KR20200027402A - Solar cell and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a photovoltaic cell with improved efficiency and a manufacturing method thereof. More specifically, the photovoltaic cell comprises: a substrate; a first electrode, a second electrode, and at least one semiconductor film on the substrate, wherein the semiconductor film is interposed between the first and second electrodes; and a first connection film interposed between the first electrode and the semiconductor film and electrically connecting the first electrode and semiconductor film. The first connection film includes a plurality of two-dimensional films vertically extended from the top surface of the first electrode to the bottom surface of the semiconductor film. The two-dimensional films contain metal compounds.

Description

태양 전지 및 그의 제조 방법{Solar cell and method for manufacturing the same}Solar cell and method for manufacturing the same

본 발명은 태양 전지 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박막 태양 전지 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell and its manufacturing method, and more particularly to a thin film solar cell and its manufacturing method.

이차원 소재는, 인접하는 층들이 반데르발스 힘으로 결합되어 있어, 층층이 박리되는 특성을 가진다. 이차원 소재의 각각의 층들은, 인접한 층과 반데르발스 인력으로만 결합하므로 캐리어 들의 산란이 일어나지 않아 빠른 전하 이동도를 가지는 것으로 알려져 있다. 이는 층간에 공유결합 또는 금속결합을 유지하고 있는 일반적인 박막 형태의 화합물들과는 구별되는 특성이다. 따라서 빠른 전하 이동도를 갖는 이차원 소재를 활용한 트랜지스터에 관한 연구 개발이 이루어지고 있다.In the two-dimensional material, adjacent layers are bonded by van der Waals forces, and thus the layer layer is peeled off. It is known that each layer of the two-dimensional material has a fast charge mobility because the carriers do not scatter because the adjacent layers are combined only with van der Waals attraction. This is a characteristic that is distinguished from general thin film-type compounds that maintain covalent or metal bonds between layers. Therefore, research and development on transistors using a two-dimensional material having fast charge mobility has been conducted.

광전 변환 효과를 이용하여 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전은 무공해 에너지를 얻는 수단으로서 널리 이용되고 있다. 그리고 태양 전지의 광전 변환 효율의 향상에 수반하여, 개인 주택에서도 다수의 태양 전지 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템이 설치되고 있다. 태양 전지는 p-n 또는 p-i-n 접합을 갖는 반도체 막을 포함하며, 반도체 막에 입사된 빛을 이용하여 전류를 발생시킨다.Photovoltaic power generation that converts light energy into electrical energy using a photoelectric conversion effect has been widely used as a means of obtaining pollution-free energy. And with the improvement of the photoelectric conversion efficiency of the solar cell, a photovoltaic power generation system using a plurality of solar cell modules is also installed in a private house. The solar cell includes a semiconductor film having a p-n or p-i-n junction, and generates current using light incident on the semiconductor film.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 효율이 향상된 태양 전지를 제공하는데 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide a solar cell with improved efficiency.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 효율이 향상된 태양 전지를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a solar cell with improved efficiency.

본 발명의 개념에 따른, 태양 전지는, 기판; 상기 기판 상의 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 및 제2 전극들 사이에 개재된 반도체 막; 및 상기 제1 전극과 상기 반도체 막 사이에 개재되어, 이들을 서로 전기적으로 연결하는 제1 연결막을 포함할 수 있다. 상기 제1 연결막은, 상기 제1 전극의 상면으로부터 상기 반도체 막의 바닥면까지 수직하게 연장되는 복수개의 이차원 막들을 포함하고, 상기 이차원 막들은 금속 화합물을 포함할 수 있다. 상기 연결막은 광전변환 현상이 일어나는 반도체 막에 포함되지 않는다.According to the concept of the present invention, a solar cell includes a substrate; A semiconductor film interposed between the first electrode, the second electrode, and the first and second electrodes on the substrate; And a first connection film interposed between the first electrode and the semiconductor film, and electrically connecting them to each other. The first connection film may include a plurality of two-dimensional films extending vertically from an upper surface of the first electrode to a bottom surface of the semiconductor film, and the two-dimensional films may include a metal compound. The connecting film is not included in the semiconductor film in which the photoelectric conversion phenomenon occurs.

본 발명의 다른 개념에 따른, 태양 전지의 제조 방법은, 기판 상에 제1 전극을 형성하는 것; 상기 제1 전극 상에 칼코겐화 반응을 수행하여, 연결막을 형성하는 것; 및 상기 연결막 상에, 반도체 막 및 제2 전극을 순차적으로 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 연결막을 형성하는 것은, 상기 제1 전극 상의 금속과 칼코겐 전구체가 반응하여, 수직적으로 배향된 복수개의 이차원 막들을 형성하는 것을 포함할 수 있다. According to another concept of the present invention, a method of manufacturing a solar cell includes forming a first electrode on a substrate; Performing a chalcogenation reaction on the first electrode to form a connecting film; And sequentially forming a semiconductor film and a second electrode on the connection film. Forming the connection layer may include forming a plurality of vertically oriented two-dimensional films by reacting a metal and a chalcogen precursor on the first electrode.

본 발명에 따른 태양 전지는, 수직적으로 배향된 이차원 막들을 이용하여 상대적으로 큰 션트(병렬) 저항을 가질 수 있다. 이로써 누설 전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 나아가 본 발명에 따른 태양 전지는 저조도 조건에서 우수한 효율을 제공할 수 있다. The solar cell according to the present invention can have a relatively large shunt (parallel) resistance using vertically oriented two-dimensional films. Thus, leakage current can be prevented. Furthermore, the solar cell according to the present invention can provide excellent efficiency in low light conditions.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 어느 하나의 셀을 확대한 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지를 제조하는 방법을 나타낸 것으로, 도 2의 A-A'선에 따른 단면도들이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 제조하는 방법을 나타낸 것으로, 도 2의 A-A'선에 따른 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 나타낸 것으로, 도 2의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지를 나타낸 사시도이다.
1 is a perspective view showing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged perspective view of one cell of FIG. 1.
3 is a cross-sectional view taken along line A-A 'in FIG. 2.
4 and 5 illustrate a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention, and are cross-sectional views taken along line A-A 'in FIG. 2.
6 and 7 illustrate a method of manufacturing a solar cell according to another embodiment of the present invention, and are cross-sectional views taken along line A-A 'in FIG. 2.
8 illustrates a solar cell according to another embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line A-A 'in FIG. 2.
9 and 10 is a perspective view showing a solar cell according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. DETAILED DESCRIPTION In order to fully understand the constitution and effects of the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and can be implemented in various forms and various changes can be made. However, through the description of the present embodiments, the present disclosure is made to be complete, and the present invention is provided to those of ordinary skill in the art to fully inform the scope of the invention.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.In the present specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be formed directly on another component, or a third component may be interposed between them. In addition, in the drawings, the thickness of the components is exaggerated for effective description of the technical content. Parts indicated by the same reference numerals throughout the specification indicate the same components.

본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다. Although terms such as first, second, third, etc. are used to describe various components in various embodiments of the present specification, these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component. The embodiments described and illustrated herein also include its complementary embodiments.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless otherwise specified in the phrase. As used herein, 'comprises' and / or 'comprising' does not exclude the presence or addition of one or more other components.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지를 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1의 어느 하나의 셀을 확대한 사시도이다. 도 3은 도 2의 A-A'선에 따른 단면도이다.1 is a perspective view showing a solar cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged perspective view of one cell of FIG. 1. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A 'in FIG. 2.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 기판(SU) 상에 복수개의 셀들(CE)이 제공될 수 있다. 복수개의 셀들(CE)은 서로 연결되어 본 발명에 따른 태양 전지를 구성할 수 있다. 셀들(CE)은 제2 방향(D2)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. 셀들(CE)은 제1 방향(D1)으로 배열될 수 있다. 복수개의 셀들(CE)은 직렬 또는 병렬로 서로 연결될 수 있다. 일 예로, 기판(SU)은 실리콘 산화막, 스테인레스 스틸, 플라스틱, 또는 유리를 포함할 수 있다.1 to 3, a plurality of cells CE may be provided on the substrate SU. The plurality of cells CE may be connected to each other to configure a solar cell according to the present invention. The cells CE may have a line shape extending in the second direction D2. The cells CE may be arranged in the first direction D1. The plurality of cells CE may be connected to each other in series or parallel. For example, the substrate SU may include a silicon oxide film, stainless steel, plastic, or glass.

각각의 셀들(CE)은 순차적으로 적층된 제1 전극(EL1), 연결막(CL), 한 층 이상의 반도체 막(SL), 및 제2 전극(EL2)을 포함할 수 있다. 연결막(CL)은 제1 전극(EL1)과 반도체 막(SL) 사이에 개재되어, 이들을 서로 전기적으로 연결할 수 있다. Each of the cells CE may include a first electrode EL1 sequentially stacked, a connection film CL, one or more semiconductor films SL, and a second electrode EL2. The connecting film CL is interposed between the first electrode EL1 and the semiconductor film SL, and can electrically connect them.

반도체 막(SL)은 제1 반도체 막(SL1), 제2 반도체 막(SL2) 및 제3 반도체 막(SL3)을 포함할 수 있다. 제2 반도체 막(SL2)은 제1 및 제3 반도체 막들(SL1, SL3) 사이에 개재될 수 있다. 제1 반도체 막(SL1)은 연결막(CL)과 접촉할 수 있다. 다시 말하면, 제1 반도체 막(SL1)의 바닥면은 연결막(CL)의 상면과 접촉할 수 있다. The semiconductor film SL may include a first semiconductor film SL1, a second semiconductor film SL2 and a third semiconductor film SL3. The second semiconductor film SL2 may be interposed between the first and third semiconductor films SL1 and SL3. The first semiconductor film SL1 may contact the connection film CL. In other words, the bottom surface of the first semiconductor film SL1 may contact the top surface of the connection film CL.

제1 반도체 막(SL1)은 제1 도전형을 가질 수 있고, 제3 반도체 막(SL3)은 제1 도전형과 다른 제2 도전형(예를 들어, P 형)을 가질 수 있다. 일 예로, 제1 도전형은 N 형일 수 있고, 제2 도전형은 P 형일 수 있다. 다른 예로, 제1 도전형은 P 형일 수 있고, 제2 도전형은 N 형일 수 있다. 제2 반도체 막(SL2)은 진성 반도체일 수 있다. 제2 반도체 막(SL2)은 광흡수층으로 기능할 수 있다. 제2 반도체 막(SL2)의 두께는 제1 반도체 막(SL1)의 두께보다 클 수 있다. 제2 반도체 막(SL2)의 두께는 제3 반도체 막(SL3)의 두께보다 클 수 있다. 제2 반도체 막(SL2)의 두께는 100nm 내지 3,000nm일 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 반도체 막(SL2)의 두께는 100nm 내지 400nm 일 수 있다. 일 예로, 제1 내지 제3 반도체 막들(SL1, SL2, SL3)은 실리콘, 게르마늄, 실리콘-게르마늄, 실리콘 옥사이드, 또는 실리콘 카바이드를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 반도체 막들(SL1, SL2, SL3)은 비정질이거나 미세 결정질일 수 있다.The first semiconductor film SL1 may have a first conductivity type, and the third semiconductor film SL3 may have a second conductivity type (eg, P type) different from the first conductivity type. For example, the first conductivity type may be N-type, and the second conductivity type may be P-type. As another example, the first conductivity type may be P type, and the second conductivity type may be N type. The second semiconductor film SL2 may be an intrinsic semiconductor. The second semiconductor film SL2 may function as a light absorbing layer. The thickness of the second semiconductor film SL2 may be greater than the thickness of the first semiconductor film SL1. The thickness of the second semiconductor film SL2 may be greater than the thickness of the third semiconductor film SL3. The thickness of the second semiconductor film SL2 may be 100 nm to 3,000 nm. More specifically, the thickness of the second semiconductor film SL2 may be 100 nm to 400 nm. As an example, the first to third semiconductor films SL1, SL2, and SL3 may include silicon, germanium, silicon-germanium, silicon oxide, or silicon carbide. The first to third semiconductor films SL1, SL2, and SL3 may be amorphous or fine crystalline.

제3 반도체 막(SL3)의 상면 상에 제2 전극(EL2)이 제공될 수 있다. 일 예로, 제2 전극(EL2)은 인듐아연 산화물(IZO), 인듐주석 산화물(ITO), 인듐갈륨 산화물(IGO), 인듐아연갈륨 산화물(IGZO), 티타늄아연 산화물 (IZO), 및 이들의 조합 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 다른 예로, 제2 전극(EL2)은 W, Mo, Ti, Ag, Cu, Al, Ni, 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.The second electrode EL2 may be provided on the top surface of the third semiconductor film SL3. For example, the second electrode EL2 includes indium zinc oxide (IZO), indium tin oxide (ITO), indium gallium oxide (IGO), indium zinc gallium oxide (IGZO), titanium zinc oxide (IZO), and combinations thereof It may include at least any one of. As another example, the second electrode EL2 may include W, Mo, Ti, Ag, Cu, Al, Ni, or alloys thereof.

도 2 및 도 3을 다시 참조하여, 제1 전극(EL1) 및 연결막(CL)에 대해 보다 상세히 설명한다. 연결막(CL)은 복수개의 이차원 막들(NS)을 포함할 수 있다. 이차원 막들(NS)의 결정면 방향은 기판(SU)의 상면에 대하여 수직한 방향(즉, 제3 방향(D3))으로 배향(oriented)될 수 있다. 이차원 막들(NS)은 제1 전극(EL1)의 상면으로부터 제1 반도체 막(SL1)의 바닥면까지 제3 방향(D3)으로 연장될 수 있다. 평면적 관점에서, 이차원 막들(NS)은 무작위하게 배열될 수 있다. 즉, 이차원 막들(NS)은 기판(SU)에 대해 수직배향을 갖되, 제1 이차원 막은 제1 방향(D1)으로 연장되고, 제2 이차원 막은 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 제1 방향(D1)과 제2 방향(D2)은 서로 교차할 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3 again, the first electrode EL1 and the connection layer CL will be described in more detail. The connecting film CL may include a plurality of two-dimensional films NS. The direction of the crystal surface of the two-dimensional films NS may be oriented in a direction perpendicular to the upper surface of the substrate SU (ie, the third direction D3). The two-dimensional films NS may extend in the third direction D3 from the top surface of the first electrode EL1 to the bottom surface of the first semiconductor film SL1. In plan view, the two-dimensional films NS may be arranged randomly. That is, the two-dimensional films NS have a vertical orientation with respect to the substrate SU, but the first two-dimensional film may extend in the first direction D1 and the second two-dimensional film may extend in the second direction D2. The first direction D1 and the second direction D2 may intersect each other.

각각의 이차원 막들(NS)은 금속 칼코게나이드(metal chalcogenide)를 포함할 수 있다. 각각의 이차원 막들(NS)은 전이금속 칼코게나이드(transition metal chalcogenide)를 포함할 수 있다. 다시 말하면, 각각의 이차원 막들(NS)은 MXy (일 예로, y는 1, 2 또는 3인 정수)의 화학식으로 표현되는 금속 화합물을 포함할 수 있다. 상기 화학식에서, M은 금속 또는 전이금속 원자이고, 예를 들어, W, Mo, Ti, V, Zn, Hf 또는 Zr을 포함할 수 있다. X는 칼코겐 원자이고, 예를 들어, S, Se, O 또는 Te를 포함할 수 있다. 각각의 이차원 막들(NS)은 MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2, WSe2, WTe2, ReS2, ReSe2, TiS2, TiSe2, TiTe2, VO2, VS2, VSe2, ZnO, ZnS2, ZnSe2, HfS2, HfSe2, WO3, 및 MoO3로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.Each of the two-dimensional films NS may include metal chalcogenide. Each of the two-dimensional films NS may include a transition metal chalcogenide. In other words, each of the two-dimensional films NS may include a metal compound represented by a chemical formula of MX y (eg, y is an integer of 1, 2 or 3). In the above formula, M is a metal or transition metal atom, and may include, for example, W, Mo, Ti, V, Zn, Hf or Zr. X is a chalcogen atom, and may include, for example, S, Se, O or Te. Each of the two-dimensional films (NS) is MoS 2 , MoSe 2 , MoTe 2 , WS 2 , WSe 2 , WTe 2 , ReS 2 , ReSe 2 , TiS 2 , TiSe 2 , TiTe 2 , VO 2 , VS 2 , VSe 2 , ZnO, ZnS 2 , ZnSe 2 , HfS 2 , HfSe 2 , WO 3 , and may include any one selected from the group consisting of MoO 3 .

이차원 막들(NS)은 반도체 특성을 가질 수 있다. 이차원 막들(NS)은 제1 반도체 막(SL1)과 동일한 제1 도전형을 갖는 금속 화합물을 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 반도체 막(SL1)이 N 형을 가질 경우, 이차원 막들(NS)은 N 형의 MoS2, MoSe2, WS2, ZnS2, ZnSe2, HfS2, HfSe2, ReSe2, 또는 ReS2를 포함할 수 있다. 다른 예로, 제1 반도체 막(SL1)이 P 형을 가질 경우, 이차원 막들(NS)은 P 형의 WSe2, Graphene oxide 또는 VO2를 포함할 수 있다. 다른 예로 이차원 막들(NS)은 도체 특성을 가질 수 있다. 즉, 도체인 이차원 막들(NS)의 밴드갭 에너지는 실질적으로 0 eV 일 수 있다. 밴드갭 에너지가 0 eV인 이차원 소재로는 TiS2, TiSe2, VS2, 또는 VSe2 등이 포함될 수 있다.The two-dimensional films NS may have semiconductor characteristics. The two-dimensional films NS may include a metal compound having the same first conductivity type as the first semiconductor film SL1. For example, when the first semiconductor film SL1 has an N type, the two-dimensional films NS are N-type MoS 2 , MoSe 2 , WS 2 , ZnS 2 , ZnSe 2 , HfS 2 , HfSe 2 , ReSe 2 , Or ReS 2 . As another example, when the first semiconductor film SL1 has a P type, the two-dimensional films NS may include P-type WSe 2 , graphene oxide, or VO 2 . As another example, the two-dimensional films NS may have conductor characteristics. That is, the band gap energy of the two-dimensional films NS, which are conductors, may be substantially 0 eV. The two-dimensional material having a band gap energy of 0 eV may include TiS 2 , TiSe 2 , VS 2 , or VSe 2 .

각각의 이차원 막들(NS)은, 구성 원자간 강한 결합력을 가지는 단일 층 구조(monolayer)를 가질 수 있다. 또는 각각의 이차원 막들(NS)은, 상기 단일 층들이 여러 층 겹쳐있는 구조를 가질 수 있다. 여기서, 인접하는 단일 층들은 매우 약한 반데르발스 인력으로 서로 결합되어 있을 수 있다. 다시 말하면, 이차원 막(NS)은 위에서 설명한 이차원 구조를 가지는 막을 통칭할 수 있다. 일 예로, 이차원 막(NS)은 금속 칼코게나이드 또는 전이금속 칼코게나이드의 단일 층 구조를 가질 수 있다. 여기서 단일 층(monolayer)이라 함은 금속 디칼코게나이드를 일 예로 할 때 MX2 의 화학식을 가지는 하나의 층을 의미한다. Each of the two-dimensional films NS may have a monolayer structure having strong bonding force between constituent atoms. Alternatively, each of the two-dimensional films NS may have a structure in which the single layers overlap several layers. Here, adjacent single layers can be coupled to each other with very weak van der Waals attraction. In other words, the two-dimensional film NS may collectively refer to a film having the two-dimensional structure described above. For example, the two-dimensional film NS may have a single layer structure of metal chalcogenide or transition metal chalcogenide. Here, a single layer (monolayer) refers to one layer having the formula of MX 2 when taking the metal decalcogenide as an example.

도 3을 다시 참조하면, 서로 인접하는 이차원 막들(NS)은 반데르발스 힘에 의해 서로 결합될 수 있다. 일 예로, 제1 이차원 막(NS)과 이와 제1 방향(D1)으로 인접하는 제2 이차원 막(NS)은, 제1 방향(D1)과 평행한 반데르발스 힘에 의해 서로 결합될 수 있다. 이차원 막들(NS)은 서로 다른 높이를 가질 수 있다. 일 예로, 어느 하나의 이차원 막(NS)은 제1 높이(H1)를 가질 수 있고, 다른 하나의 이차원 막(NS)은 제2 높이(H2)를 가질 수 있다. 이때, 제1 높이(H1)와 제2 높이(H2)는 서로 다를 수 있다.Referring again to FIG. 3, two-dimensional films NS adjacent to each other may be coupled to each other by van der Waals forces. For example, the first two-dimensional film NS and the second two-dimensional film NS adjacent thereto in the first direction D1 may be coupled to each other by van der Waals forces parallel to the first direction D1. . The two-dimensional films NS may have different heights. For example, one of the two-dimensional films NS may have a first height H1, and the other of the two-dimensional films NS may have a second height H2. In this case, the first height H1 and the second height H2 may be different.

이차원 막들(NS)은 서로 동일한 물질을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 이차원 막들(NS)은 서로 동일한 조성을 가질 수 있다. 이차원 막들(NS)은 단결정 구조 또는 다결정 구조를 가질 수 있다. 이차원 막들(NS) 각각은, 제3 방향(D3)으로 배향된 결정 구조를 가질 수 이다. 이차원 막들(NS)은 서로 동일한 결정 구조를 가지거나, 서로 다른 결정 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 상기 결정 구조는 육방정계 격자 구조, 입방구조, 3각 기둥 격자 구조, 사방정계 격자 구조, 및 변형 팔방정계(단사정계) 격자 구조를 포함할 수 있다. The two-dimensional films NS may include the same material. In other words, the two-dimensional films NS may have the same composition. The two-dimensional films NS may have a single crystal structure or a polycrystalline structure. Each of the two-dimensional films NS may have a crystal structure oriented in the third direction D3. The two-dimensional films NS may have the same crystal structure or different crystal structures. For example, the crystal structure may include a hexagonal lattice structure, a cubic structure, a triangular column lattice structure, a tetragonal lattice structure, and a modified octagonal lattice structure (single tetragonal system).

일 실시예로, 제1 전극(EL1)은, 이차원 막들(NS)의 금속과 동일한 금속을 포함할 수 있다. 이차원 막들(NS)이 MXy의 금속 화합물을 포함할 때, 제1 전극(EL1)은 M의 금속을 포함할 수 있다. 일 예로, 이차원 막들(NS)이 MoS2를 포함할 때, 제1 전극(EL1)은 Mo를 포함할 수 있다. 이는 연결막(CL) 형성 시, 제1 전극(EL1)이 연결막(CL)의 시드층의 역할을 수행하기 때문이다. 제조 방법에서 온도와 시간을 조절함으로써 금속과 금속화합물의 상대적인 두께를 조절할 수 있다.In one embodiment, the first electrode EL1 may include the same metal as the metal of the two-dimensional films NS. When the two-dimensional films NS include a metal compound of MX y , the first electrode EL1 may include a metal of M. For example, when the two-dimensional films NS include MoS 2 , the first electrode EL1 may include Mo. This is because when forming the connection layer CL, the first electrode EL1 serves as a seed layer of the connection layer CL. In the manufacturing method, the relative thickness of the metal and the metal compound can be controlled by controlling the temperature and time.

다른 실시예로, 제1 전극(EL1)은, 이차원 막들(NS)을 구성하는 금속과 다른 금속을 포함할 수 있다. 제1 전극(EL1)은 투명한 전도체일 수 있다. 구체적으로, 제1 전극(EL1)은 투명 전도막(transparent conducting layer)을 포함할 수 있다. 투명 전도막은 ITO(Indium tin oxide), SnO(Tin oxide), FTO(F-doped tin oxide), ZnO(Zinc oxide), TiO2(Titanium dioxide), GZO(Ga-doped zinc oxide), 또는 AZO (Al-doped zinc oxide)를 포함할 수 있다. 제1 전극(EL1)이 투명 전도막을 포함하는 투명 전극일 경우, 제2 전극(EL2) 역시 투명 전도막을 포함하는 투명 전극으로 형성될 수 있다.In another embodiment, the first electrode EL1 may include a metal different from the metal constituting the two-dimensional films NS. The first electrode EL1 may be a transparent conductor. Specifically, the first electrode EL1 may include a transparent conducting layer. Transparent conductive films include indium tin oxide (ITO), tin oxide (SnO), F-doped tin oxide (FTO), zinc oxide (ZnO), titanium dioxide (TiO 2 ), Ga-doped zinc oxide (GZO), or AZO ( Al-doped zinc oxide). When the first electrode EL1 is a transparent electrode including a transparent conductive film, the second electrode EL2 may also be formed of a transparent electrode including a transparent conductive film.

제1 전극(EL1)은 제1 두께(T1)를 가질 수 있고, 연결막(CL)은 제2 두께(T2)를 가질 수 있다. 제1 두께(T1)는 5 nm 내지 900 nm일 수 있다. 보다 자세하게 제1 두께(T1)는 5 nm 내지 100 nm일 수 있다. 제2 두께(T2)는 15 nm 내지 100nm일 수 있다. 보다 자세하게 제2 두께(T2)는 15 nm 내지 30 nm 일 수 있다. 일 예로, 제1 두께(T1)는 제2 두께(T2)보다 작을 수 있다. 다른 예로, 제1 두께(T1)는 제2 두께(T2)보다 클 수 있다. The first electrode EL1 may have a first thickness T1, and the connection layer CL may have a second thickness T2. The first thickness T1 may be 5 nm to 900 nm. In more detail, the first thickness T1 may be 5 nm to 100 nm. The second thickness T2 may be 15 nm to 100 nm. In more detail, the second thickness T2 may be 15 nm to 30 nm. For example, the first thickness T1 may be smaller than the second thickness T2. As another example, the first thickness T1 may be greater than the second thickness T2.

본 발명의 실시예들에 따른 태양 전지는, 수직적으로 배향된 이차원 막들(NS)로 이루어진 연결막(CL)을 포함할 수 있다. 연결막(CL)의 이차원 막들(NS)을 통해 제1 전극(EL1)과 반도체 막(SL) 사이에서 전류가 흐를 수 있다. 이차원 막들(NS)은 제1 전극(EL1)의 상면으로부터 반도체 막(SL)의 바닥면까지 제3 방향(D3)으로 연장되므로, 전류는 이차원 막들(NS)을 통해 제3 방향(D3)으로 원활하게 흐를 수 있다.The solar cell according to embodiments of the present invention may include a connection film CL made of vertically oriented two-dimensional films NS. A current may flow between the first electrode EL1 and the semiconductor film SL through the two-dimensional films NS of the connection film CL. Since the two-dimensional films NS extend from the upper surface of the first electrode EL1 to the bottom surface of the semiconductor film SL in the third direction D3, the current flows through the two-dimensional films NS in the third direction D3. It can flow smoothly.

태양 전지는 일반적으로 저조도 환경(즉, 광의 세기가 낮은 환경)에서 사용해야 하는 경우가 많다. 일반적으로 저조도 조건에서 태양 전지의 효율은 크게 감소한다. 저조도에서 효율이 감소하는 이유는, 광전하의 생성량이 적은 저조도 조건에서, 누설 전류의 영향이 커지기 때문에 태양 전지의 효율이 크게 감소될 수 있다. 누설 전류는 션트 저항(shunt resistance)과 연관된다. 션트 저항이 크면 누설 전류가 작아지고, 반대로 션트 저항이 작으면 누설 전류가 커진다.Solar cells are generally required to be used in low-light environments (ie, environments with low light intensity). In general, in low light conditions, the efficiency of solar cells is greatly reduced. The reason for the decrease in efficiency in low light is that in a low light condition in which the amount of photocharge generated is small, the effect of the leakage current is large, so that the efficiency of the solar cell can be greatly reduced. Leakage current is associated with shunt resistance. If the shunt resistance is large, the leakage current is small, whereas, if the shunt resistance is small, the leakage current is large.

이차원 막들(NS)은 수평적으로 서로 이격될 수 있다. 예를 들어, 이차원 막들(NS)은 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있다 (도 3 참조). 이격이란, 단순한 물리적인 인력으로만 결합되어 있어 쉽게 분리될 수 있는 상태를 말한다. 이와 같이 반데르발스 결합력으로 결합하고 있는 층들간에는 전하의 흐름이 저해된다. 따라서 연결막(CL)을 흐르는 전류는, 기판(SU)의 상면에 평행한 방향(예를 들어, 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2))으로 흐르기 어렵다. 다시 말하면, 연결막(CL)은 상대적으로 큰 션트 저항을 가질 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 태양 전지는 누설 전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 본 발명에 따른 태양 전지는 저조도 조건에서 우수한 효율을 제공할 수 있다.The two-dimensional films NS may be horizontally separated from each other. For example, the two-dimensional films NS may be spaced apart from each other in the first direction D1 (see FIG. 3). Separation is a state that can be easily separated because it is combined only with a simple physical attraction. In this way, the flow of charge is inhibited between the layers that are bonded by the van der Waals bonding force. Therefore, the current flowing through the connection film CL is difficult to flow in a direction parallel to the upper surface of the substrate SU (for example, the first direction D1 or the second direction D2). In other words, the connection layer CL may have a relatively large shunt resistance. As a result, the solar cell according to the present invention can prevent leakage current from being generated. The solar cell according to the present invention can provide excellent efficiency in low light conditions.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지를 제조하는 방법을 나타낸 것으로, 도 2의 A-A'선에 따른 단면도들이다.4 and 5 illustrate a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention, and are cross-sectional views taken along line A-A 'in FIG. 2.

도 4를 참조하면, 기판(SU) 상에 제1 전극(EL1)이 형성될 수 있다. 제1 전극(EL1)은 제3 두께(T3)로 형성될 수 있다. 제1 전극(EL1)은 금속 M을 포함할 수 있다. 예를 들어, M은 W, Mo, Ti, V, Zn, Hf 또는 Zr을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4, the first electrode EL1 may be formed on the substrate SU. The first electrode EL1 may be formed with a third thickness T3. The first electrode EL1 may include metal M. For example, M may include W, Mo, Ti, V, Zn, Hf or Zr.

도 5를 참조하면, 제1 전극(EL1) 상에 연결막(CL)이 형성될 수 있다. 연결막(CL)은 제1 전극(EL1)의 일부를 칼코겐화하는 반응(chalcogenization reaction)을 이용하여 형성될 수 있다. 또는, 연결막(CL)은 제1 전극(EL1) 위에 형성된 금속층을 칼코겐화(chalcogenization reaction)하여 형성될 수 있다. Referring to FIG. 5, a connection layer CL may be formed on the first electrode EL1. The connecting layer CL may be formed using a chalcogenization reaction of a part of the first electrode EL1. Alternatively, the connection layer CL may be formed by chalcogenizing a metal layer formed on the first electrode EL1.

칼코겐화 반응은 제1 전극(EL1)의 상면 상 또는 제1 전극(EL1) 위에 증착된 금속층 의상면에 칼코겐 X의 전구체를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, X는 S, Se, O 또는 Te를 포함할 수 있다. 칼코겐화 반응은 300℃ 내지 1000℃의 온도 하에서 수행될 수 있다. 보다 자세하게 칼코겐화 반응은 300℃ 내지 530℃의 온도 하에서 수행될 수 있다.The chalcogenization reaction may include providing a precursor of chalcogen X on the top surface of the first electrode EL1 or on the metal surface deposited on the first electrode EL1. For example, X may include S, Se, O or Te. The chalcogenation reaction may be performed under a temperature of 300 ° C to 1000 ° C. In more detail, the chalcogenation reaction may be performed under a temperature of 300 ° C to 530 ° C.

제1 전극(EL1)의 금속 M과 상기 전구체의 칼코겐 X가 반응하여, 복수개의 이차원 막들(NS)이 형성될 수 있다. 이차원 막들(NS)은 제1 전극(EL1)의 상면으로부터 수직한 방향(즉, 제3 방향(D3))으로 성장될 수 있다. The metal M of the first electrode EL1 and the chalcogen X of the precursor react to form a plurality of two-dimensional films NS. The two-dimensional films NS may be grown in a vertical direction (ie, the third direction D3) from the upper surface of the first electrode EL1.

제1 전극(EL1)의 제3 두께(T3)가 충분히 두꺼울 경우, 이차원 막들(NS)이 제3 방향(D3)으로 성장될 수 있다. 일 예로, 제3 두께(T3)는 5nm 내지 1,000nm일 수 있다.When the third thickness T3 of the first electrode EL1 is sufficiently thick, the two-dimensional films NS may be grown in the third direction D3. For example, the third thickness T3 may be 5 nm to 1,000 nm.

이차원 막들(NS)이 형성되는 동안 제1 전극(EL1)의 두께가 줄어들어, 제1 전극(EL1)은 제1 두께(T1)를 가질 수 있다. 제1 두께(T1)는 제3 두께(T3)보다 작을 수 있다. 연결막(CL)은 제2 두께(T2)로 형성될 수 있다. 칼코겐화 반응의 공정 온도와 반응 시간이 증가할수록, 연결막(CL)의 제2 두께(T2)는 증가할 수 있다. 다시 말하면, 칼코겐화 반응의 공정 온도와 반응 시간이 증가할수록, 이차원 막들(NS)의 높이(즉, 도 3의 H1 및 H2)가 증가할 수 있다. 칼코겐화 반응의 공정 온도와 반응 시간을 조절함으로써, 연결막(CL)의 두께(T2)를 조절할 수 있다.While the two-dimensional films NS are formed, the thickness of the first electrode EL1 is reduced, and the first electrode EL1 may have a first thickness T1. The first thickness T1 may be smaller than the third thickness T3. The connection layer CL may be formed with a second thickness T2. As the process temperature and the reaction time of the chalcogenation reaction increase, the second thickness T2 of the connection film CL may increase. In other words, as the process temperature and reaction time of the chalcogenation reaction increase, the height of the two-dimensional films NS (ie, H1 and H2 in FIG. 3) may increase. By controlling the process temperature and reaction time of the chalcogenation reaction, the thickness T2 of the connecting film CL can be controlled.

도 1 내지 도 3을 다시 참조하면, 연결막(CL) 상에 반도체막(SL)이 형성될 수 있다. 반도체막(SL)을 형성하는 것은, 연결막(CL) 상에 제1 반도체 막(SL1), 제2 반도체 막(SL2) 및 제3 반도체 막(SL3)을 순차적으로 형성하는 것을 포함할 수 있다. 반도체막(SL) 상에 제2 전극(EL2)을 형성할 수 있다. 제1 전극(EL1), 연결막(CL), 반도체 막(SL) 및 제2 전극(EL2)을 포함하는 적층 구조체를 패터닝하여, 복수개의 셀들(CE)을 형성할 수 있다.Referring back to FIGS. 1 to 3, a semiconductor film SL may be formed on the connection film CL. The formation of the semiconductor film SL may include sequentially forming the first semiconductor film SL1, the second semiconductor film SL2, and the third semiconductor film SL3 on the connection film CL. . The second electrode EL2 may be formed on the semiconductor film SL. A plurality of cells CE may be formed by patterning a stacked structure including the first electrode EL1, the connection layer CL, the semiconductor layer SL, and the second electrode EL2.

도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 제조하는 방법을 나타낸 것으로, 도 2의 A-A'선에 따른 단면도들이다. 본 실시예에서는, 앞서 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 것과 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.6 and 7 illustrate a method of manufacturing a solar cell according to another embodiment of the present invention, and are cross-sectional views taken along line A-A 'in FIG. 2. In this embodiment, detailed descriptions of technical features that overlap with those previously described with reference to FIGS. 4 and 5 will be omitted, and differences will be described in detail.

도 6을 참조하면, 기판(SU) 상에 제1 전극(EL1)이 형성될 수 있다. 제1 전극(EL1)은 제1 두께(T1)로 형성될 수 있다. 제1 전극(EL1)은 투명 전도막을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 6, the first electrode EL1 may be formed on the substrate SU. The first electrode EL1 may be formed with a first thickness T1. The first electrode EL1 may include a transparent conductive film.

제1 전극(EL1) 상에 금속층(ML)이 형성될 수 있다. 금속층(ML)은 금속 M을 포함할 수 있다. 예를 들어, M은 W, Mo, Ti, V, Zn, Hf 또는 Zr을 포함할 수 있다. 금속층(ML)은 제4 두께(T4)를 가질 수 있다. 제4 두께(T4)는 5 nm 내지 100 nm일 수 있다. 보다 자세하게 제4 두께(T4)는 5 nm 내지 10 nm일 수 있다.A metal layer ML may be formed on the first electrode EL1. The metal layer ML may include metal M. For example, M may include W, Mo, Ti, V, Zn, Hf or Zr. The metal layer ML may have a fourth thickness T4. The fourth thickness T4 may be 5 nm to 100 nm. In more detail, the fourth thickness T4 may be 5 nm to 10 nm.

도 7을 참조하면, 금속층(ML)으로부터 연결막(CL)이 형성될 수 있다. 다시 말하면, 금속층(ML)이 연결막(CL)으로 변환될 수 있다. 금속층(ML)으로부터 연결막(CL)이 형성됨으로써, 연결막(CL)은 제1 전극(EL1) 상에 위치할 수 있다. 연결막(CL)은 금속층(ML)을 전구체층으로하는 칼코겐화 반응(chalcogenization reaction)을 이용하여 형성될 수 있다. 칼코겐화 반응은 금속층(ML)이 일부 또는 모두 반응할 때까지 수행될 수 있다. 칼코겐화 반응은, S, Se, O 또는 Te를 포함하는 칼코겐 전구체를 금속층(ML) 상에 제공함으로써 수행될 수 있다.Referring to FIG. 7, a connection layer CL may be formed from the metal layer ML. In other words, the metal layer ML may be converted into the connection layer CL. Since the connection layer CL is formed from the metal layer ML, the connection layer CL may be positioned on the first electrode EL1. The connection layer CL may be formed using a chalcogenization reaction using the metal layer ML as a precursor layer. The chalcogenation reaction may be performed until the metal layer (ML) partially or completely reacts. The chalcogenization reaction can be performed by providing a chalcogen precursor comprising S, Se, O or Te on the metal layer (ML).

도 1 내지 도 3을 다시 참조하면, 연결막(CL) 상에 반도체막(SL)이 형성될 수 있다. 반도체막(SL) 상에 제2 전극(EL2)을 형성할 수 있다. 일 예로, 제2 전극(EL2) 역시 투명 전도막을 포함할 수 있다. 제1 전극(EL1), 연결막(CL), 반도체 막(SL) 및 제2 전극(EL2)을 포함하는 적층 구조체를 패터닝하여, 복수개의 셀들(CE)을 형성할 수 있다.Referring back to FIGS. 1 to 3, a semiconductor film SL may be formed on the connection film CL. The second electrode EL2 may be formed on the semiconductor film SL. As an example, the second electrode EL2 may also include a transparent conductive film. A plurality of cells CE may be formed by patterning a stacked structure including the first electrode EL1, the connection layer CL, the semiconductor layer SL, and the second electrode EL2.

제1 전극(EL1)과 제2 전극(EL2)을 투명전도성 산화물을 포함하는 투명전극으로 구성하면 태양광의 일부를 투과하는 연결막을 포함한 투명 태양전지를 형성할 수 있다.When the first electrode EL1 and the second electrode EL2 are formed of a transparent electrode including a transparent conductive oxide, a transparent solar cell including a connecting film that transmits a portion of sunlight can be formed.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 나타낸 것으로, 도 2의 A-A'선에 따른 단면도이다. 본 실시예에서는, 앞서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 것과 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.8 illustrates a solar cell according to another embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line A-A 'in FIG. 2. In this embodiment, detailed descriptions of technical features that overlap with those previously described with reference to FIGS. 1 to 3 are omitted, and differences are described in detail.

도 1, 도 2 및 도 8을 참조하면, 연결막(CL)은 제1 영역(RG1) 및 제2 영역(RG2)을 포함할 수 있다. 제1 영역(RG1)은 수직하게 배향된 이차원 막들(NS)을 포함할 수 있고, 제2 영역(RG2)은 수평적으로 배향된 이차원 막들(NS)을 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 영역(RG1)의 이차원 막들(NS)은 제1 전극(EL1)의 상면으로부터 제3 방향(D3)으로 연장될 수 있다. 제2 영역(RG2)의 이차원 막들(NS)은 제1 전극(EL1)의 상면과 평행한 방향인 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 제2 영역(RG2)의 이차원 막들(NS)은 제3 방향(D3)으로 적층될 수 있다. 1, 2 and 8, the connection layer CL may include a first region RG1 and a second region RG2. The first region RG1 may include vertically oriented two-dimensional films NS, and the second region RG2 may include horizontally oriented two-dimensional films NS. For example, the two-dimensional films NS of the first region RG1 may extend in the third direction D3 from the top surface of the first electrode EL1. The two-dimensional films NS of the second region RG2 may extend in a first direction D1 which is a direction parallel to the top surface of the first electrode EL1. The two-dimensional films NS of the second region RG2 may be stacked in the third direction D3.

제2 영역(RG2)은 이차원 막들(NS)이 수평적으로 배향되었기 때문에, 제2 영역(RG2) 내에서 전류는 기판(SU)의 상면에 평행한 방향으로 흐를 수 있다. 일 예로, 제2 영역(RG2)은 제1 영역(RG1)에 의해 둘러싸일 수 있다. 제2 영역(RG2)을 둘러싸는 제1 영역(RG1)이 전류가 수평적으로 흐르는 것을 막을 수 있다. 결과적으로, 본 실시예에 따른 태양 전지는 누설 전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.In the second region RG2, since the two-dimensional films NS are horizontally oriented, current in the second region RG2 may flow in a direction parallel to the upper surface of the substrate SU. For example, the second region RG2 may be surrounded by the first region RG1. The first region RG1 surrounding the second region RG2 may prevent current from flowing horizontally. As a result, the solar cell according to this embodiment can prevent leakage current from being generated.

도 9은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지를 나타낸 사시도이다. 본 실시예에서는, 앞서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 것과 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.9 is a perspective view showing a solar cell according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, detailed descriptions of technical features that overlap with those previously described with reference to FIGS. 1 to 3 are omitted, and differences are described in detail.

도 9을 참조하면, 각각의 셀들(CE)은 순차적으로 적층된 제1 전극(EL1), 제1 연결막(CL1), 반도체 막(SL), 제2 연결막(CL2) 및 제2 전극(EL2)을 포함할 수 있다. 제1 연결막(CL1)은 제1 전극(EL1)과 제1 반도체 막(SL1) 사이에 개재되어, 이들을 서로 전기적으로 연결할 수 있다. 제2 연결막(CL2)은 제2 전극(EL2)과 제3 반도체 막(SL3) 사이에 개재되어, 이들을 서로 전기적으로 연결할 수 있다.Referring to FIG. 9, each of the cells CE is sequentially stacked with a first electrode EL1, a first connecting film CL1, a semiconductor film SL, a second connecting film CL2, and a second electrode ( EL2). The first connection layer CL1 is interposed between the first electrode EL1 and the first semiconductor layer SL1 to electrically connect them. The second connection layer CL2 is interposed between the second electrode EL2 and the third semiconductor layer SL3 to electrically connect them.

제1 연결막(CL1)은 제1 반도체 막(SL1)과 동일한 제1 도전형을 갖는 금속 화합물을 포함할 수 있다. 제2 연결막(CL2)은 제3 반도체 막(SL3)과 동일한 제2 도전형을 갖는 금속 화합물을 포함할 수 있다. 제1 연결막(CL1)은 전도체인 금속화합물을 포함할 수 있다.The first connection layer CL1 may include a metal compound having the same first conductivity type as the first semiconductor layer SL1. The second connection layer CL2 may include a metal compound having the same second conductivity type as the third semiconductor layer SL3. The first connection layer CL1 may include a metal compound that is a conductor.

제1 및 제2 연결막들(CL1, CL2) 각각은 수직하게 배향된 복수개의 이차원 막들을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 연결막들(CL1, CL2)의 이차원 막들에 관한 구체적인 설명은 앞서 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 것과 동일할 수 있다. 일 예로, 제2 연결막(CL2)의 이차원 막들은 제3 반도체 막(SL3)의 상면으로부터 상기 제2 전극(EL2)의 바닥면까지 제3 방향(D3)으로 연장될 수 있다.Each of the first and second connecting films CL1 and CL2 may include a plurality of two-dimensional films oriented vertically. A detailed description of the two-dimensional films of the first and second connecting films CL1 and CL2 may be the same as described with reference to FIGS. 2 and 3 above. For example, the two-dimensional films of the second connection layer CL2 may extend from the top surface of the third semiconductor film SL3 to the bottom surface of the second electrode EL2 in the third direction D3.

제2 전극(EL2)은, 제2 연결막(CL2)의 금속과 동일한 금속을 포함할 수 있다. 제2 연결막(CL2)이 MXy의 금속 화합물을 포함할 때, 제2 전극(EL2)은 M의 금속을 포함할 수 있다. 일 예로, 제2 연결막(CL2)이 WSe2 이차원 막들을 포함할 때, 제2 전극(EL2)은 W를 포함할 수 있다. The second electrode EL2 may include the same metal as the metal of the second connection layer CL2. When the second connection layer CL2 includes the metal compound of MX y , the second electrode EL2 may include the metal of M. For example, when the second connection layer CL2 includes WSe 2 two-dimensional layers, the second electrode EL2 may include W.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 태양 전지를 나타낸 사시도이다. 본 실시예에서는, 앞서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 것과 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.10 is a perspective view showing a solar cell according to still other embodiments of the present invention. In this embodiment, detailed descriptions of technical features that overlap with those previously described with reference to FIGS. 1 to 3 are omitted, and differences are described in detail.

도 10을 참조하면, 각각의 셀들(CE)은 순차적으로 적층된 제1 전극(EL1), 연결막(CL), 제1 반도체 막(SL1), 제2 반도체 막(SL2), 및 제2 전극(EL2)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 10, each cell CE is sequentially stacked with a first electrode EL1, a connecting film CL, a first semiconductor film SL1, a second semiconductor film SL2, and a second electrode. (EL2).

제1 반도체 막(SL1)은 광흡수층일 수 있다. 제1 반도체 막(SL1)은 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 반도체 막(SL1)은 CuInGaSe(CIGS), CuInSe(CIS), 또는 CdTe를 포함할 수 있다. 제2 반도체 막(SL2)은 제1 반도체 막(SL1)과 다른 도전형을 가진 반도체 막일 수 있다. 제2 반도체 막(SL2)은 화합물 반도체, 예를 들어, CdS, ZnO, ZnS 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The first semiconductor film SL1 may be a light absorbing layer. The first semiconductor film SL1 may include a compound semiconductor. As an example, the first semiconductor film SL1 may include CuInGaSe (CIGS), CuInSe (CIS), or CdTe. The second semiconductor film SL2 may be a semiconductor film having a different conductivity type from the first semiconductor film SL1. The second semiconductor film SL2 may include a compound semiconductor, for example, any one or more of CdS, ZnO, and ZnS.

도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 연결막(CL)은 수직적으로 배향된 이차원 막들(NS)을 포함할 수 있다. 이차원 막들(NS)은 제1 전극(EL1)의 상면으로부터 제1 반도체 막(SL1)의 바닥면까지 제3 방향(D3)으로 연장될 수 있다. 이차원 막들(NS)을 통해 제1 전극(EL1)과 제1 반도체 막(SL1)이 전기적으로 연결될 수 있다. 연결막(CL)의 이차원 막들(NS)은 제1 전극(EL1)과 제1 반도체 막(SL1) 사이의 전류의 누설을 방지할 수 있다. As described with reference to FIGS. 1 to 3, the connection film CL may include vertically oriented two-dimensional films NS. The two-dimensional films NS may extend in the third direction D3 from the top surface of the first electrode EL1 to the bottom surface of the first semiconductor film SL1. The first electrode EL1 and the first semiconductor film SL1 may be electrically connected through the two-dimensional films NS. The two-dimensional films NS of the connection film CL may prevent leakage of current between the first electrode EL1 and the first semiconductor film SL1.

실시예Example 1 One

SiO2/Si 기판 상에 Mo 막을 100nm 두께로 증착하였다. Mo 막 상에 황화 반응(sulfurization reaction)을 수행하여, MoS2 막을 형성하였다. 황화 반응의 공정 온도는 약 350 - 500℃로 유지하였다. 반응 온도가 500℃ 일 때 MoS2 막은 15nm의 두께로 형성되었다. 형성된 MoS2 막에 대한 TEM 분석을 실시한 결과, MoS2 이차원 막들이 수직적으로 배향되어 있음을 확인하였다. MoS2 막 상에 10nm의 N 형의 Si 막, 300nm의 진성 Si 막, 및 10 nm의 P 형의 Si 막을 순차적으로 형성하였다. P 형의 Si 막 상에 ITO 투명 전극을 형성하였다.On the SiO 2 / Si substrate, a Mo film was deposited to a thickness of 100 nm. Sulfurization reaction was performed on the Mo film to form a MoS 2 film. The process temperature of the sulfiding reaction was maintained at about 350-500 ° C. When the reaction temperature was 500 ° C, the MoS 2 film was formed to a thickness of 15 nm. As a result of performing TEM analysis on the formed MoS 2 film, it was confirmed that the MoS 2 two-dimensional films were vertically oriented. A 10 nm N-type Si film, a 300 nm intrinsic Si film, and a 10 nm P-type Si film were sequentially formed on the MoS 2 film. An ITO transparent electrode was formed on the P-type Si film.

실시예Example 2 2

황화 반응의 공정 온도를 약 700℃로 유지한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 태양 전지를 제조하였다. 이때, MoS2 막은 90 nm의 두께로 형성되었다. A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the process temperature of the sulfidation reaction was maintained at about 700 ° C. At this time, the MoS 2 film was formed to a thickness of 90 nm.

실시예Example 3 3

SiO2/Si 기판 상에 Mo 막을 100nm 두께로 증착하였다. Mo 막 상에 셀렌화 반응(selenization reaction)을 수행하여, MoSe2 막을 형성하였다. 셀렌화 반응의 공정 온도는 약 350 - 500℃로 유지하였다. 반응 온도가 500℃ 일 때 MoSe2 막은 15nm의 두께로 형성되었다. 이후, 실시예 1과 동일한 방법으로 태양 전지를 제조하였다. On the SiO 2 / Si substrate, a Mo film was deposited to a thickness of 100 nm. A selenization reaction was performed on the Mo film to form a MoSe 2 film. The process temperature of the selenization reaction was maintained at about 350-500 ° C. When the reaction temperature was 500 ° C, the MoSe 2 film was formed to a thickness of 15 nm. Thereafter, a solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1.

비교예Comparative example 1 One

Mo 막 상에 MoS2 막을 형성하지 않은 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 태양 전지를 제조하였다. 다시 말하면, 비교예 1에 다른 태양 전지는 실시예 1의 MoS2 막이 생략되었다.A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the MoS 2 film was not formed on the Mo film. In other words, in the solar cell according to Comparative Example 1, the MoS 2 film of Example 1 was omitted.

실험예Experimental example 1 One

실시예 1의 태양 전지와 비교예 1의 태양 전지에 대해 각각 open circuit voltage (VOC), short circuit current density (JSC), fill factor (FF), 효율, 션트 저항 및 직렬 저항을 측정하여 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다. 광의 세기는 100 mW/cm2로 조절하였다. The solar cell of Example 1 and the solar cell of Comparative Example 1 were measured for open circuit voltage (VOC), short circuit current density (JSC), fill factor (FF), efficiency, shunt resistance, and series resistance, respectively. It is shown in Table 1 below. The light intensity was adjusted to 100 mW / cm 2 .

VOC
(V)
VOC
(V)
JSC
(mA/cm2)
JSC
(mA / cm 2 )
FF
(%)
FF
(%)
효율
(%)
efficiency
(%)
Shunt 저항
(Ω)
Shunt resistance
(Ω)
직렬저항
(Ω)
Series resistance
(Ω)
실시예 1Example 1 0.8310.831 11.011.0 54.254.2 4.954.95 46004600 8181 비교예 1Comparative Example 1 0.7890.789 10.4210.42 40.140.1 3.303.30 15001500 190190

표 1을 참조하면, 실시예 1에 따른 태양 전지는 비교예 1의 태양 전지에 비해 VOC, JSC, FF 및 효율이 모두 증가하였다. 실시예 1에 따른 태양 전지는 비교예 1의 태양 전지에 비해 션트 저항이 약 3배 증가하였고, 직렬 저항은 약 2/5로 감소하였다. 이로 인해 FF와 효율이 크게 증가하였다.Referring to Table 1, the solar cell according to Example 1, VOC, JSC, FF and efficiency were all increased compared to the solar cell of Comparative Example 1. The solar cell according to Example 1 increased the shunt resistance by about 3 times, and the series resistance decreased to about 2/5 compared to the solar cell of Comparative Example 1. This significantly increased FF and efficiency.

실험예Experimental example 2 2

실시예 1의 태양 전지에 조사되는 광의 세기를 변화시켜, 그에 따른 결과를 아래 표 2에 나타내었다. The intensity of light irradiated to the solar cell of Example 1 was changed, and the results are shown in Table 2 below.

광의 세기Light intensity VOC
(V)
VOC
(V)
JSC
(mA/cm2)
JSC
(mA / cm 2 )
FF
(%)
FF
(%)
효율
(%)
efficiency
(%)
Shunt 저항
(Ω)
Shunt resistance
(Ω)
100 mW/cm2 100 mW / cm 2 0.8310.831 11.011.0 54.254.2 4.954.95 46004600 90 mW/cm2 90 mW / cm 2 0.8290.829 9.989.98 54.954.9 5.055.05 49004900 80 mW/cm2 80 mW / cm 2 0.8280.828 8.868.86 55.655.6 5.105.10 59005900 70 mW/cm2 70 mW / cm 2 0.8270.827 7.877.87 56.356.3 5.245.24 67006700 60 mW/cm2 60 mW / cm 2 0.8240.824 6.776.77 57.057.0 5.305.30 82008200 50 mW/cm2 50 mW / cm 2 0.8220.822 5.655.65 58.058.0 5.395.39 90009000 40 mW/cm2 40 mW / cm 2 0.8180.818 4.504.50 58.858.8 5.415.41 1200012000 30 mW/cm2 30 mW / cm 2 0.8120.812 3.373.37 59.759.7 5.455.45 1400014000 20 mW/cm2 20 mW / cm 2 0.8040.804 2.332.33 60.360.3 5.655.65 1800018000

표 2를 참조하면, 광의 세기가 낮아질수록 션트 저항이 증가함을 확인할 수 있다. 특히, 광의 세기가 20 mW/cm2일 때, 션트 저항은 18000 Ω이며 효율은 5.65%로, 태양 전지의 전기적 특성이 우수한 것을 확인할 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는 저조도 조건에서 우수한 성능을 발휘함을 확인할 수 있다. Referring to Table 2, it can be seen that as the light intensity decreased, the shunt resistance increased. Particularly, when the light intensity is 20 mW / cm 2 , the shunt resistance is 18000 Ω and the efficiency is 5.65%, which confirms that the electrical characteristics of the solar cell are excellent. As a result, it can be seen that the solar cell according to the embodiment of the present invention exhibits excellent performance in low light conditions.

실험예Experimental example 3 3

실시예 3의 태양 전지와 비교예 1의 태양 전지에 대해 각각 open circuit voltage (VOC), short circuit current density (JSC), fill factor (FF), 효율, 션트 저항 및 직렬 저항을 측정하여 그 결과를 아래 표 3에 나타내었다. 광의 세기는 100 mW/cm2로 조절하였다. For the solar cell of Example 3 and the solar cell of Comparative Example 1, open circuit voltage (VOC), short circuit current density (JSC), fill factor (FF), efficiency, shunt resistance, and series resistance were measured, respectively, and the results were measured. It is shown in Table 3 below. The light intensity was adjusted to 100 mW / cm 2 .

VOC
(V)
VOC
(V)
JSC
(mA/cm2)
JSC
(mA / cm 2 )
FF
(%)
FF
(%)
효율
(%)
efficiency
(%)
Shunt 저항
(Ω)
Shunt resistance
(Ω)
직렬저항
(Ω)
Series resistance
(Ω)
실시예 3Example 3 0.7770.777 11.6111.61 62.762.7 5.655.65 55005500 4646 비교예 1Comparative Example 1 0.7180.718 9.909.90 42.542.5 3.023.02 29002900 170170

표 3을 참조하면, 실시예 3에 따른 태양 전지는 비교예 1의 태양 전지에 비해 션트 저항은 증가하고 직렬 저항은 감소함을 확인할 수 있다.Referring to Table 3, it can be seen that the solar cell according to Example 3 increases the shunt resistance and decreases the series resistance compared to the solar cell of Comparative Example 1.

본 발명의 또다른 실시예로서, 투명기판 위에 투명한 제1전극 위에 Mo 금속을 증착하여 반응 온도가 500℃로 하여 20 nm의 MoSe2 층을 형성하여 26%의 투과율을 보이는 투명태양전지를 제조하였을 때 7 MW/cm2의 광조사 조건에서 션트 저항 32000 Ω과 7.7 %의 크게 개선된 효율을 얻을 수 있다. As another embodiment of the present invention, by depositing a Mo metal on a transparent first electrode on a transparent substrate to form a MoSe 2 layer of 20 nm with a reaction temperature of 500 ° C to prepare a transparent solar cell showing 26% transmittance When the light irradiation condition of 7 MW / cm 2 , shunt resistance of 32000 Ω and greatly improved efficiency of 7.7% can be obtained.

상기 수 차례 제시된 이차원 소재인 금속화합물은 MaXb (a, b = 0을 제외한 양의 정수) (M: 금속; X: 칼코겐 원소)일 수 있다.The metal compound that is the two-dimensional material presented several times may be M a X b (a, b = a positive integer excluding 0) (M: metal; X: chalcogen element).

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can implement the present invention in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. You will understand that there is. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

Claims (17)

기판;
상기 기판 상의 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 및 제2 전극들 사이에 개재된 적어도 하나의 반도체 막; 및
상기 제1 전극과 상기 반도체 막 사이에 개재되어, 이들을 서로 전기적으로 연결하는 제1 연결막을 포함하되,
상기 제1 연결막은, 상기 제1 전극의 상면으로부터 상기 반도체 막의 바닥면까지 수직하게 연장되는 복수개의 이차원 막들을 포함하고,
상기 이차원 막들은 금속 화합물을 포함하는 태양 전지.
Board;
A first electrode, a second electrode, and at least one semiconductor film interposed between the first and second electrodes on the substrate; And
Interposed between the first electrode and the semiconductor film, including a first connection film for electrically connecting them to each other,
The first connection film includes a plurality of two-dimensional films extending vertically from an upper surface of the first electrode to a bottom surface of the semiconductor film,
The two-dimensional film is a solar cell comprising a metal compound.
제1항에 있어서,
상기 이차원 막들 각각은, 이차원 단일 층(monolayer)이 복수개 겹쳐진 구조를 갖되, 인접하는 단일 층들 간에는 반데르발스 인력을 갖는 태양 전지.
According to claim 1,
Each of the two-dimensional films has a structure in which a plurality of two-dimensional monolayers are overlapped, and a solar cell having van der Waals attraction between adjacent single layers.
제1항에 있어서,
상기 제1 전극은, 상기 이차원 막들의 금속과 동일한 금속을 포함하는 태양 전지.
According to claim 1,
The first electrode, a solar cell comprising the same metal as the metal of the two-dimensional films.
제1항에 있어서,
상기 제1 전극은 금속 M을 포함하고,
상기 이차원 막들의 상기 금속 화합물은 MXy의 화학식을 가지며,
상기 M은 W, Mo, Ti, V, Zn, Hf 또는 Zr를 포함하고,
상기 X는 S, Se, O 또는 Te를 포함하며,
상기 y는 1, 2 또는 3인 태양 전지.
According to claim 1,
The first electrode includes a metal M,
The metal compound of the two-dimensional films has the formula MX y ,
The M includes W, Mo, Ti, V, Zn, Hf or Zr,
The X includes S, Se, O or Te,
The y is 1, 2 or 3 solar cell.
제1항에 있어서,
상기 이차원 막들은 상기 기판에 대해 수직적으로 배향되되,
상기 이차원 막들 중 제1 이차원 막은 제1 방향으로 연장되고,
상기 이차원 막들 중 제2 이차원 막은 제2 방향으로 연장되며,
상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 교차하는 태양 전지.
According to claim 1,
The two-dimensional films are oriented perpendicular to the substrate,
The first two-dimensional film of the two-dimensional film is extended in the first direction,
The second two-dimensional film of the two-dimensional film is extended in the second direction,
The solar cell in which the first direction and the second direction intersect each other.
제1항에 있어서,
상기 제1 연결막은 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고,
상기 제1 영역의 상기 이차원 막들은 수직하게 배향되고,
상기 제2 영역의 상기 이차원 막들은 수평적으로 배향되는 태양 전지.
According to claim 1,
The first connecting layer includes a first region and a second region,
The two-dimensional films of the first region are oriented vertically,
The two-dimensional films of the second region are horizontally oriented solar cells.
제1항에 있어서,
상기 반도체 막은, 제1 반도체 막 및 상기 제1 반도체 막 상의 제2 반도체 막을 포함하고,
상기 제1 반도체 막은 제1 도전형을 가지며,
상기 제2 반도체 막은 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형을 갖고,
상기 제1 연결막은 상기 제1 전극과 상기 제1 반도체 막 사이에 개재되며,
상기 이차원 막들은 상기 제1 도전형을 갖는 태양 전지.
According to claim 1,
The semiconductor film includes a first semiconductor film and a second semiconductor film on the first semiconductor film,
The first semiconductor film has a first conductivity type,
The second semiconductor film has a second conductivity type different from the first conductivity type,
The first connection film is interposed between the first electrode and the first semiconductor film,
The two-dimensional films are solar cells having the first conductivity type.
제7항에 있어서,
상기 제1 및 제2 반도체 막들 각각은, 실리콘, 게르마늄, 실리콘-게르마늄 또는 실리콘 카바이드, 실리콘 옥사이드막을 포함하는 태양 전지.
The method of claim 7,
Each of the first and second semiconductor films includes a silicon, germanium, silicon-germanium or silicon carbide, silicon oxide film.
제7항에 있어서,
상기 제1 반도체 막은, CuInGaSe(CIGS), CuInSe(CIS), 또는 CdTe를 포함하고,
상기 제2 반도체 막은 CdS, ZnS, 또는 ZnO를 포함하는 태양 전지.
The method of claim 7,
The first semiconductor film includes CuInGaSe (CIGS), CuInSe (CIS), or CdTe,
The second semiconductor film comprises a CdS, ZnS, or ZnO solar cell.
제1항에 있어서,
상기 반도체 막 및 상기 제2 전극 사이에 개재된 제2 연결막을 더 포함하되,
상기 제2 연결막은, 상기 반도체 막의 상면으로부터 상기 제2 전극의 바닥면까지 수직하게 연장되는 복수개의 이차원 막들을 포함하는 태양 전지.
According to claim 1,
Further comprising a second connecting film interposed between the semiconductor film and the second electrode,
The second connection film, a solar cell including a plurality of two-dimensional films extending vertically from the top surface of the semiconductor film to the bottom surface of the second electrode.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극들 중 적어도 하나는 투명 전도막을 포함하는 태양 전지.
According to claim 1,
At least one of the first and second electrodes comprises a transparent conductive film.
제11항에 있어서,
상기 투명 전도막은 ZnO, InSnO 또는 SnO를 포함하는 태양 전지.
The method of claim 11,
The transparent conductive film is a solar cell comprising ZnO, InSnO or SnO.
기판 상에 제1 전극을 형성하는 것;
상기 제1 전극 상에 칼코겐화 반응을 수행하여, 연결막을 형성하는 것; 및
상기 연결막 상에, 반도체 막 및 제2 전극을 순차적으로 형성하는 것을 포함하되,
상기 연결막을 형성하는 것은, 상기 제1 전극 상의 금속과 칼코겐 전구체가 반응하여, 수직적으로 배향된 복수개의 이차원 막들을 형성하는 것을 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
Forming a first electrode on the substrate;
Performing a chalcogenation reaction on the first electrode to form a connecting film; And
On the connecting film, comprising sequentially forming a semiconductor film and a second electrode,
The method of manufacturing the solar cell includes forming a plurality of two-dimensional films vertically oriented by reacting a metal and a chalcogen precursor on the first electrode.
제13항에 있어서,
상기 이차원 막들의 적어도 일 영역은, 상기 제1 전극의 상면으로부터 수직하게 성장되는 태양 전지의 제조 방법.
The method of claim 13,
A method of manufacturing a solar cell, wherein at least one region of the two-dimensional films is grown vertically from an upper surface of the first electrode.
제13항에 있어서,
상기 이차원 막들 각각은, 단일 층들이 서로 반데르발스 인력으로 결합된 구조를 갖는 태양 전지의 제조 방법.
The method of claim 13,
Each of the two-dimensional films, a method of manufacturing a solar cell having a structure in which single layers are bonded to each other by van der Waals attraction.
제13항에 있어서,
상기 반도체 막을 형성하는 것은, 상기 연결막 상의 제1 반도체 막, 및 상기 제1 반도체 막 상의 제2 반도체 막을 형성하는 것을 포함하고,
상기 제1 반도체 막은 제1 도전형을 가지며,
상기 제2 반도체 막은 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형을 갖고,
상기 이차원 막들은 상기 제1 도전형을 갖는 태양 전지의 제조 방법.
The method of claim 13,
Forming the semiconductor film includes forming a first semiconductor film on the connection film and a second semiconductor film on the first semiconductor film,
The first semiconductor film has a first conductivity type,
The second semiconductor film has a second conductivity type different from the first conductivity type,
The two-dimensional film is a method of manufacturing a solar cell having the first conductivity type.
제13항에 있어서,
상기 칼코겐화 반응의 공정 온도를 조절하여, 상기 연결막의 두께를 조절하는 것을 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
The method of claim 13,
A method of manufacturing a solar cell further comprising controlling the process temperature of the chalcogenation reaction to control the thickness of the connecting film.
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