KR20200006791A - Hetero junction tandem solar cell and manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 이종 접합 탠덤 태양 전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a heterojunction tandem solar cell and a method of manufacturing the same.
태양 전지는 태양광 에너지를 전기로 변환하는 집합체로서, 차세대 에너지로 주목받으며 오랜 기간 연구되어 오고 있으며, 실리콘, CIGS 그리고 페로브스카이트 등의 여러가지 물질을 기반으로 높은 광전 효율들이 보고되고 있다. 현재 상업화되어 가장 많이 쓰이고 있는 태양 전지는 실리콘 기반의 태양 전지로 태양 전지 시장의 90% 이상을 차지하고 있다.Solar cells are a collection of solar energy into electricity, and have been researched for a long time with attention as the next generation energy, and high photoelectric efficiencies have been reported based on various materials such as silicon, CIGS, and perovskite. The most commercially available solar cells are silicon-based solar cells, which account for more than 90% of the solar cell market.
실리콘 태양 전지에는 결정질 실리콘 태양 전지와 비결정질 실리콘 태양 전지가 포함되어 있으면 결정질의 경우는 제조 단가가 높은 단점이 있으나, 에너지 효율이 높아 널리 상용화 되고 있다. 이에 반면 비결정질의 경우 공정기술이 어렵고 장비의존도가 높이며, 무엇보다 효율이 낮아 현재는 개발이 거의 진행되고 있지 않은 상황이다. 실리콘 태양 전지를 1세대로 분류한다면, 최근 친환경적인 미래 유망 아이템으로 세계적으로 활발히 연구 중에 있는 3세대 태양 전지의 대표 주자로서 페로브스카이트 기반 태양 전지가 있다.If the silicon solar cell includes a crystalline silicon solar cell and an amorphous silicon solar cell, the crystalline case has a disadvantage of high manufacturing cost, but has been widely commercialized due to high energy efficiency. On the other hand, in the case of amorphous, the process technology is difficult, the dependency on equipment is high, and above all, the efficiency is low, and the development is currently in progress. If silicon solar cells are classified as the first generation, perovskite-based solar cells are the representatives of the third generation solar cells that are being actively researched around the world as an environmentally friendly future promising item.
페로브스카이트 기반 태양 전지는 연구가 시작된지 10년만에 빠른속도로 효율이 증가하고 있으며 현재는 22.7%로 높은 광전 효율이 보고되었다. 하지만 위와 같은 싱글 정션(single-juction) 태양 전지의 경우 한정된 파장 영역의 태양 에너지만 흡수할 수 있고, 밴드갭 이하의 태양에너지에서는 열화 손실이 발생하여 S-Q 한계 효율 이상의 높은 효율을 얻을 수 없다. Perovskite-based solar cells are rapidly increasing in efficiency ten years after the study began, and high photoelectric efficiencies have been reported at 22.7%. However, the single-junction solar cell as described above can absorb only solar energy in a limited wavelength region, and deterioration loss occurs in solar energy below the bandgap, and thus high efficiency above the S-Q limit efficiency cannot be obtained.
이와 같은 싱글 정션의 페로브스카이트 기반 태양 전지의 단점을 보완하기 위하여, 다종 접합 탠덤 태양 전지에 대한 연구가 계속되고 있다. 다종 접합 탠덤 태양 전지는, 큰 밴드갭을 가지는 상부 셀(Cell)이 낮은 파장대의 태양에너지를 흡수하고, 낮은 밴드갭을 가지는 하부 셀이 높은 파장대의 태양에너지를 흡수하여, 손실을 줄이고 넓은 파장대의 태양에너지를 운용할 수 있어 단일 정션으로 얻을 수 없는 30% 이상의 고효율을 얻을 수 있다. 특히, 실리콘/페로브스카이트 탠덤 태양 전지는 각각 작은 밴드갭과 큰 밴드갭을 가져 광운용에 유리하여 연구가 활발하다.In order to make up for the shortcomings of such single junction perovskite-based solar cells, research on multi-junction tandem solar cells continues. In the multi-junction tandem solar cell, the upper cell with the large bandgap absorbs the solar energy in the low wavelength band, and the lower cell with the low bandgap absorbs the solar energy in the high wavelength band, thereby reducing the loss and increasing the wide band. The solar energy can be operated to achieve high efficiency of 30% or more that cannot be obtained with a single junction. In particular, silicon / perovskite tandem solar cells have a small bandgap and a large bandgap, respectively, which are advantageous for light management, and thus, research is actively conducted.
보고된 탠덤 태양 전지의 구조 가운데, 모노리식(monolithic, 적층형) 탠덤 태양 전지는 두 서브 셀들이 중간의 터널 정션층(recombination layer)을 통해 접합이 되어 2-단자로 작동하는 구조이며, 메케니컬 탠덤 태양 전지는 두 서브 셀의 상, 하부전극이 각각 존재하여 4-단자로 작동하며, 상부 셀을 통과한 빛으로 하부 셀이 운용되는 구조이다. 기존의 메케니컬 탠덤 구조의 경우 4-단자로 작동하기 때문에 상용화 시에 별도의 장치가 추가되어, 2-단자의 모노리식 탠덤 구조의 태양 전지가 더욱 활발하게 연구되고 있다.Among the reported tandem solar cell structures, the monolithic tandem solar cell is a two-terminal structure in which two subcells are bonded through an intermediate tunnel junction layer, which is a mechanical Tandem solar cells operate as 4-terminals because the upper and lower electrodes of two subcells exist, respectively, and the lower cell is operated by light passing through the upper cell. Since the conventional mechanical tandem structure operates as a 4-terminal, an additional device is added during commercialization, and a solar cell having a 2-terminal monolithic tandem structure is being actively studied.
관련 선행기술로는 대한민국 등록특허 10-1431817호(이중 소자 융합형 탠덤 태양 전지 및 그 제조 방법) 등이 있으나, 상기 발명에 의하여 제조된 모노리식 탠덤 태양 전지는 높은 효율을 가지는 장점이 있지만, 하부 셀 위에 터널 정션을 형성시킨 후 상부 셀의 유전체 층을 하나씩 적층하여야 하기 때문에 기존 싱글 정션 셀의 제작 기술을 그대로 사용하지 못하고, 하부 셀의 특성에 따라 새로운 제작 기술이 필요한 실정이다. 뿐만 아니라, 하부 기판에 따라 적층 기술의 조건이 바뀌기 때문에 예상하는 광전 특성이 그대로 탠덤 태양 전지에 반영되지 않아 탠덤 특성을 정확하게 보기 어려운 단점이 있다.Related prior arts include Korean Patent No. 10-1431817 (Dual Device Fusion Tandem Solar Cell and Method for Manufacturing The Same), but the monolithic tandem solar cell manufactured according to the present invention has an advantage of having high efficiency, Since the tunnel junction is formed on the cell and the dielectric layers of the upper cell are to be stacked one by one, the existing single junction cell manufacturing technology cannot be used as it is, and a new manufacturing technology is required according to the characteristics of the lower cell. In addition, since the conditions of the stacking technology are changed according to the lower substrate, the expected photoelectric characteristics are not reflected in the tandem solar cell as it is, so it is difficult to see the tandem characteristics accurately.
상기와 같이, 하부 기판의 적층 기술 조건에 따라 달라지는 탠덤 특성을 보완하기 위해서, 4-단자 메케니컬 탠덤 태양 전지에 대한 기술 보완 연구가 이루어지고 있다. 4-단자 메케니컬 탠덤 태양 전지는, 두 서브 셀이 각각 작동하기 때문에 공정 과정에서 바뀌는 기술이 없어 각 서브 셀의 광전 특성이 탠덤 태양 전지에 그대로 반영될 수 있으나, 상부 셀과 하부 셀의 중간 접합층의 비아 홀 형성에 관한 기계적인 문제로 어려움을 겪고 있으며, 이에 따라서 중간 접합층의 비아 홀을 화학적으로 도입하기 위한 연구가 절실하다.As described above, in order to compensate for tandem characteristics that vary according to the stacking technology conditions of the lower substrate, a technology supplementation study for the four-terminal mechanical tandem solar cell has been made. In the 4-terminal mechanical tandem solar cell, since the two subcells operate independently, there is no technology to be changed during the process, so that the photoelectric characteristics of each subcell can be reflected in the tandem solar cell, but the middle of the upper cell and the lower cell Due to the mechanical problems associated with the formation of via holes in the bonding layer, there are difficulties, and therefore, studies for chemically introducing via holes in the intermediate bonding layer are urgently needed.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실리콘 태양 전지 하부 셀, 상기 실리콘 태양 전지 하부 셀 상에 형성된 것으로, 전도성을 갖는 메탈 파티클 비아 홀(via hall)을 포함하는 투명 접합층 및 상기 투명 접합층 상에 형성된 페로브스카이트 흡수층을 포함하는 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀을 포함하는, 이종 접합 탠덤(Tandem) 태양 전지를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, a silicon solar cell lower cell, formed on the silicon solar cell lower cell, a transparent bonding layer comprising a conductive metal particle via hole (transparent junction) and the transparent bonding To provide a heterojunction tandem solar cell comprising a perovskite solar cell upper cell comprising a perovskite absorber layer formed on the layer.
보다 구체적으로, 2-단자 모노리식 탠덤 태양 전지 기술의 복잡성 및 4-단자 메케니컬 탠덤 태양 전지 기술의 단자 복잡성을 해결하여, 2-단자로 구동하는 메케니컬 탠덤 태양 전지 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.More specifically, to solve the complexity of the two-terminal monolithic tandem solar cell technology and the terminal complexity of the four-terminal mechanical tandem solar cell technology, a two-terminal mechanical tandem solar cell and a manufacturing method thereof Can provide.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 실시예에 따른 이종 접합 탠덤(tandem) 태양 전지는, 실리콘 태양 전지 하부 셀, 상기 실리콘 태양 전지 하부 셀 상에 형성된 것으로, 전도성을 갖는 메탈 파티클 비아 홀(via hall)을 포함하는 투명 접합층 및 상기 투명 접합층 상에 형성된 페로브스카이트 흡수층을 포함하는 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀을 포함한다.The heterojunction tandem solar cell according to the embodiment of the present invention is formed on a silicon solar cell lower cell and the silicon solar cell lower cell, and includes a transparent metal particle via hole. And a perovskite solar cell upper cell comprising a junction layer and a perovskite absorber layer formed on the transparent junction layer.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 투명 접합층은, 광경화성 또는 열경화성을 갖는 비전도성 고분자 용액 및 상기 비전도성 고분자 용액 내에 전도성을 갖는 메탈 파티클 비아 홀(metal particle via hall)을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the transparent bonding layer may include a non-conductive polymer solution having a photocurable or thermosetting property and a metal particle via hole having conductivity in the nonconductive polymer solution. have.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 투명 접합층의 두께는, 40 μm 내지 50 μm 인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the thickness of the transparent bonding layer may be 40 μm to 50 μm.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 비전도성 고분자 용액은, 시아노아크릴레이트(Cyanoacrylate), PMMA, PDMS, EVA 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 비전도성 고분자를 포함하고, 상기 메탈 파티클 비아 홀(via hall)은, 구형 은(Ag) 입자, 구형 은 코팅(Ag-coated) 입자, 구형 금(Au) 입자 또는 구형 금 코팅(Au-coated) 입자를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the nonconductive polymer solution includes any one nonconductive polymer selected from the group consisting of cyanoacrylate (Cyanoacrylate), PMMA, PDMS, EVA or a mixture thereof, The metal particle via hole may include spherical silver (Ag) particles, spherical silver-coated particles, spherical gold (Au) particles or spherical gold-coated (Au-coated) particles.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 비전도성 고분자의 굴절률은, 1.0 내지 2.0 인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the refractive index of the nonconductive polymer may be 1.0 to 2.0.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 메탈 파티클의 농도는, 상기 비전도성 고분자 용액 전체 대비 3 wt% 내지 5 wt%이고, 상기 메탈 파티클의 입경은, 40 μm 내지 50 μm 인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the concentration of the metal particles, the total non-conductive polymer solution of 3 wt% to 5 wt%, the particle size of the metal particles may be 40 μm to 50 μm.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 페로브스카이트 흡수층의 두께는, 100 nm 내지 300 nm 인 것일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the thickness of the perovskite absorbing layer may be from 100 nm to 300 nm.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 페로브스카이트 흡수층 상에 보호층을 더 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the perovskite absorbing layer may further include a protective layer.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 보호층은, 몰리브데넘 트리옥사이드(MoO3)를 포함하고, 상기 보호층의 두께는, 5 nm 내지 15 nm 인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the protective layer may include molybdenum trioxide (MoO 3 ), and the protective layer may have a thickness of 5 nm to 15 nm.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 실리콘 태양 전지 하부 셀은, 호모 정션 알루미늄 후면 전계(Al-BSF)구조, PERC 구조, PERL 구조 또는 헤테로 정션 HIT 구조를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the silicon solar cell lower cell may include a homo junction aluminum back field (Al-BSF) structure, a PERC structure, a PERL structure, or a hetero junction HIT structure.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀, 투명 접합층 및 실리콘 태양 전지 하부 셀은 직렬 병합하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the perovskite solar cell upper cell, the transparent bonding layer and the silicon solar cell lower cell may be a series merging.
본 발명의 또 다른 측면의 일 실시예에 따른, 이종 접합 탠덤(Tandem) 태양 전지의 제조방법은, 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀 및 실리콘 태양 전지 하부 셀을 준비하는 단계, 광경화성 또는 열경화성을 갖는 비전도성 고분자 용액에 전도성을 가지는 메탈 파티클을 혼합하여 투명 접합층 용액을 형성하는 단계, 상기 혼합된 투명 접합층 용액을 상기 실리콘 태양 전지 하부 셀의 상부 전극에 스핀 코팅하는 단계, 상기 스핀 코팅된 투명 접합층 용액 표면에 상기 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀을 접착시켜 이종 접합 탠덤 태양 전지를 접합하는 단계 및 상기 이종 접합 탠덤 태양 전지에 UV 처리 또는 열처리를 하여 경화시키는 단계를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, a method of manufacturing a heterojunction tandem solar cell includes preparing a perovskite solar cell and a silicon solar cell lower cell, photocurable or thermoset. Mixing a conductive metal particle with a non-conductive polymer solution to form a transparent bonding layer solution, spin coating the mixed transparent bonding layer solution to an upper electrode of the silicon solar cell lower cell, and spin-coating Bonding the perovskite solar cell upper cell to the transparent bonding layer solution surface to bond the heterojunction tandem solar cell, and curing the heterojunction tandem solar cell by UV treatment or heat treatment.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 투명 접합층 용액을 형성하는 단계의 비전도성 고분자 용액은, 시아노아크릴레이트(Cyanoacrylate), PMMA, PDMS, EVA 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 비전도성 고분자를 포함하고, 상기 투명 접합층 용액의 메탈 파티클은, 상기 비전도성 고분자 용액 전체 대비 3 wt% 내지 5 wt% 이고, 상기 비전도성 고분자 용액 내에서 전류가 흐르는 통로로서 비아 홀(via hall)을 형성하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the non-conductive polymer solution of the step of forming a transparent bonding layer solution, any one selected from the group consisting of cyanoacrylate (Cyanoacrylate), PMMA, PDMS, EVA or a mixture thereof The non-conductive polymer of the, the metal particles of the transparent bonding layer solution, 3 wt% to 5 wt% of the total non-conductive polymer solution, the via hole as a current flow path in the non-conductive polymer solution (via It may be to form a hall).
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 투명 접합층 용액의 메탈 파티클은, PMMA 마이크로 구체 상에 은(Ag) 또는 금(Au)을 코팅한 입자, 은(Ag) 입자 또는 금(Au) 입자인 것인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the metal particles of the transparent bonding layer solution, the particles (Ag) or gold (Au) coated on the PMMA microspheres, silver (Ag) particles or gold (Au) particles It may be that.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀을 준비하는 단계는, 기판 상에 전자수송층을 코팅하는 단계, 상기 전자수송층 상부에 페로브스카이트 흡수층을 적층하는 단계, 상기 페로브스카이트 흡수층 상부에 정공수송층을 스핀 코팅하는 단계 및 상기 정공수송층 상에 스퍼터 증착으로 투명 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, preparing the perovskite solar cell upper cell, coating an electron transport layer on a substrate, laminating a perovskite absorption layer on the electron transport layer, the Spin coating the hole transport layer on the perovskite absorbing layer and forming a transparent electrode by sputter deposition on the hole transport layer.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 실리콘 태양 전지 하부 셀을 준비하는 단계는, 실리콘 웨이퍼의 하부에 알루미늄 전극을 증착시키는 단계, 상기 실리콘 웨이퍼의 상부에 에미터층을 형성시키는 단계 및 상기 에미터층 상부에 패시베이션층을 성장시키는 단계를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, preparing the silicon solar cell lower cell may include depositing an aluminum electrode on a lower portion of the silicon wafer, forming an emitter layer on the silicon wafer, and forming an upper portion of the emitter layer. It may be to include a step of growing a passivation layer.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 패시베이션층은, SiNx 박막 상의 일부에 패턴화된 은 박막, TCO, IZO , ITO 박막으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the passivation layer may be any one selected from the group consisting of a silver thin film, TCO, IZO, ITO thin film patterned on a portion of the SiNx thin film.
본 발명은, 실리콘 태양 전지 하부 셀, 상기 실리콘 태양 전지 하부 셀 상에 형성된 것으로, 전도성을 갖는 메탈 파티클 비아 홀(via hall)을 포함하는 투명 접합층 및 상기 투명 접합층 상에 형성된 페로브스카이트 흡수층을 포함하는 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀을 포함하는, 이종 접합 탠덤(Tandem) 태양 전지를 제공할 수 있다.The present invention relates to a silicon solar cell lower cell, a transparent bonding layer formed on the silicon solar cell lower cell, the conductive bonding layer including a conductive metal particle via hole and the perovskite formed on the transparent bonding layer It is possible to provide a heterojunction tandem solar cell comprising a perovskite solar cell upper cell comprising an absorbing layer.
보다 구체적으로는, 좌우 방향으로는 낮은 전도성을 가지며, 상하 방향으로 높은 전도성을 가지며 상, 하부 셀을 접착시킬 수 있는 투명 접합층을 제작하여, 하부 셀의 상부 전극층과 상부 셀의 하부 전극층이 광학적으로 손실이 없으며 전기적으로 결합된 탠덤 구조의 태양 전지를 제공할 수 있다.More specifically, a transparent bonding layer having low conductivity in the left and right directions, high conductivity in the vertical direction, and capable of adhering the upper and lower cells is manufactured, such that the upper electrode layer of the lower cell and the lower electrode layer of the upper cell are optically formed. It is possible to provide a solar cell having a no-loss and electrically coupled tandem structure.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 태양 전지의 구조이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 태양 전지의 제조 과정 공정도이다.
도 3은 기존의 비아 홀을 포함하는 중간 접합층과 이를 포함하는 4-단자 메케니컬 탠덤 태양 전지의 제조 과정 공정도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 태양 전지 투명 접합층의 투과도 및 흡수도에 관한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 탠덤 태양 전지 및 상기 탠덤 구조를 이루는 서브 셀 각각의 광전 성능을 나타내는 전류-전극 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 태양 전지 투명 접합층의 광학 사진이다.1 is a structure of a solar cell manufactured according to an embodiment of the present invention.
2 is a manufacturing process chart of a solar cell manufactured according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a manufacturing process chart of an intermediate junction layer including a conventional via hole and a four-terminal mechanical tandem solar cell including the same.
Figure 4 is a graph of the transmittance and absorbance of the solar cell transparent bonding layer prepared according to an embodiment of the present invention.
5 is a current-electrode graph showing the photoelectric performance of each of the tandem solar cells manufactured according to an embodiment of the present invention and the subcells forming the tandem structure.
6 is an optical picture of a solar cell transparent bonding layer prepared according to an embodiment of the present invention.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, various changes may be made to the embodiments so that the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It is to be understood that all changes, equivalents, and substitutes for the embodiments are included in the scope of rights.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of description and should not be construed as limiting. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 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. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components will be given the same reference numerals regardless of the reference numerals and duplicate description thereof will be omitted. In the following description of the embodiment, if it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.
구성 요소(element) 또는 층이 다른 요소 또는 층 "상에(on)", "에 연결된(connected to)", 또는 "에 결합된(coupled to)" 것으로서 나타낼 때, 이것이 직접적으로 다른 구성 요소 또는 층에 있을 수 있거나, 연결될 수 있거나 결합될 수 있거나 또는 간섭 구성 요소 또는 층(intervening elements and layer)이 존재할 수 있는 것으로 이해될 수 있다. When an element or layer is represented as "on", "connected to" or "coupled to" another element or layer, this is directly another element or layer It may be understood that the layers may be present, connected or combined, or there may be intervening elements and layers.
이하, 본 발명의 이종 접합 탠덤(Tandem) 태양 전지 및 이의 제조방법에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, a heterojunction tandem solar cell of the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to Examples and drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments and drawings.
본 발명의 일 실시예에 따른 이종 접합 탠덤(tandem) 태양 전지는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 접합 탠덤(tandem) 태양 전지는, 실리콘 태양 전지 하부 셀, 상기 실리콘 태양 전지 하부 셀 상에 형성된 것으로, 전도성을 갖는 메탈 파티클 비아 홀(via hall)을 포함하는 투명 접합층 및 상기 투명 접합층 상에 형성된 페로브스카이트 흡수층을 포함하는 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀을 포함한다.The heterojunction tandem solar cell according to an embodiment of the present invention, the heterojunction tandem solar cell according to an embodiment of the present invention, a silicon solar cell lower cell, the silicon solar cell lower cell And a perovskite solar cell upper cell including a transparent bonding layer including a conductive metal particle via hole and a perovskite absorbing layer formed on the transparent bonding layer.
일 측에 따를 때, 상기 이종 접합 탠덤 태양 전지는, 실리콘 태양 전지의 특성을 보완한 페로브스카이트/실리콘 이종 접합 탠덤 태양 전지일 수 있으며, 상기 페로브스카이트는 청색 및 녹생광을 보다 효율적으로 변환하는 한편, 상기 실리콘은 적색 및 적외선을 변환 효율이 좋을 수 있다.According to one side, the heterojunction tandem solar cell may be a perovskite / silicon heterojunction tandem solar cell that complements the characteristics of the silicon solar cell, and the perovskite is more efficiently in blue and green light While converting, the silicon may convert red and infrared to have good conversion efficiency.
일 측에 따를 때, 상기 페로브스카이트 태양 전지 및 실리콘 태양 전지의 두가지 재료를 결합함으로써 태양 스펙트럼의 사용을 극대화하고 생성되는 전력량을 증가시킬 수 있다.According to one side, by combining the two materials of the perovskite solar cell and the silicon solar cell, it is possible to maximize the use of the solar spectrum and increase the amount of power generated.
일 측에 따를 때, 상기 이종 접합 탠덤 태양 전지는, 서로 보완적인 2개 이상의 광흡수 반도체를 수직으로 쌓는 탠덤 구조로서, 손실되는 에너지를 최소화할 수 있으며, 상기 실리콘 태양 전지는 모듈 발전 단가가 저렴하고, 페로브스카이트 태양 전지는 고효율인 것일 수 있다.According to one side, the heterojunction tandem solar cell is a tandem structure that vertically stacks two or more light absorbing semiconductors that are complementary to each other, and can minimize energy loss, and the silicon solar cell has a low module generation cost. In addition, the perovskite solar cell may be highly efficient.
일 측에 따를 때, 상기 이종 접합 탠덤 태양 전지는, 서로 다른 밴드 갭을 가지는 반도체 물질을 연속적으로 적층시켜서 광흡수 특성을 최대화할 수 있으며, 이론적으로는 최대 85% 이상의 효율을 가질 수 있다.According to one side, the heterojunction tandem solar cell may maximize the light absorption characteristics by successively stacking semiconductor materials having different band gaps, and may theoretically have an efficiency of up to 85% or more.
일 측에 따를 때, 상기 이종 접합 탠덤 태양 전지는, 고순도의 실리콘을 사용하지 않고도 광전환 효율을 올리면서, 제조 비용을 낮출 수 있어서, 저제조비용 고효율을 달성할 수 있으며, 광전변환 효율을 개선시키는 것일 수 있다.According to one side, the heterojunction tandem solar cell, while increasing the light conversion efficiency without using high-purity silicon, can lower the manufacturing cost, can achieve a low manufacturing cost high efficiency, improve the photoelectric conversion efficiency It may be to.
일 측에 따를 때, 상기 이종 접합 탠덤 태양 전지는 서로 다른 밴드갭 에너지를 가지는 2개 이상의 태양 전지를 전기적으로 접합하여 연결된 구조로서, 주로 접합부가 전기적으로 결합되는 방식에 따라 4-단자와과 2-단자로 구분될 수 있다. 4-단자의 경우, 탠덤 태양 전지를 이루고 있는 2개의 태양 전지가 각각의 캐소드와 애노드를 가지고 외부 회로를 통해 전기적으로 연결되는 반면, 2-단자 구조의 탠덤 태양 전지는 단일 기판에 상, 하부 셀을 순차적으로 적층하여 제작되고, 상부 셀과 하부 셀 사이에 증착된 내부층을 통해 직렬 연결되며 이를 통해 상, 하부 셀에서 생성된 전하수송자는 재결합할 수 있다. 2-단자 구조 탠덤 태양 전지의 제작은 단순히 외부 회로를 통해 연결되는 4-단자 탠덤 태양 전지보다 제작 공정에 제약이 따르며 이를 극복하기 위해 상부 셀 제작 공정에 열화 되지 않는 하부 셀의 내구성, 상, 하부 셀의 광 전류 및 전압 매칭, 재결합이 용이한 내부층 등 다양한 요소를 필요로 할 수 있다. 그러나 4-단자 구조에 비해 사용되는 기판의 수가 적고 두 단일 셀의 추가적 연결이 필요 없으므로 비용 절감이 가능하고, 기판에 의해 손실되는 태양 스펙트럼을 감소시켜 투과율 증가에 따른 향상된 광전 변환 효율을 기대할 수 있는 장점이 있다.According to one side, the heterojunction tandem solar cell is a structure in which two or more solar cells having different bandgap energies are electrically connected to each other, and mainly the 4-terminal and the 2-terminal, depending on how the junction is electrically coupled. Can be divided into terminals. In the case of four-terminal, the two solar cells that make up the tandem solar cell are electrically connected through an external circuit with each cathode and anode, whereas the two-terminal tandem solar cell has a top and bottom cell on a single substrate. Produced by sequentially stacking, and connected in series through the inner layer deposited between the upper cell and the lower cell through which the charge carriers generated in the upper and lower cells can be recombined. Fabrication of the two-terminal tandem solar cell is more limited than the four-terminal tandem solar cell, which is connected through external circuits. Various factors may be needed, such as photocurrent and voltage matching of the cell and an inner layer that is easy to recombine. However, compared to a four-terminal structure, the number of substrates used is small and additional connection between two single cells is not required, which can reduce costs and reduce the solar spectrum lost by the substrate, thereby improving photoelectric conversion efficiency due to increased transmittance. There is an advantage.
일 측에 따를 때, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 이종 접합 탠덤 태양 전지는 모노리식(monolithic, 적층형)구조로서, 2-단자 탠덤 태양 전지보다 제작 공정의 제약을 보완하여, 4-단자 메케니컬 방식의 제작공정을 따르되, 중간 접합층으로서 투명 접합층을 통해 상부 셀과 하부 셀을 연결하여 손실이 적은 2-단자 태양 전지의 장점을 취하는 것일 수 있다.According to one side, the heterojunction tandem solar cell manufactured according to one embodiment of the present invention is a monolithic (monolithic, stacked) structure, complementary to the manufacturing process constraints than the two-terminal tandem solar cell, 4-terminal According to the manufacturing method of the mechanical method, it may be to take advantage of the low-loss two-terminal solar cell by connecting the upper cell and the lower cell through the transparent bonding layer as the intermediate bonding layer.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 투명 접합층은, 광경화성 또는 열경화성을 갖는 비전도성 고분자 용액 및 상기 비전도성 고분자 용액 내에 전도성을 갖는 메탈 파티클 비아 홀(metal particle via hall)을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the transparent bonding layer may include a non-conductive polymer solution having a photocurable or thermosetting property and a metal particle via hole having conductivity in the nonconductive polymer solution. have.
일 측에 따를 때, 상기 투명 접합층은, 상부의 페로브스카이트 태양 전지의 하부 전극층과 하부의 실리콘 태양 전지의 상부 전극층이 전기적으로 결합되게 하기 위해, 상하 방향으로 전도성이 높은 전도성 접착 고분자를 포함하는 접합층일 수 있다.According to one side, the transparent bonding layer, a conductive adhesive polymer having high conductivity in the vertical direction in order to allow the lower electrode layer of the upper perovskite solar cell and the upper electrode layer of the lower silicon solar cell to be electrically coupled. It may be a bonding layer comprising.
일 측에 따를 때, 상기 투명 접합층은, 비전도성 고분자층에 포토리쏘 공정을 통해 패턴을 형성하고, 상부 및 하부 태양 전지를 연결할 메탈 파티클을 채울 부분을 선택적으로 식각하여 비아 홀을 형성하던 종래의 기술에 비해서, 공정이 단순하고, 공정 단가 역시 경제적일 수 있다.According to one side, the transparent bonding layer is a conventional method of forming a via hole by forming a pattern on the non-conductive polymer layer through a photolithography process, and selectively etching portions to fill the metal particles to connect the upper and lower solar cells. Compared to the description of the process, the process is simple and the process cost can be economical.
일 측에 따를 때, 종래의 접합층을 형성하기 위한 포토리쏘 공정의 경우, 매우 복잡하고, 공정 단가를 높이며, 식각 공정에서 하부 태양 전지에 데미지를 입힐 수 있으며, 메탈 파티클을 식각된 비아 홀에 부분적으로 채워 넣는 과정이 용이하지 않고, 비전도성 고분자층을 형성하는 과정에서 이미 경화가 이루어져서 추후에 상부 태양 전지를 접착시키는데 어려움이 있을 수 있다.According to one side, the photolithographic process for forming a conventional bonding layer is very complicated, can increase the cost of the process, damage the lower solar cell in the etching process, and metal particles to the etched via hole The partial filling process is not easy, and hardening is already performed in the process of forming the nonconductive polymer layer, which may cause difficulty in bonding the upper solar cell later.
일 측에 따를 때, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 투명 접합층은, 비전도성 고분자 용액에 전도성을 갖는 메탈 파티클을 일정 농도로 혼합하여, 기계적 식각이 아닌 화학적으로 간이하게 전도성을 갖는 비아 홀을 형성할 수 있다.According to one side, the transparent bonding layer prepared according to an embodiment of the present invention, by mixing a conductive metal particles in a certain concentration in a non-conductive polymer solution, a chemically simple via rather than mechanical etching Holes can be formed.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 투명 접합층의 두께는, 40 μm 내지 50 μm 인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the thickness of the transparent bonding layer may be 40 μm to 50 μm.
일 측에 따를 때, 상기 두께 범위의 투명 접합층은, 상부의 페로브스카이트 태양 전지의 하부 전극층과 하부의 실리콘 태양 전지의 상부 전극층이 가장 효율적으로 전기적 결합하면서, 전류의 손실을 방지할 수 있다.According to one side, the transparent bonding layer of the thickness range, the lower electrode layer of the upper perovskite solar cell and the upper electrode layer of the lower silicon solar cell is most efficiently electrically coupled, and can prevent the loss of current. have.
일 측에 따를 때, 상기 투명 접합층은 2-단자 메케니컬 실리콘/ 페로브스카이트 탠덤 태양 전지 구조 이외에도 실리콘/Ⅲ-Ⅴ 탠덤 혹은 페로브스카이트/Ⅲ-Ⅴ 탠덤 태양 전지에도 응용 가능할 수 있다.According to one side, the transparent bonding layer may be applicable to silicon / III-V tandem or perovskite / III-V tandem solar cells in addition to the two-terminal mechanical silicon / perovskite tandem solar cell structure. have.
일 측에 따를 때, 상기 투명 접합층의 두께는, 메탈 파티클의 크기에 따라 두께 조절을 할 수 있으며, 메탈 파티클의 지름과 비슷한 수준의 두께가 될 수 있지만, 상기 수치 범위 내의 접합층이 가장 경제적으로 용이하게 제작이 가능할 수 있다.According to one side, the thickness of the transparent bonding layer, the thickness can be adjusted according to the size of the metal particles, can be a thickness similar to the diameter of the metal particles, but the bonding layer within the numerical range is the most economical It can be easily produced as.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 비전도성 고분자 용액은, 시아노아크릴레이트(Cyanoacrylate), PMMA, PDMS, EVA 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 비전도성 고분자를 포함하고, 상기 메탈 파티클 비아 홀(via hall)은, 구형 은(Ag) 입자, 구형 은 코팅(Ag-coated) 입자, 구형 금(Au) 입자 또는 구형 금 코팅(Au-coated) 입자를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the nonconductive polymer solution includes any one nonconductive polymer selected from the group consisting of cyanoacrylate (Cyanoacrylate), PMMA, PDMS, EVA or a mixture thereof, The metal particle via hole may include spherical silver (Ag) particles, spherical silver-coated particles, spherical gold (Au) particles or spherical gold-coated (Au-coated) particles.
일 측에 따를 때, 상기 비전도성 고분자 용액의 시아노아크릴레이트(Cyanoacrylate), PMMA, PDMS, EVA 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 비전도성 고분자는 투명 접합층의 베이스가 되는 고분자로 상부의 페로브스카이트 태양 전지의 하부 전극층과 하부의 실리콘 태양 전지의 상부 전극층을 접착하기 위해서, 열경화성 및/또는 광경화성 접착 고분자일 수 있다. According to one side, any one nonconductive polymer selected from the group consisting of cyanoacrylate, PMMA, PDMS, EVA or a mixture thereof of the nonconductive polymer solution is a polymer that is the base of the transparent bonding layer The thermosetting and / or photocurable adhesive polymer may be used to bond the lower electrode layer of the perovskite solar cell above the furnace and the upper electrode layer of the lower silicon solar cell.
일 측에 따를 때, 상기 메탈 파티클 비아 홀은, 투명 접합층에서 상부의 페로브스카이트 태양 전지의 하부 전극층과 하부의 실리콘 태양 전지의 상부 전극층의 전류가 통하게 하기 위한 통로로서, 상기 투명 접합층의 두께 또는 높이와 동일한 입경을 갖는 메탈 파티클을 사용할 수 있다.According to one side, the metal particle via hole is a passage through which a current flows between the lower electrode layer of the upper perovskite solar cell and the upper electrode layer of the lower silicon solar cell in the transparent bonding layer. Metal particles having a particle diameter equal to the thickness or height may be used.
일 측에 따를 때, 투명 접합층 내의 상기 메탈 파티클을 통하여 전류가 흐르되, 상기 메탈 파티클은 상기 비전도성 고분자 용액 내에서 일정 농도로 분포되어, 메탈 파티클 입자 간 일정 간격을 가질 수 있다.According to one side, the current flows through the metal particles in the transparent bonding layer, the metal particles are distributed at a constant concentration in the non-conductive polymer solution, it may have a predetermined interval between the metal particle particles.
일 측에 따를 때, 메탈 파티클이 일정 간격을 가지지 않고 뭉쳐서 분포할 경우, 전류가 뭉친 메탈 파티클을 타고 흘러서, 하부의 실리콘 태양 전지의 상부 전극층으로 연결되지 않고, 손실될 수 있다.According to one side, when the metal particles are distributed in a bundle without having a predetermined interval, current flows through the agglomerated metal particles, and may be lost without being connected to the upper electrode layer of the lower silicon solar cell.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 비전도성 고분자의 굴절률은, 1.0 내지 2.0 인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the refractive index of the nonconductive polymer may be 1.0 to 2.0.
일 측에 따를 때, 비전도성 고분자의 굴절률은, 바람직하게는 1.5일 수 있으며, 이는, 하부로 전달되는 빛의 양을 증대시켜 본래 예상되는 탠덤 태양 전지의 단락전류보다 높은 값의 단락전류를 가지게 할 수 있다.According to one side, the refractive index of the non-conductive polymer may be preferably 1.5, which increases the amount of light transmitted to the bottom so as to have a short circuit current higher than the expected short circuit current of the tandem solar cell. can do.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 메탈 파티클의 농도는, 상기 비전도성 고분자 용액 전체 대비 3 wt% 내지 5 wt%이고, 상기 메탈 파티클의 입경은, 40 μm 내지 50 μm 인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the concentration of the metal particles, the total non-conductive polymer solution of 3 wt% to 5 wt%, the particle size of the metal particles may be 40 μm to 50 μm.
일 측에 따를 때, 비아 홀을 구성하는 상기 메탈 파티클의 농도는, 비전도성 고분자 용액 전체 대비 3 wt% 내지 5 wt%, 바람직하게는 4wt%일 수 있으며, 3 wt% 미만일 경우, 전도성을 띄는 메탈 파티클이 너무 적어서, 상부의 페로브스카이트 태양 전지의 하부 전극층과 하부의 실리콘 태양 전지의 상부 전극층에 흐르는 전류 효율이 낮을 수 있으며, 5wt%를 초과하는 경우, 지나치게 메탈 파티클이 많아져서 입자간 뭉침 현상이 발생하고, 하부 실리콘 태양 전지의 상부 전극층이 아니라, 뭉친 입자를 따라 접합층으로 전류가 소실될 수 있다.According to one side, the concentration of the metal particles constituting the via hole may be 3 wt% to 5 wt%, preferably 4wt% with respect to the total non-conductive polymer solution, when less than 3 wt%, the conductive Too few metal particles may result in low current efficiency flowing through the lower electrode layer of the upper perovskite solar cell and the upper electrode layer of the lower silicon solar cell, and when exceeding 5 wt%, excessive metal particles may cause excessive interparticle particles. Agglomeration may occur, and current may be lost to the bonding layer along the agglomerated particles, rather than the upper electrode layer of the lower silicon solar cell.
일 측에 따를 때, 상기 입경의 메탈 파티클은, 투명 접합층의 높이 또는 두께와 거의 일치하거나 동일하여 상부 태양 전지와 하부 태양 전지의 전류 소실 없이 흐르게 할 수 있다.According to one side, the metal particle of the particle diameter is almost the same or the same as the height or thickness of the transparent bonding layer can be flowed without loss of current of the upper solar cell and the lower solar cell.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 페로브스카이트 흡수층의 두께는, 100 nm 내지 300 nm 인 것일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the thickness of the perovskite absorbing layer may be from 100 nm to 300 nm.
일 측에 따를 때, 상기 페로브스카이트 흡수층은, 전자 수송에 유리하게 하기 위해 메조포러스한 TiO2 페이스트를 전면 코팅하여 활성면적을 넓히고, 그 위에 MAPbI3 조성을 가지면서 1.50 eV 내지 2.0 eV의 밴드갭을 가지는 것일 수 있다.According to one side, the perovskite absorbing layer is coated with a mesoporous TiO 2 paste in front to widen the active area in order to favor electron transport, and a band of 1.50 eV to 2.0 eV with a MAPbI 3 composition thereon It may have a gap.
일 측에 따를 때, 상기 페로브스카이트 흡수층의 박막이 기존의 400 nm의 두께를 가지게 되면, 500nm 내지 800nm 파장대의 빛을 많이 흡수하여 하부 실리콘 태양 전지에 도달하는 태양빛을 현저히 감소시키고 그에 따라, 하부 셀의 단락 전류가 낮아지면서, 직렬로 연결되는 탠덤 태양 전지의 단략 전류가 낮은 하부 셀의 단락 전류에 한정될 수 있는 반면, 100 nm 내지 300 nm, 바람직하게는 130 nm 내지 170 nm의 두께를 갖는 경우, 500nm 내지 800nm 파장대의 빛의 흡수도가 줄어들고, 하부 셀에 도달하는 태양빛을 증가시켜 단락 전류를 최대화시킬 수 있다.According to one side, when the thin film of the perovskite absorbing layer has a conventional thickness of 400 nm, it absorbs a lot of light in the wavelength range of 500nm to 800nm to significantly reduce the sunlight reaching the lower silicon solar cell and accordingly As the short-circuit current of the lower cell is lowered, while the short-circuit current of tandem solar cells connected in series may be limited to the short-circuit current of the lower cell, the thickness of 100 nm to 300 nm, preferably 130 nm to 170 nm In the case of having, the absorbance of light in the wavelength range of 500 nm to 800 nm decreases, and the sunlight reaching the lower cell may be increased to maximize the short circuit current.
일 측에 따를 때, 상기 페로브스카이트 흡수층은, 두께뿐만 아니라 페로스브카이트의 조성 변경을 통해서 1.50 eV 내지 2.0 eV의 이상적인 범위 내의 밴드갭 에너지를 가지게끔 조절할 수 있다.According to one side, the perovskite absorbing layer can be adjusted to have a bandgap energy within an ideal range of 1.50 eV to 2.0 eV through not only the thickness but also the composition of the perovskite.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 페로브스카이트 흡수층 상에 보호층을 더 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the perovskite absorbing layer may further include a protective layer.
일 측에 따를 때, 상기 보호층은, 스프터 증착으로 IZO를 형성하는데, 페로브스카이트 층이 스퍼터 데미지를 받을 수 있으며, 이를 보호하기 위한 투명한 보호층을 더 포함하는 것일 수 있다.According to one side, the protective layer, to form the IZO by sputter deposition, the perovskite layer may be subjected to sputter damage, may further include a transparent protective layer for protecting it.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 보호층은, 몰리브데넘 트리옥사이드(MoO3)를 포함하고, 상기 보호층의 두께는, 5 nm 내지 15 nm 인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the protective layer may include molybdenum trioxide (MoO 3 ), and the protective layer may have a thickness of 5 nm to 15 nm.
일 측에 따를 때, 상기 몰리브데넘 트리옥사이드(MoO3)은 페로브스카이트 흡수층의 홀 전도체와 투명 상부 전극 IZO 사이에서 보호층으로 역할을 하는 것일 수 있다.According to one side, the molybdenum trioxide (MoO 3 ) may serve as a protective layer between the hole conductor of the perovskite absorbing layer and the transparent upper electrode IZO.
일 측에 따를 때, 상기 보호층의 두께가 5 nm 미만일 경우, 보호층으로서의 역할이 미미할 수 있으며, 15 nm를 초과하는 경우, 탠덤 태양 전지의 광전 효율을 떨어뜨릴 수 있다.According to one side, if the thickness of the protective layer is less than 5 nm, the role as a protective layer may be insignificant, if it exceeds 15 nm, it can reduce the photoelectric efficiency of the tandem solar cell.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 실리콘 태양 전지 하부 셀은, 호모 정션 알루미늄 후면 전계(Al-BSF)구조, PERC 구조, PERL 구조 또는 헤테로 정션 HIT 구조를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the silicon solar cell lower cell may include a homo junction aluminum back field (Al-BSF) structure, a PERC structure, a PERL structure, or a hetero junction HIT structure.
일 측에 따를 때, 상기 실리콘 태양 전지 하부 셀은, 실리콘 웨이퍼에 후면에는 전극으로 알루미늄을 증착시키고, 전면에는 SOD 방법을 통해서 에미터를 형성시킬 수 있다. 그리고, 에미터 위에 패시베이션층으로 SiNx 박막을 100nm 성장시킨 후, 상부 전극은 패턴된 은(Ag) 박막을 증착시켜 형성할 수 있다. 이 때, 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀과의 컨택을 손실없이 이루기 위해 전면 컨택으로 SiNx와 은 패턴 전극 대신에 TCO로 IZO 혹은 ITO 박막을 사용할 수도 있다.According to one side, the silicon solar cell lower cell, the aluminum wafer is deposited on the silicon wafer with an electrode on the back side, and the emitter may be formed on the front side through the SOD method. After the 100 nm growth of the SiNx thin film as a passivation layer on the emitter, the upper electrode may be formed by depositing a patterned silver (Ag) thin film. In this case, an IZO or ITO thin film may be used as a TCO instead of SiNx and a silver pattern electrode as a front contact to achieve a lossless contact with the perovskite solar cell upper cell.
일 측에 따를 때, 상기 알루미늄 후면 전계(Al-BSF)구조는, 알루미늄을 포함하는 통상의 후면 전극 형성용 페이스트를 실리콘 태양 전지 하부 셀 기판의 후면에 스크린 인쇄한 후 열처리를 시행하여 형성될 수 있으며, 열처리에 의해 태양 전지 기판은 후면 전극과 접하는 면으로부터 소정 깊이까지 전극 형성 물질(Al)이 도핑되어 BSF(back surface field)가 형성될 수 있다. 후면 전극은 알루미늄을 포함하고 있으므로 전기 전도성이 우수할 뿐만 아니라 실리콘과의 친화력이 좋아서 접합성이 우수할 수 있다.According to one side, the aluminum back field (Al-BSF) structure may be formed by performing a heat treatment after screen printing a conventional back electrode forming paste containing aluminum on the back of the silicon solar cell lower cell substrate. In addition, the solar cell substrate may be doped with an electrode forming material Al from a surface in contact with a rear electrode to a predetermined depth to form a back surface field (BSF). Since the rear electrode includes aluminum, not only the electrical conductivity is excellent but also the affinity with silicon may be excellent, thereby providing excellent bonding.
일 측에 따를 때, 상기 PERC 구조는, Passivated Emitter and Rear Contact 기술을 이용한 태양 전지로, 셀(Cell)에 흡수된 장파장의 태양광을 전지안으로 반사시켜 광변환효율을 높이고, 장파장의 태양광이 뒷면으로 빠져나가면서 발생하는 열로 인하여 태양 전지의 온도 상승으로 인한 효율 저하를 낮출 수 있다.According to one side, the PERC structure is a solar cell using the Passivated Emitter and Rear Contact technology, and reflects the long-wavelength sunlight absorbed in the cell into the cell to increase the light conversion efficiency, the long-wavelength solar light The heat generated by exiting the back side can reduce the efficiency decrease due to the temperature rise of the solar cell.
일 측에 따를 때, 상기 PERL 구조는, Passivated Emitter, Rear Locally-diffused기술을 이용한 태양 전지로, 후면에 표면 결함을 줄여주는 박막 기술 등을 적용해 일반 태양 전지에 비해 평균 효율을 높이는 것일 수 있다.According to one side, the PERL structure is a solar cell using the Passivated Emitter, Rear Locally-diffused technology, by applying a thin film technology to reduce the surface defects on the back, it may be to increase the average efficiency compared to the general solar cell. .
일 측에 따를 때, 상기 실리콘 태양 전지 하부 셀은, 알루미늄 후면 전계(Al-BSF)구조, PERC 구조 또는 PERL 구조의 호모 정션 실리콘 태양 전지뿐만 아니라, HIT 구조의 헤테로 정션 실리콘 태양 전지 구조에도 적용이 가능할 수 있다.According to one side, the silicon solar cell lower cell is applied to the homojunction silicon solar cell of the aluminum back-field (Al-BSF) structure, PERC structure or PERL structure, as well as heterojunction silicon solar cell structure of the HIT structure. It may be possible.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀, 투명 접합층 및 실리콘 태양 전지 하부 셀은 직렬 병합하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the perovskite solar cell upper cell, the transparent bonding layer and the silicon solar cell lower cell may be a series merging.
일 측에 따를 때, 상기 직렬 병합으로 인해 이종 접합 탠덤 태양 전지의 개방 전압은 두 서브 셀의 개방전압이 합쳐진 값이 될 수 있으며, 단락 전류는 두 서브 셀 중 낮은 값을 가지는 단락 전류에 의해 정해질 수 있다.According to one side, due to the series merging, the open voltage of the heterojunction tandem solar cell may be the sum of the open voltages of the two subcells, and the short circuit current is determined by the short circuit current having the lower value among the two subcells. Can be done.
일 측에 따를 때, 상기 단락 전류는, 중간 접합층의 주성분인 열경화성 및 광경화성을 갖는 고분자층의 굴절률로 인하여, 하부로 전달되는 빛의 양을 증대시켜 본래 예상되는 탠덤 태양 전지의 단락 전류보다 높은 값의 단락 전류를 가질 수 있다.According to one side, the short-circuit current, due to the refractive index of the thermosetting and photocurable polymer layer, the main component of the intermediate bonding layer, increases the amount of light transmitted to the lower than the expected short-circuit current of the tandem solar cell It can have a high value of short circuit current.
본 발명의 또 다른 측면의 일 실시예에 따른, 이종 접합 탠덤(Tandem) 태양 전지의 제조방법은, 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀 및 실리콘 태양 전지 하부 셀을 준비하는 단계, 광경화성 또는 열경화성을 갖는 비전도성 고분자 용액에 전도성을 가지는 메탈 파티클을 혼합하여 투명 접합층 용액을 형성하는 단계, 상기 혼합된 투명 접합층 용액을 상기 실리콘 태양 전지 하부 셀의 상부 전극에 스핀 코팅하는 단계, 상기 스핀 코팅된 투명 접합층 용액 표면에 상기 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀을 접착시켜 이종 접합 탠덤 태양 전지를 접합하는 단계 및 상기 이종 접합 탠덤 태양 전지에 UV 처리 또는 열처리를 하여 경화시키는 단계를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, a method of manufacturing a heterojunction tandem solar cell includes preparing a perovskite solar cell and a silicon solar cell lower cell, photocurable or thermoset. Mixing a conductive metal particle with a non-conductive polymer solution to form a transparent bonding layer solution, spin coating the mixed transparent bonding layer solution to an upper electrode of the silicon solar cell lower cell, and spin-coating Bonding the perovskite solar cell upper cell to the transparent bonding layer solution surface to bond the heterojunction tandem solar cell, and curing the heterojunction tandem solar cell by UV treatment or heat treatment.
일 측에 따를 때, 상기 투명 접합층 용액을 형성하는 단계에서, 상기 비전도성 고분자 용액은, 광경화성 또는 열경화성을 갖는 고분자인 NOA81, PDMS, EVA 또는 Cyanoacrylate 등의 접착 고분자에 소량의 메탈이 코팅된 PMMA 마이크로 구체를 혼합하는 것일 수 있다.According to one side, in the step of forming the transparent bonding layer solution, the non-conductive polymer solution, a small amount of metal is coated on the adhesive polymer, such as NOA81, PDMS, EVA or Cyanoacrylate, which is a photocurable or thermosetting polymer It may be to mix the PMMA microspheres.
일 측에 따를 때, 상기 완성된 투명 접합층의 메탈이 코팅된 PMMA 마이크로 구체는 상하 방향으로 전도성을 높게 하고 광경화성 또는 열경화성을 갖는 접착 고분자는 상부 및 하부 셀의 접착을 이루게 할 수 있다.According to one side, the metal-coated PMMA microspheres of the completed transparent bonding layer has a high conductivity in the vertical direction and the adhesive polymer having a photocurable or thermosetting may make the adhesion of the upper and lower cells.
일 측에 따를 때, 상기 투명 접합층은, 소량의 메탈이 코팅된 PMMA 마이크로 구체만이 광경화성 또는 열경화성을 갖는 접착 고분자에 섞여 있기 때문에 접합층이 투명하여 탠덤 태양전지의 접착 소재로 사용되었을 때에 소자의 광학적 손상을 최소화하며 접합 계면의 전기적 특성을 우수하게 할 수 있다.According to one side, the transparent bonding layer, when only a small amount of metal-coated PMMA microspheres are mixed with the photocurable or thermosetting adhesive polymer, when the bonding layer is transparent and used as the adhesive material of the tandem solar cell The optical damage of the device can be minimized and the electrical properties of the bonding interface can be improved.
일 측에 따를 때, 상기 일 실시예에 따라 제조된 탠덤 태양 전지의 경우, 상부의 하부 전극층과 하부의 상부 전극층이 이미 좌우방향으로 전도성이 높기 때문에 메탈 마이크로 구체를 통한 상하부의 접합이 소면적에서만 이루어져도 전기적인 결함이 없이 이루어지게 할 수 있다.According to one side, in the case of the tandem solar cell manufactured according to the embodiment, the upper and lower junctions through the metal microspheres of the upper and lower portions of the upper electrode layer and the lower upper electrode layer is already high in the left and right direction only in a small area Even if it is done, it can be made without electrical defects.
일 측에 따를 때, 상기 스핀 코팅은, 실리콘 표면의 텍스쳐(texture)가 페로브스카이트의 균일한 필름을 증착하기 어려운 점을 보완할 수 있다.According to one side, the spin coating can compensate for the fact that the texture of the silicon surface is difficult to deposit a uniform film of perovskite.
일 측에 따를 때, 상기 열처리는, 상부 페로브스카이트 태양 전지의 하부 전극층, 중간 접합층 및 하부 실리콘 태양 전지의 상부 전극층을 기계적으로 접착시키기 위하여 100 ℃ 온도 부근에서 수행될 수 있다.According to one side, the heat treatment may be performed at a temperature of about 100 ° C to mechanically bond the lower electrode layer, the intermediate junction layer of the upper perovskite solar cell and the upper electrode layer of the lower silicon solar cell.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 투명 접합층 용액을 형성하는 단계의 비전도성 고분자 용액은, 시아노아크릴레이트(Cyanoacrylate), PMMA, PDMS, EVA 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 비전도성 고분자를 포함하고, 상기 투명 접합층 용액의 메탈 파티클은, 상기 비전도성 고분자 용액 전체 대비 3 wt% 내지 5 wt% 이고, 상기 비전도성 고분자 용액 내에서 전류가 흐르는 통로로서 비아 홀(via hall)을 형성하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the non-conductive polymer solution of the step of forming a transparent bonding layer solution, any one selected from the group consisting of cyanoacrylate (Cyanoacrylate), PMMA, PDMS, EVA or a mixture thereof The non-conductive polymer of the, the metal particles of the transparent bonding layer solution, 3 wt% to 5 wt% of the total non-conductive polymer solution, the via hole as a current flow path in the non-conductive polymer solution (via It may be to form a hall).
일 측에 따를 때, 상기 메탈 파티클은, 메탈이 코팅된 고분자 파티클 혹은 메탈 파티클 그 자체로서, 예를 들면, 은 마이크로 파티클(Ag microparticle), 금 마이크로 파티클(Au microparticle), 은 또는 금이 코팅된 마이크로 파티클일 수 있다.According to one side, the metal particles are metal particles coated polymer particles or metal particles themselves, for example, silver micro particles (Ag microparticle), gold micro particles (Au microparticle), silver or gold coated It may be a micro particle.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 투명 접합층 용액의 메탈 파티클은, PMMA 마이크로 구체 상에 은(Ag) 또는 금(Au)을 코팅한 입자, 은(Ag) 입자 또는 금(Au) 입자인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the metal particles of the transparent bonding layer solution, the particles (Ag) or gold (Au) coated on the PMMA microspheres, silver (Ag) particles or gold (Au) particles It may be.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀을 준비하는 단계는, 기판 상에 전자수송층을 코팅하는 단계, 상기 전자수송층 상부에 페로브스카이트 흡수층을 적층하는 단계, 상기 페로브스카이트 흡수층 상부에 정공수송층을 스핀 코팅하는 단계 및 상기 정공수송층 상에 스퍼터 증착으로 투명 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, preparing the perovskite solar cell upper cell, coating an electron transport layer on a substrate, laminating a perovskite absorption layer on the electron transport layer, the Spin coating the hole transport layer on the perovskite absorbing layer and forming a transparent electrode by sputter deposition on the hole transport layer.
일 측에 따를 때, 상기 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀을 준비하는 단계의 기판 상에 전자수송층을 코팅하는 단계는, 보다 구체적으로는, 상부전극인 FTO가 코팅된 유리 기판에 스프레이 코팅 방식을 통해 전자 수송층인 TiO2 산화막층을 형성하고, 전자수송에 유리하게 하기 위해 메조포러스한 TiO2 페이스트를 전면 코팅하여 활성면적을 넓힐 수 있다. According to one side, the coating of the electron transport layer on the substrate of the step of preparing the perovskite solar cell upper cell, more specifically, the spray coating method on the glass substrate coated with FTO, the upper electrode Through the formation of the TiO 2 oxide layer, which is an electron transporting layer, and the mesoporous TiO 2 paste in order to favor electron transport, the active area can be widened.
일 측에 따를 때, 상기 전자수송층으로는, TiO2 및 메조포러스 TiO2 를 SnO2, ZnO 등의 다른 산화막으로 대체할 수 있다.According to one side, as the electron transport layer, TiO 2 and mesoporous TiO 2 can be replaced with another oxide film such as SnO 2 , ZnO.
일 측에 따를 때, 상기 전자수송층 상부에 페로브스카이트 흡수층을 적층하는 단계는, 보다 구체적으로, MAPbI3 조성을 가지는 1.55eV의 밴드갭을 가지는 페로브스카이트 흡수층을 형성시키는 것일 수 있다.According to one side, the step of stacking the perovskite absorbing layer on the electron transport layer, more specifically, it may be to form a perovskite absorbing layer having a bandgap of 1.55eV having a MAPbI 3 composition.
일 측에 따를 때, 상기 페로브스카이트 흡수층 상부에 정공수송층을 스핀 코팅하는 단계는, PTAA 박막, spiro-MeoTAD 또는 NiOx 등의 박막을 스핀 코팅하는 것일 수 있다.According to one side, the step of spin coating the hole transport layer on the perovskite absorber layer, it may be spin coating a thin film such as PTAA thin film, spiro-MeoTAD or NiOx.
일 측에 따를 때, 상기 정공수송층 상에 스퍼터 증착으로 투명 전극을 형성하는 단계는, 하부로 빛이 전달되어야 하기 때문에 기존의 반투명 금 박막 전극 대신에 투명 전극인 IZO 박막, TCO박막 또는 ITO 박막을 하부 전극으로 형성할 수 있다.According to one side, the step of forming a transparent electrode by sputter deposition on the hole transport layer, instead of the conventional translucent gold thin film electrode because the light must be transmitted to the transparent electrode IZO thin film, TCO thin film or ITO thin film The lower electrode may be formed.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 실리콘 태양 전지 하부 셀을 준비하는 단계는, 실리콘 웨이퍼의 하부에 알루미늄 전극을 증착시키는 단계, 상기 실리콘 웨이퍼의 상부에 에미터층을 형성시키는 단계 및 상기 에미터층 상부에 패시베이션층을 성장시키는 단계를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, preparing the silicon solar cell lower cell may include depositing an aluminum electrode on a lower portion of the silicon wafer, forming an emitter layer on the silicon wafer, and forming an upper portion of the emitter layer. It may be to include a step of growing a passivation layer.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 패시베이션층은, SiNx 박막 상의 일부에 패턴화된 은 박막, TCO, IZO , ITO 박막으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the passivation layer may be any one selected from the group consisting of a silver thin film, TCO, IZO, ITO thin film patterned on a portion of the SiNx thin film.
일 측에 따를 때, 상기 TCO, IZO , ITO 박막의 경우, 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀의 하부 투명 전극과 동일한 소재로서, 상부 셀과의 컨택을 손실없이 이루기 위한 전면 컨택에 유리할 수 있다.According to one side, in the case of the TCO, IZO, ITO thin film, the same material as the lower transparent electrode of the upper cell of the perovskite solar cell, it may be advantageous for the front contact to make a contact with the upper cell without loss.
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the contents of the present invention are not limited to the following examples.
실시예 . 이종 접합 탠덤 태양 전지EXAMPLE Heterojunction Tandem Solar Cell
1. 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀의 제조One. Fabrication of Perovskite Solar Cell Top Cells
상부전극인 FTO가 코팅된 유리기판에 스프레이 코팅 방식을 통해 전자수송층인 TiO2 산화막층을 70 nm 두께로 형성한다. 전자수송에 유리하게 하기 위해 메조포러스한 TiO2 페이스트를 전면 코팅하여 활성면적을 넓힌다. The TiO 2 oxide layer, which is an electron transporting layer, is formed to a thickness of 70 nm on the FTO-coated glass substrate by spray coating. The mesoporous TiO 2 paste is coated on the entire surface to increase the active area for the electron transport.
그 위에 얇은 두께의 페로브스카이트 흡수층을 사용하여 하부 셀에 도달하는 태양빛을 증가시켜 단락전류를 최대화시킨다. 이 때, 페로브스카이트 흡수층의 두께는 150 nm이다.On top of that, a thin perovskite absorber layer is used to increase the sunlight reaching the bottom cell to maximize the short circuit current. At this time, the thickness of the perovskite absorbing layer is 150 nm.
이후, 페로브스카이트 흡수층 위에 정공수송층인 PTAA를 스핀 코팅한다.After that, spin coating the hole transport layer PTAA on the perovskite absorber layer.
하부로 빛이 전달되어야 하기 때문에 기존의 반투명 금 박막 전극 대신에 투명전극인 IZO 박막 150 nm를 하부 전극으로 올린다. Since light must be transmitted to the bottom, instead of the conventional translucent gold thin film electrode, 150 nm of a transparent electrode IZO thin film is raised to the bottom electrode.
이 때, 스퍼터 증착으로 IZO를 형성하는데, 페로브스카이트 층이 스퍼터 데미지를 받기 때문에 그 사이에 MoO3 박막 10nm를 보호층으로 증착시킨다.At this time, IZO is formed by sputter deposition. Since the perovskite layer is subjected to sputter damage, 10 nm of a MoO 3 thin film is deposited as a protective layer therebetween.
2. 실리콘 태양 전지 하부 셀의 제조2. Fabrication of Silicon Solar Cell Subcells
본 발명에서는, Al-BSF 구조의 실리콘 태양전지를 사용하였으며, P-type 실리콘 웨이퍼에 후면 전극으로 알루미늄을 증착시킨다.In the present invention, an Al-BSF structured silicon solar cell is used, and aluminum is deposited on the P-type silicon wafer as a back electrode.
전면에는 SOD 방법을 통해서 에미터를 형성시킨다. On the front, emitters are formed through the SOD method.
에미터 위에 패시베이션 층으로 SiNx 박막을 100nm 성장시킨다. A SiNx thin film is grown 100 nm with a passivation layer over the emitter.
상부 전극은 패턴된 은 박막을 증착시켜 형성한다. The upper electrode is formed by depositing a patterned silver thin film.
3. 투명 접합층의 제조3. Preparation of Transparent Bonding Layer
광/열경화성 고분자인 NOA81에 소량의 메탈이 코팅된 PMMA 마이크로 구체(microsphere)로서, 은 코팅 입자를 섞어 용액에 고르게 분포하게 한 후 실리콘 태양전지의 상부 전극층 위에 스핀 코팅(spin-coating) 하였다. As a PMMA microsphere in which a small amount of metal is coated on a light / thermosetting polymer NOA81, silver coating particles are mixed and distributed evenly in a solution, and then spin-coated on an upper electrode layer of a silicon solar cell.
4. 상부 셀 및 하부 셀의 접합4. Junction of upper cell and lower cell
투명 접합층이 스핀 코팅된 실리콘 태양전지의 상부 전극층에 상부 페로브스카이트 태양전지의 하부전극층을 기계적으로 접착시켜 UV 조사 혹은 100℃ 온도 부근의 열처리를 통해 경화시켰다.The lower electrode layer of the upper perovskite solar cell was mechanically bonded to the upper electrode layer of the silicon solar cell spin-coated with the transparent bonding layer, and cured by UV irradiation or heat treatment at a temperature of about 100 ° C.
도2 및 도3는, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 태양 전지의 제조 과정과 기존의 비아 홀을 포함하는 중간 접합층과 이를 포함하는 4-단자 메케니컬 탠덤 태양 전지의 제조 과정으로서, 도 3의 경우, 식각 공정에서 하부 태양 전지에 데미지가 생길 우려가 있을 수 있으며, 식각 이후 메탈 파티클을 부분적으로 채워 넣는 공정 역시 쉽지 않음을 알 수 있다.2 and 3 illustrate a manufacturing process of a solar cell manufactured according to an embodiment of the present invention, and an intermediate bonding layer including a conventional via hole, and a manufacturing process of a 4-terminal mechanical tandem solar cell including the same. In the case of Figure 3, there may be a risk of damage to the lower solar cell in the etching process, it can be seen that the process of partially filling the metal particles after etching is also not easy.
도 4는, 상기 실시예에 따라 제조된 태양 전지 투명 접합층의 투과도 및 흡수도를 측정한 값으로, 흡수가 없이 투과도가 우수하기 때문에 광학적 손실없이 전기적으로 우수한 텐덤 태양전지 제작이 가능함을 알 수 있다.Figure 4 is a value measured for the transmittance and absorbance of the solar cell transparent bonding layer prepared according to the embodiment, it can be seen that it is possible to manufacture an excellent electrical tandem solar cell without optical loss because of excellent transmittance without absorption. have.
도 5는, 상기 실시예에 따라 제조된 탠덤 태양 전지 및 상기 탠덤 구조를 이루는 서브 셀 각각의 광전 성능을 측정한 것으로, 직렬 병합으로 인해 개방전압은 두 서브 셀의 개방전압이 합쳐져 1.5V가 되며, 단락전류는 두 서브 셀 중 낮은 값을 가지는 단락전류에 의해 정해짐을 알 수 있다. 이 때, 투명 접합층으로 인해서 하부로 전달되는 빛의 양을 증대시켜 본래 예상되는 탠덤 태양전지의 단락전류보다 높은 값의 단락전류를 가지게 되는 것을 확인할 수 있었다.5 is a measurement of the photoelectric performance of each of the tandem solar cells and the sub-cells constituting the tandem structure according to the embodiment, the open voltage of the two sub-cells is 1.5V due to the series merge It can be seen that the short circuit current is determined by the short circuit current having the lower value among the two subcells. At this time, it could be confirmed that the transparent bonding layer increases the amount of light transmitted to the lower portion, and thus has a short circuit current having a higher value than the expected short circuit current of the tandem solar cell.
도 6은, 상기 실시예에 따라 제조된 탠덤 태양 전지 투명 접합층의 광학 사진을 나타낸 것으로, 광경화성 또는 열경화성을 갖는 고분자 내부에서, 전도성을 갖는 메탈 파티클이 간격을 가지고 퍼져 있음을 확인할 수 있었다.FIG. 6 shows an optical photograph of a tandem solar cell transparent bonding layer prepared according to the embodiment, and it was confirmed that conductive metal particles were spread at intervals within a polymer having photocurability or thermosetting.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is represented by the following claims, and it should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are included in the scope of the present invention.
Claims (17)
상기 실리콘 태양 전지 하부 셀 상에 형성된 것으로, 전도성을 갖는 메탈 파티클 비아 홀(via hall)을 포함하는 투명 접합층; 및
상기 투명 접합층 상에 형성된 페로브스카이트 흡수층을 포함하는 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀;
을 포함하는,
이종 접합 탠덤(Tandem) 태양 전지.Silicon solar cell bottom cells;
A transparent bonding layer formed on the silicon solar cell lower cell and including a conductive metal particle via hole; And
A perovskite solar cell upper cell comprising a perovskite absorbing layer formed on said transparent bonding layer;
Including,
Heterojunction Tandem solar cell.
상기 투명 접합층은,
광경화성 또는 열경화성을 갖는 비전도성 고분자 용액; 및
상기 비전도성 고분자 용액 내에 전도성을 갖는 메탈 파티클 비아 홀(metal particle via hall);
을 포함하는 것인,
이종 접합 탠덤(Tandem) 태양 전지.The method of claim 1,
The transparent bonding layer,
Non-conductive polymer solution having photocuring or thermosetting; And
A metal particle via hole having conductivity in the nonconductive polymer solution;
To include,
Heterojunction Tandem solar cell.
상기 투명 접합층의 두께는,
40 μm 내지 50 μm 인 것인,
이종 접합 탠덤(Tandem) 태양 전지.The method of claim 1,
The thickness of the transparent bonding layer,
40 μm to 50 μm,
Heterojunction tandem solar cells.
상기 비전도성 고분자 용액은,
시아노아크릴레이트(Cyanoacrylate), PMMA, PDMS, EVA 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 비전도성 고분자를 포함하고,
상기 메탈 파티클 비아 홀(via hall)은,
구형 은(Ag) 입자, 구형 은 코팅(Ag-coated) 입자, 구형 금(Au) 입자 또는 구형 금 코팅(Au-coated) 입자를 포함하는 것인,
이종 접합 탠덤(Tandem) 태양 전지.The method of claim 2,
The non-conductive polymer solution,
Cyanoacrylate, PMMA, PDMS, EVA or any one of the non-conductive polymer selected from the group consisting of a mixture thereof,
The metal particle via hole is,
That includes spherical silver (Ag) particles, spherical silver-coated particles, spherical gold (Au) particles or spherical gold-coated (Au-coated) particles,
Heterojunction tandem solar cells.
상기 비전도성 고분자의 굴절률은,
1.0 내지 2.0 인 것인,
이종 접합 탠덤(Tandem) 태양 전지.The method of claim 4.
The refractive index of the non-conductive polymer,
1.0 to 2.0,
Heterojunction tandem solar cells.
상기 메탈 파티클의 농도는,
상기 비전도성 고분자 용액 전체 대비 3 wt% 내지 5 wt%이고,
상기 메탈 파티클의 입경은,
40 μm 내지 50 μm 인 것인,
이종 접합 탠덤(Tandem) 태양 전지.The method of claim 2,
The concentration of the metal particles,
3 wt% to 5 wt% of the total non-conductive polymer solution;
Particle diameter of the metal particles,
40 μm to 50 μm,
Heterojunction tandem solar cells.
상기 페로브스카이트 흡수층의 두께는,
100 nm 내지 300 nm 인 것인,
이종 접합 탠덤(Tandem) 태양 전지.The method of claim 1,
The thickness of the perovskite absorbing layer,
100 nm to 300 nm,
Heterojunction tandem solar cells.
상기 페로브스카이트 흡수층 상에 보호층을 더 포함하는 것인,
이종 접합 탠덤(Tandem) 태양 전지.The method of claim 1,
Further comprising a protective layer on the perovskite absorber layer,
Heterojunction tandem solar cells.
상기 보호층은,
몰리브데넘 트리옥사이드(MoO3)를 포함하고,
상기 보호층의 두께는, 5 nm 내지 15 nm 인 것인,
이종 접합 탠덤(Tandem) 태양 전지.The method of claim 8,
The protective layer,
Molybdenum trioxide (MoO 3 ),
The protective layer has a thickness of 5 nm to 15 nm,
Heterojunction tandem solar cells.
상기 실리콘 태양 전지 하부 셀은,
호모 정션 알루미늄 후면 전계(Al-BSF)구조, PERC 구조, PERL 구조 또는 헤테로 정션 HIT 구조를 포함하는 것인,
이종 접합 탠덤(Tandem) 태양 전지.The method of claim 1,
The silicon solar cell lower cell,
It comprises a homo junction aluminum back field (Al-BSF) structure, PERC structure, PERL structure or hetero junction HIT structure,
Heterojunction tandem solar cells.
상기 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀, 투명 접합층 및 실리콘 태양 전지 하부 셀은 직렬 병합하는 것인,
이종 접합 탠덤(Tandem) 태양 전지.The method of claim 1,
Wherein the perovskite solar cell upper cell, transparent junction layer and silicon solar cell lower cell merge in series,
Heterojunction tandem solar cells.
광경화성 또는 열경화성을 갖는 비전도성 고분자 용액에 전도성을 가지는 메탈 파티클을 혼합하여 투명 접합층 용액을 형성하는 단계;
상기 혼합된 투명 접합층 용액을 상기 실리콘 태양 전지 하부 셀의 상부 전극에 스핀 코팅하는 단계;
상기 스핀 코팅된 투명 접합층 용액 표면에 상기 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀을 접착시켜 이종 접합 탠덤 태양전지를 접합하는 단계; 및
상기 이종 접합 탠덤 태양전지에 UV 처리 또는 열처리를 하여 경화시키는 단계;
를 포함하는,
이종 접합 탠덤(Tandem) 태양 전지의 제조방법.Preparing a perovskite solar cell upper cell and a silicon solar cell lower cell;
Mixing a conductive metal particle with a photocurable or thermosetting nonconductive polymer solution to form a transparent bonding layer solution;
Spin coating the mixed transparent bonding layer solution on an upper electrode of the silicon solar cell lower cell;
Bonding the perovskite solar cell upper cell to the spin-coated transparent bonding layer solution to bond the heterojunction tandem solar cell; And
Curing the heterojunction tandem solar cell by UV treatment or heat treatment;
Containing,
Method of manufacturing a heterojunction tandem solar cell.
상기 투명 접합층 용액을 형성하는 단계의 비전도성 고분자 용액은,
시아노아크릴레이트(Cyanoacrylate), PMMA, PDMS, EVA 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 비전도성 고분자를 포함하고,
상기 투명 접합층 용액의 메탈 파티클은,
상기 비전도성 고분자 용액 전체 대비 3 wt% 내지 5 wt% 이고,
상기 비전도성 고분자 용액 내에서 전류가 흐르는 통로로서 비아 홀(via hall)을 형성하는 것인,
이종 접합 탠덤(Tandem) 태양 전지의 제조방법.The method of claim 12,
The non-conductive polymer solution of the step of forming the transparent bonding layer solution,
Cyanoacrylate, PMMA, PDMS, EVA or any one of the non-conductive polymer selected from the group consisting of a mixture thereof,
The metal particles of the transparent bonding layer solution,
3 wt% to 5 wt% of the total non-conductive polymer solution,
To form a via hole as a passage through which current flows in the non-conductive polymer solution,
Method of manufacturing a heterojunction tandem solar cell.
상기 투명 접합층 용액의 메탈 파티클은,
PMMA 마이크로 구체 상에 은(Ag) 또는 금(Au)을 코팅한 입자, 은(Ag) 입자 또는 금(Au) 입자인 것인,
이종 접합 탠덤(Tandem) 태양 전지의 제조방법.The method of claim 12,
The metal particles of the transparent bonding layer solution,
Is a silver (Ag) or gold (Au) coated particles, silver (Ag) particles or gold (Au) particles on the PMMA microspheres,
Method of manufacturing a heterojunction tandem solar cell.
상기 페로브스카이트 태양 전지 상부 셀을 준비하는 단계는,
기판 상에 전자수송층을 코팅하는 단계;
상기 전자수송층 상부에 페로브스카이트 흡수층을 적층하는 단계;
상기 페로브스카이트 흡수층 상부에 정공수송층을 스핀 코팅하는 단계; 및
상기 정공수송층 상에 스퍼터 증착으로 투명 전극을 형성하는 단계;
를 포함하는 것인,
이종 접합 탠덤(Tandem) 태양 전지의 제조방법.The method of claim 12,
Preparing the perovskite solar cell upper cell,
Coating an electron transport layer on the substrate;
Stacking a perovskite absorber layer on the electron transport layer;
Spin coating a hole transport layer on the perovskite absorber layer; And
Forming a transparent electrode on the hole transport layer by sputter deposition;
To include,
Method of manufacturing a heterojunction tandem solar cell.
상기 실리콘 태양 전지 하부 셀을 준비하는 단계는,
실리콘 웨이퍼의 하부에 알루미늄 전극을 증착시키는 단계;
상기 실리콘 웨이퍼의 상부에 에미터층을 형성시키는 단계; 및
상기 에미터층 상부에 패시베이션층을 성장시키는 단계;
를 포함하는 것인,
이종 접합 탠덤(Tandem) 태양 전지의 제조방법.The method of claim 12,
Preparing the silicon solar cell lower cell,
Depositing an aluminum electrode on the bottom of the silicon wafer;
Forming an emitter layer on top of the silicon wafer; And
Growing a passivation layer on top of the emitter layer;
To include,
Method of manufacturing a heterojunction tandem solar cell.
상기 패시베이션층은,
SiNx 박막 상의 일부에 패턴화된 은 박막, TCO, IZO , ITO 박막으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것인,
이종 접합 탠덤(Tandem) 태양 전지의 제조방법.The method of claim 16,
The passivation layer,
It is any one selected from the group consisting of a silver thin film, TCO, IZO, ITO thin film patterned on a portion on the SiNx thin film,
Method of manufacturing a heterojunction tandem solar cell.
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