 전계 형성층(150)에 의해 형성된 정극성 또는 부극성에 전계에 의해 유발되어 형성될 수 있다.On the other hand, the high-
전계 형성층(150)은 고전도층(160)의 전면 위에 위치하고, 표면에 정극성(positive polarization) 또는 부극성(negative polarization) 전계를 형성한다. 이와 같은 전계 형성층(150)은 정극성 또는 부극성 전계를 형성하여 전술한 고전도층(160)을 형성하면서, 표면 패시베이션 기능을 수행할 수 있다.The
보다 구체적으로 설명하면, 기판(100)의 전면 위에 후면 전계부(BSF), 베이스층(BL) 및 에미터층(EL)을 순차적으로 형성한 이후, 본 발명은 전계 형성층(150)을 에미터층(EL)의 전면 표면에 형성할 수 있다.More specifically, the BSF, the base layer BL and the emitter layer EL are sequentially formed on the entire surface of the
이때 전계 형성층(150)은 유기금속화학증착장비(MOCVD)가 이용되어 형성될 수 있으며, 이와 같은 전계 형성층(150)은 다이폴 모멘트(dipole moment)를 가지고 있는 화합물로 형성될 수 있다. At this time, the electro-forming
이때, 전계 형성층(150)은 N가 함유된 화합물을 포함할 수 있으며, 일례로 전계 형성층(150)은 AlGaN, AlN, InGaN, InAlGaN, 또는 InN 화합물 중 어느 하나의 화합물을 포함하여 형성될 수 있다.At this time, the
일례로 전계 형성층(150)을 AlGaN으로 형성할 때, 유기금속화학증착장비(MOCVD)가 에미터층(EL)의 전면 표면에 먼저 질소(N) 원소층을 에미터층(EL)의 표면에 형성하고, 질소(N) 원소층의 표면에 갈륨(Ga) 원소층을 형성하면, 질소(N)와 갈륨(Ga)이 화학적 결합을 하면서 다이폴 모멘트를 갖는 화합물로 형성되고, 이에 따라 에미터층(EL)와 맞닿는 전계 형성층(150)의 표면에는 정극성(+) 전계가 형성될 수 있다.For example, when the field-generating
또는 이와 반대로, 에미터층(EL)의 표면에 갈륨(Ga) 원소층을 먼저 형성한 후, 갈륨(Ga) 원소층의 표면에 질소(N) 원소층을 형성하면, 에미터층(EL)와 맞닿는 전계 형성층(150)의 표면에는 부극성(-) 전계가 형성될 수 있다.Alternatively, if a gallium (Ga) element layer is first formed on the surface of the emitter layer EL and then a nitrogen (N) element layer is formed on the surface of the gallium (Ga) element layer, A negative (-) electric field may be formed on the surface of the electric
이와 같은 정극성 또는 부극성 전계는 전계 형성층(150)과 맞닿는 에미터층(EL)의 표면 내부에 전계 영향을 미치고, 에미터층(EL)의 전도대 에너지 레벨을 크게 낮출 수 있고, 면저항도 크게 낮출 수 있다.The positive or negative polarity electric field affects the electric field inside the surface of the emitter layer (EL) contacting the electric field generating layer (150), the energy level of the conduction band of the emitter layer (EL) can be greatly lowered, have.
이에 따라, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 전계 형성층(150)과 에미터층(EL) 사이에는 에미터층(EL)과 동일한 불순물 농도를 가지면서 전도대의 에너지 레벨과 면저항이 크게 낮아진 고전도층(160)이 형성될 수 있다.1 and 2, between the electric
이에 따라, 결과적으로 제2 도전성 타입의 불순물이 에미터층(EL)과 동일하게 함유되었지만, 전계 형성층(150)의 전계에 의해 에미터층(EL)보다 더 낮은 저항을 갖는 고전도층(160)은 에미터층(EL)의 전면 위에 위치하게 된다.As a result, impurities of the second conductivity type are contained in the same manner as the emitter layer EL, but the highly
이때, 고전도층(160)과 에미터층(EL)의 도핑 농도는 서로 동일한 상태에서, 1018/㎤ ~ 1021/㎤사이로 형성될 수 있다. 즉, 고전도층(160)과 에미터층(EL)은 서로 동일한 반도체 화합물로 형성될 수 있으며, 불순물 도핑 농도가 서로 동일할 수 있다.At this time, the doping concentrations of the high-
여기서, 전계 형성층(150)의 에너지 밴드갭(Eg1)은 도 3에 도시된 바와 같이, 에미터층(EL)이나 고전도층(160)의 에너지 밴드갭(Eg2)보다 클 수 있다. 또한, 고전도층(160)과 에미터층(EL)은 동일한 화합물과 동일한 도핑 농도를 가지므로 동일한 에너지 밴드갭(Eg2)을 가질 수 있다. Here, the energy band gap Eg1 of the electric
일례로, 전계 형성층(150)의 에너지 밴드갭(Eg1)은 5eV ~ 7eV 사이로 형성될 수 있고, 전계 형성층(150)과 고전도층(160) 사이의 계면에는 큰 밴드 오프셋 전압(band off set voltage, BOS)이 형성될 수 있다. 아울러, 고전도층(160) 및 에미터층(EL)의 에너지 밴드갭은 1eV ~ 2eV 사이에서 형성될 수 있다.For example, the energy band gap Eg1 of the
아울러, 전계 형성층(150)의 두께는 전계 형성층(150)에 의해 유발되는 고전도층(160)의 두께보다 클 수 있다. 일례로, 전계 형성층(150)은 0.5nm ~ 20nm 사이의 두께를 가질 수 있고, 고전도층(160)의 두께는 0.1nm ~ 5nm 사이로 형성될 수 있다.In addition, the thickness of the
또한, 고전도층(160)의 전도대 중 적어도 일부가 에미터층(EL)과 전계 형성층(150) 사이에 형성되는 페르미 준위(Fermi energy level)보다 낮은 에너지 레벨을 가질 수 있다. At least a portion of the conduction band of the high-
이에 따라, 고전도층(160)의 면저항은 전계 형성층(150)에 의해 형성된 전계의 영향으로, 에미터층(EL)의 면저항 값인 50Ω/㎠ ~ 120Ω/㎠사이보다 훨씬 낮은 10Ω/㎠ ~ 30Ω/㎠사이로 형성될 수 있다.Accordingly, the sheet resistance of the high-
이에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 캐리어, 일례로, 전자가 상대적으로 전도대의 에너지 레벨이 낮은 고전도층(160)과 전계 형성층(150)의 계면으로 모이고, 고전도층(160)과 전계 형성층(150)의 계면을 따라 수평 방향으로 보다 쉽게 이동할 수 있으며, 이에 따라 제1 전극(120)쪽으로 보다 쉽게 이동할 수 있다. 3, electrons are collected at the interface between the high-
이와 같은 본 발명은 에미터층(EL)의 불순물 농도를 높이지 않고, 에미터층(EL)와 동일한 불순물 농도를 가지면서 상대적으로 저항이 낮은 고전도층(160)을 에미터층(EL)의 표면에 형성함으로써, 캐리어의 이동을 보다 용이하게 할 수 있다.The present invention as described above can be applied to the emitter layer EL without increasing the impurity concentration of the emitter layer EL and by forming the
아울러, 이와 같은 구조는 저항을 낮추기 위해 불순물의 농도를 높인 것이 아니기 때문에, 캐리어가 이동 중에 불순물에 의해 재결합되는 비율을 현저하게 낮출 수 있으며, 전계 형성층(150)이 패시베이션 기능을 수행하므로 별도의 패시베이션층을 형성하지 않을 수 있다.In addition, since the concentration of the impurity is not increased to lower the resistance, the ratio of recombination of carriers by impurities during movement can be remarkably lowered, and since the electric
따라서, 본 발명에 따른 태양 전지는 태양 전지의 효율을 더욱 향상시키면서, 별도의 패시베이션층을 형성할 필요가 없어 태양 전지의 제조 시간을 보다 단축할 수 있다.Therefore, the solar cell according to the present invention can further improve the efficiency of the solar cell, and it is not necessary to form a separate passivation layer, thereby shortening the manufacturing time of the solar cell.
지금까지는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 패시베이션층이 형성되지 않을 경우를 일례로 설명하였으나, 이와 다르게 패시베이션층이 형성되는 것도 가능하다.1 and 2, a case where a passivation layer is not formed has been described as an example, but it is also possible to form a passivation layer.
도 4는 본 발명에 제1 실시예에 따른 반도체 화합물 태양 전지에 패시베이션층(170)이 더 형성된 제2 실시예에 대해 설명하기 위한 도이다.4 is a view illustrating a second embodiment in which a
도 4에서 패시베이션층(170) 이외의 구성 요소에 대한 설명은 앞선 도 1 내지 도 3에서 설명한 바와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.4, the description of the components other than the
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 화합물 태양 전지는 반사 방지막과 전계 형성층(150) 사이에 패시베이션층(170)이 더 형성될 수 있다.As shown in FIG. 4, the semiconductor compound solar cell according to the second embodiment of the present invention may further include a
도 4와 같은 패시베이션은 전계 형성층(150)이 과도하게 얇게 형성되어 전계 형성층(150)이 충분한 패시베이션 기능을 수행하지 못하는 경우에, 이를 보완하기 위하여 형성될 수 있다.The passivation as shown in FIG. 4 may be formed in order to compensate the passivation function when the electro-forming
예를 들어, 전계 형성층(150)이 AlN 화합물로 형성되는 경우 두께를 매우 얇게 해도 충분한 정극성 또는 부극성 전계가 형성될 수 있다. For example, when the
일례로, 전계 형성층(150)이 AlN 화합물로 형성되는 경우 0.5nm ~ 1nm의 두께를 가지도록 형성될 수 있으며, 이때에는 전계 형성층(150)의 패시베이션 기능이 충분하지 않을 수 있다. 따라서, 이를 보완하기 위하여 전계 형성층(150)의 전면에 패시베이션층(170)이 더 형성될 수 있다.For example, when the
이와 같이, 패시베이션층(170)이 형성되는 경우, 패시베이션층(170)의 에너지 밴드갭은 전계 형성층(150)의 에너지 밴드갭보다 작을 수 있다.Thus, when the
일례로, 패시베이션층(170)의 에너지 밴드갭은 1.4eV ~ 2.1eV 사이로 형성될 수 있으나, 전계 형성층(150)의 에너지 밴드갭은 전술한 바와 같이, 패시베이션층(170)의 에너지 밴드갭보다 높은 5eV ~ 7eV 사이로 형성될 수 있다.For example, the energy band gap of the
일례로, 전계 형성층(150)이 AlGaN 화합물로 형성되는 경우, 에너지 밴드갭은 5.5eV로 형성될 수 있으며, AlN 화합물로 형성되는 경우 6.2eV로 형성될 수 있다.For example, when the
이와 같은 패시베이션층(170)은 GaAs, GaN, AlGaN 또는 InGaP 화합물 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다.The
도 5는 본 발명에 따른 화합물 반도체의 효과에 대해 설명하기 위한 도이다.5 is a view for explaining the effect of the compound semiconductor according to the present invention.
도 5의 (a)는 전계 형성층(150)과 고전도층(160)이 구비된 본 발명과 그렇지 않은 비교예의 양자 효율(Quantum efficiency, QE)을 설명하기 위한 그래프이고, 도 5의 (b)는 전계 형성층(150)과 고전도층(160)이 구비된 본 발명과 그렇지 않은 비교예의 필팩터(fill factor)를 설명하기 위한 도이다.5A is a graph for explaining the quantum efficiency (QE) of the comparative example in which the
이와 같은 도 5에서 제시된 수치들은 비교예와 비교하여 본 발명의 효과 상승을 설명하기 위한 일례일 뿐 절대적인 값은 아니며, 태양 전지의 다른 구성 요소에 의해 변동될 수 있다. The numerical values shown in FIG. 5 are only examples for illustrating the effect of the present invention compared with the comparative example, and they are not absolute values and can be changed by other components of the solar cell.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 전계 형성층(150)과 고전도층(160)이 구비된 본 발명은 대략 300nm ~ 500nm 사이의 파장 대역에서 양자 효율이 비교예보다 더 향상되는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 5A, the present invention including the
보다 구체적으로 본 발명이 적용된 경우, 단락 전류(Jsc)는 28.4mA로, 비교예의 27.0mA보다 더 향상되는 것을 알 수 있다.More specifically, when the present invention is applied, it can be seen that the short-circuit current Jsc is 28.4 mA, which is more improved than the comparative example of 27.0 mA.
또한, 이와 같은 단락 전류의 상승으로 인하여, 필팩터(F.F)와 효율(Eff)도 비교예와 비교하여, 필팩터(F.F)는 80.1에서 83.8로 효율(Eff)은 23.9%에서 25.0%로 더 향상되는 것을 알 수 있다.In addition, the fill factor (FF) and the efficiency (Eff) are also improved from 80.1 to 83.8 and the efficiency (Eff) from 23.9% to 25.0% .
이상에서 본 발명의 바람직한 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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.
Claims (13)
상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 불순물이 함유된 에미터층;
상기 에미터층의 전면 위에 위치하고, 상기 제2 도전성 타입의 불순물의 도핑 농도가 상기 에미터층과 동일하며 상기 에미터부보다 낮은 저항을 갖는 고전도층;
상기 고전도층의 전면 위에 위치하고, 표면에 정극성(positive polarization) 또는 부극성(negative polarization) 전계를 형성하는 전계 형성층;
상기 고전도층에 연결되는 제1 전극; 및
상기 베이스층에 연결되는 제2 전극;
을 포함하는 반도체 화합물 태양 전지.A base layer containing an impurity of the first conductivity type;
An emitter layer containing an impurity of a second conductivity type opposite to the first conductivity type;
A highly conductive layer located on the front surface of the emitter layer and having a doping concentration of impurities of the second conductivity type equal to that of the emitter layer and lower than that of the emitter layer;
An electric field generating layer located on the front surface of the high conductivity layer and forming a positive polarization or negative polarization electric field on the surface;
A first electrode coupled to the highly conductive layer; And
A second electrode connected to the base layer;
A semiconductor compound solar cell.
상기 전계 형성층의 에너지 밴드갭은 상기 에미터층이나 상기 고전도층의 에너지 밴드갭보다 큰 반도체 화합물 태양 전지.The method according to claim 1,
Wherein the energy band gap of the electroluminescence layer is larger than the energy band gap of the emitter layer or the high conductivity layer.
상기 에미터층과 상기 고전도층의 에너지 밴드갭은 서로 동일한 반도체 화합물 태양 전지.3. The method of claim 2,
Wherein the emitter layer and the high-conductivity layer have the same energy bandgap.
상기 전계 형성층은 5eV ~ 7eV 사이의 에너지 밴드갭을 가지고,
상기 에미터층과 상기 고전도층은 1eV ~ 2eV 사이의 에너지 밴드갭을 갖는 반도체 화합물 태양 전지.3. The method of claim 2,
Wherein the field-generating layer has an energy band gap between 5 eV and 7 eV,
Wherein the emitter layer and the high conductivity layer have an energy bandgap between 1 eV and 2 eV.
상기 전계 형성층은 0.5nm ~ 20nm 사이의 두께를 갖는 반도체 화합물 태양 전지.The method according to claim 1,
Wherein the electric field generating layer has a thickness between 0.5 nm and 20 nm.
상기 전계 형성층은 N가 함유된 화합물을 포함하는 반도체 화합물 태양 전지.The method according to claim 1,
Wherein the electric field generating layer comprises a compound containing N.
상기 전계 형성층은 AlGaN, AlN, InGaN, InAlGaN, 또는 InN 화합물 중 어느 하나의 화합물을 포함하여 형성되는 반도체 화합물 태양 전지.The method according to claim 1,
Wherein the electroluminescence layer is formed of any one of AlGaN, AlN, InGaN, InAlGaN, and InN compounds.
상기 고전도층의 전도대(conduction band) 중 적어도 일부는
상기 에미터층과 상기 전계 형성층 사이에 형성되는 페르미 준위(Fermi energy level)보다 낮은 에너지 레벨을 포함하는 반도체 화합물 태양 전지.The method according to claim 1,
At least a portion of the conduction band of the high conductivity layer
And an energy level lower than a Fermi energy level formed between the emitter layer and the electroluminescence layer.
상기 고전도층은 0.1nm ~ 5nm 사이의 두께를 갖는 반도체 화합물 태양 전지.The method according to claim 1,
Wherein the highly conductive layer has a thickness between 0.1 nm and 5 nm.
상기 에미터층 및 상기 고전도층은 제2 도전성 타입의 불순물이 함유된 GaAs 화합물을 포함하는 반도체 화합물 태양 전지.The method according to claim 1,
Wherein the emitter layer and the highly conductive layer comprise a GaAs compound containing an impurity of a second conductivity type.
상기 전계 형성층의 전면에는 GaAs, GaN, AlGaN 또는 InGaP 화합물 중 어느 하나를 포함하여 형성되는 패시베이션층이 더 위치하는 반도체 화합물 태양 전지.The method according to claim 1,
And a passivation layer formed on the entire surface of the electroluminescent layer, the passivation layer including any one of GaAs, GaN, AlGaN, and InGaP compounds.
상기 베이스층과 상기 제2 전극 사이에는 상기 제1 도전성 타입의 불순물이 상기 베이스층보다 고농도로 도핑된 후면 전계부(BSF)가 더 형성되는 반도체 화합물 태양 전지.The method according to claim 1,
And a rear electric field portion (BSF) doped with impurities of the first conductivity type at a higher concentration than the base layer is further formed between the base layer and the second electrode.
상기 에미터층의 면저항 값은 50Ω/㎠ ~ 120Ω/㎠사이이고, 상기 고전도층의 면저항 값은 10Ω/㎠ ~ 30Ω/㎠사이인 반도체 화합물 태양 전지.The method according to claim 1,
Wherein a surface resistance value of the emitter layer is between 50 Ω / cm 2 and 120 Ω / cm 2, and a surface resistance value of the high conductivity layer is between 10 Ω / cm 2 and 30 Ω / cm 2.
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2014
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