KR20200033569A - ＣｕＩ 이중 박막 증착 방법 및 이를 이용한 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CuI 이중 박막 증착 방법 및 이를 이용한 태양전지에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 CuI 이중 박막 증착 방법은, 진공증착 장비에 실리콘 웨이퍼를 배치하고, CuI(Copper Iodide) 분말을 보트 내에 담는 단계; 진공증착 장비의 챔버 환경을 고진공 환경으로 형성하는 단계; 상기 진공증착 장비의 보트에 담겨진 CuI 분말을 가열하여 상기 실리콘 웨이퍼에 1차로 증착시키는 단계; 상기 진공증착 장비의 챔버 환경을 고진공 환경으로 다시 형성하는 단계; 및 상기 진공증착 장비의 보트에 담겨진 CuI 분말을 가열하여 상기 실리콘 웨이퍼에 2차로 증착시키는 단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 CuI 이중 박막 증착 방법 및 이를 이용한 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 CuI 이중 박막 증착 공정을 통해 태양전지의 정공 선택 접촉층을 형성함으로써 핀홀 현상의 발생을 줄이면서 박막의 두께를 감소시키기 위한, CuI 이중 박막 증착 방법 및 이를 이용한 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 에너지 전환 소자로서, 반도체의 광기전 효과를 이용하여 태양 에너지를 전기 에너지로 전환한다. 이러한 태양전지는 실리콘 웨이퍼, 화합물 반도체(CIS/CIGS 등), 염료 감응, 유기물(폴리머) 등을 이용한 방식에 대해 연구가 진행되고 있다.
일례로, 실리콘 재질의 태양전지는 p-n 접합으로 이루어질 수 있는데, p-n 접합부에 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생된다. 이에 따라, 태양전지는 양단에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.
최근에는 차세대 태양전지의 개발과 관련하여 전하(정공) 선택형 태양전지 최상층에 바늘 구멍 정도의 작은 핀홀(pinhole)이 다수 발생하는 문제를 해결하기 위한 연구가 진행중에 있다.
이러한 핀홀은 박막을 통해 공기속의 물과 기타 가스 분자들이 확산될 수 있는 통로가 되어 태양전지의 수명을 저하시키는 요인으로 중요한 역할을 할 수 있다. 또한, 핀홀은 태양전지의 쇼트 현상을 일으켜 개방전압(Voc)을 크게 떨어트릴 수 있는 요인이 되기 때문에 필수적으로 해결되어야 한다.
핀홀 현상을 개선하기 위해서는 태양전지의 최상층 박막의 두께 증가가 필연적이다. 하지만, 태양전지의 최상층 박막이 두꺼워지는 경우에는 전자와 정공의 재결합률(recombination rate)이 증가하게 되기 때문에 태양전지 변환 효율 감소에 영향을 크게 미칠 수 있다.
따라서, 기존의 태양전지는 핀홀 현상의 발생을 줄이면서 박막의 두께를 감소시키는 방안이 마련될 필요가 있다.
본 발명의 목적은 CuI 이중 박막 증착 공정을 통해 태양전지의 정공 선택 접촉층을 형성함으로써 핀홀 현상의 발생을 줄이면서 박막의 두께를 감소시키기 위한, CuI 이중 박막 증착 방법 및 이를 이용한 태양전지를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 CuI 이중 박막 증착 방법은, 진공증착 장비에 실리콘 웨이퍼를 배치하고, CuI(Copper Iodide) 분말을 보트 내에 담는 단계; 진공증착 장비의 챔버 환경을 고진공 환경으로 형성하는 단계; 상기 진공증착 장비의 보트에 담겨진 CuI 분말을 가열하여 상기 실리콘 웨이퍼에 1차로 증착시키는 단계; 상기 진공증착 장비의 챔버 환경을 고진공 환경으로 다시 형성하는 단계; 및 상기 진공증착 장비의 보트에 담겨진 CuI 분말을 가열하여 상기 실리콘 웨이퍼에 2차로 증착시키는 단계;를 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 실리콘 웨이퍼를 2차로 증착시키는 단계 이후에, 열처리 공정을 수행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 실리콘 웨이퍼는, 상기 CuI 분말이 1Å/S 증착속도로 증착되는 것일 수 있다.
상기 실리콘 웨이퍼는, RCA-1 공정 및 RCA-2 공정을 통한 클리닝 공정이 진행된 것일 수 있다.
상기 실리콘 웨이퍼에 1차로 증착시키는 단계는, 증착 두께 3∼5㎚이고, 전체 두께에서 차지하는 비율을 10∼15%로 증착시키는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지는, 반도체층 상에 정공 선택 접촉층(Hole Selective Contact layer)이 적층되어 전면에 형성되는 태양전지에 있어서, 상기 정공 선택 접촉층은, CuI 이중 증착 공정을 통해 CuI 이중 박막층으로 형성되는 것일 수 있다.
상기 CuI 이중 증착 공정은, 진공증착 장비에 실리콘 웨이퍼를 배치하고, CuI(Copper Iodide) 분말을 보트 내에 담고, 진공증착 장비의 챔버 환경을 고진공 환경으로 형성하며, 상기 진공증착 장비의 보트에 담겨진 CuI 분말을 가열하여 상기 실리콘 웨이퍼에 1차로 증착시키고, 상기 진공증착 장비의 챔버 환경을 고진공 환경으로 다시 형성하며, 상기 진공증착 장비의 보트에 담겨진 CuI 분말을 가열하여 상기 실리콘 웨이퍼에 2차로 증착시키는 것일 수 있다.
상기 정공 선택 접촉층은, 상기 CuI 이중 증착 공정을 수행된 이후에, 열처리 공정이 더 수행되는 것일 수 있다.
상기 실리콘 웨이퍼에 1차로 증착시키는 1차 박막은, 증착 두께 3∼5㎚가 되고, 전체 두께에서 차지하는 비율을 10∼15%로 증착되는 것일 수 있다.
본 발명은 CuI 이중 박막 증착 공정을 통해 태양전지의 정공 선택 접촉층을 형성함으로써 핀홀 현상의 발생을 줄이면서 박막의 두께를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 전하 수집 측면에서 낮은 박막 두께로 인한 비저항 개선, 전하 이동도 증가, 높은 투과율을 가짐과 동시에 핀홀 현상을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 단면을 나타낸 도면,
도 2는 상기 도 1의 태양전지의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면,
도 3은 CuI 두께에 따른 투과율을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 CuI 이중 박막 증착 방법을 나타낸 도면,
도 5는 상기 도 4에 의해 형성된 CuI 이중 박막을 나타낸 도면,
도 6은 증착 두께별 1차 박막 비율에 따른 태양전지 효율을 나타낸 도면,
도 7은 CuI 단일 박막 두께 변화에 따른 비저항의 변화를 나타낸 도면,
도 8은 CuI 단일 박막 두께 변화에 따른 소수 전하 이동도의 변화를 나타낸 도면,
도 9는 CuI 단일 박막 두께 변화에 따른 태양전기 광전 변환효율의 변화를 나타낸 도면,
도 10은 CuI 단일 박막 증착시 열처리 환경에 따른 박막 변화를 나타낸 SEM 이미지를 나타낸 도면,
도 11은 CuI 단일 박막 및 CuI 이중 박막의 측면 SEM 이미지를 나타낸 도면,
도 12은 CuI 단일 박막의 두께 변화에 따른 태양전전지의 광전 변환효율을 나타낸 도면,
도 13은 CuI 이중 박막의 두께 변화에 따른 태양전전지의 광전 변환효율을 나타낸 도면,
도 14는 80㎚ 두께의 CuI 단일 박막이 적용된 태양전지의 I-V 변화를 나타낸 도면,
도 15는 30㎚ 두께의 CuI 이중 박막이 적용된 태양전지의 I-V 변화를 나타낸 도면,
도 16은 상기 도 14와 도 15의 최고 변환효율 특성 비교를 나타낸 도면이다.
도 2는 상기 도 1의 태양전지의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면,
도 3은 CuI 두께에 따른 투과율을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 CuI 이중 박막 증착 방법을 나타낸 도면,
도 5는 상기 도 4에 의해 형성된 CuI 이중 박막을 나타낸 도면,
도 6은 증착 두께별 1차 박막 비율에 따른 태양전지 효율을 나타낸 도면,
도 7은 CuI 단일 박막 두께 변화에 따른 비저항의 변화를 나타낸 도면,
도 8은 CuI 단일 박막 두께 변화에 따른 소수 전하 이동도의 변화를 나타낸 도면,
도 9는 CuI 단일 박막 두께 변화에 따른 태양전기 광전 변환효율의 변화를 나타낸 도면,
도 10은 CuI 단일 박막 증착시 열처리 환경에 따른 박막 변화를 나타낸 SEM 이미지를 나타낸 도면,
도 11은 CuI 단일 박막 및 CuI 이중 박막의 측면 SEM 이미지를 나타낸 도면,
도 12은 CuI 단일 박막의 두께 변화에 따른 태양전전지의 광전 변환효율을 나타낸 도면,
도 13은 CuI 이중 박막의 두께 변화에 따른 태양전전지의 광전 변환효율을 나타낸 도면,
도 14는 80㎚ 두께의 CuI 단일 박막이 적용된 태양전지의 I-V 변화를 나타낸 도면,
도 15는 30㎚ 두께의 CuI 이중 박막이 적용된 태양전지의 I-V 변화를 나타낸 도면,
도 16은 상기 도 14와 도 15의 최고 변환효율 특성 비교를 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 단면을 나타낸 도면이고, 도 2는 상기 도 1의 태양전지의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이며, 도 3은 CuI 두께에 따른 투과율을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지(100)는, 반도체층(40) 상에 정공 선택 접촉층(Hole Selective Contact layer, HSC)(30)을 적층하여 전면에 형성한다. 여기서, 반도체층(40)은 c-Si(n)층으로서, n-type 반도체 물질로 이루어질 수 있다.
그리고, 정공 선택 접촉층(30)은 CuI(Copper Iodide) 이중 증착 공정을 통해 CuI 이중 박막층으로 형성된다.
여기서, CuI 물질은 p-type 반도체 물질로서, 태양전지 내부에 생성된 전자와 정공에 대해 정공 분리에 유리하고, 정공(전하)을 선택적으로 빠르게 수집이 가능하므로 정공 선택 접촉층으로 사용하기에 적합하다. 이러한 CuI 물질은 5×10-2Ω㎝의 높은 전하 이동도를 나타낸다.
또한, CuI 물질은 도 2와 같이 단일층으로 증착할 때 두께에 따른 투과율이 80% 이상의 높은 투과율을 나타내고, 4.7eV의 높은 일함수(work funciton)를 가진다.
그리고, 태양전지(100)는 정공 선택 접촉층(30)에 의해 에너지 밴드 다이어그램(energy band diagram)이 도 3와 같이 나타낼 수 있다. 즉, 정공 선택 접촉층(30)은 도 3에 도시된 바와 같이, 정공 한쪽에 대한 장벽 높이(barrier height)를 통해 정공의 움직임을 제어하거나, 블럭킹(blocking) 또는 터널링(tunneling)을 통해 전자를 선택적으로 수집할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, CuI 물질은 태양전지(100)의 정공 선택 접촉층(30)에 적합한 물질이다.
한편, 정공 선택 접촉층(30)은 상부측에 투명 전극층(transparent electrode layer)(20)과 전면 단자(front contact)(10)가 적층되어 형성된다. 여기서, 투명 전극층(20)은 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO), 투명 전도성 산화물(Transparent Conducting Oxide, TCO), 은나노와이어(siver nanowire), 탄소나노튜브(Carbon NanoTube, CNT), 그래핀(graphene), 전도성 고분자(coducting polymer), ZnO(Zinc Oxide), SnO2(Tin Dioxide), TiO2(Titanium Dioxide), GZO(Ga-doped ZnO), AZO(Al-doped ZnO) 등의 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합된 재질로 형성된다. 전면 단자(10)는 그리드 전극으로서, 은(Ag) 재질일 수 있다.
투명 전극층(20)과 전면 단자(10)는 외부 이물질 접촉을 방지하기 위한 보호커버로서 글래스층(미도시)이 형성될 수 있고, 글래스층에는 반사된 빛이 서로 상쇄간섭을 일으켜 태양전지 표면에서의 빛 반사량을 줄이기 위한 패시베이션(passivation) 또는 반사 방지막(antireflective layer)을 형성할 수 있다.
그리고, 반도체층(40)은 하부측에 도핑층(dopping layer)(50)과 후면 단자(back contact)(60)가 적층되어 형성된다. 여기서, 도핑층(50)은 c-Si(n+)층으로서, n+ 도핑이 시행되고, 후면 단자(60)는 도핑층(50)에 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)을 증착하여 후면 전계(Back Surface Field, BSF)를 형성한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 CuI 이중 박막 증착 방법을 나타낸 도면이고, 도 5는 상기 도 4에 의해 형성된 CuI 이중 박막을 나타낸 도면이며, 도 6은 증착 두께별 1차 박막 비율에 따른 태양전지 효율을 나타낸 도면이다.
먼저, 증착 대상 기판인 n-type 실리콘 웨이퍼(Si wafer)가 RCA-1 공정과 RCA-2 공정을 통해 클리닝이 진행된다(S101).
이후, 실리콘 웨이퍼는 진공증착(evaporator) 장비의 챔버 내에 배치되고, CuI 분말은 진공증착 장비의 챔버 내 텅스텐(W) 재질의 보트(boat)에 담겨진다(S102).
이후, 진공증착 장비에 의해 CuI 분말이 실리콘 웨이퍼에 이중 박막으로 증착된다.
먼저, 챔버 환경이 고진공(< 5*10-6Torr) 환경으로 1차 형성된다(S103). 이때, CuI 분말은 텅스텐 보트가 서서히 가열됨에 따라 1Å/S 증착속도로 실리콘 웨이퍼에 증착되어 1차 박막(CuI seed layer)(31)이 형성된다(S104).
다음으로, 1차 박막이 형성된 이후, 다시 10분간 챔버 환경이 고진공(< 5*10-6Torr) 환경으로 2차 형성된다(S105). 이때, CuI 분말은 텅스텐 보트가 서서히 가열됨에 따라 1Å/S 증착속도로 실리콘 웨이퍼에 증착되어 2차 박막(CuI main layer)(32)이 형성된다(S106).
이후, CuI 이중 박막이 증착된 이후에, 열처리 공정이 진행될 수 있다(S107).
이와 같이, 정공 선택 접촉층(30)을 형성하기 위한 CuI 박막 증착 공정의 경우에는 CuI 단일 박막 증착 공정이 아닌 CuI 이중 박막 증착 공정이 바람직하다. 즉, CuI 단일 박막 증착 공정의 경우에는 얇은 두께에서 박막 표면에 다수의 핀홀이 발생할 수 있고, 이를 해결하기 위해서는 필연적으로 CuI 박막의 두께가 증가된다.
전술한 바와 같이, 정공 선택 접촉층(30)은 1차 박막(31)과 2차 박막(32)으로 구성되는 CuI 이중 박막으로 형성된다.
도 6을 참조하면, 1차 박막(31)은 증착 두께에 따라 태양전지 효율이 달라지기는 하지만, 증착 두께에 따라 전체 두께에서 차지하는 비율이 7.5∼20%일 때 태양전지 효율이 10% 이상을 유지한다.
1차 박막(31)은 전체 증착 두께 30㎚일 때 전체 두께에서 차지하는 비율이 7.5∼15%일때 태양전지 효율이 11% 이상을 유지하고, 증착 두께 50㎚일 때 전체 두께에서 차지하는 비율이 10∼15%일때 태양전지 효율이 11% 이상을 유지한다. 이와 같이, 1차 박막(31)은 증착 두께 3∼5㎚이고, 전체 두께에서 차지하는 비율이 10∼15%일 때 최적 상태의 태양전지 효율을 나타낸다. 1차 박막(31)은 전체 두께에서 차지하는 비율이 10% 이하일 때 또는 15% 이상일 때 점차 태양전지 효율이 떨어지는 것을 알 수 있다.
도 7은 CuI 단일 박막 두께 변화에 따른 비저항의 변화를 나타낸 도면이고, 도 8은 CuI 단일 박막 두께 변화에 따른 소수 전하 이동도의 변화를 나타낸 도면이며, 도 9는 CuI 단일 박막 두께 변화에 따른 태양전기 광전 변환효율의 변화를 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, CuI 단일 박막은 다수의 핀홀이 없어지는 80㎚의 두꺼운 박막에서 비저항 및 소수 전하 이동도가 최적의 결과를 나타내는 것을 알 수 있다.
도 7을 참조하면, 비저항은 박막 내부의 전하 이동과 연관되는 지표로서, 낮은 값일수록 좋은 결과를 의미한다. 여기서, CuI 단일 박막은 80㎚ 두께에서 5.37*10-2Ω㎝로 가장 낮은 비저항 수치를 나타낸다.
도 8을 참조하면, 소수 전하 이동도는 박막 내부에서 소수 전하가 이동할 수 있는 평균 시간을 나타내는 지표로서, 긴 시간일수록 좋은 결과를 의미한다. 여기서, CuI 단일 박막은 80㎚ 두께에서 90㎲로 가장 긴 소수 전하 이동도 수치를 나타낸다.
한편, 도 9의 태양전지 광전 변환효율도 도 7 및 도 8의 CuI 단일 박막 특성 분석 결과와 마찬가지로 유사한 결과 추이를 나타낸다. 태양전지(100)는 CuI 단일 박막이 80㎚ 두께에서 Voc 0.43V, Jsc 36.3mA, FF 44.50%를 기반으로 하여 6.94%의 광전 변환효율(Eff)을 나타낸다. 즉, CuI 단일 박막이 80㎚ 두께에서 태양전지(100)의 광전 변환효율이 가장 좋게 나타난다.
도 10은 CuI 단일 박막 증착시 열처리 환경에 따른 박막 변화를 나타낸 SEM 이미지를 나타낸 도면이다.
도 10은 n-type 실리콘 웨이퍼 상에 80㎚ 두께로 증착된 CuI 단일 박막의 SEM 이미지를 나타내는데, (a)는 CuI 단일 박막의 측면 SEM 이미지를 나타내고, (b)는 CuI 단일 박막의 표면 SEM 이미지를 나타낸다. (c)는 CuI 단일 박막이 증착된 이후에 열처리 진행 후 SEM 이미지를 나타내고, (d)는 CuI 단일 박막이 증착을 진행하면서 열처리 공정을 동시에 진행한 후 SEM 이미지를 나타낸다.
도 10의 (a) 및 (b)와 같이, CuI 단일 박막은 증착시에 박막 표면에 다수의 핀홀이 발생함을 알 수 있다.
도 10의 (c)와 같이 CuI 단일 박막이 증착 이후에 열처리 공정을 진행하는 경우에는, 기존 박막 대비 핀홀이 크게 감소함을 알 수 있고, 도 10의 (d)와 같이 CuI 단일 박막이 증착을 진행하면서 열처리 공정을 동시에 진행하는 경우에는, 가장 개선된 상태를 나타냄을 알 수 있다.
이러한 이유로, CuI 이중 박막 증착 고정에서도 증착 이후에 열처리 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
도 11은 CuI 단일 박막 및 CuI 이중 박막의 측면 SEM 이미지를 나타낸 도면이고, 도 12은 CuI 단일 박막의 두께 변화에 따른 태양전전지의 광전 변환효율을 나타낸 도면이며, 도 13은 CuI 이중 박막의 두께 변화에 따른 태양전전지의 광전 변환효율을 나타낸 도면이다.
도 11의 (a)는 80㎚ 두께로 증착된 CuI 단일 박막의 측면 SEM 이미지를 나타내고, 도 11의 (b)는 80㎚ 두께로 증착된 CuI 이중 박막의 측면 SEM 이미지를 나타내며, 도 11의 (c)는 30㎚ 두께로 증착된 CuI 이중 박막의 측면 SEM 이미지를 나타낸다.
도 11의 (a)와 (b)를 살펴보면, CuI 이중 박막은 CuI 단일 박막에 비해 핀홀 현상이 크게 개선되었음을 알 수 있다. 더욱이, 도 11의 (c)와 같이, CuI 이중 박막은 80㎚ 두께 이하의 30㎚ 두께에서도 핀홀 현상이 크게 개선되었음을 알 수 있다. 이는 전하 수집 측면에서 낮은 박막 두께로 인한 비저항 개선, 전하 이동도 증가, 높은 투과율을 가짐과 동시에 핀홀 현상을 개선함으로써, 태양전지 제작에 좋은 결과를 기대할 수 있다.
도 12를 보면, CuI 단일 박막은 80㎚ 두께에서 태양전지(100)의 광전 변환효율이 우수함을 알 수 있고, CuI 이중 박막은 도 13에서 예상되는 바와 같이, 80㎚ 두께 이하 특히, 30㎚ 두께에서 12.3%의 가장 높은 광전 변환효율을 나타내는 것을 알 수 있다.
도 14는 80㎚ 두께의 CuI 단일 박막이 적용된 태양전지의 I-V 변화를 나타낸 도면이고, 도 15는 30㎚ 두께의 CuI 이중 박막이 적용된 태양전지의 I-V 변화를 나타낸 도면이며, 도 16은 상기 도 14와 도 15의 최고 변환효율 특성 비교를 나타낸 도면이다.
도 14 내지 도 16을 참조하면, 30㎚ 두께의 CuI 이중 박막은 80㎚ 두께의 CuI 단일 박막에 비해, 최고 변환효율이 6.94%에서 12.31%로 5.37% 증가한 수치를 나타낸다.
마찬가지로, 30㎚ 두께의 CuI 이중 박막은 80㎚ 두께의 CuI 단일 박막에 비해, Voc가 0.43V에서 0.584V로 0.154V 증가한 수치를 나타내고, Jsc가 36.3mA에서 37.22mA로 0.92mA 증가한 수치를 나타내며, FF가 44.50%에서 56.70%로 12.20% 증가한 수치를 나타낸다.
비록 상기 설명이 다양한 실시예들에 적용되는 본 발명의 신규한 특징들에 초점을 맞추어 설명되었지만, 본 기술 분야에 숙달된 기술을 가진 사람은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 상기 설명된 장치 및 방법의 형태 및 세부 사항에서 다양한 삭제, 대체, 및 변경이 가능함을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명에서보다는 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된다. 특허청구범위의 균등 범위 안의 모든 변형은 본 발명의 범위에 포섭된다.
10 : 전면 단자
20 : 투명 전극층
30 : 정공 선택 접촉층 40 : 반도체층
50 : 도핑층 60 : 후면 단자
100 : 태양전지
30 : 정공 선택 접촉층 40 : 반도체층
50 : 도핑층 60 : 후면 단자
100 : 태양전지
Claims (11)
- 진공증착 장비에 실리콘 웨이퍼를 배치하고, CuI(Copper Iodide) 분말을 보트 내에 담는 단계;
진공증착 장비의 챔버 환경을 고진공 환경으로 형성하는 단계;
상기 진공증착 장비의 보트에 담겨진 CuI 분말을 가열하여 상기 실리콘 웨이퍼에 1차로 증착시키는 단계;
상기 진공증착 장비의 챔버 환경을 고진공 환경으로 다시 형성하는 단계; 및
상기 진공증착 장비의 보트에 담겨진 CuI 분말을 가열하여 상기 실리콘 웨이퍼에 2차로 증착시키는 단계;
를 포함하는 CuI 이중 박막 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 웨이퍼를 2차로 증착시키는 단계 이후에, 열처리 공정을 수행하는 단계;
를 더 포함하는 CuI 이중 박막 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 웨이퍼는,
상기 CuI 분말이 1Å/S 증착속도로 증착되는 것인 CuI 이중 박막 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 웨이퍼는,
RCA-1 공정 및 RCA-2 공정을 통한 클리닝 공정이 진행된 것인 CuI 이중 박막 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 웨이퍼에 1차로 증착시키는 단계는,
증착 두께 3∼5㎚이고, 전체 두께에서 차지하는 비율을 10∼15%로 증착시키는 것인 CuI 이중 박막 증착 방법.
- 반도체층 상에 정공 선택 접촉층(Hole Selective Contact layer)이 적층되어 전면에 형성되는 태양전지에 있어서, 상기 정공 선택 접촉층은, CuI 이중 증착 공정을 통해 CuI 이중 박막층으로 형성되는 것인 태양전지.
- 제 6 항에 있어서,
상기 CuI 이중 증착 공정은,
진공증착 장비에 실리콘 웨이퍼를 배치하고, CuI(Copper Iodide) 분말을 보트 내에 담고,
진공증착 장비의 챔버 환경을 고진공 환경으로 형성하며,
상기 진공증착 장비의 보트에 담겨진 CuI 분말을 가열하여 상기 실리콘 웨이퍼에 1차로 증착시키고,
상기 진공증착 장비의 챔버 환경을 고진공 환경으로 다시 형성하며,
상기 진공증착 장비의 보트에 담겨진 CuI 분말을 가열하여 상기 실리콘 웨이퍼에 2차로 증착시키는 것인 태양전지.
- 제 7 항에 있어서,
상기 정공 선택 접촉층은,
상기 CuI 이중 증착 공정이 수행된 이후에, 열처리 공정이 더 수행되는 것인 태양전지.
- 제 7 항에 있어서,
상기 실리콘 웨이퍼는,
상기 CuI 분말이 1Å/S 증착속도로 증착되는 것인 태양전지.
- 제 7 항에 있어서,
상기 실리콘 웨이퍼는,
RCA-1 공정 및 RCA-2 공정을 통한 클리닝 공정이 진행된 것인 태양전지.
- 제 7 항에 있어서,
상기 실리콘 웨이퍼에 1차로 증착시키는 1차 박막은,
증착 두께 3∼5㎚가 되고, 전체 두께에서 차지하는 비율을 10∼15%로 증착되는 것인 태양전지.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020180113006A KR20200033569A (ko) | 2018-09-20 | 2018-09-20 | ＣｕＩ 이중 박막 증착 방법 및 이를 이용한 태양전지 |
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|---|---|---|---|
| KR1020180113006A KR20200033569A (ko) | 2018-09-20 | 2018-09-20 | ＣｕＩ 이중 박막 증착 방법 및 이를 이용한 태양전지 |
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| KR20200033569A true KR20200033569A (ko) | 2020-03-30 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220380893A1 (en) * | 2019-06-12 | 2022-12-01 | President And Fellows Of Harvard College | Copper halide layers |
Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR20180042441A (ko) | 2016-08-25 | 2018-04-25 | 항조우 마이크로콴타 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 | 페로브스카이트 박막의 저압 화학 증착 장비 및 그의 사용 방법과 응용 |
-
2018
- 2018-09-20 KR KR1020180113006A patent/KR20200033569A/ko unknown
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