KR20180076433A - Bifacial tandem solar cell and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a bifacial tandem photovoltaic cell capable of improving a short circuit current. The bifacial tandem photovoltaic cell comprises: a heterojunction photovoltaic cell unit; a thin film photovoltaic cell unit; a buffer layer disposed between the heterojunction photovoltaic cell unit and the thin film photovoltaic cell unit; a complex function layer formed on a lower surface of the heterojunction photovoltaic cell unit and having a microcrystalline hydrogenated silicon oxide (n-type μc-SiOx:H or nc-SiOx:H) thin film formed by injecting carbon dioxide (CO_2); and first and second electrodes respectively formed on an upper surface of the thin film photovoltaic cell unit and a lower surface of the complex function layer.

Description

양면 수광형 텐덤 태양전지 및 이의 제조방법{BIFACIAL TANDEM SOLAR CELL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a double-side light receiving type tandem solar cell,

본 발명은 상부면과 하부면을 통해 입사된 태양광을 이용하여 전기 에너지를 생성할 수 있는 양면 수광형 텐덤 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a double-sided light receiving type tandem solar cell capable of generating electric energy using sunlight incident through an upper surface and a lower surface, and a method of manufacturing the same.

고효율 태양전지 제작을 위해 실리콘 기반 텐덤형 태양전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. Researches on silicon based tandem solar cells have been actively carried out for the production of high efficiency solar cells.

텐덤형 태양전지(tandem solar cell)는 서로 다른 광학적 밴드갭을 갖는 물질을 2층 이상 적층함으로써 넓은 파장범위를 갖는 태양광을 효과적으로 이용하려는 구조를 갖는다. 최근에는 이러한 텐덤형 태양전지의 광전변화효율을 극대화하기 위해, 일면만이 아닌 양면을 통해 태양광이 입사되는 구조에 대해서도 연구가 진행 중이다. A tandem solar cell has a structure that effectively utilizes solar light having a wide wavelength range by stacking two or more layers having different optical band gaps. In recent years, in order to maximize the photoelectric conversion efficiency of such a tandem type solar cell, research is being conducted on a structure in which sunlight is incident on both sides, not just one side.

하지만, 이처럼 상부 셀과 하부 셀이 접합된 텐덤형 태양전지에서, 전체 개방전압은 상부 셀의 개방 전압과 하부 셀의 개방 개방의 합으로서 높을 값을 가지나, 단락 전류는 상부 셀의 단락 전류와 하부 셀의 단락 전류 중 작은 값으로 매칭되므로, 텐덤형 태양전지의 단락 전류를 향상시키기 위한 기술이 절실히 요구되고 있다. However, in the tandem type solar cell in which the upper cell and the lower cell are bonded as described above, the total open-circuit voltage has a high value as a sum of the open-circuit voltage of the upper cell and the open- The short-circuit current of the tandem-type solar cell is matched with a small value of the short-circuit current of the cell. Therefore, a technique for improving the short-circuit current of the tandem-type solar cell is desperately required.

본 발명의 목적은 이종접합 태양전지 유닛과 박막 태양전지 유닛 사이에 버퍼층을 형성하고, 하부 이종접합 태양전지 유닛의 하부면에 복합기능층을 형성함으로써 단락 전류를 향상시킬 수 있는 양면 수광형 텐덤 태양전지를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a double-sided light receiving type tandem solar cell capable of improving a short circuit current by forming a buffer layer between a heterojunction solar cell unit and a thin film solar cell unit and forming a multi- Battery.

본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 텐덤 태양전지는 이종접합 태양전지 유닛; 상기 이종접합 태양전지 유닛 상부에 배치된 박막 태양전지 유닛; 상기 이종접합 태양전지 유닛과 상기 박막 태양전지 유닛 사이에 배치되어 이들 사이의 터널 재결합 접합(tunnel recombination junction)을 형성하는 버퍼층; 상기 이종접합 태양전지 유닛의 하부면 상에 형성되고, 이산화탄소(CO2) 가스를 주입하여 형성된 미세결정 수소화 실리콘 산화물(n-type μc-SiOx:H 또는 nc-SiOx:H) 박막을 포함하는 복합기능층; 상기 박막 태양전지 유닛의 상부면 상에 형성된 제1 전극; 및 상기 복합기능층의 하부면 상에 형성된 제2 전극을 포함한다. A double-sided light receiving type tandem solar cell according to an embodiment of the present invention includes a heterojunction solar cell unit; A thin film solar cell unit disposed above the heterojunction solar cell unit; A buffer layer disposed between the heterojunction solar cell unit and the thin film solar cell unit to form a tunnel recombination junction therebetween; (Microcrystalline hydrogenated silicon oxide (n-type μc-SiOx: H or nc-SiOx: H) thin film formed on the lower surface of the heterojunction solar cell unit and formed by injecting a carbon dioxide layer; A first electrode formed on an upper surface of the thin film solar cell unit; And a second electrode formed on the lower surface of the multi-functional layer.

일 실시예에 있어서, 상기 버퍼층은 p-형 미세결정 수소화 실리콘(nc-Si:H) 박막 또는 수소화 실리콘 산화물(nc-SiOx:H) 박막을 포함할 수 있다.In one embodiment, the buffer layer may include a p-type microcrystalline hydrogenated silicon (nc-Si: H) thin film or a hydrogenated silicon oxide (nc-SiOx: H) thin film.

본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 텐덤 태양전지에 따르면, 이종접합 태양전지 유닛과 박막 태양전지 유닛 사이에 전도도가 우수한 p-형 미세결정 수소화 실리콘(nc-Si:H) 박막 또는 수소화 실리콘 산화물(nc-SiOx:H) 박막으로 형성된 버퍼층을 배치시킴으로써, 이종접합 태양전지 유닛과 박막 태양전지 유닛의 접합 특성을 개선할 수 있다. 그리고, 태양광이 입사되는 후면에 고밴드갭을 가지면서 높은 전도도를 유지할 수 있고, 굴절률이 약 2.0인 이산화탄소(CO2) 가스를 주입하여 형성된 미세결정 수소화 실리콘 산화물(n-type μc-SiOx:H 또는 nc-SiOx:H) 박막으로 형성되어 전기 전도 및 광반사(light reflection)의 이중 역할을 수행하는 복합기능층을 배치시킴으로써 단락 전류를 향상시킬 수 있다.According to the double-side light receiving type tandem solar cell according to the embodiment of the present invention, a p-type microcrystalline hydrogenated silicon (nc-Si: H) thin film or a hydrogenated silicon oxide (nc-SiOx: H) thin film, it is possible to improve the junction characteristics of the heterojunction solar cell unit and the thin film solar cell unit. The microcrystalline hydrogenated silicon oxide (n-type μc-SiOx: H), which is formed by injecting carbon dioxide (CO 2) gas having a refractive index of about 2.0, can maintain high conductivity while having a high- Or nc-SiOx: H) thin film to arrange a multi-functional layer that serves as a dual role of electric conduction and light reflection, thereby improving the short-circuit current.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 텐덤 태양전지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 버퍼층이 없는 비교예의 양면 수광형 텐덤 태양전지('Tandem cell (1)-No buffer layer'), p-형 미세결정 수소화 실리콘(nc-Si:H) 박막으로 형성된 버퍼층을 구비하는 실시예 1의 양면 수광형 텐덤 태양전지('Tandem cell (2)-With buffer layer') 및 p-형 미세결정 수소화 실리콘 산화물(nc-SiOx:H) 박막으로 형성된 버퍼층을 구비하는 실시예 2의 양면 수광형 텐덤 태양전지('Tandem cell (3)-With buffer layer')에 대한 전압-전류 관계를 측정한 그래프를 나타낸다.
도 3은 버퍼층이 없는 비교예의 양면 수광형 텐덤 태양전지('No buffer layer'), p-형 미세결정 수소화 실리콘(nc-Si:H) 박막으로 형성된 버퍼층을 구비하는 실시예 1의 양면 수광형 텐덤 태양전지('With buffer layer (1)') 및 p-형 미세결정 수소화 실리콘 산화물(nc-SiOx:H) 박막으로 형성된 버퍼층을 구비하는 실시예 2의 양면 수광형 텐덤 태양전지('With buffer layer (2)')의 충진률(FF) 및 개방전압(Voc)를 측정한 결과이다.
1 is a cross-sectional view illustrating a double-side light receiving type tandem solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a structure of a double-side light receiving type tandem solar cell ('Tandem cell (1) -No buffer layer') without a buffer layer and a buffer layer formed of a p-type microcrystalline hydrogenated silicon (nc-Si: Example 2 having a buffer layer formed of a thin film of double-side light receiving type tandem solar cell ('Tandem cell (2) -With buffer layer') and p-type microcrystalline hydrogenated silicon oxide (nc-SiOx: H) Current relationship for a light-receiving type tandem solar cell ("Tandem cell (3) -With buffer layer").
3 is a schematic diagram of a double-side light-receiving type light-emitting device according to Example 1 having a buffer layer formed of a double-side light receiving type tandem solar cell ('No buffer layer') and a p-type microcrystalline hydrogenated silicon (nc-Si: H) Type buffer layer formed of a tandem solar cell ('With buffer layer (1)') and a p-type microcrystalline hydrogenated silicon oxide (nc-SiOx: H) (FF) and open-circuit voltage (Voc) of the layer (2) '.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged to illustrate the present invention in order to clarify the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the term "comprises" or "having ", etc. is intended to specify that there is a feature, step, operation, element, part or combination thereof described in the specification, , &Quot; an ", " an ", " an "

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 텐덤 태양전지를 설명하기 위한 사시도이다. 1 is a perspective view illustrating a double-side light receiving type tandem solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 텐덤 태양전지(100)는 이종접합 태양전지 유닛(110), 박막 태양전지 유닛(120), 버퍼층(130), 복합기능층(140), 제1 전극(150) 및 제2 전극(160)을 포함한다. Referring to FIG. 1, a double-sided light receiving type tandem solar cell 100 according to an embodiment of the present invention includes a heterojunction solar cell unit 110, a thin film solar cell unit 120, a buffer layer 130, A first electrode 150, and a second electrode 160. The first electrode 150 and the second electrode 160 are formed on the first electrode 150 and the second electrode 160, respectively.

상기 이종접합 태양전지 유닛(110)은 실리콘 기판(111), 에미터층(112), 후면전계층(113), 제1 패시베이션층(114) 및 제2 패시베이션층(115)을 포함할 수 있다.The heterojunction solar cell unit 110 may include a silicon substrate 111, an emitter layer 112, a rear front layer 113, a first passivation layer 114, and a second passivation layer 115.

상기 실리콘 기판(111)은 제1 도전형 결정질 실리콘 기판을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 실리콘 기판(111)은 n-타입 결정질 실리콘 기판일 수 있다. The silicon substrate 111 may include a first conductive type crystalline silicon substrate. For example, the silicon substrate 111 may be an n-type crystalline silicon substrate.

상기 에미터층(112)은 상기 실리콘 기판(111)의 상부면 상에 배치되고, 상기 실리콘 기판(111)과 반대되는 제2 도전형 반도체 물질로 형성될 수 있으며, 상기 실리콘 기판(111)과 p-n 접합을 형성할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 실리콘 기판(111)이 n-형 결정질 실리콘 기판인 경우, 상기 에미터층(112)은 p-형 반도체 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 에미터층(112)은 p-형 불순물인 보론(B)이 도핑된 비정질 수소화 실리콘(a-Si:H) 박막, 이산화탄소(CO2) 가스를 주입하여 형성된 비정질 수소화 실리콘 산화물(a-SiOx:H) 박막 또는 메탄(CH4) 가스를 주입하여 형성된 비정질 수소화 실리콘 탄화물(a-SiC:H) 박막을 포함할 수 있다. 상기 에미터층(112)은 약 5 내지 10 nm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 에미터층(112)의 두께가 5nm 미만인 경우에는 박막의 재현성 및 균일성이 저하되는 문제점이 발생될 수 있고, 10nm를 초과하는 경우에는 에미터층(112)에서의 광흡수량이 지나치게 많아지는 문제점이 발생할 수 있다.The emitter layer 112 may be formed on the upper surface of the silicon substrate 111 and may be formed of a second conductive type semiconductor material opposite to the silicon substrate 111, Junctions can be formed. In one embodiment, when the silicon substrate 111 is an n-type crystalline silicon substrate, the emitter layer 112 may be formed of a p-type semiconductor material. For example, the emitter layer 112 is a p- type impurity boron (B) doped amorphous hydrogenated silicon: hydrogenated amorphous silicon oxide formed by injecting (a Si-H) thin film, a carbon dioxide (CO 2) gas ( (a-SiC: H) thin film formed by implanting an a-Si x : H thin film or a methane (CH 4 ) gas into the amorphous hydrogenated silicon carbide thin film. The emitter layer 112 may be formed to a thickness of about 5 to 10 nm. When the thickness of the emitter layer 112 is less than 5 nm, the reproducibility and uniformity of the thin film may be deteriorated. When the thickness of the emitter layer 112 is more than 10 nm, the light absorption amount of the emitter layer 112 is excessively increased Lt; / RTI >

상기 후면전계층(113)은 상기 실리콘 기판(111)의 하부면 상에 배치되고, 상기 실리콘 기판(111)과 동일한 제1 도전형 반도체 물질로 형성될 수 있고, 후면 전계를 형성할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 실리콘 기판(111)이 n-형 결정질 실리콘 기판인 경우, 상기 후면전계층(113)은 n-형 반도체 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 후면전계층(113)은 n-형 불순물인 인(P)이 도핑된 비정질 수소화 실리콘(a-Si:H) 박막 또는 미세결정 수소화 실리콘(μc-Si:H 또는 nc-Si:H) 박막을 포함할 수 있다. 상기 후면전계층(113)은 약 7 내지 10nm의 두께로 형성될 수 있다. The rear front layer 113 is disposed on the lower surface of the silicon substrate 111 and may be formed of the same first conductive type semiconductor material as the silicon substrate 111 and may form a rear electric field. In one embodiment, when the silicon substrate 111 is an n-type crystalline silicon substrate, the rear front layer 113 may be formed of an n-type semiconductor material. For example, the rear front layer 113 may be formed of an amorphous hydrogenated silicon (a-Si: H) thin film doped with phosphorus (P) which is an n-type impurity or a microcrystalline hydrogenated silicon (μc- : H) thin film. The rear front layer 113 may be formed to a thickness of about 7 to 10 nm.

상기 제1 패시베이션층(114) 및 상기 제2 패시베이션층(115)은 상기 실리콘 기판(111)과 상기 에미터층(112) 사이 및 상기 실리콘 기판(111)과 상기 후면전계층(113) 사이에 각각 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 패시베이션층(114, 115)은 진성 반도체 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 및 제2 패시베이션층(114, 115)은 진성 비정질 수소화 실리콘(a-Si:H) 박막을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 패시베이션층(114, 115)은 약 3 내지 5nm의 두께로 형성될 수 있다. The first passivation layer 114 and the second passivation layer 115 are formed between the silicon substrate 111 and the emitter layer 112 and between the silicon substrate 111 and the rear front layer 113, . The first and second passivation layers 114 and 115 may be formed of an intrinsic semiconductor material. For example, the first and second passivation layers 114 and 115 may comprise an intrinsic amorphous hydrogenated silicon (a-Si: H) thin film. The first and second passivation layers 114 and 115 may be formed to a thickness of about 3 to 5 nm.

상기 박막 태양전지 유닛(120)은 상기 이종접합 태양전지 유닛(110)의 상부, 즉, 상기 에미터층의 상부에 배치될 수 있고, 광흡수층(121), 제1 반도체층(122) 및 제2 반도체층(123)을 포함할 수 있다. The thin film solar cell unit 120 may be disposed on the upper portion of the heterojunction solar cell unit 110, that is, on the emitter layer, and the light absorbing layer 121, the first semiconductor layer 122, And a semiconductor layer 123.

상기 광흡수층(121)은 상기 이종접합 태양전지 유닛(110)의 에미터층(112) 상부에 위치하고, 상기 에미터층(112)보다 높은 밴드갭을 갖는 진성 반도체 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 광흡수층(121)은 상기 에미터층(112)보다 큰 밴드갭을 갖는 진성 비정질 수소화 실리콘(a-Si:H) 또는 게르마늄 도핑된 비정질 수소화 실리콘(a-SiGe:H)으로 형성될 수 있다. 상기 광흡수층(121)은 약 400 내지 600 nm의 두께롤 형성될 수 있다. The light absorption layer 121 may be formed of an intrinsic semiconductor material having a higher band gap than the emitter layer 112 and located on the emitter layer 112 of the heterojunction solar cell unit 110. For example, the light absorption layer 121 is formed of intrinsic amorphous silicon hydride (a-Si: H) or germanium doped amorphous silicon hydride (a-SiGe: H) having a bandgap larger than that of the emitter layer 112 . The light absorption layer 121 may be formed to a thickness of about 400 to 600 nm.

상기 제1 반도체층(122)은 상기 광흡수층(121)과 상기 이종접합 태양전지 유닛(110)의 에미터층(112)의 사이에 위치할 수 있고, n-형 반도체 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 반도체층(122)은 n-형 불순물인 인(P)이 도핑된 비정질 수소화 실리콘(a-Si:H) 박막 또는 미세결정 수소화 실리콘(μc-Si:H 또는 nc-Si:H) 박막을 포함할 수 있다. 하부 전계 형성 및 터널 재결합 접합을 위해 상기 제1 반도체층(122)에는 n-형 불순물이 고농도로 도핑될 수 있다. The first semiconductor layer 122 may be located between the light absorption layer 121 and the emitter layer 112 of the heterojunction solar cell unit 110 and may be formed of an n-type semiconductor material. For example, the first semiconductor layer 122 may be an amorphous hydrogenated silicon (a-Si: H) thin film doped with phosphorus (P) which is an n-type impurity or a microcrystalline hydrogenated silicon (μc- Si: H) thin film. The first semiconductor layer 122 may be doped with an n-type impurity at a high concentration for the lower electric field formation and the tunnel recombination bonding.

상기 제2 반도체층(123)은 상기 광흡수층(121)의 상부에 위치하고, 상기 제1 반도체층(122)과 반대인 p-형 반도체 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 반도체층(123)은 p-형 비정질 실리콘 박막, p-형 불순물인 보론(B)이 도핑된 비정질 수소화 실리콘 박막, 이산화탄소(CO2) 가스를 주입하여 형성된 비정질 수소화 실리콘 산화물(a-SiOx:H) 박막, 메탄(CH4) 가스를 주입하여 형성된 비정질 수소화 실리콘 탄화물(p-type a-SiC:H) 박막, p-형 미세결정 수소화 실리콘(μc-Si:H 또는 nc-Si:H) 박막 또는 p-형 미세결정 수소화 실리콘 산화물(μc-SiOx:H or nc-SiOx:H) 박막을 포함할 수 있다. 상기 제2 반도체층(123)은 약 20 내지 30nm의 두께로 형성될 수 있다. The second semiconductor layer 123 may be formed of a p-type semiconductor material which is located on the light absorption layer 121 and is opposite to the first semiconductor layer 122. For example, the second semiconductor layer 123 may include a p-type amorphous silicon thin film, an amorphous hydrogenated silicon thin film doped with boron (B) which is a p-type impurity, an amorphous hydrogenated silicon oxide formed by implanting carbon dioxide (a-SiOx: H) thin film, amorphous hydrogenated silicon carbide (p-type a-SiC: H) thin film formed by injecting methane (CH4) gas, p- type microcrystalline hydrogenated silicon Si: H) thin film or a p-type microcrystalline hydrogenated silicon oxide (μc-SiOx: H or nc-SiOx: H) thin film. The second semiconductor layer 123 may be formed to a thickness of about 20 to 30 nm.

상기 버퍼층(130)은 상기 이종접합 태양전지 유닛(110) 및 상기 박막 태양전지 유닛(120) 사이에 배치될 수 있다. 상기 버퍼층(130)은 상기 이종접합 태양전지 유닛(110)의 에미터층(112) 및 상기 박막 태양전지 유닛(120)의 제2 반도체층(123) 사이에 배치되어 이들 사이의 터널 재결합 접합(tunnel recombination junction)을 형성할 수 있다. 상기 버퍼층(130)은 p-형 미세결정 수소화 실리콘(nc-Si:H) 박막 또는 수소화 실리콘 산화물(nc-SiOx:H) 박막을 포함할 수 있고, 높은 전도 특성을 가질 수 있다. 이와 같은 버퍼층(130)은 상기 터널 재결합 접합(tunnel recombination junction)을 용이하게 하여 본 발명에 따른 양면 수광형 텐덤 태양전지(100)의 충진률을 향상시킬 수 있다. The buffer layer 130 may be disposed between the heterojunction solar cell unit 110 and the thin film solar cell unit 120. The buffer layer 130 is disposed between the emitter layer 112 of the heterojunction solar cell unit 110 and the second semiconductor layer 123 of the thin film solar cell unit 120 to form a tunnel junction recombination junctions. The buffer layer 130 may include a p-type microcrystalline hydrogenated silicon (nc-Si: H) thin film or a hydrogenated silicon oxide (nc-SiOx: H) thin film and may have high conduction characteristics. The buffer layer 130 facilitates the tunnel recombination junction to improve the filling ratio of the double-side light receiving type tandem solar cell 100 according to the present invention.

상기 복합기능층(140)은 상기 이종접합 태양전지 유닛(110)의 하부에 배치될 수 있다. 상기 복합기능층(140)은 고밴드갭을 가지면서 높은 전도도를 유지할 수 있고, 굴절률이 약 2.0인 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 복합기능층(140)은 이산화탄소(CO2) 가스를 주입하여 형성된 미세결정 수소화 실리콘 산화물(n-type μc-SiOx:H 또는 nc-SiOx:H) 박막을 포함할 수 있다. 이와 같은 버퍼층(140)은 전기 전도 및 광반사(light reflection)의 이중 역할을 수행하여, 본 발명에 따른 양면 수광형 텐덤 태양전지(100)의 단락 전류를 현저하게 향상시킬 수 있다. The multifunction functional layer 140 may be disposed below the heterojunction solar cell unit 110. The multi-functional layer 140 may have a high bandgap and maintain a high conductivity, and may be formed of a material having a refractive index of about 2.0. For example, the multi-functional layer 140 may include an n-type microcrystalline hydrogenated silicon oxide (Hc) or nc-SiOx (H) thin film formed by injecting a carbon dioxide gas. The buffer layer 140 may serve as a dual function of electrical conduction and light reflection, thereby significantly improving the short-circuit current of the double-side light receiving type tandem solar cell 100 according to the present invention.

상기 제1 전극(150)은 상기 박막 태양전지 유닛(120) 상부에 형성되고, 상기 제2 전극(160)은 상기 버퍼층(140) 하부에 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(150)은 투명전도성 산화물 박막(151) 및 이의 상부에 형성된 상부 그리드 패턴(152)을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극(160)은 하부 그리드 패턴을 포함할 수 있다. 상기 상부 그리드 패턴 및 하부 그리드 패턴은 알루미늄 또는 실버로 형성될 수 있다. The first electrode 150 may be formed on the thin film solar cell unit 120 and the second electrode 160 may be formed below the buffer layer 140. The first electrode 150 may include a transparent conductive oxide thin film 151 and an upper grid pattern 152 formed on the transparent conductive oxide thin film 151. The second electrode 160 may include a lower grid pattern. The upper grid pattern and the lower grid pattern may be formed of aluminum or silver.

도 2는 버퍼층이 없는 비교예의 양면 수광형 텐덤 태양전지('Tandem cell (1)-No buffer layer'), p-형 미세결정 수소화 실리콘(nc-Si:H) 박막으로 형성된 버퍼층을 구비하는 실시예 1의 양면 수광형 텐덤 태양전지('Tandem cell (2)-With buffer layer') 및 p-형 미세결정 수소화 실리콘 산화물(nc-SiOx:H) 박막으로 형성된 버퍼층을 구비하는 실시예 2의 양면 수광형 텐덤 태양전지('Tandem cell (3)-With buffer layer')에 대한 전압-전류 관계를 측정한 그래프를 나타내고, 도 3은 버퍼층이 없는 비교예의 양면 수광형 텐덤 태양전지('No buffer layer'), p-형 미세결정 수소화 실리콘(nc-Si:H) 박막으로 형성된 버퍼층을 구비하는 실시예 1의 양면 수광형 텐덤 태양전지('With buffer layer (1)') 및 p-형 미세결정 수소화 실리콘 산화물(nc-SiOx:H) 박막으로 형성된 버퍼층을 구비하는 실시예 2의 양면 수광형 텐덤 태양전지('With buffer layer (2)')의 충진률(FF) 및 개방전압(Voc)를 측정한 결과이다.FIG. 2 is a schematic view showing a structure of a double-side light receiving type tandem solar cell ('Tandem cell (1) -No buffer layer') without a buffer layer and a buffer layer formed of a p-type microcrystalline hydrogenated silicon (nc-Si: Example 2 having a buffer layer formed of a thin film of double-side light receiving type tandem solar cell ('Tandem cell (2) -With buffer layer') and p-type microcrystalline hydrogenated silicon oxide (nc-SiOx: H) FIG. 3 is a graph showing a voltage-current relationship of a tandem photodiode ('Tandem cell (3) -With buffer layer') of a light receiving type. ('With buffer layer (1)') of Example 1 and a p-type microcrystalline silicon (nc-Si: H) The double-sided light-receiving type tandem of Example 2 having a buffer layer formed of a thin film of hydrogenated silicon oxide (nc-SiOx: H) Amount of the battery charged ( 'With buffer layer (2)') is the result of measuring the rate (FF) and the open-circuit voltage (Voc).

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따라 이종접합 태양전지 유닛과 박막 태양전지 유닛 사이에 p-형 미세결정 수소화 실리콘(nc-Si:H) 박막 또는 수소화 실리콘 산화물(nc-SiOx:H) 박막으로 형성된 버퍼층을 형성하는 경우, 개방 전압(Voc)이 증가하고 전압에 따른 전류밀도가 증가하여, 충진률(FF)이 향상됨을 확인할 수 있다. Referring to FIGS. 2 and 3, a p-type microcrystalline silicon hydride (nc-Si: H) thin film or a hydrogenated silicon oxide (nc-SiOx: H ) Thin film is formed, the open voltage Voc is increased and the current density is increased according to the voltage, and the filling factor (FF) is improved.

이하 본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 텐덤 태양전지(100)의 제조방법에 대해 상술한다. Hereinafter, a method of manufacturing the double-side light receiving type tandem solar cell 100 according to the embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 텐덤 태양전지(100)를 제조하기 위하여, 먼저, RCA 클리닝된 n-형 실리콘 웨이퍼 기판의 상부면 및 하부면에 제1 및 제2 패시베이션층을 각각 형성할 수 있다. In order to manufacture the double-sided light receiving type tandem solar cell 100 according to the embodiment of the present invention, first and second passivation layers are formed on the upper and lower surfaces of the RCA-cleaned n-type silicon wafer substrate .

상기 제1 및 제2 패시베이션층은 상기 실리콘 웨이퍼 기판의 상부면 및 하부면에 진성 비정질 수소화 실리콘(a-Si:H) 박막을 증착함으로써 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 패시베이션층 각각은 약 3 내지 5 nm의 두께로 형성될 수 있다. The first and second passivation layers may be formed by depositing an intrinsic amorphous silicon hydride (a-Si: H) thin film on the upper and lower surfaces of the silicon wafer substrate. Each of the first and second passivation layers may be formed to a thickness of about 3 to 5 nm.

이어서, 상기 제1 패시베이션층 및 상기 제2 패시베이션층 상에 에미터층 및 후면전계층을 각각 형성할 수 있다. Next, an emitter layer and a rear whole layer may be formed on the first passivation layer and the second passivation layer, respectively.

상기 에미터층은 상기 제1 패시베이션층 상에 p-형 불순물인 보론(B)이 도핑된 비정질 수소화 실리콘(a-Si:H) 박막, 이산화탄소(CO2) 가스를 주입하여 형성된 비정질 수소화 실리콘 산화물(a-SiOx:H) 박막 또는 메탄(CH4) 가스를 주입하여 형성된 비정질 수소화 실리콘 탄화물(a-SiC:H) 박막을 증착함으로써 형성될 수 있다. 상기 에미터층은 약 5 내지 10nm의 두께로 형성될 수 있다. The emitter layer may include an amorphous hydrogenated silicon (a-Si: H) thin film doped with boron (B) which is a p-type impurity, an amorphous hydrogenated silicon oxide formed by implanting carbon dioxide (CO 2 ) (a-SiC: H) thin film formed by implanting an a-Si x : H thin film or a methane (CH 4 ) gas into the amorphous hydrogenated silicon carbide thin film. The emitter layer may be formed to a thickness of about 5 to 10 nm.

상기 후면전계층은 상기 제2 패시베이션층 상에 n-형 불순물인 인(P)이 도핑된 비정질 수소화 실리콘(a-Si:H) 박막 또는 미세결정 수소화 실리콘(μc-Si:H 또는 nc-Si:H) 박막을 증착함으로써 형성될 수 있다. 상기 후면전계층은 약 7 내지 10nm의 두께로 형성될 수 있다. The rear whole layer is formed by depositing an amorphous hydrogenated silicon (a-Si: H) thin film doped with phosphorus (P) which is an n-type impurity or a microcrystalline hydrogenated silicon (μc-Si: H or nc-Si : ≪ / RTI > H) thin film. The backside front layer may be formed to a thickness of about 7 to 10 nm.

이어서, 상기 후면전계층 상에 복합기능층을 형성할 수 있다. Subsequently, a multi-functional layer may be formed on the rear whole layer.

상기 복합기능층은 상기 후면전계층 상에 이산화탄소(CO2) 가스가 주입된 n-형 미세결정 수소화 실리콘 산화막(n-type μc-SiOx:H 또는 nc-SiOx:H)을 증착함으로써 형성될 수 있다. The multi-functional layer may be formed by depositing an n-type microcrystalline hydrogenated silicon oxide film (n-type μc-SiOx: H or nc-SiOx: H) into which carbon dioxide .

이어서, 상기 에미터층 상에 버퍼층을 형성할 수 있다. Subsequently, a buffer layer may be formed on the emitter layer.

상기 버퍼층은 상기 에미터층 상에 상대적으로 높은 전도 특성을 갖는 p-형 미세결정 수소화 실리콘(nc-Si:H) 박막 또는 수소화 실리콘 산화물(nc-SiOx:H) 박막을 증착함으로써 형성될 수 있다. The buffer layer may be formed by depositing a p-type microcrystalline silicon hydride (nc-Si: H) thin film or a hydrogenated silicon oxide (nc-SiOx: H) thin film having relatively high conduction characteristics on the emitter layer.

이어서, 상기 버퍼층 상에 상기 제1 반도체층, 광흡수층 및 제2 반도체층을 순차적으로 형성할 수 있다. Then, the first semiconductor layer, the light absorbing layer, and the second semiconductor layer may be sequentially formed on the buffer layer.

상기 제1 반도체층은 상기 버퍼층 상에 p-형 비정질 실리콘 박막, p-형 불순물인 보론(B)이 도핑된 비정질 수소화 실리콘 박막, 이산화탄소(CO2) 가스를 주입하여 형성된 비정질 수소화 실리콘 산화물(a-SiOx:H) 박막, 메탄(CH4) 가스를 주입하여 형성된 비정질 수소화 실리콘 탄화물(p-type a-SiC:H) 박막, p-형 미세결정 수소화 실리콘(μc-Si:H 또는 nc-Si:H) 박막 또는 p-형 미세결정 수소화 실리콘 산화물(μc-SiOx:H or nc-SiOx:H) 박막을 증착함으로써 형성될 수 있다. 상기 제1 반도체층은 약 20 내지 30nm의 두께로 형성될 수 있다. The first semiconductor layer is formed on the buffer layer by depositing a p-type amorphous silicon thin film, an amorphous hydrogenated silicon thin film doped with boron (B) as a p-type impurity, an amorphous hydrogenated silicon oxide (a- SiC: H or nc-Si: H) thin film, a p-type a-SiC: H thin film formed by injecting methane (CH4) gas, a p-type microcrystalline hydrogenated silicon ) Thin film or a p-type microcrystalline hydrogenated silicon oxide (μc-SiOx: H or nc-SiOx: H) thin film. The first semiconductor layer may be formed to a thickness of about 20 to 30 nm.

상기 광흡수층은 상기 제1 반도체층 상에 상기 에미터층(112)보다 큰 밴드갭을 갖는 진성 비정질 수소화 실리콘(a-Si:H) 박막 또는 게르마늄 도핑된 비정질 수소화 실리콘(a-SiGe:H) 박막을 증착함으로써 형성될 수 있다. 상기 광흡수층은 약 400 내지 600nm의 두께로 형성될 수 있다. The light absorption layer may include an a-Si: H thin film or a germanium-doped amorphous silicon hydride (a-SiGe: H) thin film having a bandgap larger than that of the emitter layer 112 on the first semiconductor layer. As shown in FIG. The light absorption layer may be formed to a thickness of about 400 to 600 nm.

상기 제2 반도체층은 상기 광흡수층 상에 n-형 불순물인 인(P)이 고농도로 도핑된 비정질 수소화 실리콘(a-Si:H) 박막 또는 미세결정 수소화 실리콘(μc-Si:H 또는 nc-Si:H) 박막을 증착함으로써 형성될 수 있다. The second semiconductor layer is formed on the light absorption layer by using an amorphous hydrogenated silicon (a-Si: H) thin film or microcrystalline hydrogenated silicon (μc-Si: H or nc- Si: H) thin film.

이어서, 상기 제2 반도체층 상에 제1 전극을 형성할 수 있다. Then, a first electrode may be formed on the second semiconductor layer.

상기 제1 전극을 형성하기 위해, 상기 제1 반도체층 상에 투명 전도성 산화물을 증착한 후 그 위에 제1 금속 그리드 패턴을 형성할 수 있다. 상기 투명 전도성 산화물은 약 10Ω/□의 면저항을 갖도록 형성될 수 있다. 그리고 상기 제1 금속 그리드 패턴은 증착(evaporation), 스크린 프린팅(screen printing) 등의 방법을 이용하여 알루미늄 또는 실버로 형성될 수 있다. In order to form the first electrode, a transparent conductive oxide may be deposited on the first semiconductor layer, and then a first metal grid pattern may be formed thereon. The transparent conductive oxide may be formed to have a sheet resistance of about 10? / ?. The first metal grid pattern may be formed of aluminum or silver using a method such as evaporation, screen printing, or the like.

이어서, 상기 복합기능층 상에 제2 전극을 형성할 수 있다. Next, a second electrode may be formed on the multi-functional layer.

상기 제2 전극은 상기 복합기능층 상에 증착(evaporation), 스크린 프린팅(screen printing) 등의 방법으로 제2 금속 그리드 패턴을 형성함으로써 형성될 수 있다. 상기 제2 금속 그리드 패턴은 알루미늄 또는 실버로 형성될 수 있다. The second electrode may be formed by forming a second metal grid pattern on the multi-functional layer by evaporation, screen printing, or the like. The second metal grid pattern may be formed of aluminum or silver.

본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 텐덤 태양전지에 따르면, 이종접합 태양전지 유닛과 박막 태양전지 유닛 사이에 전도도가 우수한 p-형 미세결정 수소화 실리콘(nc-Si:H) 박막 또는 수소화 실리콘 산화물(nc-SiOx:H) 박막으로 형성된 버퍼층을 배치시킴으로써, 이종접합 태양전지 유닛과 박막 태양전지 유닛의 접합 특성을 개선할 수 있다. 그리고, 태양광이 입사되는 후면에 고밴드갭을 가지면서 높은 전도도를 유지할 수 있고, 굴절률이 약 2.0인 이산화탄소(CO2) 가스를 주입하여 형성된 미세결정 수소화 실리콘 산화물(n-type μc-SiOx:H 또는 nc-SiOx:H) 박막으로 형성되어 전기 전도 및 광반사(light reflection)의 이중 역할을 수행하는 복합기능층을 배치시킴으로써 단락 전류를 향상시킬 수 있다. According to the double-side light receiving type tandem solar cell according to the embodiment of the present invention, a p-type microcrystalline hydrogenated silicon (nc-Si: H) thin film or a hydrogenated silicon oxide (nc-SiOx: H) thin film, it is possible to improve the junction characteristics of the heterojunction solar cell unit and the thin film solar cell unit. The microcrystalline hydrogenated silicon oxide (n-type μc-SiOx: H), which is formed by injecting carbon dioxide (CO 2) gas having a refractive index of about 2.0, can maintain high conductivity while having a high- Or nc-SiOx: H) thin film to arrange a multi-functional layer that serves as a dual role of electric conduction and light reflection, thereby improving the short-circuit current.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It can be understood that it is possible.

100: 양면 수광형 텐덤 태양전지; 110: 이종접합 태양전지 유닛
111: 실리콘 기판 112: 에미터층
113: 후면전계층 114: 제1 패시베이션층
115: 제2 패시베이션층 120: 박막 태양전지 유닛
121: 광흡수층 122: 제1 반도체층
123: 제2 반도체층 130: 버퍼층
140: 복합기능층 150: 제1 전극
160: 제2 전극
100: double-side light receiving type tandem solar cell; 110: Heterojunction solar cell unit
111: silicon substrate 112: emitter layer
113: back surface layer 114: first passivation layer
115: second passivation layer 120: thin film solar cell unit
121: light absorbing layer 122: first semiconductor layer
123: second semiconductor layer 130: buffer layer
140: multi-function layer 150: first electrode
160: Second electrode

Claims (2)

이종접합 태양전지 유닛;
상기 이종접합 태양전지 유닛 상부에 배치된 박막 태양전지 유닛;
상기 이종접합 태양전지 유닛과 상기 박막 태양전지 유닛 사이에 배치되어 이들 사이의 터널 재결합 접합(tunnel recombination junction)을 형성하는 버퍼층;
상기 이종접합 태양전지 유닛의 하부면 상에 형성되고, 이산화탄소(CO2) 가스를 주입하여 형성된 미세결정 수소화 실리콘 산화물(n-type μc-SiOx:H 또는 nc-SiOx:H) 박막을 포함하는 복합기능층;
상기 박막 태양전지 유닛의 상부면 상에 형성된 제1 전극; 및
상기 복합기능층의 하부면 상에 형성된 제2 전극을 포함하는, 양면 수광형 텐덤 태양전지.
A heterogeneous solar cell unit;
A thin film solar cell unit disposed above the heterojunction solar cell unit;
A buffer layer disposed between the heterojunction solar cell unit and the thin film solar cell unit to form a tunnel recombination junction therebetween;
(Microcrystalline hydrogenated silicon oxide (n-type μc-SiOx: H or nc-SiOx: H) thin film formed on the lower surface of the heterojunction solar cell unit and formed by injecting a carbon dioxide layer;
A first electrode formed on an upper surface of the thin film solar cell unit; And
And a second electrode formed on a lower surface of the multifunction functional layer.
제1항에 있어서,
상기 버퍼층은 p-형 미세결정 수소화 실리콘(nc-Si:H) 박막 또는 수소화 실리콘 산화물(nc-SiOx:H) 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는, 양면 수광형 텐덤 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the buffer layer comprises a p-type microcrystalline hydrogenated silicon (nc-Si: H) thin film or a hydrogenated silicon oxide (nc-SiOx: H) thin film.
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CN113937192A (en) * 2021-07-30 2022-01-14 国家电投集团科学技术研究院有限公司 Preparation method of amorphous silicon passivation layer of silicon heterojunction solar cell
KR20220014109A (en) * 2020-07-28 2022-02-04 한국전자기술연구원 Double-sided organic solar cell and manufacturing method thereof

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