KR20160040380A - 계면 재결합 억제 박막 태양전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박막 태양전지에 관한 것으로서, GaAs 계열의 물질을 사용하는 광흡수층과, 상기 광흡수층 상측에 형성되며, 알루미늄을 포함하는 화합물 반도체로 이루어진 제1윈도우층과, 상기 제1윈도우층과 상기 광흡수층 사이에 형성되며, 알루미늄을 포함하지 않는 화합물 반도체로 이루어진 제2윈도우층과, 상기 광흡수층 하측에 형성되는 BSF층 및 상기 BSF층 하측에 형성된 기판을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 계면 재결합 억제 박막 태양전지를 기술적 요지로 한다. 이에 의해 본 발명은 윈도우층과 광흡수층 사이에 새로운 제2윈도우층을 도입하여 계면 재결합 속도 특성을 개선하여 전류 손실을 막아 태양전지의 효율을 향상시키는 이점이 있다.

Description

계면 재결합 억제 박막 태양전지{thin film solar cell for reduction of surface recombination}
본 발명은 박막 태양전지에 관한 것으로서, 윈도우층과 광흡수층 사이의 계면 특성을 개선하기 위해 기존의 윈도우층과 광흡수층 사이에 제2윈도우층을 형성함으로써 반사율을 낮추고, 계면에서의 전자, 정공 재결합을 억제하여 계면 재결합 속도 특성을 개선하여 태양전지의 효율을 향상시키기 위한 계면 재결합 억제 박막 태양전지에 관한 것이다.
최근 천연자원의 고갈과 화력 및 원자력 발전에 대한 환경 및 안정성 등의 문제가 대두되면서 환경친화적인 에너지에 대한 연구가 활발해지고 있다. 이러한 환경친화적인 발전시스템에 있어서, 태양광 에너지는 중요한 대체에너지로 주목받고 있으며, 특히, 태양광 에너지를 이용한 태양전지는 많은 분야에 활용되고 있다.
일반적으로 태양전지는 광기전력 효과(Photovoltaic Effect)를 이용하여 태양광 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 소자로써, 최근에는 소형, 고효율, 비교적 저가인 박막 태양전지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
종래의 태양광 전지는 도 1에 도시된 바와 같이 기판 상에 BSF(Back Surface Field)층, 광흡수층, 윈도우층 그리고, 상기 윈도우층 상층에 캡층 및 상부 전극이 순차적으로 적층되어 있는 구조로 크게 구성되며, 상기 윈도우층의 표면에 노출된 영역 상에는 무반사막이 형성되어 있으며, 기판 하부에는 하부 전극이 형성되어 있다.
이러한 구조의 태양광 전지는 윈도우층에서 태양광을 수광하며, 상기 광흡수층에서 광신호를 전기적 신호로 변환시키고, 상기 캡층은 이에 의해 생성된 전자를 포집하고 상부 전극(그리드 전극)으로 이동시키는 역할을 하게 된다.
여기에서, 상기 태양전지의 효율을 향상시키기 위해서는 태양전지에 입사되는 태양광의 반사도를 낮추거나, 태양전지 기판과 전극의 접촉 저항을 낮추어야 할 뿐만 아니라 캐리어인 전자와 정공의 재결합률을 감소시켜야 한다.
그러나, 박막 태양전지에서 전류 성분을 증가시키기 위해 윈도우층의 반사율을 가능한 낮춘다 하더라도, 윈도우층은 광흡수층과의 계면 특성이 좋지 않아 표면에서의 전자와 정공이 재결합되는 계면 재결합 속도(Surface recombination velocity)가 커서 전류를 감소시키게 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 윈도우층과 광흡수층, 광흡수층과 BSF층 사이의 계면에서의 계면 재결합 속도가 증가(1000cm/s 이상)하여, 전류가 감소되어, 계면에서의 양자효율이 감소됨을 알 수 있다.
특히, GaAS 태양전지의 경우에, 윈도우층으로 밴드갭이 GaAs 보다 큰 AlInP, GaInP, AlGaAs 등을 사용할 수 있다. 이들 중 AlInP는 가장 밴드갭이 커서 광흡수율이 적고 반사막과 최적화시 반사율을 낮출 수 있어, 널리 사용되고 있다.
그러나, AlInP 물질은 AlInP층(윈도우층)과 GaAs층(광흡수층) 간의 계면에서의 재결합 속도가 다른 물질에 비해 큰 단점이 있다.
이러한 점은 전류 손실을 야기하며, BSF층 하측에 반사판을 채용한 박막 GaAs 태양전지에서는 반사된 빛이 이미터에서 흡수되어 캐리어가 늘어나므로, 계면 재결합 속도에 더욱 큰 영향을 미치게 되는 문제점이 있다.
대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-1357059호.
본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 윈도우층과 광흡수층 사이의 계면 특성을 개선하기 위해 기존의 윈도우층과 광흡수층 사이에 제2윈도우층을 형성함으로써 반사율을 낮추고, 계면에서의 전자, 정공 재결합을 억제하여 계면 재결합 속도 특성을 개선하여 태양전지의 효율을 향상시키기 위한 계면 재결합 억제 박막 태양전지의 제공을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 박막 태양전지에 있어서, GaAs 계열의 물질을 사용하는 광흡수층과, 상기 광흡수층 상측에 형성되며, 알루미늄을 포함하는 화합물 반도체로 이루어진 제1윈도우층과, 상기 제1윈도우층과 상기 광흡수층 사이에 형성되며, 알루미늄을 포함하지 않는 화합물 반도체로 이루어진 제2윈도우층과, 상기 광흡수층 하측에 형성되는 BSF층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 계면 재결합 억제 박막 태양전지를 기술적 요지로 한다.
여기에서, 상기 광흡수층은, GaAs, InGaAs 및 AlInGaAs 중 어느 하나를 사용하며, 상기 제1윈도우층은, AlInP, AlGaAs, AlAs, AlAsP 및 AlGaInP 중 어느 하나이고, 상기 제2윈도우층은, GaInP인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1윈도우층의 밴드갭은 제2윈도우층의 밴드갭보다 상대적으로 큰 것이 바람직하며, 상기 제2윈도우층의 밴드갭을 증가시키기 위해 부정형 성장법을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1윈도우층의 굴절율은 제2윈도우층의 굴절율보다 상대적으로 더 작은 것이 바람직하다.
또한, 상기 BSF층은, 상기 기판 상측에 형성되며, 알루미늄을 포함하는 화합물 반도체로 이루어진 제1BSF층과, 상기 제1BSF층과 상기 광흡수층 사이에 형성되며, 알루미늄을 포함하지 않는 화합물 반도체로 이루어진 제2BSF층으로 이루어진 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 제1BSF층은, AlInP, AlGaAs, AlAs, AlAsP 및 AlGaInP 중 어느 하나인 것이 바람직하며, 상기 제2BSF층은, GaInP로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 BSF층 하측에는 반사판이 더 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 상기 계면 재결합 억제 박막 태양전지는, 다중 접합 구조를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명은 윈도우층과 광흡수층 사이에 새로운 제2윈도우층을 도입하여 계면 재결합 속도 특성을 개선하여 전류 손실을 막아 태양전지의 효율을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 윈도우층에서의 반사도를 최대한 낮추기 위해서, 윈도우층은 GaAs 계열의 광흡수층보다 밴드갭이 큰 물질을 선택하였으며, 이에 대응하여 제2윈도우층은 기존의 윈도우층에 비해 굴절률이 큰 물질을 선택하여 반사도를 낮춰 태양전지의 효율을 더욱 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기존의 BSF층과 광흡수층 사이에 제2BSF층을 형성함으로써, 빛이 재흡수되는 것을 막아 캐리어 농도를 조절할 수 있도록 하여, 반사판의 형성에도 계면 재결합 속도 특성에 영향을 미치지 않도록 하여 태양전지의 효율을 더욱 향상시키는 효과가 있다.
도 1 - 종래의 박막 태양전지에 대한 모식도 및 이에 따른 양자효율 그래프를 나타낸 도.
도 2 - 본 발명의 일실시예에 따른 박막 태양전지에 대한 모식도 및 이에 따른 양자효율 그래프를 나타낸 도.
도 3 - 도 2 및 기존의 태양전지 구조에 따른 양자효율 시뮬레이션 그래프를 나타낸 도.
도 4 - 본 발명의 효과를 설명하기 위한 박막 태양전지에 대한 모식도 및 이에 따른 양자효율 그래프를 나타낸 도.
도 5 - 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막 태양전지에 대한 모식도 및 이에 따른 양자효율 그래프를 나타낸 도.
본 발명은 박막 태양전지에 있어서 윈도우층과 광흡수층 사이의 계면 특성을 개선하기 위해 기존의 윈도우층과 광흡수층 사이에 제2윈도우층을 형성함으로써 반사율을 낮추고, 계면에서의 전자, 정공 재결합을 억제하여 계면 재결합 속도 특성을 개선하여 전류 손실을 막아 태양전지의 효율을 향상시킨 것이다.
또한, 태양전지의 효율을 향상시키기 위해 윈도우층에서의 반사도를 최대한 낮추기 위해서 GaAs 물질보다 밴드갭이 큰 물질을 선택하였으며, 이에 대응하여 제2윈도우층은 기존의 윈도우층에 비해 굴절률이 큰 물질을 선택하여 태양광이 최대한 반사되지 않도록 한 것이다.
또한, 본 발명은 기존의 BSF층과 광흡수층 사이에 제2BSF층을 형성함으로써, 빛이 재흡수되는 것을 막아 캐리어 농도를 조절할 수 있도록 하여, 계면 재결합 속도 특성을 개선하여 태양전지의 효율을 더욱 향상시킨 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 박막 태양전지에 대한 모식도 및 이에 따른 양자효율 그래프를 나타낸 도이고, 도 3은 도 2 및 기존의 태양전지 구조에 따른 양자효율 시뮬레이션 그래프를 나타낸 도이고, 도 4는 본 발명의 효과를 설명하기 위한 박막 태양전지에 대한 모식도 및 이에 따른 양자효율 그래프를 나타낸 도이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막 태양전지에 대한 모식도 및 이에 따른 양자효율 그래프를 나타낸 도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 계면 재결합 억제 박막 태양전지는, GaAs 계열의 물질을 사용하는 광흡수층과, 상기 광흡수층 상측에 형성되며, 알루미늄을 포함하는 화합물 반도체로 이루어진 제1윈도우층과, 상기 제1윈도우층과 상기 광흡수층 사이에 형성되며, 알루미늄을 포함하지 않는 화합물 반도체로 이루어진 제2윈도우층과, 상기 광흡수층 하측에 형성되는 BSF층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 박막 태양전지는 기본적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 기판 상에 광흡수층을 기준으로 상측에는 윈도우층이 형성되고, 하측에는 BSF(Back Surface Field)층이 형성되어 있으며, 상기 윈도우층 상층에는 캡층 및 상부 전극이 순차적으로 적층되어 있다. 그리고, 상기 윈도우층의 표면에 노출된 영역 상에는 무반사막이 형성되어 있으며, 기판 하부에는 하부 전극이 형성되어 있는 형태를 가지고 있다. 그리고, 윈도우층의 반대쪽에 바람직하게는 상기 BSF층과 기판 사이에 반사판을 형성하여 광흡수층에서의 빛의 흡수 효율을 더욱 높이고자 한다.
이러한 구조의 태양광 전지는 윈도우층에서 태양광을 수광하며, 상기 광흡수층에서 광신호를 전기적 신호로 변환시키고, 상기 캡층은 이에 의해 생성된 전자를 포집하여 상부 전극(그리드 전극)으로 이동시키고, 정공은 기판 하부의 하부 전극으로 이동하게 된다.
일반적으로, 태양전지의 효율을 향상시키기 위해서는 태양전지에 입사되는 태양광의 반사도를 낮추거나, 태양전지 기판과 전극의 접촉 저항을 낮추어야 할 뿐만 아니라 캐리어인 전자와 정공의 재결합률을 감소시켜야 한다.
본 발명에서는 반사도를 낮추고, 전자와 정공의 재결합률을 낮추어 태양전지의 효율을 향상시키기 위한 것에 초점을 맞춘 것이다.
일반적으로 반사도를 낮추기 위해서 광흡수층보다 밴드갭이 더 큰 물질을 윈도우층으로 사용하게 되는데, 이 경우 계면에서의 특성이 떨어지게 되어 광흡수층과 윈도우층 계면에서의 계면 재결합 속도(surface recombination velocity)가 증가하게 된다. 이에 의해 전자와 정공의 재결합률이 높아져서 전류의 손실을 가져오게 되는 것이다.
특히, 본 발명에서와 같이 광흡수층으로 GaAs 계열의 화합물 반도체(GaAs, InGaAs, AlInGaAs)가 사용되는 태양전지의 경우, 윈도우층으로 밴드갭이 GaAs 보다 큰 AlInP, GaInP, AlGaAs 등을 사용하여 왔으나, 그 중 AlInP는 가장 밴드갭이 커서 광흡수율이 적고 반사막과 최적화시 반사율을 낮출 수 있어 최근에 가장 널리 사용되고 있다.
그러나, AlInP층(윈도우층)과 GaAs층(광흡수층) 간의 계면에서의 재결합 속도가 다른 물질에 비해 큰 단점이 있으며, 이러한 현상은 Al 계열의 물질에서 두드러지게 나타나게 된다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같이, 윈도우층에서의 반사도를 최대한 낮추기 위해서 GaAs 물질보다 밴드갭이 큰 물질을 선택하였으며, 윈도우층과 광흡수층 사이에서의 계면 특성을 개선시키기 위해 새로운 제2윈도우층을 도입한 것으로, 기존의 윈도우층을 제1윈도우층, 계면 특성 개선을 위한 새로운 윈도우층을 제2윈도우층이라고 한다.
상기 제1윈도우층은 상술한 바와 같이 윈도우층에서의 반사도를 낮추기 위한 물질을 선택하였으며, 바람직하게는 알루미늄을 포함하는 화합물 반도체를 사용한다.
즉, 알루미늄이 포함된 화합물 반도체는 일반적으로 광흡수층으로 사용되는 GaAs 물질보다 밴드갭이 커서 광흡수가 적게 일어나고 반사막과 최적화시 반사율을 낮출 수 있는 특성을 가지고 있다.
구체적으로는, 광흡수층으로는 GaAs 계열의 물질(GaAs, InGaAs, AlInGaAs)이 사용되며, 제1윈도우층으로는 AlInP, AlGaAs, AlAs, AlAsP 및 AlGaInP 중 어느 하나의 물질을 사용함으로써, 윈도우층에서의 광흡수율을 최소화하여 반사도를 최대한 낮추어 태양전지의 효율을 향상시키고자 한 것이다.
그리고, 상기 제2윈도우층은 상술한 바와 같이, 기존의 윈도우층과 광흡수층 사이의 계면 특성을 개선시키기 위한 물질을 선택하였으며, 바람직하게는 알루미늄을 포함하지 않는 화합물 반도체를 사용한다.
즉, 반사도를 최대한 낮추기 위해서 알루미늄이 포함된 화합물 반도체로 제1윈도우층을 사용하였으나, 알루미늄이 포함된 화합물 반도체의 경우 밴드갭이 커서 GaAs 계열의 광흡수층과의 계면 특성이 저하되게 되므로, 상기 제2윈도우층으로는 상기 제1윈도우층과는 달리 알루미늄을 포함하지 않는 화합물 반도체를 사용하는 것이다.
더욱 바람직하게는 상기 제1윈도우층의 밴드갭은 제2윈도우층의 밴드갭보다 상대적으로 크고, 제1윈도우층의 굴절율은 제2윈도우층의 굴절율보다 상대적으로 작은 물질을 사용하여, 윈도우층에서의 반사는 최소화시키고, 투과는 최대화시켜, 광흡수율을 향상시키도록 한다.
구체적으로는, 구체적으로는, 광흡수층으로는 GaAs 계열의 물질(GaAs, InGaAs, AlInGaAs)이 사용되며, 제2윈도우층으로는 알루미늄을 포함하지 않는 화합물 반도체로 GaInP를 사용한다.
여기에서, 상기 제2윈도우층의 밴드갭을 증가시키기 위해 부정형 성장법(pseudomorphic growth)을 사용하게 된다. 이는 제2윈도우층의 고유의 격자상수를 갖기 전에 기판 즉, 제1윈도우층의 격자 상수에 영향을 받을 수 있도록 성장시키는 방법으로, 제1윈도우층의 영향으로 밴드갭을 증가시킬 수 있도록 한 것이다.
상기 제2윈도우층이 제1윈도우층의 격자 상수에 영향을 받을 수 있는 영역까지를 제2윈도우층의 임계 두께라고 일반적으로 설명하지만, 본 발명에서는 이보다 높거나 낮아도 최소한 제1윈도우층에 가까운 쪽에는 부정형 성장이 되어 밴드갭이 증가되었으므로, 광흡수율을 떨어뜨리고 반사도를 낮출 수 있게 되어, 이 또한 태양전지의 효율을 향상시키게 되는 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 박막 태양전지에 대한 모식도로서, 기존의 태양전지 구조(편의상 캡층, 상부 전극, 기판, 하부 전극은 생략하였다.)에서, 윈도우층과 광흡수층 사이에서의 계면 특성을 개선시키기 위해 제2윈도우층을 도입한 것을 나타낸 것이다. 바람직한 실시예로 광흡수층은 GaAs, 제1윈도우층은 AlInP, 제2윈도우층은 GaInP를 사용하였다(AlInP/GaInP/GaAs).
도시된 바와 같이, 제2윈도우층의 도입으로 계면에서의 전자, 정공의 재결합률을 억제하여 계면 재결합 속도는 감소(1000cm/s 이하)하게 되며, 광흡수층과의 굴절율 차이도 적어 빛의 반사를 작게 할 뿐만 아니라, 제2윈도우층인 GaInP에서 약 650nm 이하의 단파장 빛을 흡수하는 특성이 있어, 기존의 구조(광흡수층으로 GaAs, 윈도우층으로 AlInP, AlInP/GaAs)에 비해 양자효율, 특히 단파장 영역에서의 양자효율의 증가 특성이 개선됨을 예상할 수 있다.
도 3은 도 2 및 기존의 태양전지 구조에 따른 양자효율 시뮬레이션 그래프를 나타낸 것으로서, 도 3(a)는 기존의 태양전지 구조(AlInP/GaAs)에 대한 것이고, 도 3(b)는 도 2에 따른 본 발명의 일실시예(AlInP/GaInP/GaAs)에 대한 것이다.
도시된 바와 같이, 기존 태양전지 구조에 대해 본 발명에 따른 태양전지의 경우 양자효율, 특히, 단파장에서의 양자효율이 개선됨을 확인할 수 있었다.
한편, 기존의 태양전지 구조에서 반사도 및 광흡수층과의 계면에서의 문제는 광흡수층 하측에 형성된 BSF층과도 발생하게 되며, 기존의 BSF층과 광흡수층 사이에 새로운 BSF층을 도입하였다.
상기 BSF층은, 상기 기판 상측에 형성되며, 알루미늄을 포함하는 화합물 반도체로 이루어진 제1BSF층과, 상기 제1BSF층과 상기 광흡수층 사이에 형성되며, 알루미늄을 포함하지 않는 화합물 반도체로 이루어진 제2BSF층으로 이루어진 것이다.
이에 의해 광흡수층에 비해 밴드갭은 큰 물질로 이루어진 제1BSF층을 구현하고, 제2BSF층은 광흡수층과의 계면에서의 특성 개선을 위해 제1BSF층보다는 밴드갭은 작은 물질을 선택하여 사용한다.
바람직하게는 상기 제1BSF층은, AlInP, AlGaAs, AlAs, AlAsP 및 AlGaInP 중 어느 하나를 사용하며, 상기 제2BSF층은, GaInP를 사용한다.
도 4는 본 발명의 효과를 설명하기 위한 박막 태양전지에 대한 모식도 및 이에 따른 양자효율 그래프를 나타낸 도로서, 기존의 태양전지 구조(편의상 캡층, 상부 전극, 기판, 하부 전극은 생략하였다.)에서, 광흡수층과 BSF층 사이에서의 계면 특성을 개선시키기 위해 제2BSF층을 도입한 것을 나타낸 것이다. 바람직한 실시예로 광흡수층은 GaAs, 제1BSF층은 AlInP, 제2BSF층은 GaInP를 사용하였다(GaAs/GaInP/AlInP).
도시된 바와 같이, 제2BSF층의 도입으로 계면에서의 전자, 정공 재결합을 억제하여 계면 재결합 속도는 감소(1000cm/s 이하)하게 되며, 기존의 구조(광흡수층으로 GaAs, BSF층으로 AlInP, GaAs/AlInP)에 비해 양자효율, 특히 장파장 영역에서의 양자효율의 증가 특성이 개선됨을 예상할 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막 태양전지에 대한 모식도 및 이에 따른 양자효율 그래프를 나타낸 것으로서, 상기 BSF층 하측에 반사판이 더 형성된 것과, 제2윈도우층 및 제2BSF층이 도입된 것을 나타내었다(AlInP/GaInP/GaAs/GaInP/AlInP).
상기 반사판은 윈도우층의 반대쪽 즉, BSF층 하측에 형성되어 광흡수율을 향상시키고자 사용한 것이다. 그러나, 반사된 빛이 이미터에서 흡수되어 캐리어가 늘어날 가능성이 있어, 윈도우층과 광흡수층 및 광흡수층과 BSF층 간의 계면 재결합 속도에 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 상기 제2BSF층은 광의 흡수효율을 높이기 위해 반사판을 도입한 경우에 계면 재결합 속도에 영향이 최소화되도록 한 것이다.
도시된 바와 같이, 반사판의 도입에도 불구하고, 제2윈도우층 및 제2BSF층의 형성에 의해 계면 재결합 속도는 감소(1000cm/s 이하)하게 되며, 기존의 구조(광흡수층으로 GaAs, BSF층 및 윈도우층으로 AlInP, AlInP/GaAs/AlInP)에 비해 양자효율이 전파장 영역에서 특성이 개선됨을 예상할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 계면 재결합 억제 박막 태양전지는 다중 접합 구조를 가지도록 하여, 태양전지의 효율을 더욱 향상시키도록 한다.
즉, 상이한 에너지 밴드갭을 갖는 복수의 서브셀들 또는 층들을 접합하여, 각각의 서브셀 또는 층은 다양한 파장대의 태양광을 흡수할 수 있도록 하여 태양전지의 효율을 향상시키는 것이다.
본 발명에서는 기본적으로, 본 발명에 따른 GaAs셀(GaAs 계열의 광흡수층, 제1윈도우층, 제2윈도우층, BSF층을 포함하는)이 바텀셀(bottom cell) 또는 탑셀(top cell) 중 하나로 구현되고, 그 상측 또는 하측에 기존의 다중 접합 태양전지를 구성하는 서브셀들 또는 층들이 접합되어 다중접합을 이루도록 한다. 여기에서, 각 셀 또는 층들 간에는 터널접합되도록 한다.
이와 같이 본 발명은 크게 윈도우층에서의 반사도를 낮추고, 광흡수율을 낮추며, 윈도우층과 광흡수층 간의 계면 특성을 개선시키기 위한 것으로서, 윈도우층과 광흡수층 사이에 새로운 제2윈도우층을 도입하였으며, 이러한 물성을 더욱 개선시키기 위해 밴드갭이 큰 물질을 사용하여 태양전지의 효율 특성을 더욱 개선시키고자 하였다.
즉, 윈도우층과 광흡수층 사이에 제2윈도우층을 형성함으로써 반사율을 낮추고, 계면 재결합 속도 특성을 개선하여 전류 손실을 막아 태양전지의 효율을 향상시킨 것이다.
또한, 태양전지의 효율을 향상시키기 위해 윈도우층에서의 반사도를 최대한 낮추기 위해서 GaAs 물질보다 밴드갭이 큰 물질을 선택하였으며, 이에 대응하여 제2윈도우층은 기존의 윈도우층에 비해 굴절률이 큰 물질을 선택하여 태양광이 최대한 반사되지 않도록 한 것이다.
또한, 본 발명은 기존의 BSF층과 광흡수층 사이에 제2BSF층을 형성함으로써, 빛이 재흡수되는 것을 막아 캐리어 농도를 조절할 수 있도록 하여, 반사판의 형성에도 계면 재결합 속도 특성에 영향을 미치지 않도록 하여 태양전지의 효율을 더욱 향상시키도록 한 것이다.
- 본 발명은 한국연구재단(NRF-2012M3A7B5049571)의 지원에 따른 연구성과물을 기반으로 이루어진 것이다.

Claims (12)

  1. 박막 태양전지에 있어서,
    GaAs 계열의 물질을 사용하는 광흡수층;
    상기 광흡수층 상측에 형성되며, 알루미늄을 포함하는 화합물 반도체로 이루어진 제1윈도우층;
    상기 제1윈도우층과 상기 광흡수층 사이에 형성되며, 알루미늄을 포함하지 않는 화합물 반도체로 이루어진 제2윈도우층; 및
    상기 광흡수층 하측에 형성되는 BSF층;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 계면 재결합 억제 박막 태양전지.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 광흡수층은,
    GaAs, InGaAs 및 AlInGaAs 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 계면 재결합 억제 박막 태양전지.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제1윈도우층은,
    AlInP, AlGaAs, AlAs, AlAsP 및 AlGaInP 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 계면 재결합 억제 박막 태양전지.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제2윈도우층은,
    GaInP로 이루어진 것을 특징으로 하는 계면 재결합 억제 박막 태양전지
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제1윈도우층의 밴드갭은 제2윈도우층의 밴드갭보다 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 계면 재결합 억제 박막 태양전지.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제2윈도우층의 밴드갭을 증가시키기 위해 부정형 성장법을 이용하는 것을 특징으로 하는 계면 재결합 억제 박막 태양전지.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제1윈도우층의 굴절율은 제2윈도우층의 굴절율보다 상대적으로 더 작은 것을 특징으로 하는 계면 재결합 억제 박막 태양전지.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 BSF층은,
    상기 기판 상측에 형성되며, 알루미늄을 포함하는 화합물 반도체로 이루어진 제1BSF층과,
    상기 제1BSF층과 상기 광흡수층 사이에 형성되며, 알루미늄을 포함하지 않는 화합물 반도체로 이루어진 제2BSF층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 계면 재결합 억제 박막 태양전지.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제1BSF층은,
    AlInP, AlGaAs, AlAs, AlAsP 및 AlGaInP 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 계면 재결합 억제 박막 태양전지.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 제2BSF층은,
    GaInP로 이루어진 것을 특징으로 하는 계면 재결합 억제 박막 태양전지.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 BSF층 하측에는 반사판이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 계면 재결합 억제 박막 태양전지.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 계면 재결합 억제 박막 태양전지는,
    다중 접합 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 계면 재결합 억제 박막 태양전지.
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