KR20180011832A - Tandem solar cell, tanden solar cell module comprising the same and method for manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 텐덤 태양전지, 이를 포함하는 텐덤 태양전지 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로, 결정질 실리콘 태양전지의 전면에 페로브스카이트 태양전지를 적층하여 접합시킨 모놀리식(monolithic) 텐덤 태양전지와 이를 모듈화시킨 텐덤 태양전지 모듈 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a tandem solar cell, a tandem solar cell module including the tandem solar cell, and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a tandem solar cell including a monolithic solar cell in which a perovskite solar cell is laminated on a front surface of a crystalline silicon solar cell, The present invention relates to a tandem solar cell, a tandem solar cell module in which the tandem solar cell is modularized, and a method of manufacturing the same.
결정질 실리콘(crystalline silicon; c-Si) 태양전지는 대표적인 단일접합(single juction) 태양전지로서 수십년 동안 태양전지 시장을 지배해왔다.Crystalline silicon (c-Si) solar cells are a typical single-junction solar cell and have dominated the solar cell market for decades.
그러나, 결정질 실리콘의 밴드갭은 Shockley-Queisser 한계를 고려할 때 거의 이상적임에도 불구하고, 실리콘 기반의 태양전지의 광전 변환 효율을 Auger 재조합에 따라 약 30% 수준으로 제한되고 있는 실정이다.However, although the band gap of crystalline silicon is almost ideal when considering the Shockley-Queisser limit, the photoelectric conversion efficiency of a silicon-based solar cell is limited to approximately 30% according to Auger recombination.
즉, 종래의 결정질 실리콘 태양전지의 광전 효율은 밴드갭보다 훨씬 높은 에너지를 갖는 광자가 입사될 때 발생하는 열화 손실(thermalization loss)과 밴드갭보다 낮은 에너지를 갖는 포톤의 투과 손실로 인해 낮은 한계치를 갖는다.That is, the photovoltaic efficiency of the conventional crystalline silicon solar cell is lowered due to the thermalization loss occurring when a photon having energy much higher than the band gap is incident and the transmission loss of the photon having energy lower than the band gap .
여기서, 열화 손실이란 태양전지로 흡수된 광의 초과 에너지가 격자 진동의 양자 형태인 포톤으로 전환되지 못하고 열에너지로 손실되는 것을 말하며, 투과 손실이란 밴드갭보다 낮은 에너지를 갖는 광자가 전자를 충분히 여기시키지 못함에 따른 손실을 의미한다.Here, the deterioration loss means that the excess energy of light absorbed by the solar cell is lost as heat energy without being converted into a photon which is a quantum form of lattice vibration, and a photon having energy lower than the band gap does not sufficiently excite electrons .
단일접합 태양전지에 있어서 열화 손실을 줄이려면 적절한 크기의 밴드갭이 필요함과 동시에 낮은 에너지의 포톤이 기여할 수 있도록 하기 위해서는 밴드갭이 낮아야 하므로 서로 간에 트레이드-오프(trade-off) 관계가 성립된다.In order to reduce the deterioration loss in a single junction solar cell, a band gap of a proper size is required and a band gap is required to be low so that a low energy photon contributes, a trade-off relationship is established between the two.
이러한 트레이드-오프 관계는 단일접합 태양전지로는 해결하기 곤란하기 때문에, 최근에는 텐덤 태양전지(tandem solar cell 또는 double-juction solar cell)와 같이 다양한 에너지 밴드갭을 갖는 재료들을 이용함으로써 넓은 스펙트럼 영역의 광에너지를 효과적으로 이용하고자 하는 시도가 이루어지고 있다.Since such a trade-off relationship is difficult to solve with a single junction solar cell, it has recently been found that by using materials having various energy band gaps such as a tandem solar cell or a double-junction solar cell, Attempts have been made to effectively utilize optical energy.
이러한 시도의 일환으로 서로 다른 밴드갭을 가지는 흡수층을 포함하는 단일접합 태양전지를 연결하여 하나의 태양전지를 구성하는 텐덤 태양전지가 제안된 바 있다.As one of such attempts, a tandem solar cell constituting one solar cell by connecting a single junction solar cell including an absorption layer having different band gaps has been proposed.
일반적으로 텐덤 태양전지는 상대적으로 큰 밴드갭을 갖는 흡수층을 포함하는 단일접합 태양전지가 먼저 입사광을 받도록 전면에 위치하며, 상대적으로 밴드갭이 작은 흡수층을 포함하는 단일접합 태양전지가 후면에 위치한다. In general, a single junction solar cell including an absorber layer having a relatively large bandgap is positioned on the front side to receive incident light first, and a single junction solar cell including an absorber layer having a relatively small band gap is disposed on the rear surface .
이에 따라, 텐덤 태양전지는 전면에서 단파장 영역의 광을 흡수하고 후면에서 장파장 영역의 광을 흡수함으로써 문턱 파장(threshold wavelength)을 장파장 쪽으로 이동시킬 수 있으며, 결과적으로 전체 흡수파장 영역을 넓게 이용할 수 있다는 이점이 있다.Accordingly, the tandem solar cell absorbs light in a short wavelength region from the front side and absorbs light in a long wavelength region from the rear side, thereby moving the threshold wavelength toward the long wavelength side, and consequently, the entire absorption wavelength region can be widely used There is an advantage.
또한, 전체 흡수파장 영역을 두 대역으로 나누어 이용함으로써 전자-정공 생성시 열 손실의 감소를 기대할 수 있다.In addition, by using the entire absorption wavelength region divided into two bands, a reduction in heat loss can be expected in electron-hole generation.
이러한 텐덤 태양전지는 단일접합 태양전지의 접합 형태와 전극이 구비되는 위치에 따라 크게 2-단자(two-terminal) 텐덤 태양전지와 4-단자(four-terminal) 텐덤 태양전지로 분류될 수 있다.Such a tandem solar cell can be roughly classified into a two-terminal tandem solar cell and a four-terminal tandem solar cell depending on the junction type of the single junction solar cell and the position of the electrode.
구체적으로, 2-단자 텐덤 태양전지는 두 서브 태양전지가 터널 접합되며, 텐덤 태양전지의 전면 및 후면에 각각 전극이 구비된 구조를 가지며, 4-단자 텐덤 태양전지는 두 서브 태양전지가 서로 이격된 상태로 존재하며, 각각의 서브 태양전지의 전면 및 후면에 전극이 구비된 구조를 가진다.Specifically, a two-terminal tandem solar cell has a structure in which two sub-solar cells are tunnel-junctioned, and electrodes are provided on the front and rear surfaces of the tandem solar cell. In the four- And the electrodes are provided on the front and rear surfaces of each sub solar cell.
4-단자 텐덤 태양전지의 경우 각 서브 태양전지가 별개의 기판을 필요로 하며, 2-단자 텐덤 태양전지에 비해 상대적으로 많은 투명 전도성 접합을 필요로 하기 때문에 저항이 높으며, 광학 손실이 필연적으로 발생하기 때문에 2-단자 텐덤 태양전지가 차세대 태양전지로서 주목받고 있다.In the case of a four-terminal tandem solar cell, each sub-solar cell requires a separate substrate and requires a relatively large number of transparent conductive junctions compared to a two-terminal tandem solar cell, resulting in high resistance and inevitable optical loss Terminal tandem solar cell is attracting attention as a next generation solar cell.
도 1은 일반적인 2-단자 텐덤 태양전지의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.1 schematically shows a cross-section of a general two-terminal tandem solar cell.
도 1을 참조하면, 태양전지는 상대적으로 큰 밴드갭을 갖는 흡수층을 포함하는 단일접합 태양전지와 상대적으로 밴드갭이 작은 흡수층을 포함하는 단일접합 태양전지가 접합층을 매개로 하여 터널 접합된다.Referring to FIG. 1, a solar cell includes a single junction solar cell including an absorption layer having a relatively large bandgap and a single junction solar cell including an absorption layer having a relatively small band gap, through a junction layer.
다양한 종류의 2-단자 텐덤 태양전지 중 상대적으로 큰 밴드갭을 갖는 흡수층을 포함하는 단일접합 태양전지를 페로브스카이트 태양전지로 사용하고, 상대적으로 밴드갭이 작은 흡수층을 포함하는 단일접합 태양전지를 결정질 실리콘 태양전지로 사용한 페로브스카이트/결정질 실리콘 텐덤 태양전지가 30% 이상의 광전 효율을 달성할 수 있는 유력한 후보로 주목받고 있다.A single junction solar cell including an absorption layer having a relatively large bandgap among various types of two-terminal tandem solar cells is used as a perovskite solar cell and a single junction solar cell including an absorption layer having a relatively small band gap Has been attracting attention as a candidate for achieving a photovoltaic efficiency of 30% or more in a perovskite / crystalline silicon tandem solar cell using a crystalline silicon solar cell.
페로브스카이트/결정질 실리콘 텐덤 태양전지에 있어서 페로브스카이트 태양전지는 결정질 실리콘 태양전지의 전면에 접합층을 형성한 후 접합층의 전면에 증착하게 된다.In a perovskite / crystalline silicon tandem solar cell, a perovskite solar cell is deposited on the front surface of a junction layer after forming a junction layer on the whole surface of the crystalline silicon solar cell.
이 때, 입사광의 반사율을 줄이기 위해 결정질 실리콘 기판의 표면에 텍스쳐 구조를 형성할 경우, 페로브스카이트 태양전지(특히, 결정질 실리콘 태양전지와 직접적으로 접촉하는 전자전달층)가 균일하게 증착되지 못하는 문제가 있다.In this case, when the texture structure is formed on the surface of the crystalline silicon substrate to reduce the reflectance of the incident light, the perovskite solar cell (particularly, the electron transport layer directly contacting the crystalline silicon solar cell) is not uniformly deposited there is a problem.
따라서, 현재 대부분의 페로브스카이트/결정질 실리콘 텐덤 태양전지는 페로브스카이트 태양전지가 증착되는 결정질 실리콘 기판의 표면을 평탄화한 후 페로브스카이트 태양전지를 증착시킨 형태를 취하고 있다.Therefore, at present, most perovskite / crystalline silicon tandem solar cells are formed by flattening the surface of a crystalline silicon substrate on which a perovskite solar cell is deposited, and then depositing a perovskite solar cell.
이 경우, 입사광의 반사율이 증가할 뿐만 아니라 후면에 배치된 결정질 실리콘 텐덤 태양전지에서 흡수되는 장파장의 광 경로가 감소되기 때문에 결정질 실리콘 텐덤 태양전지에서의 광흡수율이 저하되는 문제가 있다.In this case, not only the reflectance of the incident light is increased but also the optical path length of the long wavelength absorbed by the crystalline silicon tandem solar cell arranged on the rear side is reduced, so that the light absorption rate in the crystalline silicon tandem solar cell is lowered.
또한, 전면에 배치된 페로브스카이트 태양전지에서 선택적으로 흡수되는 단파장의 입사광이 페로브스카이트 흡수층에서 충분히 포집되지 못한채 투과함에 따른 투과 손실 문제가 발생할 우려가 있다.In addition, incident light of a short wavelength selectively absorbed by the perovskite solar cell disposed on the front surface may not be sufficiently collected in the perovskite absorption layer, and there is a fear that the transmission loss problem due to the penetration may occur.
이에 따라, 본 발명은 텐덤 태양전지에 수직으로 입사되는 광의 반사율을 줄임과 동시에 광의 입사 방향을 사선 방향으로 변화시킴에 따라 광 경로를 증가시키는 것이 가능한 구조를 가지는 텐덤 태양전지 및 이를 포함하는 텐덤 태양전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention provides a tandem solar cell having a structure capable of increasing the light path by reducing the reflectance of light vertically incident on the tandem solar cell and changing the incidence direction of the light in an oblique direction, and a tandem solar cell And to provide a battery module.
또한, 본 발명은 페로브스카이트 태양전지와 결정질 실리콘 태양전지에서의 선택적인 광 포집이 가능한 구조를 가지는 및 이를 포함하는 텐덤 태양전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a tandem solar cell module having a structure capable of selectively collecting light in a perovskite solar cell and a crystalline silicon solar cell.
아울러, 본 발명은 양면수광형의 동종 또는 이종정합 실리콘 태양전지를 사용하여 광 효율 및 실반전량을 향상시킨 및 이를 포함하는 텐덤 태양전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a tandem solar cell module having improved light efficiency and the total amount of semiconductor panels by using a homogeneous or heterogeneous silicon solar cell of double-side light receiving type.
또한, 본 발명은 텐덤 태양전지의 전면에 패턴화된 나노 광학 구조를 도입함에 따라 입사광의 반사율을 줄임과 동시에 광 경로를 증가시킬 수 있는 텐덤 태양전지의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a tandem solar cell capable of reducing a reflectance of an incident light and increasing a light path by introducing a patterned nano optical structure on the front surface of the tandem solar cell.
페로브스카이트 태양전지의 균일한 증착과 결정질 실리콘 텐덤 태양전지에서 흡수되는 장파장의 광 경로의 감소로 인한 광흡수율 저하 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 결정질 실리콘 태양전지의 평평한 전면에 위치하는 접합층, 접합층의 전면에 위치하는 페로브스카이트 태양전지 및 페로브스카이트 태양전지의 전면에 위치하는 전면 투명 전극를 포함하되, 전면 투명 전극의 전면에 패턴화된 투명 전극 구조체를 포함하는 텐덤 태양전지가 제공된다.According to one aspect of the present invention, in order to solve the problems of uniform deposition of the perovskite solar cell and reduction in the light absorption rate due to reduction of the optical path of the long wavelength absorbed in the crystalline silicon tandem solar cell, A perovskite solar cell positioned on the front surface of the bonding layer, and a front transparent electrode disposed on the front surface of the perovskite solar cell, wherein the front transparent electrode has a patterned transparent electrode structure A tandem solar cell is provided.
여기서, 투명 전극 구조체는 요철 패턴 또는 그리드 패턴을 가지도록 패턴화됨에 따라 텐덤 태양전지를 향해 수직으로 입사되는 광의 방향을 사선 방향으로 변화시켜 입사광의 반사율을 줄임과 동시에 광 경로를 증가시키는 것이 가능하다. 입사광의 경로가 증가함에 따라 페로브스카이트 태양전지 및 결정질 실리콘 태양전지 내 광 흡수층을 투과하는 광의 경로가 증가하며, 이를 통해 광흡수율을 향상시킬 수 있다.Here, as the transparent electrode structure is patterned so as to have a concave-convex pattern or a grid pattern, it is possible to change the direction of light vertically incident on the tandem solar cell in an oblique direction, thereby reducing the reflectance of incident light and increasing the light path . As the path of the incident light increases, the path of the light passing through the light absorption layer in the perovskite solar cell and the crystalline silicon solar cell increases, thereby improving the light absorption rate.
여기서, 페로브스카이트 태양전지에서 생성된 전하를 포집하기 위한 전면 금속 전극은 전면 투명 전극의 전면 중 일부 영역에 배치된다. 이 때, 전면 금속 전극은 금속으로 이루어진 패드 전극과 전극 와이어를 포함한다. 여기서, 전극 와이어는 본 발명에 따른 복수의 텐덤 태양전지(즉, 복수의 셀)를 사용하여 태양전지 모듈을 구성할 경우, 이웃한 셀을 전기적으로 연결하기 위한 도전체로서 역할한다. 이 때, 전극 와이어는 원통형 또는 타원형의 단면을 가짐으로써, 전극 와이어에 의해 반사된 입사광이 태양전지를 향해 재입사될 수 있도록 한다.Here, the front metal electrode for collecting charges generated in the perovskite solar cell is disposed in a part of the front surface of the front transparent electrode. At this time, the front metal electrode includes a pad electrode made of a metal and an electrode wire. Here, when forming a solar cell module using a plurality of tandem solar cells (i.e., a plurality of cells) according to the present invention, the electrode wires serve as conductors for electrically connecting neighboring cells. At this time, the electrode wire has a cylindrical or elliptical cross section, so that the incident light reflected by the electrode wire can be re-incident toward the solar cell.
또한, 결정질 실리콘 태양전지에서 생성된 전하를 포집하기 위한 후면 금속 전극은 후면 투명 전극의 후면에 전면적으로 구비되는 것이 아니라 전면 금속 전극과 마찬가지로 후면 투명 전극 또는 후면 패시베이션층의 후면의 일부 영역에 배치됨으로써 결정질 실리콘 태양전지의 흡수층에 흡수되지 못한 장파장의 광이 외부로 투과될 수 있도록 한다.In addition, the rear metal electrode for collecting charges generated in the crystalline silicon solar cell is not entirely provided on the rear surface of the rear transparent electrode but is disposed in a part of the rear surface of the rear transparent electrode or the rear surface of the rear passivation layer, So that light of a long wavelength which can not be absorbed by the absorption layer of the crystalline silicon solar cell can be transmitted to the outside.
이 때, 후면 금속 전극은 후면 투명 전극 또는 후면 패시베이션층의 후면의 일부 영역에 배치됨으로써 텐덤 태양전지의 전면뿐만 아니라 후면으로부터 태양광이 입사 가능하도록 구현될 수 있다. At this time, the rear metal electrode may be disposed on the rear transparent electrode or a part of the rear surface of the rear passivation layer so that solar light can be incident on the rear surface as well as the front surface of the tandem solar cell.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 결정질 실리콘 태양전지의 평평한 전면에 위치하는 접합층, 상기 접합층의 전면에 위치하는 페로브스카이트 태양전지, 상기 페로브스카이트 태양전지의 전면에 위치하는 전면 투명 전극, 상기 전면 투명 전극의 전면에 위치하며, 패턴화된 투명 전극을 포함하는 투명 전극 구조체, 상기 투명 전극 구조체의 전면에 위치하는 전면 금속 전극 및 상기 결정질 실리콘 태양전지의 후면에 위치하는 후면 금속 전극을 포함하는 복수의 텐덤 태양전지를 포함하는 텐덤 태양전지 모듈이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a solar cell comprising: a junction layer positioned on a flat front surface of a crystalline silicon solar cell; a perovskite solar cell positioned on a front surface of the junction layer; Electrode, a transparent electrode structure disposed on the front surface of the front transparent electrode and including a patterned transparent electrode, a front metal electrode disposed on a front surface of the transparent electrode structure, and a rear metal electrode disposed on a rear surface of the crystalline silicon solar cell, The tandem solar cell module includes a plurality of tandem solar cells.
이 때, 상기 복수의 텐덤 태양전지 중 이웃한 두 텐덤 태양전지의 전면 금속 전극과 후면 금속 전극은 전극 와이어에 의해 서로 전기적으로 연결되며, 상기 복수의 텐덤 태양전지의 전면 및 후면에 갭을 두고 위치하는 전면 투명 기판 및 후면 투면 기판을 포함한다.At this time, the front metal electrode and the rear metal electrode of the neighboring two tandem solar cells of the plurality of tandem solar cells are electrically connected to each other by the electrode wire, and a gap is formed on the front and rear surfaces of the plurality of tandem solar cells A front transparent substrate and a rear transparent substrate.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 결정질 실리콘 기판으로부터 결정질 실리콘 태양전지를 형성하는 단계, 결정질 실리콘 태양전지의 평평한 전면에 접합층을 형성하는 단계, 접합층의 전면에 페로브스카이트 태양전지를 형성하는 단계, 페로브스카이트 태양전지의 전면에 전면 투명 전극을 형성하는 단계 및 전면 투명 전극의 전면에 투명 전극 구조체를 패턴화하는 단계를 포함하는 텐덤 태양전지의 제조방법이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a solar cell, comprising: forming a crystalline silicon solar cell from a crystalline silicon substrate; forming a bonding layer on a flat front surface of the crystalline silicon solar cell; forming a perovskite solar cell Forming a front transparent electrode on the front surface of the perovskite solar cell, and patterning the transparent electrode structure on the front surface of the front transparent electrode.
여기서, 투명 전극 구조체는 전면 투명 전극을 형성한 후 전면 투명 전극의 전면으로부터 소정의 깊이만큼 식각되어 요철 패턴 또는 그리드 패턴을 가지도록 패턴화되거나, 전면 투명 전극의 전면에 별개의 층으로서 증착될 수 있다. Here, the transparent electrode structure may be patterned so as to have a concave-convex pattern or a grid pattern by etching a predetermined depth from the front surface of the front transparent electrode after the front transparent electrode is formed, or may be deposited as a separate layer on the front surface of the front transparent electrode have.
본 발명에 따르면, 텐덤 태양전지의 전면에 배치되는 전면 투명 전극의 전면에 패턴화된 투명 전극 구조체를 배치함으로써 텐덤 태양전지의 전면을 향해 수직으로 입사되는 광의 입사각을 변화시켜 입사광의 반사율을 줄이는 것이 가능하다.According to the present invention, by arranging a patterned transparent electrode structure on the front surface of the front transparent electrode disposed on the front surface of the tandem solar cell, it is possible to reduce the reflectance of the incident light by changing the incident angle of the light vertically incident on the front surface of the tandem solar cell It is possible.
특히, 결정질 실리콘 태양전지의 전면에 텍스쳐 구조를 도입하지 않더라도 페로브스카이트 태양전지를 투과하는 장파장의 광은 사선 방향으로 결정질 실리콘 태양전지를 향해 입사됨에 따라 접합층과 결정질 실리콘 태양전지의 경계면에서 반사되는 것을 줄일 수 있다.In particular, even if a texture structure is not introduced on the front surface of the crystalline silicon solar cell, the light of a long wavelength transmitted through the perovskite solar cell is incident on the crystalline silicon solar cell in the diagonal direction, It is possible to reduce the reflection.
또한, 전면 투명 전극의 전면에 패턴화된 투명 전극 구조체에 의해 텐덤 태양전지를 향해 수직으로 입사되는 광이 굴절되어 페로브스카이트 태양전지 및 결정질 실리콘 태양전지를 향해 사선 방향으로 입사될 수 있다. 이에 따라 각 태양전지를 통과하는 입사광의 경로가 증가하게 되며, 결과적으로 각 태양전지에서의 광 흡수율이 향상될 수 있다.In addition, the light incident vertically toward the tandem solar cell can be refracted by the patterned transparent electrode structure on the front surface of the front transparent electrode and incident on the perovskite solar cell and the crystalline silicon solar cell in the diagonal direction. As a result, the path of incident light passing through each solar cell is increased, and as a result, the light absorption rate in each solar cell can be improved.
또한, 본 발명에 따르면, 텐덤 태양전지의 페로브스카이트 태양전지에서 생성된 전하를 포집하기 위한 전극 와이어가 원통형 또는 타원형의 단면을 가짐에 따라 전극 와이어에 의해 반사된 입사광이 태양전지를 향해 재입사될 수 있도록 함으로써 효율성을 향상시킬 수 있다.Further, according to the present invention, as the electrode wire for collecting the charge generated in the perovskite solar cell of the tandem solar cell has a cylindrical or elliptical cross section, the incident light reflected by the electrode wire is directed toward the solar cell So that the efficiency can be improved.
추가적으로, 후면 금속 전극이 일부 영역에 배치됨에 따라 양면 수광형의 텐덤 태양전지를 구현하는 것이 가능하며, 이를 통해 텐덤 태양전지의 효율성을 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, since the rear metal electrode is disposed in a partial region, it is possible to realize a double-side light receiving type tandem solar cell, thereby further improving the efficiency of the tandem solar cell.
도 1은 일반적인 텐덤 태양전지의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 텐덤 태양전지의 단면을 나타낸 것이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 텐덤 태양전지에 적용된 투명 전극 구조체의 다른 실시예를 나타낸 것이다.
도 5 및 도 6은 도 2에 도시된 텐덤 태양전지 내에서 단파장 광을 흡수하는 경로를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7 및 도 8은 도 2에 도시된 텐덤 태양전지 내에서 장파장 광을 흡수하는 경로를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 텐덤 태양전지의 단면을 나타낸 것이다.
도 10 및 도 11은 도 9에 도시된 텐덤 태양전지에 적용된 투명 전극 구조체의 다른 실시예를 나타낸 것이다.
도 12는 도 2에 도시된 텐덤 태양전지의 제조 순서를 나타낸 것이다.
도 13은 도 9에 도시된 텐덤 태양전지의 제조 순서를 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명에 따른 텐덤 태양전지가 모듈화된 형태를 개략적으로 나타낸 것이다.
1 schematically shows a cross section of a general tandem solar cell.
2 is a cross-sectional view of a tandem solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 3 and 4 show another embodiment of the transparent electrode structure applied to the tandem solar cell shown in FIG.
5 and 6 schematically show a path for absorbing short-wavelength light in the tandem solar cell shown in Fig.
FIGS. 7 and 8 schematically show a path for absorbing long wavelength light in the tandem solar cell shown in FIG. 2. FIG.
9 is a cross-sectional view of a tandem solar cell according to another embodiment of the present invention.
FIGS. 10 and 11 show another embodiment of the transparent electrode structure applied to the tandem solar cell shown in FIG.
FIG. 12 shows a manufacturing procedure of the tandem solar cell shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 13 shows a manufacturing procedure of the tandem solar cell shown in FIG.
14 schematically shows a modular form of the tandem solar cell according to the present invention.
이하, 본원에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 텐덤 태양전지와 이를 제조하는 방법을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a tandem solar cell according to a preferred embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.It is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to inform.
[텐덤 태양전지][Tandem Solar Cell]
이하에서 설명되는 텐덤 태양전지는 통상적으로 태양광(또는 입사광)이 텐덤 태양전지의 전면으로만 수광되는 것이 아니라 텐덤 태양전지의 전면과 후면으로부터 모두 수광 가능한 양면수광 형태의 텐덤 태양전지인 것으로 가정된다.The tandem solar cell described below is generally assumed to be a double-side receive-type tandem solar cell capable of receiving both sunlight (or incident light) from the front and rear surfaces of the tandem solar cell, rather than receiving only the front surface of the tandem solar cell .
제1 1st 실시예Example
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 텐덤 태양전지의 단면을 나타낸 것이다.2 is a cross-sectional view of a tandem solar cell according to a first embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 텐덤 태양전지는 상대적으로 큰 밴드갭을 갖는 흡수층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지(130)와 상대적으로 밴드갭이 작은 흡수층을 포함하는 결정질 실리콘 태양전지(110)가 접합층(120)을 매개로 하여 직접적으로 터널 접합된 2-단자 텐덤 태양전지(이하, "페로브스카이트/결정질 실리콘 텐덤 태양전지"라 함)의 구조를 가진다.Referring to FIG. 2, the tandem solar cell according to the first embodiment of the present invention includes a perovskite
이에 따라, 텐덤 태양전지로 입사된 광 중 단파장 영역의 광은 전면에 배치된 페로브스카이트 태양전지(130)에 흡수되어 전하를 생성하며, 페로브스카이트 태양전지를 투과하는 장파장 영역의 광은 후면에 배치된 결정질 실리콘 태양전지(110)에 흡수되어 전하를 생성하게 된다.Accordingly, the light in the short wavelength region of the light incident on the tandem solar cell is absorbed by the perovskite
상술한 구조를 가지는 텐덤 태양전지는 전면에 배치된 페로브스카이트 태양전지(130)에서 단파장 영역의 광을 흡수하여 발전하고, 후면에 배치된 결정질 실리콘 태양전지(110)에서 장파장 영역의 광을 흡수하여 발전함으로써 문턱 파장(threshold wavelength)을 장파장 쪽으로 이동시킬 수 있으며, 결과적으로 전체 태양전지가 흡수하는 파장대를 넓힐 수 있다는 이점이 있다.The tandem solar cell having the above-described structure absorbs the light in the short wavelength region in the perovskite
다만, 2-단자 텐덤 태양전지의 경우, 접합층(120)을 매개로 하여 걸정질 실리콘 태양전지(110)의 전면에 페로브스카이트 태양전지(130)가 직접적으로 터널 접합되기 때문에 결정질 실리콘 태양전지(110)의 전면의 구조에 따라 페로브스카이트 태양전지(130)의 특성이 영향을 받을 수 있다.However, in the case of a two-terminal tandem solar cell, since the perovskite
단일접합 태양전지에서 표면에서의 입사광의 반사율을 줄이고, 태양전지로 입사된 광의 경로를 증가시키기 위해 표면에 텍스쳐 구조를 도입하는 것이 일반적이다.In a single junction solar cell, it is common to introduce a texture structure on the surface to reduce the reflectance of the incident light on the surface and increase the path of the light incident on the solar cell.
다만, 페로브스카이트/결정질 실리콘 텐덤 태양전지의 경우, 결정질 실리콘 텐덤 태양전지의 전면에 텍스쳐 구조가 도입된 경우, 결정질 실리콘 텐덤 태양전지의 전면에 페로브스카이트 태양전지를 균일하게 증착시키기 어렵다는 문제가 있다. 이에 따라, 지금까지 알려진 대부분의 페로브스카이트/결정질 실리콘 텐덤 태양전지는 편평한 웨이퍼의 전면에 구현될 수 밖에 없는 한계가 있었다.However, in the case of the perovskite / crystalline silicon tandem solar cell, it is difficult to uniformly deposit the perovskite solar cell on the front surface of the crystalline silicon tandem solar cell when the texture structure is introduced on the whole surface of the crystalline silicon tandem solar cell there is a problem. As a result, most of the perovskite / crystalline silicon tandem solar cells known so far have had limitations that must be realized on the entire surface of a flat wafer.
이 경우, 특히 페로브스카이트 태양전지를 투과하여 결정질 실리콘 태양전지를 향해 수직으로 입사되는 장파장 영역의 광이 접합층과 결정질 실리콘 태양전지의 계면에서 반사될 확률이 증가한다는 문제가 있다. 또한, 반사되지 않고 결정질 실리콘 태양전지를 투과하더라도 사선으로 입사되는 경우보다 장파장의 광 경로가 짧기 때문에 장파장 광의 흡수율을 향상시키기 어렵다는 문제가 있다.In this case, there is a problem that the probability that the light in the long wavelength region vertically incident on the crystalline silicon solar cell through the perovskite solar cell is reflected at the interface between the junction layer and the crystalline silicon solar cell increases in particular. In addition, even when a crystalline silicon solar cell is transmitted without reflection, there is a problem that it is difficult to improve the absorption rate of long wavelength light because the optical path of a long wavelength is shorter than that of a case where it is incident on a diagonal line.
상술한 종래의 페로브스카이트/결정질 실리콘 텐덤 태양전지의 문제를 해소하기 위해, 본 발명의 제1 실시예에 따른 텐덤 태양전지에 있어서 결정질 실리콘 태양전지(110)는 후면에만 선택적인 텍스쳐 구조를 도입하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the problem of the conventional perovskite / crystalline silicon tandem solar cell, in the tandem solar cell according to the first embodiment of the present invention, the crystalline silicon
제1 실시예에 따른 결정질 실리콘 태양전지(110)는 헤테로접합(heterojuction) 결정질 실리콘 태양전지로 구현될 수 있다.The crystalline silicon
구체적으로, 제1 실시예에 따른 결정질 실리콘 태양전지(110)는 결정질 실리콘 기판(111), 결정질 실리콘 기판(111)의 전면에 위치하는 전면 i형 비정질 실리콘층(112) 및 전면 i형 비정질 실리콘층의 전면에 위치하는 제1 도전형 비정질 실리콘층(114)를 포함한다. 결정질 실리콘 기판(111)의 전면은 페로브스카이트 태양전지(130)를 투과한 장파장 영역의 광이 최초로 결정질 실리콘 태양전지(110)로 입사되는 부분이다.Specifically, the crystalline silicon
또한, 결정질 실리콘 기판(111)의 후면으로는 후면 i형 비정질 실리콘층(113)과 후면 i형 비정질 실리콘층(113)의 후면에 위치하는 제2 도전형 비정질 실리콘층(115)을 포함한다.The rear surface of the
여기서, 결정질 실리콘 기판(111)이 n형 단결정 실리콘 기판인 경우, 제1 도전형 비정질 실리콘층(114)은 p형 비정질 실리콘층인 것이 바람직하다. 즉, 장파장 영역의 광이 최초로 결정질 실리콘 태양전지(110)로 입사됨에 따라 수광량이 상대적으로 높은 전면에서의 캐리어 이동도를 향상시키기 위해 n 형 단결정 실리콘 기판의 전면에 p형 비정질 실리콘층을 위치시켜 역접합(p-n 접합)을 구성하는 것이 바람직하며, 이에 따라 캐리어의 수집 효율을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 제2 도전형 비정질 실리콘층(115)은 이면 전계 효과를 얻기 위해 n형 비정질 실리콘층을 사용한다.Here, when the
또한, 결정질 실리콘 기판(111)으로 n형 단결정 실리콘 기판 대신 p형 단결정 실리콘 기판 또는 결정질 실리콘 태양전지(110)에 통상적으로 사용되는 다른 결정질 실리콘 기판을 사용해도 무방하다. 마찬가지로, 제1 도전형 비정질 실리콘층(114)과 제2 도전형 비정질 실리콘층(115) 역시 결정질 실리콘 기판(111)의 도전형에 따라 적절한 도전형을 가지도록 설계될 수 있다.In addition, as the
결정질 실리콘 태양전지(110)에서 생성된 전하는 후면 투명 전극(140)에서 포집되며, 후면 투명 전극(140)과 외부 단자 사이의 연결은 후면 금속 전극(180)을 매개로 하여 이루어진다.The electric charge generated in the crystalline silicon
후면 투명 전극(140)은 다양한 투명 전도성 소재로서 구현될 수 있다.The rear
후면 투명 전극(140)을 구현하기 위한 투명 전도성 소재로는 투명 전도성 산화물, 탄소질 전도성 소재, 금속성 소재 및 전도성 고분자 등이 있다.Examples of the transparent conductive material for implementing the rear
투명 전도성 산화물로는 ITO (Indium Tin Oxide), ICO (Indium Cerium Oxide), IWO (Indium Tungsten Oxide), ZITO (Zinc Indium Tin Oxide), ZIO (Zinc Indium Oxide), ZTO (Zinc Tin Oxide), GITO (Gallium Indium Tin Oxide), GIO (Gallium Indium Oxide), GZO (Gallium Zinc Oxide), AZO(Aluminum doped Zinc Oxide), FTO (Fluorine Tin Oxide) 또는 ZnO 등이 사용될 수 있다. 탄소질 전도성 소재로는 그래핀 또는 카본나노튜브 등이 사용될 수 있으며, 금속성 소재로는 금속(Ag) 나노 와이어, Au/Ag/Cu/Mg/Mo/Ti와 같은 다층 구조의 금속 박막이 사용될 수 있다. 전도성 고분자로는 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리싸이오펜, 폴리-3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜-폴리스타이렌설포네이트(PEDOT-PSS), 폴리-[비스(4-페닐)(2,4,6-트리메틸페닐)아민](PTAA), 스파이로-미오타드(Spiro-MeOTAD) 또는 폴리아닐린-캄포설폰산(PANI-CSA) 등이 사용될 수 있다.Examples of the transparent conductive oxide include indium tin oxide (ITO), indium cerium oxide (ICO), indium tungsten oxide (IWO), zinc indium tin oxide (ZITO), zinc tin oxide (ZIO) Gallium indium tin oxide (GIO), gallium indium oxide (GIO), gallium zinc oxide (GZO), aluminum doped zinc oxide (AZO), fluorine tin oxide (FTO) As the carbonaceous conductive material, graphene or carbon nanotube may be used. As the metallic material, a metal thin film of a multi-layer structure such as a metal (Ag) nanowire or Au / Ag / Cu / Mg / have. Examples of the conductive polymer include polyaniline, polypyrrole, polythiophene, poly-3,4-ethylene dioxythiophene-polystyrene sulfonate (PEDOT-PSS), poly- [bis Methylphenyl) amine] (PTAA), Spiro-MeOTAD or polyaniline-camphorsulfonic acid (PANI-CSA) may be used.
여기서, 후면 금속 전극(180)은 도 2에 도시된 바와 같이 후면 투명 전극(140)의 후면에 전면적으로 구비되는 것이 아니라, 후면 투명 전극(140)의 후면 중 일부 영역에 구비됨으로써, 결정질 실리콘 태양전지(110)의 후면으로부터 태양광이 입사될 수 있다.2, the
이 때, 후면 금속 전극(180)은 후면 투명 전극(140)의 후면의 전체 면적 중 1% 내지 30%를 점유하도록 배치되는 것이 바람직하다. 후면 금속 전극(180)의 점유 면적이 1% 미만인 경우, 후면 금속 전극(180)에 의한 결정질 실리콘 태양전지(110)에서 생성된 전하의 포집 효과가 부족할 우려가 있는 반면, 후면 금속 전극(180)의 점유 면적이 30%를 초과할 경우, 후면 금속 전극(180)에 의한 점유 면적이 지나치게 넓어 결정질 실리콘 태양전지(110)의 후면으로부터 입사되는 광의 이용율이 저하될 우려가 있다.At this time, it is preferable that the
후면 금속 전극(180)은 후면 투명 전극(140)의 후면 중 일부 영역과 접촉하는 패드 전극(181)을 포함한다. 또한, 추가적으로 후면 투명 전극(140)의 후면에 전하를 포집하기 위한 그리드 전극 구조가 형성되고, 그리드 전극 구조의 후면 중 일부 영역에 패드 전극(181)이 접촉하도록 구비될 수도 있다. 패드 전극(181)의 후면으로는 이웃한 텐덤 태양전지(셀)을 전기적으로 연결하기 위해 전극 와이어(182)가 구비되며, 하나의 셀의 패드 전극(181)의 후면에 연결된 전극 와이어(182)는 이웃한 셀의 패드 전극(171)의 전면에 연결된 전극 와이어(172)와 일체로 구비된다.The
여기서, 전극 와이어(182)는 원통형 또는 타원형의 단면을 가지는 와이어 형상인 것이 바람직하다. 이에 따라, 결정질 실리콘 태양전지(110)의 후면으로부터 입사되는 광을 사선 방향으로 반사시켜 입사되도록 함으로써 광 경로를 증가시킬 수 있다는 이점이 있다.Here, the
추가적으로, 결정질 실리콘 기판(111)의 후면에 텍스쳐 구조를 도입하고, 결정질 실리콘 기판(111)의 후면에 순차적으로 구비되는 실리콘층(113, 115)과 후면 투명 전극(140)도 텍스쳐 구조를 따라 형성되도록 함에 따라 결정질 실리콘 태양전지(110)의 후면을 통해 수직으로 입사되는 광의 경로를 사선 방향으로 변경시킬 수 있다. 즉, 결정질 실리콘 태양전지(110)의 후면에 도입된 텍스쳐 구조에 의한 광 산란 효과을 통해 결정질 실리콘 태양전지(110)의 후면으로부터 입사되는 광의 경로를 증가시킬 수 있다는 이점이 있다.In addition, a texture structure is introduced into the rear surface of the
결정질 실리콘 기판(111)의 전면은 후면과 달리 텍스쳐 구조를 도입하지 않고 편평하게 함으로써 실리콘 태양전지(110)의 전면에 페로브스카이트 태양전지(130)를 형성할 때, 페로브스카이트 태양전지(130)에 결함이 생기는 것을 방지할 수 있다.When the perovskite
이어서, 결정질 실리콘 태양전지(110)의 제1 도전형 비정질 실리콘층(114)의 전면에는 결정질 실리콘 태양전지(110)와 페로브스카이트 태양전지(130)를 터널 접합하여 전기적으로 연결하기 위한 접합층(120)이 위치한다.A crystalline silicon
접합층(120)은 결정질 실리콘 태양전지(110)와 페로브스카이트 태양전지(130)를 전기적으로 연결함과 동시에 페로브스카이트 태양전지(130)를 투과하는 장파장의 광을 투과 손실없이 후면에 배치된 결정질 실리콘 태양전지(110)로 입사될 수 있도록 후면 투명 전극(140)과 마찬가지로 투명 전도성 산화물, 탄소질 전도성 소재, 금속성 소재 또는 전도성 고분자를 사용하여 구현될 수 있다. 또한, 접합층(120)에 n형 또는 p형 물질을 도핑하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 접합층(120)으로 투명 전극 대신 n형 또는 p형 비정질 실리콘층을 적용하는 것도 가능하다.The
또한, 다른 변형예에 따르면, 접합층(120)은 서로 다른 굴절률을 가지는 실리콘층을 복수회 교대 적층시킨 복층 구조로 구현될 수 있다. 이 때, 복층 구조는 저굴절률층과 고굴절률층이 교대 적층된 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 접합층(120)을 기준으로 단파장의 광은 페로브스카이트 태양전지(130)측으로 반사시키고, 장파장의 광은 결정질 실리콘 태양전지(110)측으로 투과시킬 수 있다. 이를 통해, 페로브스카이트/결정질 실리콘 텐덤 태양전지의 선택적인 광 포집이 가능하도록 할 수 있다.According to another modification, the
여기서, 저굴절률층과 고굴절률층이 교대 적층된 구조를 투명 전도성 산화물층 또는 n+형 실리콘층의 전면 또는 후면에 마련함으로써 상술한 광의 선택적인 반사 및 투과를 구현할 수 있다.Here, the above-described selective reflection and transmission of light can be realized by providing a structure in which the low refractive index layer and the high refractive index layer are alternately stacked on the front surface or the back surface of the transparent conductive oxide layer or the n + type silicon layer.
접합층(120)의 전면으로는 페로브스카이트 태양전지(130)과 위치한다.The front surface of the
페로브스카이트 태양전지(130)는 접합층(120)의 전면에 위치하는 전자전달층(131), 전자전달층의 전면에 위치하는 페로브스카이트 흡수층(132) 및 페로브스카이트 흡수층의 전면에 위치하는 정공전달층(133)을 포함한다. 여기서, 전자전달층(131)과 정공전달층(133)의 위치는 필요에 따라 서로 바뀔 수 있다.The perovskite
접합층(120)의 전면에 위치하는 전자전달층(131)은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 전자전달층(131)을 구성하는 금속 산화물의 비제한적인 예로는 Ti 산화물, Zn 산화물, In 산화물, Sn 산화물, W 산화물, Nb 산화물, Mo 산화물, Mg 산화물, Zr 산화물, Sr 산화물, Yr 산화물, La 산화물, V 산화물, Al 산화물, Y 산화물, Sc 산화물, Sm 산화물, Ga 산화물, In 산화물 및 SrTi 산화물 등이 있다. 바람직하게는 전자전달층(131)은 ZnO, TiO2, SnO2, WO3 및 TiSrO3로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 산화물을 포함할 수 있다.The
또한, 전자전달층(131)의 전면에는 전자전달층(131)과 동일 또는 상이한 금속 산화물을 포함하는 메조다공성층(131a)이 더 구비될 수 있다.Further, the
여기서, 메조다공성층(131a)은 페로브스카이트 흡수층(132)에서 발생한 정공-전자쌍이 전자 또는 정공으로 분해된 후, 특히 전자가 접합층(120)으로 용이하게 전달될 수 있도록 한다. 또한, 메조다공성층(131a)에 형성된 메조다공 구조는 이를 투과하는 광이 산란될 수 있는 함으로써 광 경로를 추가적으로 증가시키는 역할을 수행할 수 있다.Here, the
접합층(120)의 전면에 위치하는 페로브스카이트 흡수층(132)은 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물을 포함하는 광 활성층으로서, 페로브스카이트 구조는 AMX3 (여기서, A는 1가의 유기 암모늄 양이온 또는 금속 양이온; M은 2가의 금속 금속 양이온; X는 할로겐 음이온을 의미한다)으로 표시될 수 있다. 페로브스카이트 구조를 가지는 화합물의 비제한적인 예로는 CH3NH3PbI3, CH3NH3PbIxCl3 -x, CH3NH3PbIxBr3 -x, CH3NH3PbClxBr3-x, HC(NH2)2PbI3, HC(NH2)2PbIxCl3 -x, HC(NH2)2PbIxBr3 -x, HC(NH2)2PbClxBr3 -x, (CH3NH3)(HC(NH2)2)1- yPbI3, (CH3NH3)(HC(NH2)2)1- yPbIxCl3 -x, (CH3NH3)(HC(NH2)2)1-yPbIxBr3-x, 또는 (CH3NH3)(HC(NH2)2)1- yPbClxBr3 -x 등이 있다(0≤x, y≤1). 또한, AMX3의 A에 Cs가 일부 도핑된 화합물도 사용될 수 있다.The
이 때, 페로브스카이트 흡수층(132)은 전자의 전달 효과를 향상시키기 위해 메조다공성층(131a)의 메조다공을 채움과 동시에 메조다공성층(131a)의 전면으로 소정의 높이만큼 적층되는 것이 바람직하다.At this time, the
페로브스카이트 흡수층(132)의 전면에 위치하는 정공전달층(133)은 후면 투명 전극(140)의 소재로서 언급된 전도성 고분자로 구현될 수 있다. 정공전달층(133)은 필요에 따라 n형 또는 p형 도펀트를 더 포함할 수 있다.The
상술한 구조를 가지는 페로브스카이트 태양전지(130)에서 생성된 전하는 전면 투명 전극(150)에서 포집되며, 전면 투명 전극(150)과 외부 단자 사이의 연결은 전면 금속 전극(170)을 매개로 하여 이루어진다.Electric charges generated in the perovskite
전면 투명 전극(150)은 후면 투명 전극(140)과 동일하게 다양한 투명 전도성 소재로서 구현될 수 있다.The front
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 텐덤 태양전지는 수직으로 입사되는 광의 반사율을 줄임과 동시에 광의 입사 방향을 사선 방향으로 변화시켜 텐덤 태양전지를 통과하는 광 경로를 증가시키기 위해 전면 투명 전극(150)의 전면에 나노 사이즈로 패턴화된 투명 전극 구조체(160)를 더 포함한다. 이 때, 투명 전극 구조체(160)는 그리드 또는 메쉬 패턴과 같은 격자형 패턴을 가질 수 있다.The tandem solar cell according to an embodiment of the present invention reduces the reflectance of vertically incident light and changes the incidence direction of the light to diagonal direction so as to increase the optical path passing through the tandem solar cell. And a
즉, 전면 투명 전극(150)의 전면에 패턴화된 투명 전극 구조체(160)를 배치함으로써 텐덤 태양전지를 향해 수직으로 입사되는 광의 입사각을 변화시켜 입사광의 반사율을 줄이는 것이 가능하다.That is, by arranging the patterned
특히, 결정질 실리콘 태양전지(110)의 전면에 텍스쳐 구조를 도입하지 않더라도 페로브스카이트 태양전지(130)를 투과하는 장파장의 광은 투명 전극 구조체(160)에 의해 사선 방향으로 굴절되어 결정질 실리콘 태양전지(110)를 향해 입사됨에 따라 접합층(120)과 결정질 실리콘 태양전지(110)의 경계면에서 반사되는 것을 줄일 수 있다.In particular, even if a texture structure is not introduced to the front surface of the crystalline silicon
또한, 패턴화된 투명 전극 구조체(160)에 의해 텐덤 태양전지를 향해 수직으로 입사되는 광이 굴절되어 페로브스카이트 태양전지(130) 및 결정질 실리콘 태양전지(110)를 향해 사선 방향으로 입사될 수 있다. 이에 따라 각 태양전지를 통과하는 입사광의 경로가 증가하게 되며, 결과적으로 각 태양전지에서의 광 흡수율이 향상될 수 있다.In addition, light incident vertically toward the tandem solar cell is refracted by the patterned
이러한 투명 전극 구조체(160)는 전면 투명 전극(150)과 동일하게 다양한 투명 전도성 소재로서 구현될 수 있으며, 전면 투명 전극(150)과 별개의 층으로서 구비되거나 전면 투명 전극(150)과 일체형으로서 구비될 수 있다.The
예를 들어, 도 2를 참조하면, 전면 투명 전극(150)과 투명 전극 구조체(160)는 별개의 층으로서 구비되되, 투명 전극 구조체(160)는 나노 사이즈의 구조물을 가지거나 그리드 또는 메쉬 패턴으로 패턴화됨으로써 일부 영역에서 전면 투명 전극(150)을 노출시킨다.For example, referring to FIG. 2, the front
다른 변형예에 따른 도 3을 참조하면, 전면 투명 전극(150)과 투명 전극 구조체(160)는 별개의 층으로서 구비되되, 투명 전극 구조체(160)는 요철 패턴으로 패턴화될 수 있다.3, a front
또 다른 변형예에 따른 도 4를 참조하면, 전면 투명 전극(150)과 투명 전극 구조체(160)는 일체형으로서 구비될 수 있으며, 이 경우 투명 전극을 증착한 후 전면으로부터 소정의 깊이만큼 패터닝함으로써 투명 전극 구조체(160)를 형성할 수 있다.4, the front
상술한 다양한 변형예에 따라 전면 투명 전극(150) 및 투명 전극 구조체(160)를 구비함으로써 텐덤 태양전지의 광 포집 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.The total
전면 금속 전극(170)은 전면 투명 전극(150)의 전면 중 일부 영역에 구비된다. 전면 금속 전극(170)은 전면 투명 전극(150)의 전면 중 일부 영역과 접촉하는 패드 전극(171)을 포함한다. 또한, 추가적으로 전면 투명 전극(150)의 전면에 전하를 포집하기 위한 그리드 전극 구조가 형성되고, 그리드 전극 구조의 전면 중 일부 영역에 패드 전극(171)이 접촉하도록 구비될 수도 있다. 패드 전극(171)의 전면으로는 이웃한 텐덤 태양전지(셀)을 전기적으로 연결하기 위해 전극 와이어(172)가 구비되며, 하나의 셀의 패드 전극(171)의 전면에 연결된 전극 와이어(172)는 이웃한 셀의 패드 전극(181)의 후면에 연결된 전극 와이어(182)와 일체로 구비된다. 여기서, 패드 전극(171, 181)과 전극 와이어(172, 182)는 도전성 페이스트 등을 이용하여 솔더 접합될 수 있다.The
여기서, 전극 와이어(172)는 원통형 또는 타원형의 단면을 가지는 와이어 형상인 것이 바람직하다. 이에 따라, 전극 와이어(172)를 향해 수직으로 입사되는 광을 산란시켜 텐덤 태양전지로 재입사될 확률을 증가시킬 수 있다.Here, the
도 5 및 도 6은 도 2에 도시된 텐덤 태양전지 내에서 단파장 광을 흡수하는 경로를 개략적으로 나타낸 것이며, 도 7 및 도 8은 도 2에 도시된 텐덤 태양전지 내에서 장파장 광을 흡수하는 경로를 개략적으로 나타낸 것이다.5 and 6 schematically show a path for absorbing short wavelength light in the tandem solar cell shown in FIG. 2, and FIGS. 7 and 8 show a path for absorbing long wavelength light in the tandem solar cell shown in FIG. Fig.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 도 2에 도시된 페로브스카이트/결정질 실리콘 텐덤 태양전지의 후면으로는 봉지재(195)를 사이에 두고 투명 기판(190)이 구비되며, 전면으로는 봉지재(205)를 사이에 두고 투명 기판(200)이 구비될 수 있다. 여기서, 투명 기판(190, 200)으로는 유리 기판 또는 투명 폴리머 기판 등이 사용될 수 있다.Referring to FIGS. 5 to 8, a
도 5는 텐덤 태양전지 내 페로브스카이트 태양전지(130)에서 텐덤 태양전지의 전면으로부터 입사된 단파장의 광이 흡수되는 다양한 경로를 나타낸 것이다.5 shows various paths in which a short wavelength light incident from a front surface of a tandem solar cell in a perovskite
우선, 제1 광 경로(①)는 투명 전극 구조체(160)에 의해 단파장의 광이 굴절되어 사선 방향으로 페로브스카이트 흡수층(132)으로 입사되는 광 경로이다. 즉, 페로브스카이트 태양전지(130)의 전면에 패턴화된 투명 전극 구조체(160)를 도입함으로써 페로브스카이트 태양전지(130)를 향해 수직으로 입사되는 광의 경로를 사선 방향으로 변경시킴으로써 반사 방지 효과를 얻음과 동시에 증가된 광 경로에 의해 페로브스카이트 흡수층(132) 내에서의 단파장 광의 이용율을 향상시킬 수 있다.First, the first optical path (1) is an optical path in which short-wavelength light is refracted by the
제2 광 경로(②)와 제3 광 경로(③)는 원통형 또는 타원형의 단면을 가지는 와이어 형상의 금속 그리드를 포함하는 전면 금속 전극(170)에 의해 단파장의 광이 반사되는 경로를 나타낸 것이다.The second optical path (2) and the third optical path (3) are paths through which short-wavelength light is reflected by the
여기서, 제2 광 경로(②)는 전면 금속 전극(170)의 전면을 향해 수직으로 입사된 광이 전극 와이어의 곡률진 면에 반사되어 투명 기판(200)을 향해 사선 방향으로 입사되는 광 경로이다. 투명 기판(200)을 향해 사선 방향으로 입사된 광은 재반사되어 페로브스카이트 태양전지(130)를 향해 사선 방향으로 입사될 수 있다.Here, the second optical path (2) is a light path in which light incident vertically toward the front surface of the
이에 따라, 전면 금속 전극(170)를 향해 수직으로 입사되는 광을 다양한 방향으로 산란시켜 페로브스카이트 태양전지(130)로 재입사될 확률을 증가시킬 수 있다.Accordingly, the light incident vertically toward the
제3 광 경로(③)는 전극 와이어의 측면을 향해 수직으로 입사되는 광이 반사되어 페로브스카이트 태양전지(130)를 향해 사선 방향으로 입사되는 광 경로이다. 이를 통해, 반사 방지 효과를 얻음과 동시에 증가된 광 경로에 의해 페로브스카이트 흡수층(132) 내에서의 단파장 광의 이용율을 향상시킬 수 있다.The third optical path (3) is an optical path in which light incident vertically toward the side of the electrode wire is reflected and is incident on the perovskite
제4 광 경로(④)는 접합층(120)에 의해 반사되어 페로브스카이트 흡수층(132)으로 재입사되는 광 경로이다. 이를 위해 접합층(120)은 단파장의 광은 페로브스카이트 흡수층(132)으로 반사시키되, 장파장의 광은 결정질 실리콘 태양전지(110)측으로 투과시킬 수 있도록 서로 상이한 굴절률을 가지는 복층 구조를 가지는 것이 바람직하다.The fourth optical path (4) is an optical path reflected by the
도 6은 텐덤 태양전지 내 페로브스카이트 태양전지(130)에서 텐덤 태양전지의 후면으로부터 입사된 단파장의 광이 흡수되는 다양한 경로를 나타낸 것이다.FIG. 6 shows various paths in which the light of a short wavelength incident from the rear surface of the tandem solar cell is absorbed in the perovskite
우선, 제1 광 경로(①)는 결정질 실리콘 태양전지(110)의 후면에 도입된 텍스쳐 구조에 의해 단파장의 광이 굴절되어 사선 방향으로 페로브스카이트 태양전지(130)로 입사되는 광 경로이다. 즉, 결정질 실리콘 태양전지(110)의 후면에 텍스쳐 구조를 도입함으로써 텐덤 태양전지의 후면으로부터 수직으로 입사되는 단파장의 광 경로를 사선 방향으로 변경시킴으로써 반사 방지 효과를 얻음과 동시에 광 경로를 증가시켜 페로브스카이트 태양전지(130) 내에서 단파장 광의 이용율을 향상시킬 수 있다.First, the first optical path (1) is a light path in which short-wavelength light is refracted by the texture structure introduced on the rear surface of the crystalline silicon
제2 광 경로(②)와 제3 광 경로(③)는 원통형 또는 타원형의 단면을 가지는 와이어 형상의 금속 그리드를 포함하는 후면 금속 전극(180)에 의해 단파장의 광이 반사되는 경로를 나타낸 것이다.The second optical path (2) and the third optical path (3) are paths through which short-wavelength light is reflected by the
여기서, 제2 광 경로(②)는 후면 금속 전극(180)를 향해 수직으로 입사된 광이 패드 전극(181)에 접합된 전극 와이어의 곡률진 면에 반사되어 투명 기판(190)을 향해 사선 방향으로 입사되는 광 경로이다. 투명 기판(190)을 향해 사선 방향으로 입사된 광은 재반사되어 페로브스카이트 태양전지(130)를 향해 사선 방향으로 입사될 수 있다.Here, the second optical path (2) reflects the light vertically incident on the
이에 따라, 후면 금속 전극(180)를 향해 수직으로 입사되는 광을 다양한 방향으로 산란시켜 페로브스카이트 태양전지(130)로 재입사될 확률을 증가시킬 수 있다.Accordingly, the light incident vertically toward the
제3 광 경로(③)는 전극 와이어의 측면을 향해 수직으로 입사되는 광이 반사되어 페로브스카이트 태양전지(130)를 향해 사선 방향으로 입사되는 광 경로이다. 이를 통해, 반사 방지 효과를 얻음과 동시에 증가된 광 경로에 의해 페로브스카이트 흡수층(132) 내에서의 단파장 광의 이용율을 향상시킬 수 있다.The third optical path (3) is an optical path in which light incident vertically toward the side of the electrode wire is reflected and is incident on the perovskite
도 7은 텐덤 태양전지 내 결정질 실리콘 태양전지(110)에서 텐덤 태양전지의 전면으로부터 입사된 장파장의 광이 흡수되는 다양한 경로를 나타낸 것이다.7 shows various paths in which long wavelength light incident from the front surface of the tandem solar cell is absorbed in the crystalline silicon
우선, 제1 광 경로(①)는 투명 전극 구조체(160)에 의해 장파장의 광이 굴절되어 사선 방향으로 결정질 실리콘 태양전지(110)으로 입사되는 광 경로이다. 즉, 페로브스카이트 태양전지(130)의 전면에 패턴화된 투명 전극 구조체(160)를 도입함으로써 텐덤 태양전지를 향해 수직으로 입사되는 장파장의 광 경로를 사선 방향으로 변경시킴으로써 반사 방지 효과를 얻음과 동시에 광 경로를 증가시켜 결정질 실리콘 태양전지(110) 내에서 장파장 광의 이용율을 향상시킬 수 있다.First, the first optical path (1) is an optical path in which light of a long wavelength is refracted by the
제2 광 경로(②)와 제3 광 경로(③)는 텍스쳐 구조가 도입된 후면 투명 전극(140)과 후면 투명 전극(140)의 후면에 배치된 투명 기판(190)에 의해 장파장의 광이 반사되는 경로를 나타낸 것이다.The second optical path (2) and the third optical path (3) are formed by a transparent substrate (190) having a rear transparent electrode (140) and a rear transparent electrode (140) Reflected path is shown.
우선, 제2 광 경로(②)를 따라 장파장의 광이 후면 투명 전극(140)에 도달할 경우 일부 광이 반사되어 결정질 실리콘 태양전지(110)로 재입사된다. 반면, 후면 투명 전극(140)을 투과한 광은 투명 기판(190)에 의해 다시 사선 방향으로 반사되어 결정질 실리콘 태양전지(110)로 재입사되며, 이러한 광 경로는 제3 광 경로(③)에 해당한다.First, when light of a long wavelength reaches the rear
제3 광 경로(③)와 같이 후면 투명 전극(140)을 투과하는 광이 후면으로 방출될 수 있도록 하기 위해 후면 금속 전극(180)은 후면 투명 전극(140)의 후면 중 일부 영역에만 구비된다. 이에 따라, 결정질 실리콘 태양전지(110)에서 흡수되지 못한 장파장의 광은 제3 광 경로(③)를 따라 후면으로 방출될 수 있으며, 후면으로 방출된 광은 투명 기판(190)에 의해 반사되어 결정질 실리콘 태양전지(110)로 재입사될 수 있는 바, 장파장 광의 이용율을 향상시킬 수 있다.The
제4 광 경로(④)는 전면 금속 전극(170)의 전면을 향해 수직으로 입사된 광이 전극 와이어의 곡률진 면에 반사되어 투명 기판(200)을 향해 사선 방향으로 입사되는 광 경로이다. 투명 기판(200)을 향해 사선 방향으로 입사된 광은 재반사되어 텐덤 태양전지를 향해 사선 방향으로 입사될 수 있으며, 페로브스카이트 태양전지(130)를 투과하여 결정질 실리콘 태양전지(110)에 도달할 수 있다.The fourth optical path (4) is an optical path in which light incident vertically toward the front surface of the
즉, 제4 광 경로(④)에 따르면, 전극 와이어(172)를 향해 수직으로 입사되는 광을 다양한 방향으로 산란시켜 결정질 실리콘 태양전지(110)로 재입사될 확률을 증가시킬 수 있다.That is, according to the fourth optical path (4), the light incident vertically toward the
도 8은 텐덤 태양전지 내 결정질 실리콘 태양전지(110)에서 텐덤 태양전지의 후면으로부터 입사된 장파장의 광이 흡수되는 다양한 경로를 나타낸 것이다.FIG. 8 shows various paths in which long wavelength light incident from the rear surface of the tandem solar cell is absorbed in the crystalline silicon
우선, 제1 광 경로(①)는 결정질 실리콘 태양전지(110)의 후면에 도입된 텍스쳐 구조에 의해 장파장의 광이 굴절되어 사선 방향으로 결정질 실리콘 태양전지(110)로 입사되는 광 경로이다. 즉, 결정질 실리콘 태양전지(110)의 후면에 텍스쳐 구조를 도입함으로써 텐덤 태양전지의 후면으로부터 수직으로 입사되는 장파장의 광 경로를 사선 방향으로 변경시킴으로써 반사 방지 효과를 얻음과 동시에 광 경로를 증가시켜 결정질 실리콘 태양전지(110) 내에서 장파장 광의 이용율을 향상시킬 수 있다.First, the first optical path (1) is a light path in which light of a long wavelength is refracted by the texture structure introduced on the rear surface of the crystalline silicon
제2 광 경로(②)와 제3 광 경로(③)는 원통형 또는 타원형의 단면을 가지는 전극 와이어가 접합된 형태의 후면 금속 전극(180)에 의해 장파장의 광이 반사되는 경로를 나타낸 것이다.The second optical path (2) and the third optical path (3) are paths through which long-wavelength light is reflected by the
여기서, 제2 광 경로(②)는 후면 금속 전극(180)를 향해 수직으로 입사된 광이 전극 와이어의 곡률진 면에 반사되어 투명 기판(190)을 향해 사선 방향으로 입사되는 광 경로이다. 투명 기판(190)을 향해 사선 방향으로 입사된 광은 재반사되어 결정질 실리콘 태양전지(110)를 향해 사선 방향으로 입사될 수 있다.Here, the second optical path (2) is an optical path in which light incident vertically toward the
또한, 제3 광 경로(③)는 전극 와이어의 측면을 향해 수직으로 입사되는 광이 반사되어 결정질 실리콘 태양전지(110)를 향해 사선 방향으로 입사되는 광 경로이다.The third optical path (3) is a light path in which light incident vertically toward the side of the electrode wire is reflected and is incident on the crystalline silicon
제2 Second 실시예Example
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 텐덤 태양전지의 단면을 나타낸 것이다.9 is a cross-sectional view of a tandem solar cell according to a second embodiment of the present invention.
제2 실시예에 따른 결정질 실리콘 태양전지(210)는 동종접합(homojuction) 결정질 실리콘 태양전지로 구현될 수 있다.The crystalline silicon
구체적으로, 제2 실시예에 따른 결정질 실리콘 태양전지(210)는 결정질 실리콘 기판(211), 결정질 실리콘 기판(211)의 전면에 위치하는 에미터층(212) 및 결정질 실리콘 기판(211)의 후면에 위치하는 후면 전계층(213)을 포함한다. 결정질 실리콘 기판(211)의 전면은 페로브스카이트 태양전지(230)를 투과한 장파장 영역의 광이 최초로 결정질 실리콘 태양전지(210)로 입사되는 부분이다.More specifically, the crystalline silicon
여기서, 에미터층(212)으로는 결정질 실리콘 기판과 상이한 도전형을 가지는 불순물 도핑층이 사용되고, 후면 전계층(213)으로는 결정질 실리콘 기판과 동일한 도전형을 가지는 불순물 도핑층이 사용됨으로써 동종접합 결정질 실리콘 태양전지를 구현할 수 있다.An impurity doping layer having a conductivity type different from that of the crystalline silicon substrate is used for the
예를 들어, 결정질 실리콘 기판(211)이 n형 단결정 실리콘 기판인 경우, 에미터층(212)은 p형 불순물로 도핑된 반도체층이며, 후면 전계층(213)은 n형 불순물로 도핑된 반도체층이다. 이 때, 후면 전계층(213)은 결정질 실리콘 기판(211)에 도핑된 p형 불순물의 농도보다 더 고농도로 도핑된 p+형 반도체층일 수 있다.For example, when the
또한, 결정질 실리콘 기판(211)으로 n형 단결정 실리콘 기판 대신 p형 단결정 실리콘 기판 또는 결정질 실리콘 태양전지(210)에 통상적으로 사용되는 다른 결정질 실리콘 기판을 사용해도 무방하다. 마찬가지로, 에미터층(212)과 후면 전계층(213) 역시 결정질 실리콘 기판(211)의 도전형에 따라 적절한 도전형을 가지는 불순물로 도핑되도록 설계될 수 있다.As the
또한, 에미터층(212)의 전면과 후면 전계층(213)의 후면에는 각각 전면 패시베이션층(221)과 후면 패시베이션층(240)이 배치된다. 특히, 전면 패시베이션층(221)은 에미터층(212)의 전면의 결함을 커버함과 동시에 접합층(220)을 매개로 하는 터널 접합을 위한 전도성 확보를 위해 배치될 수 있다.A
전면 패시베이션층(221) 및 후면 패시베이션층(240)은 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SixNy) 및 실리콘 산화질화물(SiOxNy)로부터 선택되는 적어도 하나의 유전체 물질로 이루어질 수 있다.The
결정질 실리콘 태양전지(210)에서 생성된 전하는 후면 금속 전극(280)에서 포집된다. 이 때, 후면 금속 전극(280)은 후면 패시베이션층(240)의 후면의 일부 영역에 위치하되, 후면 패시베이션층(240)을 관통하여 후면 전계층(213)의 후면에 접촉한다.The electric charge generated in the crystalline silicon
여기서, 후면 금속 전극(280)은 도 9에 도시된 바와 같이 후면 패시베이션층(240)의 후면에 전면적으로 구비되는 것이 아니라, 후면 패시베이션층(240)의 후면 중 일부 영역에 구비됨으로써, 결정질 실리콘 태양전지(210)의 후면으로부터 태양광이 입사될 수 있다.9, the
이 때, 후면 금속 전극(280)은 후면 패시베이션층(240)의 후면의 전체 면적 중 1% 내지 30%를 점유하도록 배치되는 것이 바람직하다. 후면 금속 전극(280)의 점유 면적이 1% 미만인 경우, 후면 금속 전극(280)에 의한 결정질 실리콘 태양전지(210)에서 생성된 전하의 포집 효과가 부족할 우려가 있는 반면, 후면 금속 전극(280)의 점유 면적이 30%를 초과할 경우, 후면 금속 전극(280)에 의한 점유 면적이 지나치게 넓어 결정질 실리콘 태양전지(210)의 후면으로부터 입사되는 광의 이용율이 저하될 우려가 있다.At this time, it is preferable that the
후면 금속 전극(280)은 후면 전계층(213)의 후면 중 일부 영역과 접촉하는 패드 전극(281)을 포함한다. 또한, 추가적으로 후면 전계층(213)의 후면에 전하를 포집하기 위한 그리드 전극 구조가 형성되고, 그리드 전극 구조의 후면 중 일부 영역에 패드 전극(281)이 접촉하도록 구비될 수도 있다. 패드 전극(281)의 후면으로는 이웃한 텐덤 태양전지(셀)을 전기적으로 연결하기 위해 전극 와이어(282)가 솔더링에 의해 접합되며, 하나의 셀의 패드 전극(281)의 후면에 연결된 전극 와이어(282)는 이웃한 셀의 패드 전극(271)의 전면에 연결된 전극 와이어(272)와 일체로 구비된다. 여기서, 전극 와이어(282)는 원통형 또는 타원형의 단면을 가지는 와이어 형상인 것이 바람직하다.The
추가적으로, 결정질 실리콘 기판(211)의 후면에 텍스쳐 구조를 도입하고, 결정질 실리콘 기판(211)의 후면에 순차적으로 구비되는 후면 전계층(213, 115)과 후면 패시베이션층(240)도 텍스쳐 구조를 따라 형성되도록 함에 따라 결정질 실리콘 태양전지(210)의 후면을 통해 수직으로 입사되는 광의 경로를 사선 방향으로 변경시킬 수 있다. 즉, 결정질 실리콘 태양전지(210)의 후면에 도입된 텍스쳐 구조에 의한 광 산란 효과을 통해 결정질 실리콘 태양전지(210)의 후면으로부터 입사되는 광의 경로를 증가시킬 수 있다는 이점이 있다.In addition, a texture structure is introduced into the rear surface of the
결정질 실리콘 기판(211)의 전면은 후면과 달리 텍스쳐 구조를 도입하지 않고 편평하게 함으로써 실리콘 태양전지(210)의 전면에 페로브스카이트 태양전지(230)를 형성할 때, 페로브스카이트 태양전지(230)에 결함이 생기는 것을 방지할 수 있다.When the perovskite
이어서, 결정질 실리콘 태양전지(210)의 에미터층(212)의 전면에는 결정질 실리콘 태양전지(210)와 페로브스카이트 태양전지(230)를 터널 접합하여 전기적으로 연결하기 위한 접합층(220)이 위치한다.A
이 때, 접합층(220)은 n+형 결정질 실리콘층과 p+형 결정질 실리콘층을 적어도 1회 교대 적층시킨 복층 구조로 구현될 수 있다.At this time, the
접합층(220)의 전면으로는 페로브스카이트 태양전지(230)과 위치한다. 페로브스카이트 태양전지(230)는 접합층(220)의 전면에 위치하는 전자전달층(231), 전자전달층의 전면에 위치하는 페로브스카이트 흡수층(232) 및 페로브스카이트 흡수층의 전면에 위치하는 정공전달층(233)을 포함한다. 또한, 전자전달층(231)의 전면에는 전자전달층(231)과 동일 또는 상이한 금속 산화물을 포함하는 메조다공성층(231a)이 더 구비될 수 있다.The front surface of the
상술한 구조를 가지는 페로브스카이트 태양전지(230)에서 생성된 전하는 전면 투명 전극(250)에서 포집되며, 전면 투명 전극(250)과 외부 단자 사이의 연결은 전면 금속 전극(270)을 매개로 하여 이루어진다. 전면 투명 전극(250)을 구현하기 위한 투명 전도성 소재로는 투명 전도성 산화물, 탄소질 전도성 소재, 금속성 소재 및 전도성 고분자 등이 있다The electric charges generated in the perovskite
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 텐덤 태양전지는 수직으로 입사되는 광의 반사율을 줄임과 동시에 광의 입사 방향을 사선 방향으로 변화시켜 텐덤 태양전지를 통과하는 광 경로를 증가시키기 위해 전면 투명 전극(250)의 전면에 나노 사이즈의 구조물을 가지거나 그리드 또는 메쉬 패턴과 같은 격자형 패턴을 가지도록 패턴화된 투명 전극 구조체(260)를 더 포함한다.Here, the tandem solar cell according to the embodiment of the present invention reduces the reflectance of vertically incident light and changes the incidence direction of light to diagonal direction so as to increase the optical path passing through the tandem solar cell, And a
즉, 전면 투명 전극(250)의 전면에 패턴화된 투명 전극 구조체(260)를 배치함으로써 텐덤 태양전지를 향해 수직으로 입사되는 광의 입사각을 변화시켜 입사광의 반사율을 줄이는 것이 가능하다.That is, by arranging the patterned
이러한 투명 전극 구조체(260)는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 전면 투명 전극(250)과 투명 전극 구조체(260)는 별개의 층으로서 구비되되, 투명 전극 구조체(260)는 그리드, 메쉬 또는 요철 패턴으로 패턴화됨으로써 일부 영역에서 전면 투명 전극(250)을 노출시킬 수 있다. 또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 전면 투명 전극(250)과 투명 전극 구조체(260)는 일체형으로서 구비될 수 있으며, 이 경우 투명 전극을 증착한 후 전면으로부터 소정의 깊이만큼 패터닝함으로써 투명 전극 구조체(260)를 형성할 수 있다.As shown in FIGS. 9 and 10, the
전면 금속 전극(270)은 전면 투명 전극(250)의 전면 중 일부 영역에 구비된다. 전면 금속 전극(270)은 전면 투명 전극(250)의 전면 중 일부 영역과 접촉하는 패드 전극(271)을 포함한다. 또한, 추가적으로 전면 투명 전극(250)의 전면에 전하를 포집하기 위한 그리드 전극 구조가 형성되고, 그리드 전극 구조의 전면 중 일부 영역에 패드 전극(271)이 접촉하도록 구비될 수도 있다. 패드 전극(271)의 전면으로는 이웃한 텐덤 태양전지(셀)을 전기적으로 연결하기 위해 전극 와이어(272)가 솔더링에 의해 접합되며, 하나의 셀의 패드 전극(271)의 전면에 연결된 전극 와이어(272)는 이웃한 셀의 패드 전극(281)의 후면에 연결된 전극 와이어(282)와 일체로 구비된다.The
여기서, 전극 와이어(272)는 원통형 또는 타원형의 단면을 가지는 와이어 형상인 것이 바람직하다. 이에 따라, 전극 와이어(272)를 향해 수직으로 입사되는 광을 산란시켜 텐덤 태양전지로 재입사될 확률을 증가시킬 수 있다.Here, the
[텐덤 태양전지의 제조방법][Manufacturing method of tandem solar cell]
도 12는 도 2에 도시된 텐덤 태양전지의 제조 순서를 나타낸 것이며, 도 13은 도 9에 도시된 텐덤 태양전지의 제조 순서를 나타낸 것이다.FIG. 12 shows a manufacturing procedure of the tandem solar cell shown in FIG. 2, and FIG. 13 shows a manufacturing procedure of the tandem solar cell shown in FIG.
결정질 실리콘 태양전지의 준비 단계Preparation phase of crystalline silicon solar cell
도 12 및 도 13의 (a)는 결정질 실리콘 태양전지를 구현하기 위한 결정질 실리콘 기판(111, 211)을 준비하는 단계이며, (b)는 결정질 실리콘 기판(111, 211)으로부터 결정질 실리콘 태양전지(110, 210)를 완성하는 단계이다.12 and 13 (a) show the steps of preparing
도 12의 (a)를 참조하면, 결정질 실리콘 기판(111)의 전면 및 후면에 각각 i형 비정질 실리콘층과 도전형 비정질 실리콘층을 형성하기 전 결정질 실리콘 기판(111)의 전면을 화학적으로 평탄화시키고, 후면에 텍스쳐 구조를 도입한다.12A, the entire surface of the
또한, 도 13의 (a)를 참조하면, 결정질 실리콘 기판(211)의 전면 및 후면에 각각 에미터층과 후면 전계층을 형성하기 전 결정질 실리콘 기판(211)의 전면을 화학적으로 평탄화시키고, 후면에 텍스쳐 구조를 도입한다.13A, the entire surface of the
도 12의 (a) 및 도 13의 (a)에 따른 결정질 실리콘 기판의 평탄화 및 텍스쳐 구조 도입은 습식화학에칭법, 건식화학에칭법, 전기화학에칭법, 기계적에칭법 중 어느 하나의 방법일 수 있으며 이에 반드시 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 결정질 실리콘 기판의 전면 및 후면을 염기성 수용액 내에서 식각하여(습식화학에칭법) 양면에 텍스쳐 구조를 도입한 후, 실리콘 기판의 전면에 대한 선택적 에칭을 통해 전면은 평탄하되 후면에 텍스쳐 구조가 도입된 실리콘 기판을 얻을 수 있다. 실리콘 기판의 전면에 대한 선택적 에칭은 후면에 패시베이션층을 형성한 후 에칭을 수행하거나 실리콘 기판의 전면에만 에칭액을 분사함으로써 수행될 수 있다.The planarization and texture structure of the crystalline silicon substrate according to Figs. 12 (a) and 13 (a) can be introduced by any one of a wet chemical etching method, a dry chemical etching method, an electrochemical etching method, and a mechanical etching method And is not necessarily limited. For example, a front surface and a back surface of a crystalline silicon substrate are etched in a basic aqueous solution (wet chemical etching method) to introduce a textured structure on both sides, and then a front surface is flattened by selective etching on the entire surface of the silicon substrate, A silicon substrate into which the structure is introduced can be obtained. Selective etching of the entire surface of the silicon substrate can be performed by forming a passivation layer on the back surface and then performing etching or spraying an etchant only on the front surface of the silicon substrate.
결정질 실리콘 기판(111, 211)의 후면에 텍스쳐 구조를 도입함에 따라 결정질 실리콘 기판(111, 211)의 후면으로부터 순차적으로 형성되는 각 층들은 결정질 실리콘 기판(111, 211)의 후면에 도입된 텍스쳐 구조에 대응되는 텍스쳐 구조를 가질 수 있다. 반면, 결정질 실리콘 기판(111, 211)의 전면은 평탄화 공정을 거쳤기 때문에 결정질 실리콘 기판(111, 211)의 전면으로부터 순차적으로 형성되는 각 층들은 평탄하게 형성될 수 있다. 다만, 필요한 경우 결정질 실리콘 기판(111, 211)의 전면에 형성되는 복수의 층 중 임의의 층을 식각하여 요철을 도입하는 등과 같은 패턴화 공정을 더 포함할 수 있다.Each of the layers sequentially formed from the rear surface of the
이어서, 도 12의 (b)를 참조하면, 결정질 실리콘 기판(111)의 전면 및 후면에 각각 전면 i형 비정질 실리콘층(112)과 후면 i형 비정질 실리콘층(113)을 형성한 후 전면 i형 비정질 실리콘층(112)의 전면에 제1 도전형 비정질 실리콘층(114)을 형성하고, 후면 i형 비정질 실리콘층(113)의 후면에 제2 도전형 비정질 실리콘층(115)을 형성한다.Next, referring to FIG. 12B, a front i-type
여기서, i형 비정질 실리콘층, 제1 도전형 비정질 실리콘층 및 제2 도전형 비정질 실리콘층은 알려진 다양한 방법으로 증착될 수 있으며, 대표적인 증착 방법으로 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)이 있다. 여기서, 화학기상증착법으로는 상압 CVD, 감압 CVD, 플라즈마 CVD (PECVD), ECR (Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마 CVD, 고온 CVD, 저온 CVD 등이 있다. 이 때, i형 비정질 실리콘층은 2 내지 10 nm 두께로 증착될 수 있으며, 제1 도전형 비정질 실리콘층 및 제2 도전형 비정질 실리콘층은 10 내지 80 nm 두께로 증착될 수 있다.Here, the i-type amorphous silicon layer, the first conductivity type amorphous silicon layer, and the second conductivity type amorphous silicon layer can be deposited by various known methods, and a typical CVD method is Chemical Vapor Deposition (CVD). Examples of the chemical vapor deposition method include atmospheric pressure CVD, reduced pressure CVD, plasma CVD (PECVD), electron cyclotron resonance (ECR) plasma CVD, high temperature CVD, and low temperature CVD. At this time, the i-type amorphous silicon layer may be deposited to a thickness of 2 to 10 nm, and the first conductive amorphous silicon layer and the second conductive amorphous silicon layer may be deposited to a thickness of 10 to 80 nm.
도 13의 (b)를 참조하면, 결정질 실리콘 기판(211)의 전면 및 후면에 각각 에미터층(212)과 후면 전계층(213)을 형성한다.Referring to FIG. 13B, an
에미터층(212)과 후면 전계층(213)은 임플란트 공정을 통해 형성될 수 있으며, 이 때 에미터층(212)은 불순물로서 붕소(boron)를, 후면 전계층(213)은 불순물로서 인(phosphorous)으로 도핑된다. 임플란트 공정에 의해 에미터층(212)과 후면 전계층(213)을 형성할 경우, 불순물의 활성화를 위해 700 내지 1,200℃의 열처리를 수반하는 것이 바람직하다. 또한, 임플란트 공정 대신 BBr3 또는 POCl3 등을 사용하는 고온 확산 공정을 통해 에미터층(212)과 후면 전계층(213)을 형성하는 것도 가능하다.The
도 12의 (c)를 참조하면, 결정질 실리콘 태양전지(110)의 후면에 후면 투명 전극(140)을 형성하고, 전면에 접합층(120)을 형성한다.Referring to FIG. 12C, a rear
접합층(120)과 후면 투명 전극(140)은 다양한 투명 전도성 소재로 형성될 수 있다. 접합층(120) 및 후면 투명 전극(140)을 형성하기 위한 투명 전도성 소재로는 투명 전도성 산화물, 탄소질 전도성 소재, 금속성 소재 및 전도성 고분자 등이 있다.The
예를 들어, 접합층(120) 및 후면 투명 전극(140)을 형성하기 위한 투명 전도성 소재로서 ITO (Indium Tin Oxide), ICO (Indium Cerium Oxide) Ehsms IWO (Indium Tungsten Oxide)와 같은 투명 전도성 산화물을 사용할 경우, 접합층(120)과 후면 투명 전극(140)은 스퍼터링을 통해 증착될 수 있다. 또한, 접합층(120)으로 투명 전도성 산화물 대신 n형 비정질 실리콘층을 PECVD로 증착시켜 사용하는 것도 가능하다.For example, a transparent conductive oxide such as ITO (Indium Tin Oxide), ICO (Indium Cerium Oxide), Ehsms IWO (Indium Tungsten Oxide)) is used as a transparent conductive material for forming the
도 13의 (c)를 참조하면, 결정질 실리콘 태양전지(210)의 후면에 후면 패시베이션층(240)을 형성하고, 전면에 접합층(220)을 형성한다.Referring to FIG. 13C, a
이 때, 접합층(220)을 형성하기 전 에미터층(212)의 표면 결함을 줄이고, 터널 접합을 위한 전도성 확보를 위해 에미터층(212)의 전면에 0.5 내지 10nm 두께의 패시베이션층을 형성한 후 접합층(220)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 패시베이션층은 SiOx로 이루어질 수 있으며, 습식 공정, 오존 처리 또는 PECVD를 통해 형성될 수 있다. 이어서, 패시베이션층의 전면에 50 내지 500nm 두께의 p+형 결정질 실리콘층과 n+형 결정질 실리콘층을 순차적으로 증착시켜 접합층(220)을 형성할 수 있다. 후면 패시베이션층(240)은 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SixNy) 또는 실리콘 산화질화물(SiOxNy)을 PECVD로 증착시켜 형성될 수 있다.At this time, a surface defect of the
도 13의 (d)를 참조하면, 후면 패시베이션층(240)을 관통하는 패드 전극(281)이 형성된다. 패드 전극(281)은 Ag, Al 또는 Ag-Al 페이스트를 스크린 프린팅을 통해 후면 패시베이션층(240)의 후면에 패터닝한 후 건조시키고, 열처리함으로써 형성될 수 있다. 열처리를 통해 패터닝된 패드 전극(281)은 후면 전계층(213)과 컨택을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 13D, a
이어서, 도 12의 (d) 및 (e)와 도 13의 (e)를 참조하면, 접합층(120, 220)의 전면에 페로브스카이트 태양전지(130, 230)를 형성한다.Referring to FIGS. 12 (d) and 12 (e) and 13 (e), perovskite
우선, 접합층(120, 220)의 전면에 전자전달층(131, 231)을 형성한 후, 전자전달층(131, 231)의 전면에 메조다공성층(131a, 231a)을 형성한다. 이 때, 전자전달층(131, 231)과 메조다공성층(131a, 231a)은 동일한 금속 산화물로 형성될 수 있다.First,
예를 들어, 전자전달층(131, 231)은 5 내지 100nm 두께, 메조다공성층(131a, 231a)은 500nm 이하의 두께를 가지는 TiO2 층으로 형성될 수 있다. 메조다공성층(131a, 231a)의 전면에는 페로브스카이트 흡수층(132, 232)이 형성되며, 페로브스카이트 흡수층(132, 232)은 메조다공성층(131a, 231a) 내 메조다공을 채운 후 100 내지 500nm의 두께만큼 형성될 수 있다. 페로브스카이트 흡수층(132, 232)의 전면으로는 전도성 고분자를 사용하여 정공전달층(133, 233)을 5 내지 100nm 두께로 형성할 수 있다.For example, the
페로브스카이트 태양전지(130, 230)를 구성하는 각 층들은 예를 들어, 물리적 증착법, 화학적 증착법 또는 인쇄법 등을 통해 형성될 수 있다. 여기서, 인쇄법은 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드, 바 코팅, 그라비아 코팅, 브러쉬 페인팅 및 슬롯-다이 코팅 등을 포함한다.Each of the layers constituting the perovskite
이어서, 도 12 및 도 13의 (f)를 참조하면, 접합층(120, 220)을 매개로 하여 터널 접합된 결정질 실리콘 태양전지(110, 210)와 페로브스카이트 태양전지(130, 230)가 준비된 후, 페로브스카이트 태양전지(130, 230)의 전면에 전면 투명 전극(150, 250)과 투명 전극 구조체(160, 260)가 형성된다.Referring to FIGS. 12 and 13 (f), the crystalline silicon
여기서, 전면 투명 전극(150, 250)과 투명 전극 구조체(160, 260)는 투명 전극이 적용된 다른 층과 마찬가지로 다양한 투명 전도성 소재를 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 전면 투명 전극(150, 250)과 투명 전극 구조체(160, 260)는 서로 동일 또는 상이한 투명 전도성 소재로 형성될 수 있다.Here, the front
예를 들어, 전면 투명 전극(150, 250)을 형성하기 위한 투명 전도성 소재로서 ITO (Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전도성 산화물을 사용할 경우, 전면 투명 전극(150, 250)은 스퍼터링을 통해 증착될 수 있다.For example, when a transparent conductive oxide such as ITO (Indium Tin Oxide) is used as the transparent conductive material for forming the front
전면 투명 전극(150, 250)의 전면에 투명 전극 구조체(160, 260)를 패턴화하는 방법은 투명 전극 구조체(160, 260)의 패턴 형태 및 공정 수 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.The method of patterning the
예를 들어, 도 2 및 도 9에 도시된 투명 전극 구조체(160, 260)는 전면 투명 전극(150, 250)과 투명 전극 구조체(160, 260)를 스퍼터에 의해 별개의 층으로서 증착한 후, 하나의 층 형태로 증착된 투명 전극 구조체(160, 260)에나노 사이즈의 구조물을 도입하거나 그리드 또는 메쉬 패턴과 같은 격자형 패턴이 형성되도록 식각(습식 또는 건식)함에 따라 형성될 수 있다. 이 때, 투명 전극 구조체(160, 260)가 식각된 영역에서 전면 투명 전극(150, 250)이 노출되도록 할 수 있다. 다른 예에 따르면, 전면 투명 전극(150)의 전면에나노스피어 용액을 적정량 도포한 다음 초음파 등과 같은 에너지를 인가함에 따른 자가조립 유도 방식을 통해 그리드 또는 메쉬 패턴을 가지도록 투명 전극 구조체(160, 260)를 형성할 수 있다. For example, the
도 3 및 도 10에 도시된 투명 전극 구조체(160, 260)는 투명 전극 구조체(160)의 식각 정도를 조절함에 따라 요철 패턴을 가지도록 형성된다. 도 4 및 도 11에 도시된 투명 전극 구조체(160, 260)는 전면 투명 전극(150, 260)과 일체형으로 구비된다. 즉, 전면 투명 전극(150, 250)을 증착한 후 소정의 깊이만큼 식각함에 따라 전면 투명 전극(150, 250)의 전면에 패턴화된 투명 전극 구조체(160, 260)를 도입할 수 있다.The
이어서, 도 12의 (g)를 참조하면, 전면 투명 전극(150)의 전면에 전면 금속 전극(170)을 형성하고, 후면 투명 전극(140)의 후면에 후면 금속 전극(180)을 형성한다. 특히, 후면 금속 전극(180)은 결정질 실리콘 태양전지(110)에서 흡수되지 못한 장파장의 광이 후면으로 방출될 수 있도록 후면 투명 전극(140)의 후면 중 일부 영역에만 형성하는 것이 바람직하다.12G, a
여기서, 전면 금속 전극(170)과 후면 금속 전극(180)은 패드 전극(171, 181)을 포함하며, 그리드 전극(미도시)을 선택적으로 포함할 수 있다. 그리드 전극과 패드 전극(171, 181)을 포함하는 전면 금속 전극(170)과 후면 금속 전극(180)은 각각 전면 투명 전극(150)과 후면 투명 전극(140)에 접촉하도록 Ag, Al 또는 Ag-Al 페이스트를 스크린 프린팅한 후 100 내지 150℃에서 열처리함으로써 형성될 수 있다. Here, the
도 13의 (g)를 참조하면, 도 12의 (g)와 동일한 방식으로 전면 투명 전극(250)의 전면에 전면 금속 전극(270)을 형성한다.Referring to FIG. 13 (g), a
[텐덤 태양전지 모듈][Tandem Solar Cell Module]
도 14는 본 발명에 따른 텐덤 태양전지(셀)가 모듈화된 형태를 개략적으로 나타낸 것이다. 각각의 태양전지 셀은 출력을 높임과 동시에 태양전지 셀을 수분 또는 외부 충격으로부터 보호하기 위해 모듈화 단계를 거치게 된다.Fig. 14 schematically shows a modular form of the tandem solar cell (cell) according to the present invention. Each of the solar cells is subjected to a modularization step in order to increase the output and protect the solar cell from moisture or external impact.
이에 따라, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 본원에 개시된 텐덤 태양전지는 도전체를 사용하여 이웃한 두 텐덤 태양전지를 직렬 연결함에 따라 모듈화될 수 있다.Accordingly, according to another aspect of the present invention, the tandem solar cell disclosed herein can be modularized by connecting two neighboring tandem solar cells in series using a conductor.
도 14를 참조하면, 이웃한 두 텐덤 태양전지(C1, C2)는 전극 와이어(172, 182)에 의해 서로 연결된다. 이 때, 이웃한 두 텐덤 태양전지는 멀티 와이어 탭(multi wire tabbing) 방식에 의해 서로 연결될 수 있다.14, neighboring two tandem solar cells C1 and C2 are connected to each other by
예를 들어, 전극 와이어(172, 272)의 한 쪽은 임의의 텐덤 태양전지(C1)의 전면에 위치하는 패드 전극(171, 271)에 솔더링되고, 전극 와이어(172, 282)의 다른 한쪽은 다른 텐덤 태양전지(C2)의 후면에 위치하는 패드 전극(181, 281)에 솔더링된다.For example, one of the
이웃한 두 텐덤 태양전지를 직렬 연결하기 위한 도전체로서 솔더 재료(Pb, Sn, SnIn, SnBi, SnPb, Sn, SnCuAg, SnCu)가 코팅된 Cu, Ag, Ni 또는 Al 재질의 전극 와이어가 사용될 수 있다. 전극 와이어(172, 182)는 솔더링 등과 같은 다양한 방법을 통해 패드 전극(171, 181) 상에 부착될 수 있다.An electrode wire of Cu, Ag, Ni or Al coated with solder material (Pb, Sn, SnIn, SnBi, SnPb, Sn, SnCuAg or SnCu) may be used as a conductor for connecting two neighboring tandem solar cells in series have. The
이 때, 전극 와이어(172, 182)는 원통형 또는 타원형의 단면을 가지는 와이어 형상인 것이 바람직하다. 이에 따라, 전극 와이어(172, 182)를 향해 수직으로 입사되는 광을 산란시켜 텐덤 태양전지로 재입사될 확률을 증가시켜 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.At this time, the
추가적으로, 도 5에 도시된 바와 같이 복수의 셀이 전기적으로 연결된 텐덤 태양전지 모듈의 전면 및 후면으로는 각각 갭(195, 205)을 두고 전면 투명 기판(190) 및 후면 투명 기판(200)이 접합될 수 있다. 이 때, 갭(195, 205)은 실런트와 같은 봉지재가 채워진 봉지층일 수 있다. 또한, 다른 예에 따르면, 텐덤 태양전지와 전면 투명 기판(190) 및 후면 투명 기판(200) 사이의 갭(195, 205)에 봉지재가 채워지지 않고 공기 등과 같은 가스가 채워진 공기층이 존재하는 모듈이 제공될 수 있다.5, the front
여기서, 전면 투명 기판(190) 및 후면 투명 기판(200)으로는 유리 기판 또는 투명 폴리머 기판 등이 사용될 수 있다. 이 때, 텐덤 태양전지 모듈의 모서리 부분은 봉지재(195, 205)와 다른 실링 부재를 사용하여 봉지될 수 있다.Here, as the front
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is obvious that a transformation can be made. Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the effects of the present invention are not explicitly described and described, but it is needless to say that the effects that can be predicted by the configurations should also be recognized.
Claims (19)
상기 접합층의 전면에 위치하는 페로브스카이트 태양전지;
상기 페로브스카이트 태양전지의 전면에 위치하는 전면 투명 전극; 및
상기 전면 투명 전극의 전면에 위치하며, 패턴화된 투명 전극을 포함하는 투명 전극 구조체;
를 포함하는,
텐덤 태양전지.
A junction layer located on a flat front side of the crystalline silicon solar cell;
A perovskite solar cell positioned on the front surface of the bonding layer;
A front transparent electrode disposed on a front surface of the perovskite solar cell; And
A transparent electrode structure disposed on a front surface of the front transparent electrode and including patterned transparent electrodes;
/ RTI >
Tandem solar cell.
상기 투명 전극 구조체는 나노 구조물, 요철 패턴 또는 그리드 패턴을 가지는,
텐덤 태양전지.
The method according to claim 1,
The transparent electrode structure may have a nanostructure, a concavo-convex pattern or a grid pattern,
Tandem solar cell.
상기 전면 투명 전극과 상기 투명 전극 구조체는 일체형으로 구비되는,
텐덤 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the front transparent electrode and the transparent electrode structure are integrally formed,
Tandem solar cell.
상기 결정질 실리콘 태양전지는,
후면에 텍스쳐 구조를 가지는 결정질 실리콘 기판;
상기 결정질 실리콘 기판의 전면 및 후면에 각각 위치하는 전면 i형 비정질 실리콘층 및 후면 i형 비정질 실리콘층;
상기 전면 i형 비정질 실리콘층의 전면에 위치하는 제1 도전형 비정질 실리콘층; 및
상기 후면 i형 비정질 실리콘층의 후면에 위치하는 제2 도전형 비정질 실리콘층;
을 포함하는,
텐덤 태양전지.
The method according to claim 1,
In the crystalline silicon solar cell,
A crystalline silicon substrate having a textured structure on its back surface;
A front i-type amorphous silicon layer and a rear i-type amorphous silicon layer disposed on front and rear surfaces of the crystalline silicon substrate, respectively;
A first conductive amorphous silicon layer located on a front surface of the front i-type amorphous silicon layer; And
A second conductive amorphous silicon layer located on a rear surface of the rear i-type amorphous silicon layer;
/ RTI >
Tandem solar cell.
상기 제2 도전형 비정질 실리콘층은 후면 투명 전극의 전면에 위치하는,
텐덤 태양전지.
5. The method of claim 4,
The second conductive amorphous silicon layer is disposed on the front surface of the rear transparent electrode.
Tandem solar cell.
상기 후면 투명 전극의 후면의 일부 영역에 후면 금속 전극이 위치하는,
텐덤 태양전지.
6. The method of claim 5,
Wherein a rear metal electrode is located in a part of the rear surface of the rear transparent electrode,
Tandem solar cell.
상기 결정질 실리콘 태양전지는,
후면에 텍스쳐 구조를 가지는 결정질 실리콘 기판;
상기 결정질 실리콘 기판의 전면에 위치하는 에미터층; 및
상기 결정질 실리콘 기판의 후면에 위치하는 후면 전계층;
을 포함하는,
텐덤 태양전지.
The method according to claim 1,
In the crystalline silicon solar cell,
A crystalline silicon substrate having a textured structure on its back surface;
An emitter layer located on the front surface of the crystalline silicon substrate; And
A rear front layer positioned on the rear surface of the crystalline silicon substrate;
/ RTI >
Tandem solar cell.
상기 에미터층은 상기 결정질 실리콘 기판과 상이한 도전형을 가지는 불순물 도핑층이며, 상기 후면 전계층은 상기 결정질 실리콘 기판과 동일한 도전형을 가지는 불순물 도핑층인,
텐덤 태양전지.
8. The method of claim 7,
Wherein the emitter layer is an impurity doping layer having a conductivity type different from that of the crystalline silicon substrate and the rear whole layer is an impurity doping layer having the same conductivity type as the crystalline silicon substrate,
Tandem solar cell.
상기 후면 전계층은 후면 패시베이션층의 전면에 위치하는,
텐덤 태양전지.
8. The method of claim 7,
The back front layer is located on the front surface of the rear passivation layer.
Tandem solar cell.
상기 후면 패시베이션층의 후면의 일부 영역에 후면 금속 전극이 위치하며,
상기 후면 금속 전극은 상기 후면 패시베이션층을 관통하여 상기 후면 전계층의 후면에 접촉하는,
텐덤 태양전지.
10. The method of claim 9,
A rear metal electrode is located in a part of the rear surface of the rear passivation layer,
Wherein the back metal electrode contacts the rear surface of the rear front layer through the rear passivation layer,
Tandem solar cell.
상기 페로브스카이트 태양전지는,
상기 접합층의 전면에 위치하는 전자전달층;
상기 전자전달층의 전면에 위치하는 페로브스카이트 흡수층; 및
상기 페로브스카이트 흡수층의 전면에 위치하는 정공전달층;
을 포함하는,
텐덤 태양전지.
The method according to claim 1,
In the perovskite solar cell,
An electron transport layer located on the front surface of the bonding layer;
A perovskite absorption layer positioned on the front surface of the electron transport layer; And
A hole transport layer located on the front surface of the perovskite absorption layer;
/ RTI >
Tandem solar cell.
상기 전자전달층의 전면에 메조다공성층을 더 포함하는,
텐덤 태양전지.
12. The method of claim 11,
Further comprising a mesoporous layer on the front surface of the electron transport layer,
Tandem solar cell.
상기 접합층의 전면에 위치하는 페로브스카이트 태양전지;
상기 페로브스카이트 태양전지의 전면에 위치하는 전면 투명 전극;
상기 전면 투명 전극의 전면에 위치하며, 패턴화된 투명 전극을 포함하는 투명 전극 구조체;
상기 투명 전극 구조체의 전면에 위치하는 전면 금속 전극; 및
상기 결정질 실리콘 태양전지의 후면에 위치하는 후면 금속 전극;
을 포함하는 복수의 텐덤 태양전지를 포함하며,
상기 복수의 텐덤 태양전지 중 이웃한 두 텐덤 태양전지의 전면 금속 전극과 후면 금속 전극은 전극 와이어에 의해 서로 전기적으로 연결되며,
상기 복수의 텐덤 태양전지의 전면 및 후면에 갭을 두고 위치하는 전면 투명 기판 및 후면 투명 기판을 포함하는,
텐덤 태양전지 모듈.
A junction layer located on a flat front side of the crystalline silicon solar cell;
A perovskite solar cell positioned on the front surface of the bonding layer;
A front transparent electrode disposed on a front surface of the perovskite solar cell;
A transparent electrode structure disposed on a front surface of the front transparent electrode and including patterned transparent electrodes;
A front metal electrode located on a front surface of the transparent electrode structure; And
A rear metal electrode positioned on the rear surface of the crystalline silicon solar cell;
And a plurality of tandem solar cells,
The front metal electrode and the rear metal electrode of the neighboring two tandem solar cells of the plurality of tandem solar cells are electrically connected to each other by electrode wires,
A plurality of tandem solar cells each having a front transparent substrate and a rear transparent substrate,
Tandem solar cell module.
상기 복수의 텐덤 태양전지의 전면과 상기 전면 투명 기판 사이 또는 상기 복수의 텐덤 태양전지의 후면과 상기 후면 투명 기판 사이에 봉지재가 채워진,
텐덤 태양전지 모듈.
14. The method of claim 13,
A plurality of tandem solar cells each including a plurality of tandem solar cells, a plurality of tandem solar cells,
Tandem solar cell module.
상기 복수의 텐덤 태양전지의 전면과 상기 전면 투명 기판 사이 또는 상기 복수의 텐덤 태양전지의 후면과 상기 후면 투명 기판 사이에 가스가 채워진 공기층이 존재하는,
텐덤 태양전지 모듈.
14. The method of claim 13,
Wherein an air layer filled with gas is present between the front surface of the plurality of tandem solar cells and the front transparent substrate, or between the rear surface of the plurality of tandem solar cells and the rear transparent substrate,
Tandem solar cell module.
상기 텐덤 태양전지 모듈의 양 측면은 봉지재에 의해 봉지된,
텐덤 태양전지 모듈.
14. The method of claim 13,
Wherein both sides of the tandem solar cell module are sealed by an encapsulating material,
Tandem solar cell module.
상기 결정질 실리콘 태양전지의 평평한 전면에 접합층을 형성하는 단계;
상기 접합층의 전면에 페로브스카이트 태양전지를 형성하는 단계;
상기 페로브스카이트 태양전지의 전면에 전면 투명 전극을 형성하는 단계; 및
상기 전면 투명 전극의 전면에 투명 전극 구조체를 패턴화하는 단계;
를 포함하는,
텐덤 태양전지의 제조방법.
Forming a crystalline silicon solar cell from a crystalline silicon substrate;
Forming a bonding layer on the flat top surface of the crystalline silicon solar cell;
Forming a perovskite solar cell on the front surface of the bonding layer;
Forming a front transparent electrode on the front surface of the perovskite solar cell; And
Patterning the transparent electrode structure on the front surface of the front transparent electrode;
/ RTI >
Method of manufacturing tandem solar cell.
상기 투명 전극 구조체는 요철 패턴 또는 그리드 패턴을 가지도록 패턴화되는,
텐덤 태양전지의 제조방법.
18. The method of claim 17,
Wherein the transparent electrode structure is patterned to have a concavo-convex pattern or a grid pattern,
Method of manufacturing tandem solar cell.
상기 전면 투명 전극을 식각하여 상기 투명 전극 구조체를 형성하는,
텐덤 태양전지의 제조방법.18. The method of claim 17,
And forming the transparent electrode structure by etching the front transparent electrode,
Method of manufacturing tandem solar cell.
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CN110246923A (en) * | 2019-06-29 | 2019-09-17 | 深圳黑晶光电科技有限公司 | A kind of tandem type perovskite/homojunction silicon lamination solar cell and preparation method thereof |
KR20190143744A (en) * | 2018-06-21 | 2019-12-31 | (주)프런티어에너지솔루션 | Multi-junction solar cell and method of manufacturing the same |
KR20200006791A (en) * | 2018-07-11 | 2020-01-21 | 울산과학기술원 | Hetero junction tandem solar cell and manufacturing method |
KR20210085441A (en) * | 2019-12-30 | 2021-07-08 | 한국광기술원 | Multijunction Solar Cell and Method for Manufacturing the Same |
CN114582987A (en) * | 2022-03-02 | 2022-06-03 | 江西沃格光电股份有限公司 | Laminated solar cell of PSC and HIT |
WO2023038189A1 (en) * | 2021-09-10 | 2023-03-16 | 상라오 징코 솔라 테크놀러지 디벨롭먼트 컴퍼니, 리미티드 | Solar cell, method for manufacturing same, and solar cell module comprising same |
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Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
M. Filipic et al. "CH3NH3PbI3 perovskite / silicon tandem solar cells: characterization based optical simulations."(2015.02.27.)* * |
S. Altazin et al. "Design of Perovskite/crystalline-silicon Tandem Solar Cells."(2016.06.)* * |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20190143744A (en) * | 2018-06-21 | 2019-12-31 | (주)프런티어에너지솔루션 | Multi-junction solar cell and method of manufacturing the same |
KR20200006791A (en) * | 2018-07-11 | 2020-01-21 | 울산과학기술원 | Hetero junction tandem solar cell and manufacturing method |
CN110246923A (en) * | 2019-06-29 | 2019-09-17 | 深圳黑晶光电科技有限公司 | A kind of tandem type perovskite/homojunction silicon lamination solar cell and preparation method thereof |
CN110246923B (en) * | 2019-06-29 | 2024-05-28 | 深圳黑晶光电技术有限公司 | Tandem perovskite/homogeneous junction silicon laminated solar cell and preparation method thereof |
US11799050B2 (en) | 2019-11-13 | 2023-10-24 | Korea University Research And Business Foundation | Solar cell and solar cell module including the same |
KR20210085441A (en) * | 2019-12-30 | 2021-07-08 | 한국광기술원 | Multijunction Solar Cell and Method for Manufacturing the Same |
WO2023038189A1 (en) * | 2021-09-10 | 2023-03-16 | 상라오 징코 솔라 테크놀러지 디벨롭먼트 컴퍼니, 리미티드 | Solar cell, method for manufacturing same, and solar cell module comprising same |
CN114582987A (en) * | 2022-03-02 | 2022-06-03 | 江西沃格光电股份有限公司 | Laminated solar cell of PSC and HIT |
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