KR20160131591A - 태양전지의 비반사막 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 태양전지의 비반사막 제조방법은 (a) 준비된 기판에 ZnS 및 Al을 증착하여 씨드 층(Seed layer)을 형성하는 단계; (b) 씨드 층 표면을 표면처리 하는 단계; (c) ZnS와 Al층이 증착된 씨드 층 표면에 산화아연으로 이루어진 나노시트를 형성하는 단계; 및 (d) 씨드 층 표면 상부에 형성된 산화아연 나노시트에 MgF2를 증착하는 단계;를 포함하여, 산화아연 Seed 층 없이 ZnO 나노시트를 성장할 수 있는 효과가 있고, 산화아연 나노시트에 MgF2를 증착하여 태양전지의 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 태양전지의 비반사막 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초 미세 Al층을 제작하여 산화아연 나노시트를 제작 후 MgF2층을 증착하여 UV영역 빛을 흡수 증가를 위한 비반사막 밴드갭이 증가하여 태양전지의 높은 효율을 얻을 수 있는 태양전지의 비반사막 제조방법에 관한 것이다.
최근, 2차원 산화아연 나노시트 압전 에너지 발전 소자로서, 일면에 알루미늄이 증착된 플라스틱, 종이, 유리, 사파이어 등과 같은 기판을 제공 또는 일면에 알루미늄 호일이 부착된 플라스틱, 종이, 유리 등과 같은 기판, 알루미늄이 증착 또는 부착된 기판의 일면 상에 습식 성장된 산화아연 나노시트 및 일면에 금이 증착된 플라스틱 기판으로서, 금이 증착된 면이 상기 산화아연 나노시트와 접하도록 배치된, 일면에 금이 증착된 플라스틱 기판을 포함하는 2차원 산화아연 나노시트 압전 에너지 발전 소자가 연구되고 있다.
또한, 산소 플라즈마에 아연필름을 직접적으로 노출시킴으로써 아연필름을 산화아연 나노시트로 변환하는 산화아연 나노시트 제조방법이 연구되고 있다.
이러한 UV영역에서 비반사막 밴드갭이 증가에 있어 어려움이 있어 태양전지 적용에 어려움이 있다.
또한, 이러한 나노시트는 성장온도, 성장시간과 농도 등이 중요한 변수로 작용하기 때문에 적절한 조건을 잡아 태양전지에 적용하는데 어려움이 있다.
일반적으로 태양전지는, 외부에서 들어온 빛에 의해 태양전지의 반도체 내부에서 전자와 정공의 쌍이 생성되고, 이러한 전자와 정공의 쌍에서 pn 접합에서 발생한 전기장에 의해 전자는 n형 반도체로 이동하고 정공은 p형 반도체로 이동함으로써 전력을 생산한다.
그러나 이러한 종래의 솔라셀의 경우에는 태양전지에 태양광이 입사됨에 있어서 태양전지의 표면에 의해 태양광이 난반사되면서 태양전지의 내부로 입사되는 광량이 감소되어 태양광 발전효율이 저하되는 문제점이 있었다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 초 미세 Al층을 제작하여 산화아연 나노시트를 제작 후 MgF2층을 증착 후 UV영역 빛을 흡수 증가를 위한 비반사막 밴드갭이 증가하여 태양전지의 높은 효율을 얻을 수 있는 태양전지의 비반사막 제조방법의 제공을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 태양전지의 비반사막 제조방법은 (a) 준비된 기판에 ZnS 및 Al을 증착하여 씨드 층(Seed layer)을 형성하는 단계; (b) 상기 씨드 층 표면을 표면처리 하는 단계; (c) 상기 ZnS와 Al층이 증착된 상기 씨드 층 표면에 산화아연으로 이루어진 나노시트를 형성하는 단계; 및 (d) 상기 씨드 층 표면 상부에 형성된 상기 산화아연 나노시트에 MgF2를 증착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 태양전지의 비반사막 제조방법은 ZnS가 sputter공법에 의해 50nm 두께로 증착되고, Al가 Electron Beam Evaporation공법에 의해 0.5nm 두께로 증착되어 씨드 층이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양전지의 비반사막 제조방법은 산화아연 Seed 층 없이 ZnO 나노시트를 성장할 수 있는 효과가 있고, 또한 90도의 낮은 온도에서 ZnO 나노시트를 성장하며, 표면 상부에 형성된 산화아연 나노시트에 MgF2를 증착하여 태양전지의 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지의 비반사막 제조방법에 의해 제조된 태양전지의 비반사막,
도 2는 본 발명에 따른 산화아연 나노시트, 플루오린화 마그네슘층을 전자현미경으로 촬영한 도면,
도 3은 산화아연 나노시트와 산화아연 나노시트에 마크네슘층이 층착된 비반사막의 반도율을 비교한 특성 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 산화아연 나노와이어와 나노시트의 자외선 흡수도를 비교한 특성그래프,
도 5는 본 발명에 따른 산화아연 나노시트의 MgF2 증착 전·후 태양전지의 효율를 비교한 특성그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 산화아연 나노시트, 플루오린화 마그네슘층을 전자현미경으로 촬영한 도면,
도 3은 산화아연 나노시트와 산화아연 나노시트에 마크네슘층이 층착된 비반사막의 반도율을 비교한 특성 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 산화아연 나노와이어와 나노시트의 자외선 흡수도를 비교한 특성그래프,
도 5는 본 발명에 따른 산화아연 나노시트의 MgF2 증착 전·후 태양전지의 효율를 비교한 특성그래프이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지의 비반사막 제조방법에 의해 제조된 태양전지의 비반사막이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 산화아연 나노시트 제작 방법은 기판에 ZnS 및 Al을 증착하여 씨드 층(Seed layer:10)을 형성하는 단계를 수행한다(S10).
이때, 상기 'S10'단계에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 산화아연 나노시트 제작을 위한 씨드 층(Seed layer:10) 중, ZnS층은 진공 증착법 중 sputter공법을 이용하고, 초 미세 Al층은 진공 증착법 중 Electron Beam Evaporation공법을 이용하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 상기 ZnS층 증착 시 sputter 장비를 이용하여 50nm 증착(50W, 5mTorr, Ar 20sccm)하고, Al 증착 시 Electron beam evaporation 장비를 이용하여 0.5nm 증착하여 상기 씨드 층(10)을 형성한다.
이후 산화아연 나노시트(20)를 형성하기 위하여 상기 씨드 층(10) 표면을 표면처리 하는 단계를 수행한다(S20).
상기 표면처리는 유기물을 제거한 시편을 UV/오존 클린너(wavelength: 256nm, 28mW/Cm2)로 20분간 이루어진다.
상기 표면처리 단계(S20) 이후, 상기`S10`단계에서 ZnS와 Al층이 증착된 표면에 산화아연으로 이루어진 나노시트(20)를 형성하는 단계를 수행한다(S30).
즉, 상기 `S30`단계에서 소자를 오토클레이브에 투입하고 산화아연 형성용 수용액을 사용하여 수열합성법으로 상기 `S20`단계에서 표면처리된 상기 씨드 층(10) 표면에 산화아연으로 이루어진 나노 시트를 형성하는 단계가 수행된다.
이때, 상기 산화아연 나노시트는 직경 33nm~55nm인 것이 바람직하다.
또한 이때, 상기 오토클레이브의 산화아연 합성온도는 90℃인 것이 바람직하다.
또한, 상기 산화아연 형성용 수용액은 아연염과 헥사메틸렌테트라아민으로 구성되는 것이 바람직한데, 여기서 상기 아연염과 헥사메틸렌테트라아민의 몰 비율은 1:1인 것을 특징으로 한다.
특히 이때, 상기 아연염과 헥사메틸렌테트라아민 수용액의 몰 농도는 20mM인 것이 바람직하다.
상기 `S30`단계 이후, 상기 씨드 층(10) 표면 상부에 형성된 산화아연 나노시트(20)에 MgF2(30)를 증착하는 단계를 수행한다(S40).
즉, 상기 `S40`단계에서 형성된 나노시트 위에 sputter공법을 사용하여 MgF2(30)를 증착한다.
이때, 증착 시 파워, 압력과 가스 유량은 80W, 25mTorr와 아르곤 15sccm으로 맞춘 후 증착할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 산화아연 나노시트, 플루오린화 마그네슘층을 전자현미경으로 촬영한 도면이다.
도 2에 도시되 바와 같이 표면이 거칠게 형성되어 반사도가 감소함에 따라 태양전지의 비사막 역할이 증하가게 된다.
보다 명확히, 도 3에 도시되 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지의 비반사막 제조방법에 의해 제조된 비반사막에서 상기 나노시트(20)에 플루오린화 마그네슘(30)을 증착함에 따라 반사율이 현저하게 감소함을 확인할 수 있다.
즉, 상기 플루오린화 마그네슘(30)는 반사도가 감소하여 태양전지의 비반사막 역할이 증가한다.
참고로, 도 3은 산화아연 나노시트와 산화아연 나노시트에 마크네슘층이 층착된 비반사막의 반도율을 비교한 특성 그래프이다.
또한, 도 4는 본 발명에 따른 산화아연 나노와이어와 나노시트의 자외선 흡수도를 비교한 특성그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이 나노와이어보다 나노시트일 때 자외선 영역의 흡수도가 감소하며 밴드갭이 증가하여 태양전지의 비반사막 역할이 증가한다.
마지막으로, 도 5는 본 발명에 따른 산화아연 나노시트의 MgF2 증착 전·후 태양전지의 효율를 비교한 특성그래프이다.
본 발명에 따른 태양전지의 비반사막 제조방법으로 도 1과 같이 만들어진 나노시트의 MgF2 증착 후 태양전지 효율 측정 결과, 도 5에 도시된 바와 같이 나노시트 형성 전 (13.77%) 보다 나노시트 형성 후 (19.81%) 6.04% 증가함을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 하기에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 씨드 층
20 : 나노시트
30 : MgF2
20 : 나노시트
30 : MgF2
Claims (7)
- (a) 준비된 기판에 ZnS 및 Al을 증착하여 씨드 층(Seed layer:10)을 형성하는 단계;
(b) 상기 씨드 층(10) 표면을 표면처리 하는 단계;
(c) 상기 ZnS와 Al층이 증착된 상기 씨드 층(10) 표면에 산화아연으로 이루어진 나노시트(20)를 형성하는 단계; 및
(d) 상기 씨드 층(10) 표면 상부에 형성된 상기 산화아연 나노시트(20)에 MgF2(30)를 증착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 비반사막 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 ZnS가 sputter공법에 의해 50nm 두께로 증착되고, 상기 Al가 Electron Beam Evaporation공법에 의해 0.5nm 두께로 증착되어 씨드 층(10)이 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 비반사막 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 (b)단계에서,
상기 표면처리는
유기물이 제거된 상기 씨드 층(10) 시편을 UN/오존 크리너로 20분간 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 비반사막 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 (c)단계에서
표면 처리된 상기 씨드 층(10) 시편을 오토클레이브에 투입하고 산화아연 형성용 수용액을 사용하여 수열합성법으로 상기 나노시트(20)를 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 비반사막 제조방법.
- 제 4항에 있어서,
상기 산화아여 형성용 수용액은 아연염과 헥사메틸렌테트라아민으로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 비반사막 제조방법.
- 제 5항에 있어서,
상기 아연염과 헥사메틸렌테트라아민의 몰 비율은 1:1이고, 수용액의 몰 농도는 20mM인 것을 특징으로 하는 태양전지의 비반사막 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 MgF2(30)는 수열합성법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 비반사막 제조방법.
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| CN106601592A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-04-26 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种光透半导体材料及其制备方法 |
| CN106601592B (zh) * | 2016-12-22 | 2019-05-07 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种光透半导体材料及其制备方法 |
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