KR20170088753A - Solar cells using hybrid structure of graphene-silicon quantum dots and method of manufacturing the same - Google Patents
Solar cells using hybrid structure of graphene-silicon quantum dots and method of manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20170088753A KR20170088753A KR1020170002159A KR20170002159A KR20170088753A KR 20170088753 A KR20170088753 A KR 20170088753A KR 1020170002159 A KR1020170002159 A KR 1020170002159A KR 20170002159 A KR20170002159 A KR 20170002159A KR 20170088753 A KR20170088753 A KR 20170088753A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- graphene
- quantum dot
- silicon quantum
- hybrid structure
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 37
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 294
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 279
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 240
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 240
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 claims abstract description 230
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 112
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 claims abstract description 47
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 claims abstract description 33
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 80
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 47
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 46
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 46
- 229910003771 Gold(I) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 43
- FDWREHZXQUYJFJ-UHFFFAOYSA-M gold monochloride Chemical compound [Cl-].[Au+] FDWREHZXQUYJFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 43
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 41
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 41
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 claims description 32
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 18
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 17
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 11
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 355
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 24
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 19
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000002042 Silver nanowire Substances 0.000 description 16
- 230000008859 change Effects 0.000 description 16
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000010408 film Substances 0.000 description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 9
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 9
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 9
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 9
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 4
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XOJVVFBFDXDTEG-UHFFFAOYSA-N Norphytane Natural products CC(C)CCCC(C)CCCC(C)CCCC(C)C XOJVVFBFDXDTEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 2
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 2
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000001659 ion-beam spectroscopy Methods 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035209—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures
- H01L31/035218—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures the quantum structure being quantum dots
-
- C01B31/0438—
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/182—Graphene
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0236—Special surface textures
- H01L31/02366—Special surface textures of the substrate or of a layer on the substrate, e.g. textured ITO/glass substrate or superstrate, textured polymer layer on glass substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L31/0288—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table characterised by the doping material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
- H01L31/0392—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
- H01L31/1864—Annealing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof.
그래핀은 2차원의 탄소 나노물질로서 낮은 면저항, 높은 전기전도도, 높은 투과도 및 높은 기계적 강도로 인하여 플렉서블 디스플레이, 터치패널 등의 차세대 디스플레이 분야와 태양전지 등의 에너지 산업분야 및 스마트윈도우, RFID 등의 다양한 전자 산업분야에서 신소재로 활용도가 확대되고 있다.Graphene is a two-dimensional carbon nanomaterial, which has a low surface resistance, high electrical conductivity, high transmittance, and high mechanical strength. It can be used in the next generation display fields such as flexible displays and touch panels, It is being used as a new material in various electronics industries.
그래핀은 최근 수년간 기초적인 학문의 발전뿐만 아니라, 산업적인 기술을 성장시킬 수 있는 가능성 때문에 많은 관심을 받고 있다. 특히 최근에는 그래핀의 대면적 제작기법이 개발되면서 다양한 산업분야에 그 응용 가능성이 확대되고 있다.Graffin has received a lot of attention in recent years, not only for the advancement of basic science but also for the possibility of growing industrial technology. Especially in recent years, as graphene's large-area manufacturing technique has been developed, its applicability to various industrial fields is expanding.
그 중 산업전반에 널리 사용되고 있는 화학기상증착법(chemical vapor deposition, CVD)을 이용하여 제작한 그래핀은 대면적이면서도 높은 투과도 및 전기전도도를 가지기 때문에 투명전극으로서의 응용 가능성이 기대된다. 또한, 그래핀은 화학기상증착법 기반의 공정을 바탕으로 디스플레이, 트랜지스터 그리고 태양전지의 개발로 이어졌다.Among them, graphene produced by chemical vapor deposition (CVD), which is widely used in the industry, is expected to be used as a transparent electrode because it has a large area and high transmittance and electrical conductivity. Graphene also led to the development of displays, transistors and solar cells based on processes based on chemical vapor deposition.
최근에는 그래핀과 벌크(bulk) 실리콘의 융복합을 통한 태양전지의 가능성이 제안되었다. 그러나 벌크 실리콘은 밴드갭 에너지(bandgap energy)를 조절할 수 없기 때문에 그래핀과 접합하여 이상적인 소자의 성능을 발현하기 어려운 문제가 있었다.Recently, the possibility of solar cells through the fusion of graphene and bulk silicon has been proposed. However, since the bulk silicon can not control the bandgap energy, there is a problem that it is difficult to exhibit the performance of an ideal device by bonding with graphene.
실리콘의 밴드갭 에너지를 조절할 수 있으면서 그래핀의 전기적 특성까지 조절이 가능하다면 보다 우수하고 이상적인 태양전지의 제작이 가능할 것이다.If the bandgap energy of the silicon can be controlled and the electrical properties of the graphene can be controlled, a more excellent and ideal solar cell can be manufactured.
실리콘 양자점은 양자가둠효과(quantum confinement effect, QCE) 때문에 벌크 실리콘과는 달리 양자점의 크기를 조절함으로써 에너지의 밴드갭 조절이 가능하다.Unlike bulk silicon, silicon quantum dots can control the bandgap of energy by controlling the size of the quantum dots due to the quantum confinement effect (QCE).
특히, 실리콘 양자점을 이산화규소(SiO2) 안에 형성시킴으로써 실리콘 양자점을 공기 중에서 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 그래핀과 접합시 그래핀-실리콘 양자점 계면의 접촉특성을 향상시킬 수 있어 우수한 태양전지의 효율을 기대할 수 있다.In particular, silicon dioxide, the silicon quantum dots (SiO 2) It is possible not only to protect the silicon quantum dots in air but also to improve the contact characteristics of the graphene-silicon quantum dot interface at the time of bonding with graphene, so that an excellent solar cell efficiency can be expected.
한편, 지금까지 실리콘 양자점 태양전지의 전극은 금 또는 알루미늄 등의 금속이 사용되고 있어서 투명하지 않은 금속 전극에 의하여 일부분의 태양광이 차단되고 있다. 뿐만 아니라 금속 전극은 메쉬(mesh) 구조이기 때문에 태양광에 의하여 발생된 전하 운반자들(charge carriers)의 포획에서도 손실이 높아서 효율증대에 한계가 있다.On the other hand, up to now, a metal such as gold or aluminum has been used as an electrode of a silicon quantum dot solar cell, and a part of sunlight is blocked by a metal electrode which is not transparent. In addition, since the metal electrode has a mesh structure, the loss is also high in capturing charge carriers generated by the sunlight, which limits the efficiency increase.
이러한 문제점을 극복하고자 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명전극을 이용할 수 있으나, 단가가 높을 뿐만 아니라 광학적 및 전기적 특성 조절이 어려워서 태양전지의 효율을 극대화하는 것이 매우 어렵다.In order to overcome this problem, a transparent electrode such as ITO (Indium Tin Oxide) can be used, but it is difficult to maximize the efficiency of the solar cell because it is difficult to control the optical and electrical characteristics as well as the unit cost.
이에 반하여 그래핀은 전기전도도가 매우 우수할 뿐만 아니라 금속과 다른 투명전극 소재와 비교하여 투과도가 매우 우수하고, 일함수가 크기 때문에 실리콘 양자점과의 접촉특성을 높일 수 있으며, 그래핀을 도핑함으로써 일함수의 조절이 가능하여 태양전지와 접목하였을 때 그 효율을 극대화할 수 있다.On the other hand, graphene has a very high electrical conductivity and is very excellent in transmittance compared to metals and other transparent electrode materials. Because of its large work function, graphene can enhance the contact properties with silicon quantum dots, The function can be adjusted, and the efficiency can be maximized when the solar cell is combined with the solar cell.
본 발명의 실시예는 실리콘 양자점층 및 도핑된 그래핀층을 포함하는 하이브리드 구조를 갖는 태양전지 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a solar cell having a hybrid structure including a silicon quantum dot layer and a doped graphene layer, and a manufacturing method thereof.
또한, 본 발명의 실시예는 그래핀의 도핑 농도 조절을 통해 전기적 특성을 향상시킨 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.In addition, embodiments of the present invention provide a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure in which electrical characteristics are improved by controlling doping concentration of graphene, and a manufacturing method thereof.
또한, 본 발명의 실시예는 어닐링 처리를 통해 안정성 및 에너지 변환효율을 향상시킨 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.In addition, embodiments of the present invention provide a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure in which stability and energy conversion efficiency are improved through an annealing process, and a manufacturing method thereof.
또한, 본 발명의 실시예는 실리콘 양자점층, 도핑된 그래핀층 및 인캡슐레이션층을 포함하는 하이브리드 구조를 갖는 태양전지 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.Also, an embodiment of the present invention is to provide a solar cell having a hybrid structure including a silicon quantum dot layer, a doped graphene layer, and an encapsulation layer, and a manufacturing method thereof.
또한, 본 발명의 실시예는 실리콘 양자점층, 그래핀층 및 금속 나노와이어층을 포함하는 하이브리드 구조를 갖는 태양전지 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.Also, an embodiment of the present invention is to provide a solar cell having a hybrid structure including a silicon quantum dot layer, a graphene layer, and a metal nanowire layer, and a manufacturing method thereof.
본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지는, 실리콘 산화물층 내에 다수의 실리콘 양자점을 포함하는 실리콘 양자점층과, 상기 실리콘 양자점층 상에 형성된 도핑된 그래핀층과, 상기 도핑된 그래핀층 상에 형성되며 상기 도핑된 그래핀층을 캡슐화하는 인캡슐레이션층으로 구성되는 하이브리드 구조(hybrid structure); 및 상기 하이브리드 구조의 상하부에 형성된 전극을 포함한다.A solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention includes a silicon quantum dot layer including a plurality of silicon quantum dots in a silicon oxide layer, a doped graphene layer formed on the silicon quantum dot layer, A hybrid structure formed on the graphene layer and comprising an encapsulation layer encapsulating the doped graphene layer; And electrodes formed on the upper and lower portions of the hybrid structure.
상기 인캡슐레이션층은 그래핀으로 이루어질 수 있다.The encapsulation layer may comprise graphene.
상기 하이브리드 구조 및 상기 전극은 어닐링 처리될 수 있다.The hybrid structure and the electrode may be annealed.
상기 어닐링 처리는 450 ℃ 내지 550 ℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다.The annealing treatment may be performed at a temperature in the range of 450 ° C to 550 ° C.
상기 도핑된 그래핀층은 AuCl3, B, HNO3 및 RhCl3로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 도펀트로 도핑되어 형성될 수 있다.The doped graphene layer may be doped with any one of dopants selected from the group consisting of AuCl 3 , B, HNO 3, and RhCl 3 .
상기 도핑된 그래핀층은 150 ohm/sq 내지 500 ohm/sq 범위의 면저항을 가질 수 있다.The doped graphene layer may have a sheet resistance ranging from 150 ohm / sq to 500 ohm / sq.
본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지는, 실리콘 산화물층 내에 다수의 실리콘 양자점을 포함하는 실리콘 양자점층과, 상기 실리콘 양자점층 상에 그래핀층과, 상기 그래핀층 상에 형성된 금속 나노와이어층으로 구성되는 하이브리드 구조(hybrid structure); 및 상기 하이브리드 구조의 상하부에 형성된 전극을 포함한다.A solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to another embodiment of the present invention includes a silicon quantum dot layer including a plurality of silicon quantum dots in a silicon oxide layer, a graphene layer on the silicon quantum dot layer, A metal nanowire layer formed on the substrate; And electrodes formed on the upper and lower portions of the hybrid structure.
상기 금속 나노와이어층은 은 나노와이어로 이루어질 수 있다.The metal nanowire layer may be formed of silver nanowires.
본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지 제조방법은, 기판 상에 실리콘 산화물층 내에 다수의 실리콘 양자점을 포함하는 실리콘 양자점층을 형성하는 단계; 상기 실리콘 양자점층 상에 도핑된 그래핀층을 형성하는 단계; 상기 도핑된 그래핀층 상에 인캡슐레이션층을 형성하여 하이브리드 구조를 완성하는 단계; 및 상기 하이브리드 구조의 상하부에 전극을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention includes: forming a silicon quantum dot layer including a plurality of silicon quantum dots in a silicon oxide layer on a substrate; Forming a doped graphene layer on the silicon quantum dot layer; Forming an encapsulation layer on the doped graphene layer to complete the hybrid structure; And forming electrodes on upper and lower portions of the hybrid structure.
상기 인캡슐레이션층을 형성하는 단계는, 기재 상에 전도성 박막을 형성하는 단계; 및 상기 도핑된 그래핀층 상에 상기 전도성 박막을 전사시켜 인캡슐레이션층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The step of forming the encapsulation layer includes: forming a conductive thin film on a substrate; And transferring the conductive thin film on the doped graphene layer to form an encapsulation layer.
상기 실리콘 양자점층을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 실리콘 산화물(SiO2) 박막 및 붕소(B)가 도핑된 실리콘 아산화물(SiOx) 박막을 교대로 적층하여 다층 구조의 시료를 제조하는 단계; 및 상기 시료를 어닐링 처리하여 실리콘 산화물층 내에 다수의 실리콘 양자점이 일정하게 분포하는 상기 실리콘 양자점층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The step of forming the silicon quantum dot layer may include alternately laminating a silicon oxide (SiO 2 ) thin film and a silicon oxynitride (SiO x ) thin film doped with boron (B) on the substrate to produce a multilayered sample ; And annealing the sample to form the silicon quantum dot layer having a plurality of silicon quantum dots distributed uniformly in the silicon oxide layer.
상기 도핑된 그래핀층을 형성하는 단계는, 화학기상증착법에 의하여 탄소 함유 혼합 가스를 촉매층과 반응시켜 상기 촉매층 상에 그래핀 박막을 형성하는 단계; 상기 실리콘 양자점층 상에 상기 그래핀 박막을 전사시키고 어닐링 처리하여 그래핀층을 형성하는 단계; 및 상기 그래핀층 상에 AuCl3를 포함하는 용액을 스핀 코팅하고 어닐링 처리하여 상기 도핑된 그래핀층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the doped graphene layer may include forming a graphene thin film on the catalyst layer by reacting a carbon-containing mixed gas with a catalyst layer by chemical vapor deposition; Transferring the graphene thin film onto the silicon quantum dot layer and annealing to form a graphene layer; And spin coating a solution containing AuCl 3 on the graphene layer and annealing to form the doped graphene layer.
본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지 제조방법은, 상기 하이브리드 구조의 상하부에 전극을 형성하는 단계 후, 상기 전극이 형성된 하이브리드 구조에 대하여 어닐링 처리를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다,A method of manufacturing a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention includes the steps of forming an electrode on upper and lower portions of the hybrid structure, and performing an annealing process on the hybrid structure in which the electrode is formed You can include,
상기 어닐링 처리는 450 ℃ 내지 550 ℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다.The annealing treatment may be performed at a temperature in the range of 450 ° C to 550 ° C.
본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지 제조방법은, 기판 상에 실리콘 산화물층 내에 다수의 실리콘 양자점을 포함하는 실리콘 양자점층을 형성하는 단계; 상기 실리콘 양자점층 상에 그래핀층을 형성하는 단계; 상기 그래핀층 상에 금속 나노와이어층을 형성하여 하이브리드 구조를 완성하는 단계; 및 상기 하이브리드 구조의 상하부에 전극을 형성하는 단계를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure, comprising: forming a silicon quantum dot layer including a plurality of silicon quantum dots in a silicon oxide layer on a substrate; Forming a graphene layer on the silicon quantum dot layer; Forming a metal nanowire layer on the graphene layer to complete a hybrid structure; And forming electrodes on upper and lower portions of the hybrid structure.
본 발명의 실시예에 따르면, 실리콘 양자점층 및 도핑된 그래핀층을 포함하는 하이브리드 구조를 갖는 태양전지를 제조할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, a solar cell having a hybrid structure including a silicon quantum dot layer and a doped graphene layer can be manufactured.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 그래핀의 도핑 농도 조절을 통해 전기적 특성이 향상된 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지를 제조할 수 있다.Also, according to embodiments of the present invention, a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure with improved electrical characteristics can be manufactured by controlling the doping concentration of graphene.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 태양전지의 어닐링 처리를 통해 안정성 및 에너지 변환효율이 향상된 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지를 제조할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure with improved stability and energy conversion efficiency can be manufactured through an annealing process of a solar cell.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 실리콘 양자점층, 도핑된 그래핀층 및 인캡슐레이션층을 포함하여, 에너지 변환효율이 향상된 하이브리드 구조를 갖는 태양전지를 제조할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, a solar cell having a hybrid structure with improved energy conversion efficiency including a silicon quantum dot layer, a doped graphene layer, and an encapsulation layer can be manufactured.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 실리콘 양자점층, 그래핀층 및 금속 나노와이어층을 포함하여 에너지 변환효율이 향상된 하이브리드 구조를 갖는 태양전지를 제조할 수 있다.Further, according to the embodiment of the present invention, a solar cell having a hybrid structure with improved energy conversion efficiency including a silicon quantum dot layer, a graphene layer, and a metal nanowire layer can be manufactured.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 단면도를 도시한 것이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 제조과정을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 제조방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지에 대한 그래핀의 도핑 농도에 따른 라만 스펙트럼 특성을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지에 대한 그래핀의 도핑 농도에 따른 그래핀의 면저항을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지에 대한 그래핀의 도핑 농도에 따른 그래핀의 투과도를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 어닐링 처리 온도에 따른 태양전지의 특성 변화를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(도핑된 그래핀층-실리콘 양자점층 하이브리드 구조)에 대한 그래핀의 도핑 농도에 따른 태양전지의 특성 변화를 도시한 것이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 도핑된 그래핀과 실리콘 양자점의 띠구조 및 메커니즘을 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 단면도를 도시한 것이다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 제조과정을 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 제조방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(인캡슐레이션층-도핑된 그래핀층-실리콘 양자점층 하이브리드 구조)에 대한 그래핀의 도핑 농도에 따른 태양전지의 특성 변화를 도시한 것이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 단면도를 도시한 것이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 제조방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(금속 나노와이어층-그래핀층-실리콘 양자점층 하이브리드 구조)에 대한 금속 나노와이어층의 농도에 따른 태양전지의 특성 변화를 도시한 것이다.1 is a cross-sectional view of a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A to 2G show a manufacturing process of a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 4A to 4C show Raman spectrum characteristics according to the doping concentration of graphene in a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the sheet resistance of graphene according to the doping concentration of graphene in a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the transmittance of graphene according to the doping concentration of graphene in a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph illustrating a change in characteristics of a solar cell according to an annealing process temperature of a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing a change in characteristics of a solar cell according to doping concentration of graphene on a graphene-silicon quantum dot hybrid structure solar cell (doped graphene layer-silicon quantum dot layer hybrid structure) according to an embodiment of the present invention .
FIGS. 9A and 9B illustrate a band structure and a mechanism of doped graphene and silicon quantum dots of a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view of a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to another embodiment of the present invention.
11A to 11C illustrate a manufacturing process of a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to another embodiment of the present invention.
12 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to another embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a graph showing the dependence of doping concentration of graphene on the graphene-silicon quantum dot hybrid structure solar cell (encapsulation layer-doped graphene layer-silicon quantum dot layer hybrid structure) according to another embodiment of the present invention. And the characteristics change.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to another embodiment of the present invention.
15 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to another embodiment of the present invention.
16 is a graph showing the relationship between the concentration of the metal nanowire layer on the graphene-silicon quantum dot hybrid structure solar cell (metal nanowire layer-graphene layer-silicon quantum dot layer hybrid structure) according to another embodiment of the present invention, And the characteristics change.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and accompanying drawings, but the present invention is not limited to or limited by the embodiments.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification.
본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terms " comprises "and / or" comprising ", as used herein, mean that a component, step, operation and / And does not exclude the presence or addition thereof.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, the terms "embodiment," "example," "side," "example," etc., are to be construed as advantageous or advantageous over any other aspect or design It does not.
또한, "또는"이라는 용어는 배타적 논리합 "exclusive or"이기보다는 포함적인 논리합 "inclusive or"를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, "x가 a 또는 b를 이용한다"라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.Also, the term "or" means inclusive or inclusive rather than exclusive or. That is, unless expressly stated otherwise or clear from the context, the expression "x uses a or b" means any of the natural inclusive permutations.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은 달리 언급하지 않는 한, 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Also, the phrase "a" or "an ", as used in the specification and claims, unless the context clearly dictates otherwise, or to the singular form, .
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.The terms used in the following description are chosen to be generic and universal in the art to which they are related, but other terms may exist depending on the development and / or change in technology, customs, preferences of the technician, and the like. Accordingly, the terminology used in the following description should not be construed as limiting the technical thought, but should be understood in the exemplary language used to describe the embodiments.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.Also, in certain cases, there may be a term chosen arbitrarily by the applicant, in which case the detailed description of the meaning will be given in the corresponding description section. Therefore, the term used in the following description should be understood based on the meaning of the term, not the name of a simple term, and the contents throughout the specification.
또한, 막, 층, 영역, 구성 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.It will also be understood that when an element such as a film, layer, region, configuration, etc. is referred to as being "on" or "on" another element, And the like.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.The terminology used herein is a term used to properly describe an embodiment of the present invention, which may vary depending on the user, intent of the operator, or custom in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification.
이하에서는 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지를 설명하기로 한다.Hereinafter, a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 단면도를 도시한 것이다.1 is a cross-sectional view of a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(100)는 실리콘 산화물층(120) 내에 다수의 실리콘 양자점(130)을 포함하는 실리콘 양자점층(140)과, 실리콘 양자점층(140) 상에 형성된 도핑된 그래핀층(150)으로 구성되는 하이브리드 구조(hybrid structure)(160) 및 하이브리드 구조(160)의 상하부에 형성된 전극(170, 170')을 포함한다.1, a
그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(100)는 하이브리드 구조(160) 및 전극(170, 170')은 어닐링 처리되는 것을 특징으로 하는데, 450 ℃ 내지 550 ℃ 범위의 온도에서 어닐링 처리될 수 있다.The
그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(100)는 도핑된 그래핀층(150)이 AuCl3, B, HNO3 및 RhCl3으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 도펀트로 도핑되어 형성될 수 있고, 150 ohm/sq 내지 500 ohm/sq 범위의 면저항을 가질 수 있다.The
그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(100)는 기판(110)을 더 포함할 수 있다. 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(100)는 하이브리드 구조(160)가 기판(110) 상에 형성될 수 있고, 전극(170, 170')은 하이브리드 구조(160)의 상부 및 하이브리드 구조(160)가 형성된 기판(110)의 하부에 각각 형성될 수 있다.The
이하, 도 2a 내지 도 2g를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 제조과정을 설명하기로 한다.Hereinafter, a manufacturing process of a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 2G.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 제조과정을 도시한 것이다.FIGS. 2A to 2G show a manufacturing process of a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention.
도 1에서 전술한 바와 같이, 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(100)는 실리콘 양자점층(140)을 포함하고, 실리콘 양자점층(140)은 실리콘 산화물층(120) 및 실리콘 산화물층(120) 내에 형성된 다수의 실리콘 양자점(130)을 포함한다.1, the
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 제조방법은, 기판(110) 상에 실리콘 양자점층(140)을 형성하는 단계를 포함한다. 여기서, 실리콘 양자점층(140)은 실리콘 산화물층(120) 내에 다수의 실리콘 양자점(130)을 포함한다.2A to 2C, a method of manufacturing a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention includes forming a silicon
구체적으로, 기판(110) 상에 실리콘 양자점층(140)을 형성하는 단계는, 기판을 준비하는 단계(도 2a 참조), 기판(110) 상에 실리콘 산화물(SiO2) 박막(121) 및 붕소(B)가 도핑된 실리콘 아산화물(suboxide, SiOx) 박막(122)을 교대로 적층하여 다층 구조의 시료를 제조하는 단계(도 2b 참조) 및 상기 시료를 어닐링 처리(미도시)하여 실리콘 산화물층(120) 내에 다수의 실리콘 양자점(130)이 일정하게 분포하는 실리콘 양자점층(140)을 형성하는 단계(도 2c 참조)를 포함할 수 있다.Specifically, the step of forming the silicon
상기에서, 도핑된 실리콘 아산화물(SiOx) 박막(122)의 도펀트(dopant)로서 붕소(B)를 사용하는 것을 개시하고 있으나, 붕소(B) 이외의 다른 물질을 사용 가능함은 물론이다. 일례로, 도핑된 실리콘 아산화물(SiOx) 박막(122)은 붕소(B), 갈륨(Ga) 또는 인듐(In)으로 도핑된 실리콘 아산화물(SiOx) 박막(122)일 수 있다.Although boron (B) is used as a dopant of the doped silicon oxide (SiO x )
실시예에 따라, 기판(110) 상에 실리콘 양자점층(140)을 형성하는 단계는, 기판(110) 상에 실리콘 산화물(SiO2) 박막(121) 및 붕소(B)가 도핑된 실리콘 아산화물(SiOx) 박막(122)을 교대로 적층하여 다층 구조의 시료를 제조한 후, 상기 제조된 다층 구조의 시료를 열처리하여 실리콘 산화물층(120) 내에 다수의 실리콘 양자점(130)을 포함하는 실리콘 양자점층(140) 형성하는 단계일 수 있다.The step of forming the silicon
예를 들어, 실리콘 양자점층(140)은 이온빔 스퍼터링 증착법을 이용하여 기판(110) 상에 2 ㎚의 실리콘 산화물(SiO2) 박막(121) 및 2 ㎚의 붕소(B)가 도핑된 실리콘 아산화물(SiOx) 박막(122)을 선정된 주기로 교대로 증착한 후, 1,000 ℃ 내지 1,200 ℃의 질소 분위기하에서 10분 내지 30분 동안의 급속 열처리를 통해 형성될 수 있다.For example, the silicon
이 경우, 2 ㎚의 실리콘 산화물(SiO2) 박막(121) 및 2 ㎚의 붕소(B)가 도핑된 실리콘 아산화물(SiOx) 박막(122)은 반복 주기를 25회로 하여 100 ㎚ 두께로 증착될 수 있고, 실리콘 아산화물(SiOx) 박막(122)의 x는 0.8 내지 1.6의 값을 갖도록 제어될 수 있으며, 상기 x의 값에 대응하여 상기 실리콘 양자점의 크기가 조절될 수 있다. 또한, 상기 x값은 X선 광전자 분광기(XPS)를 사용하여 조절될 수 있다.In this case, the silicon oxide (SiO x )
도 1에서 전술한 바와 같이, 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(100)는 실리콘 양자점층(140) 상에 형성된 도핑된 그래핀층(150)을 포함한다. 즉, 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(100)에 포함되는 하이브리드 구조(160)는 실리콘 양자점층(140) 및 도핑된 그래핀층(150)으로 구성된다.1, the
도핑된 그래핀(150)은 촉매층을 탄소 함유 혼합 가스와 반응시켜 상기 촉매층 상에 화학기상증착 방식으로 증착되어 형성된 그래핀 박막(151)에, 도핑 농도가 조절된 것일 수 있다. 이하에서는 도핑된 그래핀(150)의 제조방법을 보다 상세히 설명하기로 한다.The doped
도 2d 및 도 2e를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 제조방법은, 실리콘 양자점층(140) 상에 도핑된 그래핀층(150)을 형성하여 하이브리드 구조(160)를 형성하는 단계를 포함한다.Referring to FIGS. 2d and 2e, a method of manufacturing a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention includes forming a doped
구체적으로, 실리콘 양자점층(140) 상에 도핑된 그래핀층(150)을 형성하여 하이브리드 구조(160)를 형성하는 단계는, 화학기상증착법에 의하여 탄소 함유 혼합 가스를 촉매층과 반응시켜 상기 촉매층 상에 그래핀 박막을 형성하는 단계(미도시), 실리콘 양자점층(140) 상에 형성된 그래핀 박막(151)을 전사(transfer)시켜 그래핀층(152)을 형성하고 어닐링 처리하는 단계(도 2d 참조) 및 그래핀층(152) 상에 AuCl3를 포함하는 용액을 스핀 코팅하고 어닐링 처리하여 도핑된 그래핀층(150)을 형성하는 단계(도 2e 참조)를 포함할 수 있다.Specifically, the step of forming the doped
실시예에 따라, 상기 화학기상증착법에 의하여 탄소 함유 혼합 가스를 촉매층과 반응시켜 상기 촉매층 상에 그래핀 박막을 형성하는 단계에서, 기재 상에 촉매층으로 활용할 금속(예, 구리 또는 니켈)을 증착하고, 고온에서 메탄 및 수소의 혼합 가스와 상기 촉매층을 반응시켜 적절한 양의 탄소가 상기 촉매층에 녹아 들어가거나 흡착되도록 한 후 냉각을 하여, 상기 촉매층에 포함되어 있던 탄소 원자들이 상기 촉매층의 표면에서 결정화된 그래핀 결정 구조를 형성함으로써 그래핀 박막을 형성할 수 있다. 이후, 상기 촉매층을 제거하여 상기 기재로부터 분리시켜 분리된(형성된) 그래핀 박막(151)을 제조할 수 있다.According to the embodiment, in the step of forming the graphene thin film on the catalyst layer by reacting the carbon-containing mixed gas with the catalyst layer by the chemical vapor deposition method, a metal (for example, copper or nickel) to be used as a catalyst layer is deposited on the substrate , A method of reacting a mixed gas of methane and hydrogen at a high temperature with the catalyst layer to allow an appropriate amount of carbon to be dissolved or adsorbed in the catalyst layer and then cooling the carbon layer to allow the carbon atoms contained in the catalyst layer to be crystallized A graphene thin film can be formed by forming a graphene crystal structure. Thereafter, the catalyst layer is removed and separated from the substrate to form a separated (formed) graphene
상기 촉매층 상에 그래핀 박막을 형성하는 단계 이후, 실리콘 양자점층(140) 상에 형성된 그래핀 박막(151)을 전사시켜 그래핀층(152)을 형성하는 단계에서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 기재로부터 분리되어 형성된 그래핀 박막(151)을 실리콘 양자점층(140) 상에 전사시키고 어닐링 처리하여 그래핀층(152)을 형성할 수 있다.In the step of forming the
예를 들어, 상기 그래핀 박막의 제조방법에서, 촉매층으로서 70 ㎛의 구리 호일(Cu foil)을 석영관(quartz tube) 내의 기재 상에 올린 후, 메탄 가스의 유량을 10 sccm 내지 30 sccm으로 변화시키고, 수소 가스를 10 sccm, 공정압력을 3 mTorr로 고정하여 그래핀 박막을 합성하였다.For example, in the above-described method for producing a graphene thin film, a copper foil having a thickness of 70 mu m is placed on a substrate in a quartz tube as a catalyst layer, and then the flow rate of methane gas is changed from 10 sccm to 30 sccm The hydrogen gas was fixed at 10 sccm and the process pressure was set at 3 mTorr to synthesize a graphene thin film.
이후, PMMA(Polymethyl methacrylate, 폴리메타크릴산메틸)를 합성된 그래핀 박막 상에 스핀 코팅하였다. PMMA 코팅은 과황산암모늄(ammonium persulfate) 용액을 사용하여 구리 호일을 제거할 때 그래핀 박막을 고정시키는 역할을 한다.Then, PMMA (polymethyl methacrylate) was spin coated on the synthesized graphene thin film. The PMMA coating is used to immobilize the graphene film when the copper foil is removed using an ammonium persulfate solution.
상기 과황산암모늄 용액을 사용하여 구리 호일을 제거한 후, 그래핀 박막 상에 잔존하는 과황산암모늄 용액을 초순수(DI water)로 세척하고, 세척된 그래핀 박막을 실리콘 양자점층(140) 상에 전사시켰다.After the copper foil was removed using the ammonium persulfate solution, the ammonium persulfate solution remaining on the graphene thin film was washed with DI water, and the washed graphene film was transferred onto the silicon
합성 및 세척된 그래핀 박막을 실리콘 양자점층(140) 상에 전사시킨 후 수분 등을 제거하기 위하여 예를 들어, 50 ℃ 내지 100 ℃에서 3시간 내지 5시간 동안 어닐링 처리하였다.The synthesized and washed graphene thin film was transferred onto the silicon
이후, 실리콘 양자점층(140) 및 전사된 그래핀 박막 사이의 접촉력(결합력)을 높이기 위하여 예를 들어, 150 ℃ 내지 200 ℃에서 3시간 내지 4시간 동안 추가로 어닐링 처리하여 그래핀층(152)을 형성하였다.Thereafter, the
상기 실리콘 양자점층(140) 상에 그래핀층(152)을 형성하는 단계 이후, 그래핀층(152) 상에 AuCl3를 포함하는 용액을 스핀 코팅하고 어닐링 처리하여 도핑된 그래핀층(150)을 형성할 수 있다(도 2e 참조).After the
도핑된 그래핀층(150)은 p형 또는 n형 도핑 용액을 그래핀층(152) 상에 스핀 코팅한 후 어닐링 처리하여 제조될 수 있다.The doped
상기에서, 도핑 용액은 p형 도핑 용액으로서 AuCl3를 포함하는 용액을 사용함을 개시하고 있으나, AuCl3 이외의 다른 물질을 포함하는 용액을 사용 가능함은 물론이다. 일례로, 도핑 용액은 AuCl3, B, HNO3 및 RhCl3의 도펀트를 포함할 수 있고, 그래핀층(152)는 상기 도핑 용액에 의해 AuCl3, B, HNO3 및 RhCl3으로 도핑될 수 있다.Although it has been disclosed that the doping solution uses a solution containing AuCl 3 as a p-type doping solution, it is needless to say that a solution containing a substance other than AuCl 3 can be used. For example, the doping solution may include a dopant of AuCl 3 , B, HNO 3, and RhCl 3 , and the
예를 들어, 도핑된 그래핀층(150)은 실리콘 양자점층(140) 상에 전사시켜 형성된 그래핀층(152) 상에 1.0 mM 내지 30 mM의 농도를 갖는 AuCl3를 스핀 코팅하고, 90 ℃ 내지 110 ℃의 온도에서 10분간 어닐링 처리하여 제조될 수 있다.For example, the doped
도핑된 그래핀층(150)의 도핑 농도는 AuCl3의 농도를 조절하여 제어할 수 있다. 예를 들어, 도핑 용액 내의 AuCl3의 농도는 1.0 mM 내지 30 mM의 범위일 수 있고, 바람직하게는 1.0 mM 내지 20 mM의 범위일 수 있으며, 보다 바람직하게는 1.0 mM 내지 10 mM의 범위일 수 있다.The doping concentration of the doped
도 1에서 전술한 바와 같이, 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(100)는 하이브리드 구조(160)의 상하부에 형성된 전극(170, 170')을 포함한다.As described above with reference to FIG. 1, the
도 2f를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 제조방법은, 하이브리드 구조(160)의 상하부에 전극(170, 170')을 형성하는 단계를 포함한다.Referring to FIG. 2F, a method of manufacturing a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention includes forming
구체적으로, 하이브리드 구조(160)의 상하부에 전극(170, 170')을 형성하는 단계는, 도 2a 내지 도 2e의 제조 과정을 통해 형성된 기판 상의 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조(160)의 상하부에 전극(170, 170')을 형성하는 단계이다.More specifically, the step of forming the
전극(170, 170')은 예를 들어, 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 또는 금(Au)과 같은 단일 금속을 이용하거나 크롬(Cr) 및 금(Au)이 순차적으로 증착된 다중 금속을 이용하여 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조(160)의 상하부에 형성할 수 있다.The
상게하게는, 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(100)는 기판(110)을 더 포함할 수 있어, 하이브리드 구조(160)가 기판(110) 상에 형성될 수 있고, 이에 따라 전극(170, 170')은 하이브리드 구조(160)의 상부 및 하이브리드 구조(160)가 형성된 기판(110)의 하부에 각각 형성될 수 있다.The
본 발명의 일 측에 따르면, 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 도핑된 그래핀층(150)은 태양광(빛)에 의한 전자 및 전공의 생성을 균일하게 하여 전류의 퍼짐을 원활하게 하므로 스프레딩 전극(spreading electrode)의 역할을 할 수 있다. 따라서, 스프레딩 전극의 역할을 할 수 있는 도핑된 그래핀층(150)의 존재로 인해, 하이브리드 구조(160)의 상부, 즉 도핑된 그래핀층(150)의 상부에 형성된 전극(170')을 보다 적은 밀도로 형성할 수 있다.According to one aspect of the present invention, a doped
전극(170')이 금속으로 이루어질 경우, 투명하지 않은 금속 전극이 태양광을 일부 차단하여 태양전지의 효율이 낮아지는 문제점이 있으나, 본 발명의 일 측에 따르면 도핑된 그래핀층(150)이 스프레딩 전극의 역할을 하기 때문에 금속 전극(170')을 보다 적은 밀도로 형성할 수 있어, 태양광이 차단되는 면적을 감소시켜 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다. When the electrode 170 'is made of metal, the non-transparent metal electrode partially blocks the sunlight to lower the efficiency of the solar cell. However, according to one aspect of the present invention, The metal electrode 170 'can be formed with a smaller density because it serves as a reading electrode, thereby reducing the area where solar light is blocked, thereby improving the efficiency of the solar cell.
도 1에서 전술한 바와 같이, 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(100)는 하이브리드 구조(160) 및 전극(170, 170')이 어닐링 처리되는 것을 특징으로 한다.1, the
도 2g를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 제조방법은, 전극(170, 170')이 형성된 하이브리드 구조(160)에 대하여 어닐링 처리를 수행하는 단계를 포함한다.Referring to FIG. 2G, a method for fabricating a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention includes the steps of: performing an annealing process on a
도 2g에 도시된 바와 같이, 전극(170, 170')이 형성된 하이브리드 구조(160)에 대하여 어닐링 처리를 수행할 경우, 전극(170')과 도핑된 그래핀층(150) 사이, 도핑된 그래핀층(150)과 실리콘 양자점층(140) 사이 등의 각 층 간의 접촉 특성을 향상시켜 전류의 흐름을 원활하게 하여 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.As shown in FIG. 2G, when the annealing process is performed on the
상기 어닐링 처리는 450 ℃ 내지 550 ℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 500 ℃ 내지 550 ℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있으며, 보다 바람직하게는 540 ℃에서 수행될 수 있다. 상기 어닐링 처리의 온도가 450 ℃ 미만일 시에는 태양전지의 각 층 간의 접촉 특성을 변화시키기에는 불충분할 수 있고, 550 ℃ 초과일 시에는 태양전지를 구성하는 물질들이 화학적 변형을 일으킬 가능성이 있다.The annealing treatment may be performed at a temperature ranging from 450 ° C to 550 ° C, preferably at a temperature ranging from 500 ° C to 550 ° C, and more preferably at 540 ° C. If the annealing temperature is lower than 450 ° C, it may be insufficient to change the contact characteristics between the layers of the solar cell. If the annealing temperature exceeds 550 ° C, the materials constituting the solar cell may be chemically deformed.
또한, 상기 어닐링 처리는 5분 내지 120분 동안 수행될 수 있고, 바람직하게는 10분 내지 60분 동안 수행될 수 있으며, 보다 바람직하게는 20분 내지 40분 간 수행될 수 있고, 급속열처리 방법을 사용할 수 있다. 상기 어닐링 처리의 시간이 5분 미만일 시에는 태양전지의 각 층 간의 접촉 특성을 변화시키기에는 불충분할 수 있고, 120분 초과일 시에는 태양전지를 구성하는 물질들이 화학적 변형을 일으킬 가능성이 있으며 불충분할 정도로 많은 시간이 소요된다.Further, the annealing treatment may be performed for 5 to 120 minutes, preferably 10 to 60 minutes, more preferably 20 to 40 minutes, and the rapid thermal annealing method Can be used. If the annealing time is less than 5 minutes, it may be insufficient to change the contact characteristics between the respective layers of the solar cell. If the annealing time exceeds 120 minutes, the materials constituting the solar cell may be chemically deformed and insufficient It takes a lot of time.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 제조방법의 흐름도를 도시한 것이다.FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 단계 S110에서는 기판 상에 실리콘 산화물층 내에 다수의 실리콘 양자점을 포함하는 실리콘 양자점층을 형성한다.Referring to FIG. 3, in step S110, a silicon quantum dot layer including a plurality of silicon quantum dots is formed in a silicon oxide layer on a substrate.
단계 S110은, 상기 기판 상에 실리콘 산화물(SiO2) 박막 및 붕소(B)가 도핑된 실리콘 아산화물(SiOx) 박막을 교대로 적층하여 다층 구조의 시료를 제조하는 단계 및 상기 시료를 어닐링 처리하여 실리콘 산화물층 내에 다수의 실리콘 양자점이 일정하게 분포하는 상기 실리콘 양자점층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Step S110 is a step of alternately laminating a silicon oxide (SiO 2 ) thin film and a silicon oxynitride (SiO x ) thin film doped with boron (B) on the substrate to produce a multilayered sample, And forming the silicon quantum dot layer in which a plurality of silicon quantum dots are uniformly distributed in the silicon oxide layer.
단계 S120에서는 상기 실리콘 양자점층 상에 도핑된 그래핀층을 형성하여 하이브리드 구조를 형성한다.In step S120, a doped graphene layer is formed on the silicon quantum dot layer to form a hybrid structure.
단계 S120은, 화학기상증착법에 의하여 탄소 함유 혼합 가스를 촉매층과 반응시켜 상기 촉매층 상에 그래핀 박막을 형성하는 단계, 상기 실리콘 양자점층 상에 상기 형성된 그래핀 박막을 전사시키고 어닐링 처리하여 그래핀층을 형성하는 단계 및 상기 그래핀층 상에 AuCl3를 포함하는 용액을 스핀 코팅하고 어닐링 처리하여 상기 도핑된 그래핀층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Step S120 includes the steps of: forming a graphene thin film on the catalyst layer by reacting a carbon-containing mixed gas with a catalyst layer by a chemical vapor deposition method; transferring the formed graphene thin film to the silicon quantum dot layer and annealing to form a graphene layer And a step of spin-coating and annealing the solution containing AuCl 3 on the graphene layer to form the doped graphene layer.
단계 S130에서는 상기 하이브리드 구조의 상하부에 전극을 형성한다.In step S130, electrodes are formed on the upper and lower portions of the hybrid structure.
단계 S140에서는 상기 전극이 형성된 하이브리드 구조에 대하여 어닐링 처리를 수행한다.In step S140, an annealing process is performed on the hybrid structure in which the electrodes are formed.
단계 S140은, 상기 어닐링 처리가 450 ℃ 내지 550 ℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다.In step S140, the annealing process may be performed at a temperature in the range of 450 ° C to 550 ° C.
이하에서는 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지에 대한 그래핀의 도핑 농도에 따른 라만 스펙트럼 특성을 설명하기로 한다.Hereinafter, characteristics of the Raman spectrum according to the doping concentration of the graphene in the solar cell of the graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4A to 4C.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지에 대한 그래핀의 도핑 농도에 따른 라만 스펙트럼을 도시한 것이고, 도 4b는 그래핀의 도핑 농도에 따른 2D 피크 및 G 피크의 최고점을 도시한 것이며, 도 4c는 그래핀의 도핑 농도에 따른 D 피크와 G 피크의 라만 세기의 비(I(D/G)) 및 G 피크와 2D 피크의 라만 세기의 비(I(G/2D))를 도시한 것이다.FIG. 4A is a graph showing a Raman spectrum according to a doping concentration of graphene in a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 4C shows the ratio of the D-peak to the G-peak Raman intensity (I (D / G)) according to the doping concentration of graphene and the ratio I (D G / 2D).
구체적으로, 도 4a 내지 도 4c에는 그래핀의 AuCl3의 도핑 농도를 0 mM 내지 30 mM(10 mM 간격)로 달리하여 제조된 그래핀층-실리콘 양자점층 하이브리드 구조의 태양전지에 대한 라만 스펙트럼 특성이 도시되어 있다. 그래핀과 같은 2차원 물질들은 강한 전자-포논(phonon) 결합(coupling) 때문에 다양한 라만 피크들을 나타낸다.4A to 4C show Raman spectral characteristics of a graphene-silicon quantum dot layer hybrid solar cell fabricated by varying the doping concentration of AuCl 3 of graphene at 0 mM to 30 mM (10 mM interval) Respectively. Two-dimensional materials such as graphene exhibit various Raman peaks due to strong electron-phonon coupling.
도 4a를 참조하면, 그래핀의 AuCl3의 도핑 농도 별로 D 피크, G 피크 및 2D 피크가 생성됨을 확인할 수 있다. 구체적으로, 그래핀의 라만 스펙트럼에서 가장 눈에 띄는 것은 ~1590 cm-1 부근의 G 피크와 ~2700 cm-1 부근의 2D 피크이다. 이와 함께 ~1340 cm-1 부근에서 D 피크가 발견되는데, 이는 그래핀의 결함과 관련된 라만 피크이다. 그래핀의 AuCl3의 도핑 농도가 증가함에 따라 G 피크 세기는 점점 증가하고, G 피크의 진동수는 증가한다.Referring to FIG. 4A, D-peak, G-peak and 2D-peak are generated according to the doping concentration of AuCl 3 in graphene. Specifically, the most prominent in the Raman spectrum of graphene is the G peak in the vicinity of ~ 1590 cm -1 and the 2D peak in the vicinity of ~ 2700 cm -1 . At the same time, a D peak is found at ~ 1340 cm -1 , which is a Raman peak related to graphene defects. As the doping concentration of graphene AuCl 3 increases, the G peak intensity gradually increases and the G peak frequency increases.
도 4b를 참조하면, 그래핀의 AuCl3의 도핑농도가 증가함에 따라 2D 피크와 G 피크의 최고위치는 모두 높은 파수(wavenumber) 방향으로 청색천이(blue-shift) 하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 라만 피크의 변화는 그래핀의 AuCl3의 도핑 농도에 의해 전자의 구조가 변하는 것을 의미하고, 구체적으로는 전자의 구조가 점차적으로 한 방향인 라만 산란 에너지가 높아지는 방향으로 변하는 것을 의미한다.Referring to FIG. 4B, it can be seen that as the doping concentration of AuCl 3 in graphene increases, the highest positions of the 2D peak and the G peak are blue-shifted in the wavenumber direction. This change in the Raman peak means that the electron structure is changed by the doping concentration of AuCl 3 in graphene, and specifically, the electron structure gradually changes in a direction in which Raman scattering energy in one direction is increased.
도 4c에서, I(D/G)는 그래핀에서의 결함의 비율을 나타내고, I(G/2D)는 그래핀의 두께(층수)와 관련이 있다. 도 4c를 참조하면, 그래핀의 AuCl3의 도핑 농도가 증가함에 따라 I(D/G)와 I(G/2D)가 점점 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 라만 세기 비의 변화는 그래핀의 AuCl3의 도핑 농도가 증가함에 따른 불순물과 그래핀과의 상호작용으로 인한 결과이다. 라만의 G 피크와 2D 피크의 변화를 통해 그래핀의 p형 도핑이 농도 별로 잘 되었다는 것을 확인할 수 있다.In FIG. 4C, I (D / G) represents the ratio of defects in graphene and I (G / 2D) is related to the thickness (number of layers) of graphene. Referring to FIG. 4C, I (D / G) and I (G / 2D) gradually increase as the doping concentration of AuCl 3 in graphene increases. This change in Raman intensity ratio is a result of the interaction of graphene with impurities as the doping concentration of AuCl 3 in graphene increases. The change of G peak and 2D peak of Raman shows that p-type doping of graphene is well done by concentration.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지에 대한 그래핀의 도핑 농도에 따른 그래핀의 면저항을 도시한 것이다.FIG. 5 is a graph showing the sheet resistance of graphene according to the doping concentration of graphene in a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention.
구체적으로, 도 5에는 그래핀의 AuCl3의 도핑 농도를 0 mM 내지 30 mM(10 mM 간격)로 달리하여 제조된 그래핀층-실리콘 양자점층 하이브리드 구조의 태양전지에 대한 그래핀의 면저항 변화가 도시되어 있다.Specifically, Fig. 5 shows the change in graphene sheet resistance of a graphene-silicon quantum dot layer hybrid solar cell fabricated by varying the doping concentration of AuCl 3 of graphene at 0 mM to 30 mM (10 mM interval) .
도 5를 참조하면, 초기 상태 그래핀의 면저항은 450 ohm/sq로 내지 500 ohm/sq로 관찰되고, 도핑된 그래핀의 면저항은 AuCl3의 도핑 농도가 0 mM에서 30 mM까지 증가함에 따라 170 ohm/sq까지 감소함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, the sheet resistance of the initial state graphene was observed at 450 ohm / sq to 500 ohm / sq, and the sheet resistance of doped graphene was increased from 170 mM to 170 mM as the doping concentration of AuCl 3 increased from 0 mM to 30 mM ohm / sq. < / RTI >
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지에 대한 그래핀의 도핑 농도에 따른 그래핀의 투과도를 도시한 것이다.6 is a graph showing the transmittance of graphene according to the doping concentration of graphene in a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention.
구체적으로, 도 6에는 그래핀의 AuCl3의 도핑 농도를 0 mM 내지 30 mM(10 mM 간격)로 달리하여 제조된 그래핀층-실리콘 양자점층 하이브리드 구조의 태양전지에 대한 그래핀의 투과도 변화가 도시되어 있다.Specifically, FIG. 6 shows the change in graphene permeability of the graphene-silicon quantum dot layer hybrid solar cell fabricated by varying the doping concentration of AuCl 3 of graphene at 0 mM to 30 mM (10 mM interval) .
도 6을 참조하면, 도핑된 그래핀의 550 ㎚에서의 투과도는 AuCl3의 도핑 농도가 0 mM에서 30 mM까지 증가함에 따라 97.4%에서 76.9%까지 감소함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, the transmittance of doped graphene at 550 nm decreases from 97.4% to 76.9% as the doping concentration of AuCl 3 increases from 0 mM to 30 mM.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 어닐링 처리 온도에 따른 태양전지의 특성 변화를 도시한 것이다.7 is a graph illustrating a change in characteristics of a solar cell according to an annealing process temperature of a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention.
구체적으로, 도 7에는 전극(170, 170')이 형성된 하이브리드 구조(160)의 태양전지에 어닐링 처리 온도를 400 ℃ 내지 560 ℃ (20 ℃ 간격)로 달리하여 제조된 그래핀층-실리콘 양자점층 하이브리드 구조의 태양전지에 대한 태양전지의 에너지 변환효율(Efficiency)이 도시되어 있다.7 shows a
도 7을 참조하면, 태양전지의 에너지 변환효율은 어닐링 처리 온도가 400 ℃에서 560 ℃까지 증가함에 따라 540 ℃ 부근까지는 증가하다가 540 ℃ 이후부터는 다시 감소함을 확인할 수 있다. 또한, 태양전지의 에너지 변환효율은 540 ℃의 어닐링 처리시, 10.6%의 효율을 나타내었다.Referring to FIG. 7, it can be seen that the energy conversion efficiency of the solar cell increases from 540 ° C to 540 ° C as the annealing temperature increases from 400 ° C to 560 ° C, and then decreases again after 540 ° C. In addition, the energy conversion efficiency of the solar cell was 10.6% when annealed at 540 ° C.
태양전지의 에너지 변환효율이 어닐링 처리의 온도가 증가함에 따라 증가하는 이유는, 태양전지의 각 층 간의 접촉 특성을 향상시키기 때문이고, 어닐링 처리 온도 540 ℃ 부근까지는 증가하다가 540 ℃ 이후부터는 다시 감소하는 이유는, 540 ℃ 이후부터는 태양전지를 구성하는 물질들이 화학적 변형을 일으켜 손상되기 때문이다.The reason why the energy conversion efficiency of the solar cell increases with the temperature of the annealing process is because it improves the contact characteristics between the respective layers of the solar cell and increases until the annealing temperature is around 540 ° C and decreases again after 540 ° C The reason is that, since 540 ℃, materials constituting the solar cell are damaged by chemical transformation.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양전지의 어닐링 처리를 통해 안정성 및 에너지 변환효율이 향상된 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지를 제조할 수 있다.Therefore, according to an embodiment of the present invention, a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure with improved stability and energy conversion efficiency can be manufactured through an annealing process of a solar cell.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(도핑된 그래핀층-실리콘 양자점층 하이브리드 구조)에 대한 그래핀의 도핑 농도에 따른 태양전지의 특성 변화를 도시한 것이다.FIG. 8 is a graph showing a change in characteristics of a solar cell according to doping concentration of graphene on a graphene-silicon quantum dot hybrid structure solar cell (doped graphene layer-silicon quantum dot layer hybrid structure) according to an embodiment of the present invention .
구체적으로, 도 8에는 그래핀이 아닌 알루미늄(Al)-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지, 그리고 그래핀의 AuCl3의 도핑 농도를 0 mM, 5 mM, 10 mM 및 20 mM로 달리하여 제조된 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지에 대한 태양전지의 에너지 변환효율(Efficiency)이 도시되어 있다.Specifically, FIG. 8 shows a graph showing the relationship between the doping concentration of AuCl 3 in a solar cell of aluminum (Al) -silicon quantum dot hybrid structure instead of graphene and the doping concentration of graphene in 0 mM, 5 mM, 10 mM and 20 mM The energy conversion efficiency of a solar cell with respect to a solar cell having a pin-silicon quantum dot hybrid structure is shown.
도 8을 참조하면, AuCl3의 도핑 농도가 0 mM인 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 에너지 변환효율은 13.45%로 나타났다. 이것은 알루미늄(Al)-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 에너지 변환효율인 12.45%와 비교하여 1% 정도 향상된 수치이다.Referring to FIG. 8, the energy conversion efficiency of a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure having a doping concentration of AuCl 3 of 0 mM was found to be 13.45%. This is an improvement of 1% compared with the energy conversion efficiency of 12.45% of the solar cell of the aluminum (Al) -silicon quantum dot hybrid structure.
그러나 그래핀(층)의 AuCl3의 도핑 농도가 증가함에 따라 태양전지의 에너지 변환효율이 오히려 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이것은 도핑 후 공정 과정 중에서 도펀트들이 공기 중에 그대로 노출되기 때문일 수 있다. 이러한 문제는 갭슐화(encapsulation) 방법을 통해 도펀트들이 공기 중에 노출되는 것을 방지함으로써 해결할 수 있다.However, as the doping concentration of AuCl 3 in the graphene layer increases, the energy conversion efficiency of the solar cell is rather reduced. This may be because the dopants are exposed to the air in the process step after the doping. This problem can be solved by preventing the dopants from being exposed to air through a method of encapsulation.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 도핑된 그래핀과 실리콘 양자점의 띠구조 및 메커니즘을 도시한 것이다.FIGS. 9A and 9B illustrate a band structure and a mechanism of doped graphene and silicon quantum dots of a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to an embodiment of the present invention.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지에 있어서, 도핑된 그래핀의 AuCl3의 도핑 농도가 증가함에 따라 그래핀의 일함수는 커져 그래핀의 페르미 준위를 디락점(Dirac points)보다 더 아래쪽에 위치시키게 된다.9A and 9B, in a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure, the work function of graphene increases with increasing doping concentration of AuCl 3 in doped graphene, It is located below the Dirac points.
이에 따라 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지에서 발생된 정공들을 보다 쉽게 분리하기 때문에 태양전지의 특성이 향상되는 것을 알 수 있다. 이처럼 AuCl3의 도핑 농도가 증가하면 전기적 특성은 향상되지만 전술한 바와 같이 투과도가 저하되므로 AuCl3의 도핑 농도가 5 mM일 때 최적의 특성을 보이게 된다.As a result, it is seen that the characteristics of the solar cell are improved because the holes generated in the solar cell of the graphene-silicon quantum dot hybrid structure are more easily separated. As described above, when the doping concentration of AuCl 3 is increased, the electrical characteristics are improved. However, since the transmittance is decreased as described above, the optimum characteristic is exhibited when the doping concentration of AuCl 3 is 5 mM.
지금까지 도 1 내지 도 9b를 참조하여, 실리콘 양자점층 및 도핑된 그래핀층을 포함하는 하이브리드 구조를 갖는 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지에 대하여 설명하였다.With reference to FIGS. 1 to 9B, a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure having a hybrid structure including a silicon quantum dot layer and a doped graphene layer has been described.
이하에서는, 도 10 내지 도 13을 참조하여 실리콘 양자점층 및 도핑된 그래핀층 이외에 상기 도핑된 그래핀층 상에 인캡슐레이션층을 더 포함하는 하이브리드 구조를 갖는 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지를 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 10 to 13, a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure having a hybrid structure including an encapsulation layer on the doped graphene layer in addition to a silicon quantum dot layer and a doped graphene layer, I will explain.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 단면도를 도시한 것이다.10 is a cross-sectional view of a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to another embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(200)는 실리콘 산화물층(220) 내에 다수의 실리콘 양자점(230)을 포함하는 실리콘 양자점층(240)과, 실리콘 양자점층(240) 상에 형성된 도핑된 그래핀층(250), 그리고 도핑된 그래핀층(250) 상에 형성된 인캡슐레이션층(280)으로 구성되는 하이브리드 구조(hybrid structure)(260) 및 하이브리드 구조(260)의 상하부에 형성된 전극(270, 270')을 포함한다.10, a
그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(200)는 기판(210)을 더 포함할 수 있다. 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(200)는 하이브리드 구조(260)가 기판(210) 상에 형성될 수 있고, 전극(270, 270')은 하이브리드 구조(260)의 상부 및 하이브리드 구조(260)가 형성된 기판(210)의 하부에 각각 형성될 수 있다.The
구체적으로, 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(200)의 하이브리드 구조(260)은, 실리콘 양자점층(240), 도핑된 그래핀층(250) 및 인캡슐레이션층(280)을 포함하는데, 실리콘 양자점층(240) 및 도핑된 그래핀층(250)은 전술한 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(100)의 구성요소와 동일할 수 있으므로, 중복 설명은 생략한다.Specifically, the
본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(200)는 인캡슐레이션층(280)을 포함한다.A
인캡슐레이션층(encapsulation layer)(280)은 도핑된 그래핀층(250) 상에 형성되어 도핑된 그래핀층(250)을 캡슐화(encapsulation)함으로써 도핑된 그래핀층(250) 내의 도펀트들이 공기 중에 노출되는 것을 방지하여 태양전지의 에너지 변환효율을 향상시킬 수 있다.An
인캡슐레이션층(280)은 전도성 물질로 이루어질 수 있다.The
인캡슐레이션층(280)은 특히 그래핀으로 이루어질 수 있다. 인캡슐레이션층(280)이 그래핀으로 이루어질 경우, 그래핀으로 이루어진 인캡슐레이션층(280)은 도핑된 그래핀층(250)과는 달리 도핑되지 않은(Pristine) 그래핀층일 수 있다.The
인캡슐레이션층(280)은 단층 또는 적층 구조로 이루어질 수 있다.The
이하, 도 11a 내지 도 11c를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 제조과정을 설명하기로 한다.Hereinafter, a manufacturing process of a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11A to 11C.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 제조과정을 도시한 것이다.11A to 11C illustrate a manufacturing process of a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to another embodiment of the present invention.
도 10에서 전술한 바와 같이, 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(200)는 기판(210) 상에 형성된 실리콘 양자점층(240) 및 실리콘 양자점층(240) 상에 형성된 도핑된 그래핀층(250)을 포함한다.10, the
도 11a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 제조방법은, 기판(210) 상에 실리콘 양자점층(240)을 형성하는 단계 및 실리콘 양자점층(240) 상에 도핑된 그래핀층(250)을 형성하는 단계를 포함한다. 실리콘 양자점층(240) 및 도핑된 그래핀층(250)의 형성 방법은 전술한 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 제조방법과 동일할 수 있으므로, 중복 설명은 생략한다.11A, a method of manufacturing a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to another embodiment of the present invention includes forming a silicon
도 10에서 전술한 바와 같이, 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(200)는 도핑된 그래핀층(250) 상에 형성된 인캡슐레이션층(280)을 포함한다. 즉, 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(200)에 포함되는 하이브리드 구조(260)는 실리콘 양자점층(240), 도핑된 그래핀층(250) 및 인캡슐레이션층(280)으로 구성된다.10, the
도 11b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 제조방법은, 도핑된 그래핀층(250) 상에 인캡슐레이션층(280)을 형성하여 하이브리드 구조(260)를 완성하는 단계를 포함한다.Referring to FIG. 11B, a method of manufacturing a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to another embodiment of the present invention includes forming an
구체적으로, 도핑된 그래핀층(250) 상에 인캡슐레이션층(280)을 형성하여 하이브리드 구조(260)를 완성하는 단계는, 기재 상에 전도성 박막(281)을 형성하는 단계(미도시) 및 도핑된 그래핀층(250) 상에 전도성 박막(281)을 전사시켜 인캡슐레이션층(280)을 형성하는 단계(도 11b 참조)을 포함할 수 있다.In detail, the step of forming the
실시예에 따라, 인캡슐레이션층(280)이 전도성 물질인 그래핀으로 이루어질 경우, 도핑된 그래핀층(250) 상에 인캡슐레이션층(280)을 형성하여 하이브리드 구조(260)를 완성하는 단계는, 화학기상증착법에 의하여 탄소 함유 혼합 가스를 촉매층과 반응시켜 상기 촉매층 상에 그래핀 박막을 형성하는 단계(미도시) 및 도핑된 그래핀층(250) 상에 그래핀 박막을 전사(transfer)시켜 인캡슐레이션층(280)을 형성하고 어닐링 처리하는 단계를 포함할 수 있다.According to embodiments, completing the
구체적으로, 상기 화학기상증착법에 의하여 탄소 함유 혼합 가스를 촉매층과 반응시켜 상기 촉매층 상에 그래핀 박막을 형성하는 단계에서, 기재 상에 촉매층으로 활용할 금속(예, 구리 또는 니켈)을 증착하고, 고온에서 메탄 및 수소의 혼합 가스와 상기 촉매층을 반응시켜 적절한 양의 탄소가 상기 촉매층에 녹아 들어가거나 흡착되도록 한 후 냉각을 하여, 상기 촉매층에 포함되어 있던 탄소 원자들이 상기 촉매층의 표면에서 결정화된 그래핀 결정 구조를 형성함으로써 그래핀 박막을 형성할 수 있다. 이후, 상기 촉매층을 제거하여 상기 기재로부터 분리시켜 분리된(형성된) 그래핀 박막을 제조할 수 있다.Specifically, in the step of forming a graphene thin film on the catalyst layer by reacting the carbon-containing mixed gas with the catalyst layer by the chemical vapor deposition method, a metal (for example, copper or nickel) to be used as a catalyst layer is deposited on the substrate, Wherein the catalyst layer is formed by reacting a mixed gas of methane and hydrogen with the catalyst layer to allow an appropriate amount of carbon to be dissolved or adsorbed in the catalyst layer and then cooled so that carbon atoms contained in the catalyst layer A graphene thin film can be formed by forming a crystal structure. Thereafter, the catalyst layer may be removed and separated from the substrate to form a separated (formed) graphene thin film.
상기 촉매층 상에 그래핀 박막을 형성하는 단계 이후, 도핑된 그래핀층(250) 상에 그래핀 박막을 전사시켜 인캡슐레이션층(280)을 형성하는 단계에서, 도 11b에 도시된 바와 같이, 상기 기재로부터 분리되어 형성된 전도성 박막(281)을 도핑된 그래핀층(250) 상에 전사시키고 어닐링 처리하여 인캡슐레이션층(280)을 형성할 수 있다.In the step of forming the
실시예에 따라, 상기 그래핀 박막의 제조방법에서, 촉매층으로서 70 ㎛의 구리 호일을 석영관(quartz tube) 내의 기재 상에 올린 후, 메탄 가스의 유량을 10 sccm 내지 30 sccm으로 변화시키고, 수소 가스를 10 sccm, 공정압력을 3 mTorr로 고정하여 그래핀 박막을 합성하였다.According to the embodiment, in the method for producing a graphene thin film, a 70 占 퐉 copper foil as a catalyst layer is placed on a substrate in a quartz tube, the flow rate of methane gas is changed from 10 sccm to 30 sccm, Gas was set at 10 sccm, and the process pressure was set at 3 mTorr to synthesize a graphene thin film.
이후, PMMA(Polymethyl methacrylate, 폴리메타크릴산메틸)를 합성된 그래핀 박막 상에 스핀 코팅하였다. PMMA 코팅은 과황산암모늄(ammonium persulfate) 용액을 사용하여 구리 호일을 제거할 때 그래핀 박막을 고정시키는 역할을 한다.Then, PMMA (polymethyl methacrylate) was spin coated on the synthesized graphene thin film. The PMMA coating is used to immobilize the graphene film when the copper foil is removed using an ammonium persulfate solution.
상기 과황산암모늄 용액을 사용하여 구리 호일을 제거한 후, 그래핀 박막 상에 잔존하는 과황산암모늄 용액을 초순수(DI water)로 세척하고, 세척된 그래핀 박막을 도핑된 그래핀층(250) 상에 전사시켰다.After the copper foil is removed using the ammonium persulfate solution, the ammonium persulfate solution remaining on the graphene thin film is washed with DI water, and the washed graphene film is coated on the doped
합성 및 세척된 그래핀 박막을 도핑된 그래핀층(250) 상에 전사시킨 후 수분 등을 제거하기 위하여 예를 들어, 50 ℃ 내지 100 ℃에서 3시간 내지 5시간 동안 어닐링 처리하였다.The synthesized and cleaned graphene thin film was transferred onto the doped
이후, 도핑된 그래핀층(250) 및 전사된 그래핀 박막 사이의 접촉력(결합력)을 높이기 위하여 예를 들어, 150 ℃ 내지 200 ℃에서 3시간 내지 4시간 동안 추가로 어닐링 처리하여 인캡슐레이션층(280)을 형성하였다.Thereafter, an additional annealing treatment is carried out at 150 to 200 DEG C for 3 to 4 hours to increase the contact force (bonding force) between the doped
이렇게 도핑된 그래핀층(250) 상에 형성된 인캡슐레이션층(280)은 도핑된 그래핀층(250)을 캡슐화(encapsulation)함으로써, 도핑된 그래핀층(250)의 도펀트들의 공기 중에 노출되는 것을 방지하여 태양전지의 에너지 변환효율을 향상시킬 수 있었다.The
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 제조방법의 흐름도를 도시한 것이다.12 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to another embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 단계 S210에서는 기판 상에 실리콘 산화물층 내에 다수의 실리콘 양자점을 포함하는 실리콘 양자점층을 형성한다.Referring to FIG. 12, in step S210, a silicon quantum dot layer including a plurality of silicon quantum dots is formed in a silicon oxide layer on a substrate.
단계 S210은, 상기 기판 상에 실리콘 산화물(SiO2) 박막 및 붕소(B)가 도핑된 실리콘 아산화물(SiOx) 박막을 교대로 적층하여 다층 구조의 시료를 제조하는 단계 및 상기 시료를 어닐링 처리하여 실리콘 산화물층 내에 다수의 실리콘 양자점이 일정하게 분포하는 상기 실리콘 양자점층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Step S210 includes steps of alternately laminating a thin film of silicon oxide (SiO 2 ) and a thin film of silicon oxynitride (SiO x ) doped with boron (B) on the substrate to produce a multilayered sample, And forming the silicon quantum dot layer in which a plurality of silicon quantum dots are uniformly distributed in the silicon oxide layer.
단계 S220에서는 상기 실리콘 양자점층 상에 도핑된 그래핀층을 형성한다.In step S220, a doped graphene layer is formed on the silicon quantum dot layer.
단계 S220은, 화학기상증착법에 의하여 탄소 함유 혼합 가스를 촉매층과 반응시켜 상기 촉매층 상에 그래핀 박막을 형성하는 단계, 상기 실리콘 양자점층 상에 상기 형성된 그래핀 박막을 전사시키고 어닐링 처리하여 그래핀층을 형성하는 단계 및 상기 그래핀층 상에 AuCl3를 포함하는 용액을 스핀 코팅하고 어닐링 처리하여 상기 도핑된 그래핀층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Step S220 includes the steps of: forming a graphene thin film on the catalyst layer by reacting a carbon-containing mixed gas with a catalyst layer by chemical vapor deposition; transferring the formed graphene thin film to the silicon quantum dot layer and annealing to form a graphene layer And a step of spin-coating and annealing the solution containing AuCl 3 on the graphene layer to form the doped graphene layer.
단계 S230에서는 상기 도핑된 그래핀층 상에 인캡슐레이션층을 형성하여 하이브리드 구조를 완성한다.In step S230, an encapsulation layer is formed on the doped graphene layer to complete the hybrid structure.
단계 S130은, 기재 상에 전도성 박막을 형성하는 단계 및 상기 도핑된 그래핀층 상에 상기 전도성 박막을 전사시켜 인캡슐레이션층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Step S130 may include forming a conductive thin film on the substrate and transferring the conductive thin film on the doped graphene layer to form an encapsulation layer.
단계 S240에서는 상기 하이브리드 구조의 상하부에 전극을 형성한다.In step S240, electrodes are formed on the upper and lower portions of the hybrid structure.
이하에서는 도 13을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지에 대한 그래핀의 도핑 농도에 따른 특성을 설명하기로 한다.Hereinafter, the characteristics of the graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 13 in accordance with the doping concentration of graphene.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(인캡슐레이션층-도핑된 그래핀층-실리콘 양자점층 하이브리드 구조)에 대한 그래핀의 도핑 농도에 따른 태양전지의 특성 변화를 도시한 것이다.FIG. 13 is a graph showing the dependence of doping concentration of graphene on the graphene-silicon quantum dot hybrid structure solar cell (encapsulation layer-doped graphene layer-silicon quantum dot layer hybrid structure) according to another embodiment of the present invention. And the characteristics change.
구체적으로, 도 13에는 그래핀이 아닌 알루미늄(Al)-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지, 그리고 그래핀의 AuCl3의 도핑 농도를 0 mM, 5 mM, 10 mM, 20 mM 및 30 mM 로 달리하여 제조된 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지에 대한 태양전지의 에너지 변환효율(Efficiency)이 도시되어 있다.Specifically, in FIG. 13, the doping concentrations of AuCl 3 in the solar cell and the graphene of the aluminum (Al) -silicon quantum dot hybrid structure other than graphene were changed to 0 mM, 5 mM, 10 mM, 20 mM and 30 mM The energy conversion efficiency of a solar cell with respect to a manufactured solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure is shown.
여기서, AuCl3로 도핑된 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 경우, AuCl3로 도핑된 그래핀층 상에 인캡슐레이션층으로서 도핑되지 않은 그래핀층을 포함함으로써, 도핑된 그래핀층은 도핑되지 않은 그래핀층에 의해 캡슐화되어 있다고 할 수 있다.Here, the graphene doped with AuCl 3 - if the solar cell of the silicon quantum dots hybrid structure, by yes includes a pinning layer which is not doped as an encapsulation layer on the yes pinned layer doped with AuCl 3, doped Yes pinned layer is not doped It can be said that it is encapsulated by a non-graphene layer.
도 13을 참조하면, 알루미늄(Al)-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지 및 AuCl3의 도핑 농도가 0 mM인 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지에 비해, AuCl3의 도핑 농도가 5 mM 및 10 mM인 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 에너지 변환효율이 1% 정도 향상된 것으로 나타났으며, AuCl3의 도핑 농도가 10 mM일 경우 14.38%의 효율을 나타내었다.Referring to FIG. 13, the doping concentration of AuCl 3 is 5 mM and the doping concentration of AuCl 3 is higher than that of the solar cell having the aluminum (Al) -silicon quantum dot hybrid structure and the graphene-silicon quantum dot hybrid structure having AuCl 3 doping concentration of 0 mM. The energy conversion efficiency of the solar cell with the graphene - silicon quantum dot hybrid structure of 10 mM was improved by 1% and the efficiency of 14.38% when the doping concentration of AuCl 3 was 10 mM.
도 8과 비교하면, 도핑되지 않은 그래핀층(인캡슐레이션층)으로 캡슐화된 도핑된 그래핀층을 이용한 경우가 인캡슐레이션층을 이용하지 않은 경우보다 효율이 향상된 것을 확인할 수 있는데, 이는 인캡슐레이션층을 이용한 캡슐화 방법을 사용함으로써 도펀트들의 공기 중 노출을 막아주기 때문이다.Compared with FIG. 8, it can be seen that the use of a doped graphene layer encapsulated with an undoped graphene layer (encapsulation layer) is more efficient than without encapsulation layer, Layer encapsulation method to prevent exposure of the dopants to air.
또한, 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 띠구조에서(도 9b 참조) 물리적으로 예측한 바에 의하면, 그래핀층을 p형으로 도핑할 경우 일함수가 커지고, 이에 따라 그래핀-실리콘 양자점 계면에서 에너지 장벽이 낮아져 정공의 수집을 용이하게 함으로써 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는데, 도 13은 이를 증명하는 결과로서, 도 8에서 인캡슐레이션층이 없는 경우에서는 볼 수 없었던 것과 뚜렷하게 대비된다.Further, according to a physically predicted band structure of a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure (see FIG. 9B), when the graphene layer is doped into the p-type, the work function becomes large, The efficiency of the solar cell can be improved by facilitating the collection of the holes because the energy barrier is lowered. FIG. 13 is a result of this demonstration, which contrasts markedly with what was not seen in the case without the encapsulation layer in FIG.
다만, 도 13을 참조하면, 그래핀층의 AuCl3의 도핑 농도가 10 mM 보다 더 증가할수록 효율이 떨어지는 것을 확인할 수 있는데, 이는 AuCl3의 도핑 농도가 증가할수록 그래핀층의 투과도가 떨어져 빛이 잘 흡수되지 않기 때문이다.Referring to FIG. 13, it can be seen that the efficiency decreases as the doping concentration of AuCl 3 in the graphene layer increases more than 10 mM because the transmittance of the graphene layer decreases as the doping concentration of AuCl 3 increases, It is not.
지금까지 도 10 내지 도 13을 참조하여, 실리콘 양자점층, 도핑된 그래핀층 및 인캡슐레이션층을 포함하는 하이브리드 구조를 갖는 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지에 대하여 설명하였다.Up to now, referring to FIGS. 10 to 13, a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure having a hybrid structure including a silicon quantum dot layer, a doped graphene layer, and an encapsulation layer has been described.
이하에서는, 도 14 내지 도 16을 참조하여 실리콘 양자점층, 그래핀층 및 금속 나노와이어층을 포함하는 하이브리드 구조를 갖는 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지를 설명하기로 한다.Hereinafter, a solar cell of a graphene-silicon quantum dot hybrid structure having a hybrid structure including a silicon quantum dot layer, a graphene layer and a metal nanowire layer will be described with reference to FIGS. 14 to 16. FIG.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 단면도를 도시한 것이다.FIG. 14 is a cross-sectional view of a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to another embodiment of the present invention.
도 14를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(300)는 실리콘 산화물층(320) 내에 다수의 실리콘 양자점(330)을 포함하는 실리콘 양자점층(340)과, 실리콘 양자점층(340) 상에 형성된 그래핀층(350), 그리고 그래핀층(350) 상에 형성된 금속 나노와이어층(380)으로 구성되는 하이브리드 구조(hybrid structure)(360) 및 하이브리드 구조(360)의 상하부에 형성된 전극(370, 370')을 포함한다.14, a
그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(300)는 기판(310)을 더 포함할 수 있다. 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(300)는 하이브리드 구조(360)가 기판(310) 상에 형성될 수 있고, 전극(370, 370')은 하이브리드 구조(360)의 상부 및 하이브리드 구조(360)가 형성된 기판(310)의 하부에 각각 형성될 수 있다.The
구체적으로, 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(300)의 하이브리드 구조(360)은, 실리콘 양자점층(340), 그래핀층(350) 및 금속 나노와이어층(380)을 포함하는데, 실리콘 양자점층(340)은 전술한 본 발명의 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(100)의 구성요소와 동일할 수 있으므로, 중복 설명은 생략한다.Specifically, the
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(300)는 그래핀층(350)을 포함한다.A
여기서, 그래핀층(350)은 전술한 도핑된 그래핀층(150, 250)(도 1 및 도 10 참조)과는 달리 도핑되지 않은(Pristine) 그래핀층을 의미한다.Here, the
그래핀층(350)은 촉매층을 탄소 함유 혼합 가스와 반응시켜 상기 촉매층 상에 화학기상증착 방식으로 증착되어 형성된 그래핀 박막일 수 있다.The
구체적으로, 그래핀층(350)을 형성하는 방법은, 화학기상증착법에 의하여 탄소 함유 혼합 가스를 촉매층과 반응시켜 상기 촉매층 상에 그래핀 박막을 형성하는 단계 및 실리콘 양자점층(340) 상에 상기 형성된 그래핀 박막을 전사(transfer)시켜 그래핀층(350)을 형성하고 어닐링 처리하는 단계(도 2c 및 도 2d 참조)를 포함할 수 있다.Specifically, the method of forming the
실시예에 따라, 상기 화학기상증착법에 의하여 탄소 함유 혼합 가스를 촉매층과 반응시켜 상기 촉매층 상에 그래핀 박막을 형성하는 단계에서, 기재 상에 촉매층으로 활용할 금속(예, 구리 또는 니켈)을 증착하고, 고온에서 메탄 및 수소의 혼합 가스와 상기 촉매층을 반응시켜 적절한 양의 탄소가 상기 촉매층에 녹아 들어가거나 흡착되도록 한 후 냉각을 하여, 상기 촉매층에 포함되어 있던 탄소 원자들이 상기 촉매층의 표면에서 결정화된 그래핀 결정 구조를 형성함으로써 그래핀 박막을 형성할 수 있다. 이후, 상기 촉매층을 제거하여 상기 기재로부터 분리시켜 분리된(형성된) 그래핀 박막을 제조할 수 있다.According to the embodiment, in the step of forming the graphene thin film on the catalyst layer by reacting the carbon-containing mixed gas with the catalyst layer by the chemical vapor deposition method, a metal (for example, copper or nickel) to be used as a catalyst layer is deposited on the substrate , A method of reacting a mixed gas of methane and hydrogen at a high temperature with the catalyst layer to allow an appropriate amount of carbon to be dissolved or adsorbed in the catalyst layer and then cooling the carbon layer to allow the carbon atoms contained in the catalyst layer to be crystallized A graphene thin film can be formed by forming a graphene crystal structure. Thereafter, the catalyst layer may be removed and separated from the substrate to form a separated (formed) graphene thin film.
상기 촉매층 상에 그래핀 박막을 형성하는 단계 이후, 실리콘 양자점층(340) 상에 상기 형성된 그래핀 박막을 전사시켜 그래핀층(350)을 형성할 수 있다.After the step of forming the graphene thin film on the catalyst layer, the formed graphene thin film may be transferred onto the silicon
예를 들어, 상기 그래핀 박막의 제조방법에서, 촉매층으로서 70 ㎛의 구리 호일(Cu foil)을 석영관(quartz tube) 내의 기재 상에 올린 후, 메탄 가스의 유량을 10 sccm 내지 30 sccm으로 변화시키고, 수소 가스를 10 sccm, 공정압력을 3 mTorr로 고정하여 그래핀 박막을 합성하였다.For example, in the above-described method for producing a graphene thin film, a copper foil having a thickness of 70 mu m is placed on a substrate in a quartz tube as a catalyst layer, and then the flow rate of methane gas is changed from 10 sccm to 30 sccm The hydrogen gas was fixed at 10 sccm and the process pressure was set at 3 mTorr to synthesize a graphene thin film.
이후, PMMA(Polymethyl methacrylate, 폴리메타크릴산메틸)를 합성된 그래핀 박막 상에 스핀 코팅하였다. PMMA 코팅은 과황산암모늄(ammonium persulfate) 용액을 사용하여 구리 호일을 제거할 때 그래핀 박막을 고정시키는 역할을 한다.Then, PMMA (polymethyl methacrylate) was spin coated on the synthesized graphene thin film. The PMMA coating is used to immobilize the graphene film when the copper foil is removed using an ammonium persulfate solution.
상기 과황산암모늄 용액을 사용하여 구리 호일을 제거한 후, 그래핀 박막 상에 잔존하는 과황산암모늄 용액을 초순수(DI water)로 세척하고, 세척된 그래핀 박막을 실리콘 양자점층(340) 상에 전사시켰다.After the copper foil is removed using the ammonium persulfate solution, the ammonium persulfate solution remaining on the graphene thin film is washed with DI water, and the washed graphene film is transferred onto the silicon
합성 및 세척된 그래핀 박막을 실리콘 양자점층(340) 상에 전사시킨 후 수분 등을 제거하기 위하여 예를 들어, 50 ℃ 내지 100 ℃에서 3시간 내지 5시간 동안 어닐링 처리하였다.The synthesized and washed graphene thin film was transferred onto the silicon
이후, 실리콘 양자점층(340) 및 전사된 그래핀 박막 사이의 접촉력(결합력)을 높이기 위하여 예를 들어, 150 ℃ 내지 200 ℃에서 3시간 내지 4시간 동안 추가로 어닐링 처리하여 그래핀층(350)을 형성하였다.Thereafter, the
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(300)는 금속 나노와이어층(380)을 포함한다.A
금속 나노와이어층(metal nanowire layer)(380)은 그래핀층(350) 상에 형성되어 그래핀층(350)의 면저항을 낮춰 전기전도도를 향상시킬 수 있고, 이에 따라 태양전지의 에너지 변환효율을 향상시킬 수 있다.The
구체적으로, 금속 나노와이어층(380)은 빛의 반사율을 낮춰 더 많은 빛이 태양전지 안으로 들어가게 할 뿐만 아니라, 그래핀층(350)의 전기전도도를 매우 높여 (또는 면저항을 매우 낮춰) 전자 또는 정공의 흐름을 보다 더 용이하게 만들어 각각의 전극에 더 많은 전자 및 정공들이 모이게 하여 태양전지의 에너지 변환효율을 향상시킬 수 있다.Specifically, the
금속 나노와이어층(380)은 예를 들어, 은(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 망가니즈(Mn), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 텅스텐(W), 골드(Au)와 같은 금속 물질의 나노와이어로 이루어질 수 있다.The
금속 나노와이어층(380)은 특히 은 나노와이어(AgNW, Ag nanowire)로 이루어질 수 있다.The
금속 나노와이어층(380)은 그래핀층(350) 상에 금속 나노와이어 용액을 코팅함으로써 형성될 수 있다.The
실시예에 따라, 0.5 중량%의 은 나노와이어 용액(AgNW solution)에 이소프로필 알코올(Isopropyl alcohol, IPA)을 혼합하여, 은 나노와이어의 함량이 0.05 중량%(wt%), 0.08 중량%, 0.1 중량%, 0.2 중량%, 0.25 중량% 및 0.3 중량%가 되도록 다양한 농도의 은 나노와이어 용액을 제조하였다.According to an embodiment, isopropyl alcohol (IPA) is mixed with 0.5% by weight of a silver nanowire solution (AgNW solution) so that the content of silver nanowires is 0.05 wt%, 0.08 wt%, 0.1 Various concentrations of silver nanowire solutions were prepared so as to be in wt.%, 0.2 wt.%, 0.25 wt.% And 0.3 wt.%.
이후, 각각의 은 나노와이어 용액을 각각의 그래핀층(350)에 2,500 rpm 으로 1분 동안 스핀 코팅하고, 예를 들어, 50 ℃ 내지 200 ℃에서 1시간 내지 5시간 동안 어닐링 처리하여 금속 나노와이어층(380)을 형성하였다.Then, each silver nanowire solution is spin-coated on each of the graphene layers 350 at 2,500 rpm for 1 minute and then annealed at 50 to 200 DEG C for 1 to 5 hours to form a metal nanowire layer (380).
이렇게 그래핀층(350) 상에 금속 나노와이어층(380)을 형성할 경우, 빛의 반사율을 낮춰 더 많은 빛이 태양전지 안으로 들어가게 할 뿐만 아니라, 그래핀층(350)의 전기전도도를 매우 높여 (또는 면저항을 매우 낮춰) 전자 또는 정공의 흐름을 보다 더 용이하게 만들어 각각의 전극에 더 많은 전자 및 정공들이 모이게 하여 태양전지의 에너지 변환효율을 향상시킬 수 있다.When the
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 제조방법의 흐름도를 도시한 것이다.15 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell having a graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to another embodiment of the present invention.
도 15를 참조하면, 단계 S310에서는 기판 상에 실리콘 산화물층 내에 다수의 실리콘 양자점을 포함하는 실리콘 양자점층을 형성한다.Referring to FIG. 15, in step S310, a silicon quantum dot layer including a plurality of silicon quantum dots is formed in a silicon oxide layer on a substrate.
단계 S310은, 상기 기판 상에 실리콘 산화물(SiO2) 박막 및 붕소(B)가 도핑된 실리콘 아산화물(SiOx) 박막을 교대로 적층하여 다층 구조의 시료를 제조하는 단계 및 상기 시료를 어닐링 처리하여 실리콘 산화물층 내에 다수의 실리콘 양자점이 일정하게 분포하는 상기 실리콘 양자점층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Step S310 may include alternately laminating a silicon oxide (SiO 2 ) thin film and a silicon oxynitride (SiO x ) thin film doped with boron (B) on the substrate to produce a multilayered sample, and annealing And forming the silicon quantum dot layer in which a plurality of silicon quantum dots are uniformly distributed in the silicon oxide layer.
단계 S320에서는 상기 실리콘 양자점층 상에 그래핀층을 형성한다.In step S320, a graphene layer is formed on the silicon quantum dot layer.
단계 S320은, 화학기상증착법에 의하여 탄소 함유 혼합 가스를 촉매층과 반응시켜 상기 촉매층 상에 그래핀 박막을 형성하는 단계 및 상기 실리콘 양자점층 상에 상기 형성된 그래핀 박막을 전사시키고 어닐링 처리하여 그래핀층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Step S320 includes the steps of: forming a graphene thin film on the catalyst layer by reacting a carbon-containing mixed gas with a catalyst layer by a chemical vapor deposition method; and transferring and annealing the formed graphene thin film on the silicon quantum dot layer to form a graphene layer To form a second layer.
단계 S330에서는 상기 그래핀층 상에 금속 나노와이어층을 형성하여 하이브리드 구조를 완성한다.In step S330, a metal nanowire layer is formed on the graphene layer to complete the hybrid structure.
단계 S330은, 상기 그래핀층 상에 금속 나노와이어 용액을 코팅하여 금속 나노와이어층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Step S330 may include forming a metal nanowire layer by coating a metal nanowire solution on the graphene layer.
단계 S340에서는 상기 하이브리드 구조의 상하부에 전극을 형성한다.In step S340, electrodes are formed on the upper and lower portions of the hybrid structure.
이하에서는 도 16을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지에 대한 그래핀의 도핑 농도에 따른 특성을 설명하기로 한다.Hereinafter, characteristics of the graphene-silicon quantum dot hybrid structure according to the doping concentration of the graphene according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지(금속 나노와이어층-그래핀층-실리콘 양자점층 하이브리드 구조)에 대한 금속 나노와이어층의 농도에 따른 태양전지의 특성 변화를 도시한 것이다.16 is a graph showing the relationship between the concentration of the metal nanowire layer on the graphene-silicon quantum dot hybrid structure solar cell (metal nanowire layer-graphene layer-silicon quantum dot layer hybrid structure) according to another embodiment of the present invention, And the characteristics change.
구체적으로, 도 16에는 그래핀이 아닌 알루미늄(Al)-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지, 그리고 그래핀층 상에 은 나노와이어(AgNW)의 농도가 0 중량%, 0.05 중량%, 0.08 중량%, 0.1 중량%, 0.2 중량%, 0.25 중량% 및 0.3 중량%로 달리하여 제조된 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지에 대한 태양전지의 에너지 변환효율(Efficiency)이 도시되어 있다. 여기서, 은 나노와이어(AgNW)의 농도가 0 중량%인 경우는 은 나노와이어층이 형성되지 않은 것을 의미한다.16 shows a solar cell having an aluminum (Al) -silicon quantum dot hybrid structure instead of graphene, and a silver nanowire (AgNW) concentration of 0 wt%, 0.05 wt%, 0.08 wt%, 0.1 The energy conversion efficiency of a solar cell with respect to a solar cell of a graphene-silicon quantum dot hybrid structure manufactured by different weight percentages, 0.2 wt%, 0.25 wt%, and 0.3 wt% is shown. Here, when the concentration of the silver nanowire (AgNW) is 0 wt%, it means that the silver nanowire layer is not formed.
도 16을 참조하면, 알루미늄(Al)-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지 및 은 나노와이어(AgNW)의 농도가 0 중량%인 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지에 비해, 나노와이어(AgNW)의 농도가 0.05 중량%, 0.08 중량%, 0.1 중량%, 0.2 중량% 및 0.25 중량%인 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지의 에너지 변환효율이 3% 정도 향상된 것으로 나타났다.16, compared with a solar cell having an aluminum (Al) -silicon quantum dot hybrid structure and a graphene-silicon quantum dot hybrid structure having a concentration of silver nanowire (AgNW) of 0 wt%, the nanowire (AgNW) Silicon quantum dot hybrid structure having a concentration of 0.05% by weight, 0.08% by weight, 0.1% by weight, 0.2% by weight and 0.25% by weight was improved by about 3%.
즉, 은 나노와이어층-그래핀층-실리콘 양자점층 하이브리드 구조를 갖는 태양전지가 그래핀층-실리콘 양자점층 하이브리드 구조를 갖는 태양전지보다 우수한 태양전지의 에너지 변환효율을 갖는 것을 확인할 수 있다.That is, it can be confirmed that the solar cell having the silver nanowire layer-graphene layer-silicon quantum dot layer hybrid structure has an energy conversion efficiency of the solar cell superior to the solar cell having the graphene-silicon quantum dot layer hybrid structure.
또한, 다양한 은 나노와이어 농도에서 실험한 결과, 0.1 중량%일 경우 16.06%의 최대 효율을 나타내어, 은 나노와이어 0.1 중량%에서 가장 우수한 태양전지 특성을 확인할 수 있다.As a result of experiments on various silver nanowire concentrations, the maximum efficiency was found to be 16.06% at 0.1 wt%, and the best solar cell characteristics at 0.1 wt% of silver nanowire can be confirmed.
한편, 은 나노와이어가 그래핀에 도핑될 경우, 그래핀이 n형으로 도핑되기 때문에 그래핀-실리콘 양자점 계면에서 에너지 장벽이 증가하는 효과가 발생하여 (도 9b 참조) 태양전지의 효율 증대에 불리할 수 있으나, 그 효과는 AuCl3에 의한 p형 도핑효과보다 매우 작은 것으로서 일함수 측정으로 분석된 바 있다.On the other hand, when silver nanowires are doped in graphenes, since graphene is doped to n-type, an energy barrier effect is increased at the graphene-silicon quantum dot interface (see FIG. 9B) However, the effect is much smaller than the p-type doping effect by AuCl 3 , which has been analyzed by work function measurement.
다른 한편으로, 은 나노와이어는 빛의 반사율을 낮춰 더 많은 빛이 태양전지 안으로 들어가게 할 뿐만 아니라, 그래핀층(350)의 전기전도도를 매우 높여 (또는 면저항을 매우 낮춰) 전자 또는 정공의 흐름을 보다 더 용이하게 만들어 각각의 전극에 더 많은 전자 및 정공들이 모이게 하여 태양전지의 에너지 변환효율을 향상시킬 수 있다. On the other hand, silver nanowires lower the reflectivity of light to allow more light to enter the solar cell, as well as to increase the electrical conductivity of the graphene layer 350 (or to a very low sheet resistance) Thereby making it easier to collect more electrons and holes in each electrode, thereby improving the energy conversion efficiency of the solar cell.
이에 따라, 전자의 경우보다 후자의 경우가 지배적으로 작용하기 때문에 0.1 %까지 태양전지의 효율이 증가한다고 볼 수 있다. 그러나 그 이상으로 은 나노와이어의 농도가 커지면 투과도가 급격하게 감소하게 되어서 도 16에서 보는 바와 같이 다시 효율이 감소하게 된다.Accordingly, the efficiency of the solar cell is increased by 0.1% because the latter case predominates over the former case. However, as the concentration of the silver nanowires increases, the transmittance decreases sharply, and the efficiency decreases again as shown in FIG.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.
100, 200, 300: 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지
110, 210, 310 : 기판
120, 220, 320 : 실리콘 산화물층
121, 221, 321 : 실리콘 산화물 박막
122, 222, 322 : 붕소가 도핑된 실리콘 아산화물 박막
130, 230, 330 : 실리콘 양자점
140, 240, 340 : 실리콘 양자점층
150, 250 : 도핑된 그래핀층
151, 251 : 형성된 그래핀 박막
152, 252 : 그래핀층
160, 260, 360 : 하이브리드 구조
170, 170', 270, 270', 370, 370' : 전극
280: 인캡슐레이션층
350: 그래핀층
380: 금속 나노와이어층100, 200, 300: graphene-silicon quantum dot hybrid solar cell
110, 210 and 310:
120, 220, 320: a silicon oxide layer
121, 221, 321: a silicon oxide thin film
122, 222, 322: boron-doped silicon oxide thin film
130, 230, 330: silicon quantum dots
140, 240, 340: silicon quantum dot layer
150, 250: Doped graphene layer
151, 251: formed graphene thin film
152, 252: graphene layer
160, 260, 360: hybrid structure
170, 170 ', 270, 270', 370, 370 '
280: encapsulation layer
350: graphene layer
380: metal nanowire layer
Claims (15)
상기 실리콘 양자점층 상에 형성된 도핑된 그래핀층과,
상기 도핑된 그래핀층 상에 형성되며 상기 도핑된 그래핀층을 캡슐화하는 인캡슐레이션층으로 구성되는 하이브리드 구조(hybrid structure); 및
상기 하이브리드 구조의 상하부에 형성된 전극
을 포함하는 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지.
A silicon quantum dot layer including a plurality of silicon quantum dots in a silicon oxide layer,
A doped graphene layer formed on the silicon quantum dot layer,
A hybrid structure formed on the doped graphene layer and comprising an encapsulation layer encapsulating the doped graphene layer; And
The electrodes formed on the upper and lower portions of the hybrid structure
And a graphene-silicon quantum dot hybrid structure comprising the graphene-silicon quantum dot hybrid structure.
상기 인캡슐레이션층은
그래핀으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지.
The method according to claim 1,
The encapsulation layer
And a graphene-silicon quantum dot hybrid structure.
상기 하이브리드 구조 및 상기 전극은
어닐링 처리되는 것을 특징으로 하는 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지.
The method according to claim 1,
The hybrid structure and the electrode
Wherein the graphene-silicon quantum dot hybrid structure is annealed.
상기 어닐링 처리는
450 ℃ 내지 550 ℃ 범위의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지.
The method of claim 3,
The annealing process
Wherein the annealing is performed at a temperature in the range of 450 to 550 占 폚.
상기 도핑된 그래핀층은
AuCl3, B, HNO3 및 RhCl3로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 도펀트로 도핑되어 형성된 것을 특징으로 하는 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지.
The method according to claim 1,
The doped graphene layer
Wherein the dopant is doped with at least one dopant selected from the group consisting of AuCl 3 , B, HNO 3 and RhCl 3 to form a graphene-silicon quantum dot hybrid structure.
상기 도핑된 그래핀층은
150 ohm/sq 내지 500 ohm/sq 범위의 면저항을 갖는 것을 특징으로 하는 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지.
The method according to claim 1,
The doped graphene layer
Wherein the solar cell has a sheet resistance in the range of 150 ohms / sq to 500 ohms / sq. The solar cell of the graphene-silicon quantum dot hybrid structure.
상기 실리콘 양자점층 상에 그래핀층과,
상기 그래핀층 상에 형성된 금속 나노와이어층으로 구성되는 하이브리드 구조(hybrid structure); 및
상기 하이브리드 구조의 상하부에 형성된 전극
을 포함하는 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지.
A silicon quantum dot layer including a plurality of silicon quantum dots in a silicon oxide layer,
A graphene layer on the silicon quantum dot layer,
A hybrid structure comprising a metal nanowire layer formed on the graphene layer; And
The electrodes formed on the upper and lower portions of the hybrid structure
And a graphene-silicon quantum dot hybrid structure comprising the graphene-silicon quantum dot hybrid structure.
상기 금속 나노와이어층은
은 나노와이어로 이루어지는 것을 특징으로 하는 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지.
8. The method of claim 7,
The metal nanowire layer
Wherein the graphene-silicon quantum dot hybrid structure is made of nanowires.
상기 실리콘 양자점층 상에 도핑된 그래핀층을 형성하는 단계;
상기 도핑된 그래핀층 상에 인캡슐레이션층을 형성하여 하이브리드 구조를 완성하는 단계; 및
상기 하이브리드 구조의 상하부에 전극을 형성하는 단계
를 포함하는 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지 제조방법.
Forming a silicon quantum dot layer comprising a plurality of silicon quantum dots in a silicon oxide layer on a substrate;
Forming a doped graphene layer on the silicon quantum dot layer;
Forming an encapsulation layer on the doped graphene layer to complete the hybrid structure; And
Forming electrodes on upper and lower portions of the hybrid structure
Silicon quantum dot hybrid structure.
상기 인캡슐레이션층을 형성하는 단계는
기재 상에 전도성 박막을 형성하는 단계; 및
상기 도핑된 그래핀층 상에 상기 전도성 박막을 전사시켜 인캡슐레이션층을 형성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지 제조방법.
10. The method of claim 9,
The step of forming the encapsulation layer
Forming a conductive thin film on the substrate; And
And transferring the conductive thin film on the doped graphene layer to form an encapsulation layer
Silicon quantum dot hybrid structure.
상기 실리콘 양자점층을 형성하는 단계는
상기 기판 상에 실리콘 산화물(SiO2) 박막 및 붕소(B)가 도핑된 실리콘 아산화물(SiOx) 박막을 교대로 적층하여 다층 구조의 시료를 제조하는 단계; 및
상기 시료를 어닐링 처리하여 실리콘 산화물층 내에 다수의 실리콘 양자점이 일정하게 분포하는 상기 실리콘 양자점층을 형성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지 제조방법.
10. The method of claim 9,
The step of forming the silicon quantum dot layer
Depositing a silicon oxide (SiO 2 ) thin film and a silicon oxynitride (SiO x ) thin film doped with boron (B) alternately on the substrate to produce a multilayered sample; And
Annealing the sample to form the silicon quantum dot layer in which a plurality of silicon quantum dots are uniformly distributed in the silicon oxide layer
Silicon quantum dot hybrid structure.
상기 도핑된 그래핀층을 형성하는 단계는
화학기상증착법에 의하여 탄소 함유 혼합 가스를 촉매층과 반응시켜 상기 촉매층 상에 그래핀 박막을 형성하는 단계;
상기 실리콘 양자점층 상에 상기 그래핀 박막을 전사시키고 어닐링 처리하여 그래핀층을 형성하는 단계; 및
상기 그래핀층 상에 AuCl3를 포함하는 용액을 스핀 코팅하고 어닐링 처리하여 상기 도핑된 그래핀층을 형성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지 제조방법.
10. The method of claim 9,
The step of forming the doped graphene layer
Reacting a carbon-containing mixed gas with a catalyst layer by chemical vapor deposition to form a graphene thin film on the catalyst layer;
Transferring the graphene thin film onto the silicon quantum dot layer and annealing to form a graphene layer; And
Spin coating a solution containing AuCl 3 on the graphene layer and annealing to form the doped graphene layer
Silicon quantum dot hybrid structure.
상기 하이브리드 구조의 상하부에 전극을 형성하는 단계 후,
상기 전극이 형성된 하이브리드 구조에 대하여 어닐링 처리를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지 제조방법.
10. The method of claim 9,
After the step of forming electrodes on the upper and lower portions of the hybrid structure,
And performing an annealing process on the hybrid structure in which the electrode is formed. ≪ Desc / Clms Page number 19 >
상기 어닐링 처리는
450 ℃ 내지 550 ℃ 범위의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지 제조방법.
14. The method of claim 13,
The annealing process
Wherein the annealing is performed at a temperature in the range of 450 to 550 占 폚.
상기 실리콘 양자점층 상에 그래핀층을 형성하는 단계;
상기 그래핀층 상에 금속 나노와이어층을 형성하여 하이브리드 구조를 완성하는 단계; 및
상기 하이브리드 구조의 상하부에 전극을 형성하는 단계
를 포함하는 그래핀-실리콘 양자점 하이브리드 구조의 태양전지 제조방법.Forming a silicon quantum dot layer comprising a plurality of silicon quantum dots in a silicon oxide layer on a substrate;
Forming a graphene layer on the silicon quantum dot layer;
Forming a metal nanowire layer on the graphene layer to complete a hybrid structure; And
Forming electrodes on upper and lower portions of the hybrid structure
Silicon quantum dot hybrid structure.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP17153042.1A EP3196946B1 (en) | 2016-01-25 | 2017-01-25 | Solar cell with graphene-silicon quantum dot hybrid structure and method of manufacturing the same |
| US15/415,311 US10714648B2 (en) | 2016-01-25 | 2017-01-25 | Solar cell with graphene-silicon quantum dot hybrid structure and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20160008751 | 2016-01-25 | ||
| KR1020160008751 | 2016-01-25 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170088753A true KR20170088753A (en) | 2017-08-02 |
| KR101924273B1 KR101924273B1 (en) | 2018-11-30 |
Family
ID=59651744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170002159A KR101924273B1 (en) | 2016-01-25 | 2017-01-06 | Solar cells using hybrid structure of graphene-silicon quantum dots and method of manufacturing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101924273B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190125754A (en) * | 2018-04-30 | 2019-11-07 | 충남대학교산학협력단 | Solar cell using a graphite substrate and graphene, and method of manufacturing the same |
| US10529879B2 (en) | 2017-12-18 | 2020-01-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Photoelectric conversion device including quantum dot layers |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101558801B1 (en) * | 2014-08-21 | 2015-10-12 | 경희대학교 산학협력단 | Photo diode using hybrid structure of graphene-silicon quantum dots and method of manufacturing the same |
-
2017
- 2017-01-06 KR KR1020170002159A patent/KR101924273B1/en active IP Right Grant
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10529879B2 (en) | 2017-12-18 | 2020-01-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Photoelectric conversion device including quantum dot layers |
| KR20190125754A (en) * | 2018-04-30 | 2019-11-07 | 충남대학교산학협력단 | Solar cell using a graphite substrate and graphene, and method of manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101924273B1 (en) | 2018-11-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3196946B1 (en) | Solar cell with graphene-silicon quantum dot hybrid structure and method of manufacturing the same | |
| Nguyen et al. | Advances in flexible metallic transparent electrodes | |
| WO2011112589A1 (en) | Transparent electrodes based on graphene and grid hybrid structures | |
| JP5586948B2 (en) | Method and structure for thin film photoelectric materials using semiconductor materials | |
| JP5423952B2 (en) | Photoelectric conversion device and electronic device | |
| Cao et al. | Vertical SnSe nanorod arrays: from controlled synthesis and growth mechanism to thermistor and photoresistor | |
| US20160281222A1 (en) | 3-dimensional nanoplasmonic structure and method of manufacturing the same | |
| TWI431784B (en) | Method and structure for thin film photovoltaic materials using semiconductor materials | |
| EP2735542A1 (en) | Graphene sheet, transparent electrode having same, active layer, and display device, electronic device, optoelectronic device, battery, solar cell, and dye-sensitized solar cell including same | |
| JP2011515852A (en) | Improved back contact for thin film solar cells | |
| CN103545396B (en) | Photodiode and method for making the same | |
| JP2013211212A (en) | Laminated electrode, manufacturing method therefor and photoelectric conversion element | |
| Prasad et al. | Facet-engineered surfaces of two-dimensional layered BiOI and Au–BiOI substrates for tuning the surface-enhanced Raman scattering and visible light photodetector response | |
| KR101264880B1 (en) | Silicon Solar Cell and Manufacturing Method thereof | |
| Kim et al. | Ag-nanowires-doped graphene/Si Schottky-junction solar cells encapsulated with another graphene layer | |
| Lee et al. | Effect of rapid thermal annealing on the structural and electrical properties of solid ZnO/NiO heterojunctions prepared by a chemical solution process | |
| KR101924273B1 (en) | Solar cells using hybrid structure of graphene-silicon quantum dots and method of manufacturing the same | |
| CN107123468B (en) | A kind of transparent conductive film containing function point analysis layer | |
| Liang et al. | Design and tuning functionality of rod-like titanium dioxide–nickel oxide composites via a combinational methodology | |
| Li et al. | Fabrication and application of indium-tin-oxide nanowire networks by polystyrene-assisted growth | |
| Sapkal et al. | Structural, morphological, optical and photoluminescence properties of Ag-doped zinc oxide thin films | |
| Yamada et al. | Transfer-free fabrication of a graphene transparent electrode on a GaN-based light-emitting diode using the direct precipitation method | |
| JP6255417B2 (en) | Photoelectric conversion device | |
| TW201521210A (en) | Photovoltaic element and method of manufacturing the same | |
| Chen et al. | Experimental observations on metal-like carrier transport and Mott hopping conduction behaviours in boron-doped Si nanocrystal multilayers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |