KR20210025282A - Method for manufacturing 3-dimensional transparent solar cell - Google Patents

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Abstract

A method for manufacturing a three-dimensional transparent solar cell of the present invention comprises the steps of: (a) manufacturing a three-dimensional structure on a Si substrate based on a photoresist pattern; and (b) manufacturing a solar cell in the three-dimensional structure in which the Si substrate is separated, and use a micro-pillar array, which is the three-dimensional structure. Therefore, the effective light absorption is implemented even using a small light absorber material (thin thickness) since using an extended light absorption area due to the three-dimensional structure rather than a device implemented on a flat surface.

Description

3차원 투명 태양전지 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING 3-DIMENSIONAL TRANSPARENT SOLAR CELL}3D transparent solar cell manufacturing method {METHOD FOR MANUFACTURING 3-DIMENSIONAL TRANSPARENT SOLAR CELL}

본 발명은 3차원 투명 태양전지 제조방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 폴리머재료를 이용하여 제작한 3차원(3-dimensional; 3D) 미세구조체(micro-structure) 어레이를 결합한 3차원 투명 태양전지 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional transparent solar cell, and more particularly, a three-dimensional transparent solar cell in which a three-dimensional (3D) micro-structure array manufactured using a polymer material is combined. It relates to a manufacturing method.

특히, 본 발명은 3차원 투명 태양전지 제조방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 태양광 발전 스루풋(throughput)을 크게 평면 태양전지 셀 대비 70% 이상으로 유지하면서, 구조체 어레이의 윗면에 개방된 눈을 통하여 가시광선의 투과율을 70% 이상으로 확보할 수 있는 구조의 3차원 투명 태양전지 제조방법에 관한 것이다.In particular, the present invention relates to a method of manufacturing a three-dimensional transparent solar cell, and more particularly, a solar power generation throughput largely maintained at 70% or more compared to a planar solar cell, and eyes opened on the upper surface of the structure array. The present invention relates to a method for manufacturing a 3D transparent solar cell having a structure capable of securing a transmittance of visible light of 70% or more.

도 1은 기존의 기술로 제조하는 개구율 확보를 통한 투명 태양전지의 단면 구조도를 보이고 있다. 외부의 태양광은 투명전도막(104) 쪽으로부터 CIGS 광흡수층(106)으로 입사하게 된다. 투명 특성을 확보하기 위하여 Mo p-contact 층 대신에 소다라임유리기판(108)위에 P-형 TCO 후면전극(107)을 형성한다. P-형 TCO 후면전극(107)위에 성장하는 광흡수층의 두께는 일반적인 2.0~2.5μm 대신에 0.5μm 수준으로 낮추게 되면 일부의 광이 모두 흡수하지 못하고 투과하게 된다. 1 shows a cross-sectional structure diagram of a transparent solar cell through securing an aperture ratio manufactured by a conventional technology. External sunlight enters the CIGS light absorbing layer 106 from the transparent conductive layer 104 side. In order to secure a transparent property, a P-type TCO rear electrode 107 is formed on the soda lime glass substrate 108 instead of the Mo p-contact layer. If the thickness of the light absorbing layer grown on the P-type TCO rear electrode 107 is lowered to a level of 0.5 μm instead of a typical 2.0 to 2.5 μm, some light cannot be absorbed and transmitted.

다음으로, p-형 CIGS 광흡수층(106)은 큰 밴드갭 에너지(Eg ≥ 2.4eV)를 갖는 n-형 버퍼(buffer)층(105)과 p-n 접합층을 이루게 된다. 다음으로 n-형 투명전도막(104)을 가장 마지막으로 성막한다. 가시광 영역의 투명성은 CIGS 광흡수체(106)의 두께 축소와 3번의 P1, P2, P3 스크라이빙(scribing)을 통한 모노리식 집적화 과정에서 개구면적을 증대함으로써 달성한다. Next, the p-type CIGS light absorption layer 106 forms a p-n junction layer with an n-type buffer layer 105 having a large band gap energy (Eg ≥ 2.4 eV). Next, the n-type transparent conductive film 104 is finally formed. Transparency in the visible light region is achieved by reducing the thickness of the CIGS light absorber 106 and increasing the aperture area in the monolithic integration process through three P1, P2, and P3 scribing.

첫 번째 P1 스크라이브(101)는 소다라임유리기판(108)위에 성막한 P-형 TCO 후면전극(107)을 분할하게 된다. 두 번째 P2 스크라이브(102)는 p-형 CIGS광흡수층(106)과 n-형 버퍼(buffer)층(105)의 p-n 접합층에 분할하게 한다. P2 스크라이브는 P-형 TCO 후면전극(107) 위까지만 형성한다. 세 번째 P3 스크라이브(103)는 n-형 전극을 형성한 투명전도막(104)을 성막한 후에 이루어지는데 태양전지 셀의 분할을 최종적으로 마무리하는 공정이다. P3 스크라이브(103)의 P3 선폭(112)은 셀끼리 전기적으로 절연이 목적이지만 넓게하면 비발전영역(113)을 넓혀서 태양전지의 전력변환효율(PCE; power converstion efficiency)을 낮추게 되지만 개구면적(112)을 충분히 확보하여 투명성을 증대하게 된다.The first P1 scribe 101 divides the P-type TCO rear electrode 107 deposited on the soda lime glass substrate 108. The second P2 scribe 102 divides the p-type CIGS light absorbing layer 106 and the p-n junction layer of the n-type buffer layer 105. The P2 scribe is formed only up to the top of the P-type TCO rear electrode 107. The third P3 scribe 103 is formed after forming the transparent conductive film 104 on which the n-type electrode is formed, and is a step of finally finishing the division of the solar cell. The P3 line width 112 of the P3 scribe 103 is intended to electrically insulate cells from each other, but if it is widened, the power conversion efficiency (PCE) of the solar cell is lowered by widening the non-generation area 113, but the opening area 112 ) Is sufficiently secured to increase transparency.

이상과 같이 형성하는 투명 CIGS 박막 태양전지 셀은 CIGS 광흡수층(106)의 두께를 얇게하여(≤ 0.5 μm 이하) 전면의 광흡수를 줄이거나 개구면적(112)을 넓게 함으로써 빛이 투과하는 태양전지를 제조할 수가 있게 된다. 따라서, 이와 같은 평면형 투명 태양전지에서는 투명성의 향상은 전력변환효율의 감소를 필연적으로 유발하게 되는 문제점이 있다.The transparent CIGS thin film solar cell formed as described above is a solar cell that transmits light by reducing the thickness of the CIGS light absorbing layer 106 (≤ 0.5 μm or less) to reduce the light absorption of the front surface or widening the aperture area 112. Can be manufactured. Therefore, in such a planar transparent solar cell, there is a problem that the improvement of transparency inevitably causes a decrease in power conversion efficiency.

도 2는 기존의 기술로 제조하는 3차원 태양전지 셀의 단면 구조도를 보이고 있다. 태양전지를 이루는 미세기둥(micro-pillar)(205)은 광흡수체인 p-형 반도체 기판(202) 재료인 Si 웨이퍼 및 Ge 반도체 웨이퍼를 에칭을 통하여 제작하였다. Figure 2 shows a cross-sectional structure diagram of a three-dimensional solar cell manufactured by the conventional technology. The micro-pillar 205 constituting the solar cell was fabricated by etching a Si wafer and a Ge semiconductor wafer, which are materials for the p-type semiconductor substrate 202, which is a light absorber.

이 3차원 구조체의 표면을 이루는 p-형 반도체 면에 n-형 불순물 도핑을 통하여 n-형 반도체층(203)의 n-형 에미터 전극을 형성한다. 이 n-형 반도체층(203)은 내부의 p-형 반도체 웨이퍼(202)면과 p-n 접합 다이오드를 형성하게 된다. The n-type emitter electrode of the n-type semiconductor layer 203 is formed on the p-type semiconductor surface forming the surface of the three-dimensional structure by doping n-type impurities. This n-type semiconductor layer 203 forms a surface of the p-type semiconductor wafer 202 inside and a p-n junction diode.

다음으로 n-형 반도체층(203) 위에 SiNx 피막층(104)(passivation layer)을 형성하여 내부의 p-n 접합 다이오드 층을 보호하게 된다. 이 SiNx 피막층(204)은 이 3차원 태양전지의 모든 표면에 형성되게 되며, 일부 구간에서 금속 Ag 페이스트 전극이 내부의 n-형 반도체층(203)에 전기적인 옴접촉(Ohmic contact)을 하게 됨으로써 n-형 전면전극이 구성되게 된다. Next, a SiNx film layer 104 (passivation layer) is formed on the n-type semiconductor layer 203 to protect the internal p-n junction diode layer. The SiNx film layer 204 is formed on all surfaces of this 3D solar cell, and in some sections, the metal Ag paste electrode makes an electrical ohmic contact with the n-type semiconductor layer 203 inside. An n-type front electrode is constructed.

다음으로, 3차원 구조가 완성된 태양전지는 p-형 반도체 웨이퍼(202) 바닥 전면에 금속전극층(201)을 형성함으로써 p-형 후면전극(201)을 완성하게 된다. 이와 같이 구성된 결정형 실리콘(또는 게르마늄) 광흡수 반도체 기반의 3차원 태양전지에 경사각도로 입사하는 태양광(200)은 2차원 평면에 어레이를 이루는 미세기둥을 여러 개를 거쳐 광을 흡수할 수 있기 때문에 광흡수율이 낮은 Si(또는 Ge)의 광포획 특성을 대폭 향상할 수 있게 된다. 즉, 이와 같은 구조는 표면의 텍스쳐링 구조가 없이도 작은 광흡수율을 갖는 Si(또는 Ge)의 낮은 광흡수에 의한 광전변환효율 감소의 단점을 상쇄하게 한다.Next, in the solar cell with a completed three-dimensional structure, the p-type rear electrode 201 is completed by forming the metal electrode layer 201 on the entire bottom of the p-type semiconductor wafer 202. Since the solar light 200 incident on a three-dimensional solar cell based on a crystalline silicon (or germanium) light-absorbing semiconductor configured as described above at an inclined angle can absorb light through several micro-pillars forming an array on a two-dimensional plane. It is possible to significantly improve the light trapping characteristics of Si (or Ge) having a low light absorption rate. That is, such a structure offsets the disadvantage of reducing the photoelectric conversion efficiency due to low light absorption of Si (or Ge) having a small light absorption rate even without a texturing structure on the surface.

또한, 현재 태양전지의 활용은 기존의 대규모 발전소용 태양광발전뿐만 아니라 건축물에 적용하거나 또는 집적하는 건물일체형 태양전지(Building Integrated Photo-Voltaics, BIPV), 센서등에 결합하는 에너지 하베스팅(energy harvesting)에 의한 사물인터넷(Internet of Things; IOT) 소자의 무선 독립 에너지원 등으로 확장되고 있다. 이와 함께 태양전지 모듈의 형태는 전통적인 딱딱한(rigid) 평판형에서 굴곡 등에 적용이 가능한 구부러질 수 있는 유연 특성을 확보하는 것이 점차 중요해 지고 있다. 전통적인 강화유리(Fe-glass) 집적 태양광 모듈 패널에서 굴곡진 태양광 기와(solar shingles)와 같은 편평하지 않은 장소에 설치가 가능하도록 하는 유연 박막 태양전지의 다양한 활용이 예상되고 있다. 건물일체형 태양전지의 경우 다층 유리를 이용하는 리지드한 창호에 적용하거나 파사드(facade)에 적용하는 것이 일반적이나 굴곡진 유리면(예, 자동차의 창 유리)에 접착식으로 붙일 수 있는 것에 대한 요구도 증대되고 있다. In addition, the current use of solar cells is not only solar photovoltaic power generation for large-scale power plants, but also building integrated photovoltaic cells (BIPV) that are applied to or integrated into buildings, and energy harvesting that is combined with sensors. It is expanding to wireless independent energy sources of Internet of Things (IOT) devices. In addition, the shape of the solar cell module is becoming increasingly important to secure flexible properties that can be bent, which can be applied to bending, etc. from the traditional rigid flat plate type. In traditional tempered glass (Fe-glass) integrated solar module panels, various applications of flexible thin-film solar cells are expected to allow installation in uneven locations such as curved solar shingles. In the case of a building-integrated solar cell, it is common to apply it to rigid windows or facades using multi-layered glass, but there is an increasing demand for adhesively attaching it to a curved glass surface (e.g., window glass of automobiles). .

또한 창호 적용의 경우 태양전지의 특성상 가시광선 입사가 모두 전력변환에 사용되어야하기 때문에 불투명하게 된다. 이러한 특성 때문에 창호형으로 적용하는데 한계가 있다. 이를 극복하는 방법으로 태양전지 셀이 결합되어 있지만 가시광선을 투과하는 특성을 같는 융합 소자의 개발이 요구되고 있다. Also, in the case of window application, due to the characteristics of solar cells, all incidents of visible light must be used for power conversion, making them opaque. Due to these characteristics, there is a limit to application as a window type. As a method of overcoming this, the solar cell is combined, but there is a need to develop a fusion device that transmits visible light.

또한 최근의 웨어러블 전자기기의 발전에 따라 수반되는 독립 전원으로서 태양전지 셀 또는 모듈을 활용이 활발하게 검토되고 있다. 이러한 응용에 있어서 태양전지의 광전변환효율을 보장하면서 태양전지 면에 곡률을 주는(curved) 형태와 함께 임의의 방향으로 굽어지고(flexible) 늘어나거나 줄어들 수 있는 신축성(stretchable)의 기능이 아울러 요구된다.In addition, the use of solar cells or modules as an independent power source accompanying the recent development of wearable electronic devices is being actively studied. In such applications, a shape that provides a curvature to the surface of the solar cell while ensuring the photoelectric conversion efficiency of the solar cell, and a stretchable function that can be flexed in any direction and stretched or reduced are also required. .

대한민국 공개특허공보 10-2018-0081338호(2018.07.16)Korean Patent Application Publication No. 10-2018-0081338 (July 16, 2018)

상술한 문제점을 해결하고, 요구에 맞게 본 발명은 태양전지 소자가 임의의 방향으로 굽어지는 유연성뿐만 아니라 입사 태양광의 가시광 영역에서 높은 투명성을 유지하면서도 광전변환효율의 고성능 유지가 가능한 투명한 박막을 구비하는 3차원 투명 태양전지 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다. In order to solve the above-described problems and meet the needs, the present invention provides a transparent thin film capable of maintaining high performance of photoelectric conversion efficiency while maintaining high transparency in the visible region of incident sunlight as well as flexibility in which the solar cell device is bent in an arbitrary direction. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a three-dimensional transparent solar cell.

상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 3차원 투명 태양전지 제조방법은 (a) 포토레지스터 패턴에 기반하여 Si 기판에 3차원 구조체를 제작하는 단계; 및 (b) 상기 Si 기판을 분리한, 3차원 구조체에 태양전지 셀을 제작하는 단계;를 포함 하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the method of manufacturing a 3D transparent solar cell according to the present invention includes the steps of: (a) manufacturing a 3D structure on a Si substrate based on a photoresist pattern; And (b) manufacturing a solar cell in a three-dimensional structure from which the Si substrate is separated.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 3차원 투명 태양전지 제조방법의 (a)단계는 (a-1) Si 기판 위에 광 감응 포토레지스터를 도포하고 그림자 마스크를 이용하여 UV 광에 노출한 다음 마스크의 패턴을 제작하는 단계; (a-2) 상기 (a-1) 단계에서 제작된 포토레지스터 패턴을 기반으로 상기 Si 기판을 식각용액에 담궈 3차원 미세기둥 어레이 구조체 마스터 패턴을 제작하는 단계; (a-3) 상기 Si 마스터 패턴 위에 가시광 영역에서 투명한 바니시를 도포하고 유리기판을 이용하여 끝면으로 하여 3차원 미세기둥 어레이 구조체 형상을 경화시키는 단계; 및 (a-4) 상기 (a-3)단계에서 유리기판 위에 경화된 3차원 미세기둥 어레이 구조체를 Si 마스터 패턴에서 탈착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, step (a) of the method for manufacturing a three-dimensional transparent solar cell according to the present invention includes (a-1) applying a light-sensitive photoresistor on a Si substrate and exposing it to UV light using a shadow mask. Then producing a pattern of the mask; (a-2) manufacturing a 3D micropillar array structure master pattern by immersing the Si substrate in an etching solution based on the photoresist pattern prepared in step (a-1); (a-3) applying a transparent varnish in a visible light region on the Si master pattern and curing the shape of the 3D micropillar array structure using a glass substrate as an end surface; And (a-4) detaching the 3D micropillar array structure cured on the glass substrate in the step (a-3) from the Si master pattern.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 3차원 투명 태양전지 제조방법의 (b)단계는 (b-1) 유리기판에 부착된 3차원 미세기둥 어레이 구조체의 마이크로기둥 위 개구면 상에 UV 분산용 나노구조체를 형성하고, 태양전지 박막층을 순차적으로 성장시켜 태양전지 셀을 구성하는 단계; (b-2) 상기 마이크로기둥 위 개구면 상에 형성된 상기 태양전지 박막층을 식각하여 제거함으로써 투명창을 확보하는 단계; (b-3) 상기 (b-2)공정에서 완성한 태양전지 및 투명창을 보호하기 위하여 상부 피막층을 도포하는 단계; 및 (b-4) 플렉서블 특성을 확보하기 위하여 완성된 태양전지를 지지하고 있는 유리기판에 레이저광을 조사하여 레이저 박리현상 통해 떼어 내는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, step (b) of the method for manufacturing a 3D transparent solar cell according to the present invention includes (b-1) on the opening surface above the micropillars of the 3D micropillar array structure attached to the glass substrate. Forming a nanostructure for UV dispersion, and forming a solar cell by sequentially growing a solar cell thin film layer; (b-2) securing a transparent window by etching and removing the solar cell thin film layer formed on the opening surface above the micro-pillars; (b-3) applying an upper film layer to protect the solar cell and the transparent window completed in the (b-2) process; And (b-4) irradiating a laser light onto a glass substrate supporting the completed solar cell in order to secure flexible characteristics, and removing it through a laser peeling phenomenon.

본 발명에 따른 3차원 투명 태양전지는 3차원 구조체인 미세기둥 어레이(micro-pillar array)를 이용함으로써 평면에 구현한 소자에서보다 3차원 구조체로 인하여 확장된 광흡수면적을 이용하기 때문에 적은 광흡수체 소재(얇은 두께)를 사용하고도 효과적인 광흡수를 달성할 수 있는 효과가 있다.The three-dimensional transparent solar cell according to the present invention uses a micro-pillar array, which is a three-dimensional structure, and uses an expanded light absorption area due to the three-dimensional structure than in a device implemented on a plane. There is an effect of achieving effective light absorption even when using a material (thin thickness).

또한, 본 발명에 따른 3차원 투명 태양전지는 미세 구조체의 윗면을 개방(opening)함으로써 셀의 평면을 개방된 눈(eyes) 영역과 구조체 사이의 trench에 구현된 태양전지 셀 영역으로 구분되는데, 이때 개방된 눈 영역의 면적은 태양전지 셀의 평 면적 대비 70% 이상을 확보함으로써 가시광선 영역에서 자동차의 앞면 유리의 투명도를 확보할 수 있는 효과가 있다.In addition, the three-dimensional transparent solar cell according to the present invention is divided into an open eye area and a solar cell area implemented in a trench between the structure by opening the top surface of the microstructure. By securing the area of the open eye area more than 70% of the flat area of the solar cell, there is an effect of securing the transparency of the front glass of the vehicle in the visible light area.

또한, 본 발명에 따른 3차원 투명 태양전지는 트렌치에 구현한 태양전지 셀의 유효 면적은 평면에 구현할 경우 대비 약 70%의 총 면적을 확보할 수 있기 때문에 전력변환효율의 손상이 없이도 입사광의 투명성을 확보할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the three-dimensional transparent solar cell according to the present invention can secure a total area of about 70% compared to the case where the effective area of the solar cell implemented in the trench is implemented on a flat surface, the transparency of incident light is not impaired without impairing power conversion efficiency. There is an effect that can secure.

또한, 본 발명에 따른 3차원 투명 태양전지는 폴리머 플라스틱(투명 폴리이미드, CPI; colorless polyimide, PDMS, PMMA 등)을 이용한 기판 및 구조체 위에 박막태양전지를 구현하기 때문에 극도의 굽힘에도 태양전지 특성을 유지하는 유연성을 확보할 수 있는 효과가 있다.In addition, the three-dimensional transparent solar cell according to the present invention implements a thin film solar cell on a substrate and structure using a polymer plastic (transparent polyimide, CPI; colorless polyimide, PDMS, PMMA, etc.), so that the solar cell characteristics are maintained even under extreme bending. It has the effect of securing the flexibility to maintain.

또한, 또한, 본 발명에 따른 3차원 투명 태양전지는 구조체의 개방된 윗면과 반대면에 나노구조 패턴을 결합함으로써 UV 입사광의 경로를 분산하여 trench 에 형성된 태양전지 셀로 전달함으로써 광흡수를 극대화할 수 있는 효과가 있다.In addition, the 3D transparent solar cell according to the present invention can maximize light absorption by dispersing the path of UV incident light and transmitting it to the solar cell formed in the trench by combining the nanostructure pattern on the open upper surface and the opposite surface of the structure. There is an effect.

그뿐만 아니라, 본 발명에 따른 3차원 투명 태양전지는 반사광을 이용하는 방법으로서 임의로 굽힘이 가능한 플렉서블 기판 반대면에 미세 어레이 구조를 두어 광 반사를 향상할 뿐만 아니라 반사면이 분산시켜 어느 한 방향으로 빛이 집중되어 반사되는 경향도 피할 수 있어 입사광의 활용을 증대시킬 수 있는 효과가 있다. In addition, the three-dimensional transparent solar cell according to the present invention is a method of using reflected light, and not only improves light reflection by placing a micro array structure on the opposite surface of a flexible substrate that can be bent arbitrarily, but also improves light reflection by dispersing the reflective surface to The tendency to be concentrated and reflected can also be avoided, thereby increasing the utilization of incident light.

도 1은 기존의 기술로 제조하는 개구율 확보를 통한 투명 태양전지의 단면 구조도이다.
도 2는 기존의 기술로 제조하는 3차원 태양전지 셀의 단면 구조도 이다.
도 3은 투명 플라스틱기판을 이용하여 제작한 마이크로기둥의 어레이들의 사시도 이다.
도 4는 마이크로기둥 어레이의 확대 사시도 이다.
도 5는 3차원 투명 태양전지에서 구조체의 간격, 마이크로기둥의 윗면 총 개구면적과 측면 및 도랑(trench) 바닥면의 관계를 나타낸 그래프도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 3차원 투명 태양전지 마이크로기둥(micro-pillar)의 측면과 도랑의 바닥면에 제작한 태양전지의 실시 단면도이다.
도 7은 3차원 구조체 및 태양전지 셀을 구현하는 제조공정을 도시한 도면이다.1 is a cross-sectional structure diagram of a transparent solar cell through securing an aperture ratio manufactured by a conventional technology.
2 is a cross-sectional structure diagram of a three-dimensional solar cell manufactured using a conventional technology.
3 is a perspective view of arrays of micro-pillars manufactured using a transparent plastic substrate.
4 is an enlarged perspective view of a micropillar array.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the spacing of structures, the total opening area of the top surface of the micropillar, the side surface, and the bottom surface of a trench in a 3D transparent solar cell.
6 is an exemplary cross-sectional view of a solar cell fabricated on a side surface of a three-dimensional transparent solar cell micro-pillar according to the present invention and a bottom surface of a ditch.
7 is a diagram showing a manufacturing process for implementing a three-dimensional structure and a solar cell.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.In the present invention, various modifications may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. It should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "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.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof does not preclude in advance.

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

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 3차원 투명 태양전지에 대해 설명한다.Hereinafter, a three-dimensional transparent solar cell according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에서 제안하는 3차원 구조체 어레이에 구성한 투명 박막태양전지 셀의 입체도를 보이고 있다. 도 4는 3차원 마이크로기둥(402)과 기둥 사이의 도랑(trench)(403)의 확장된 입체도를 보이고 있다. 어레이를 이루는 마이크로기둥(micro-pillar)은 한 변의 길이 L(405)을 기본 단위로 하여 반복되며, 구도에서 단위 면적당 3차원 구조체인 마이크로기둥들의 밀도(단위면적당 개구면의 수)와 깊이(h 0)(407)를 제어함으로써 마이크로 기둥의 측면적을 대폭 향상시킬 수 있다. 3 shows a three-dimensional view of a transparent thin film solar cell constructed in a three-dimensional structure array proposed in the present invention. FIG. 4 shows an expanded three-dimensional view of a three-dimensional micro-pillar 402 and a trench 403 between the pillars. The micro-pillars constituting the array are repeated with the length of one side L (405) as the basic unit, and the density (number of openings per unit area) and depth ( h) of the micropillars, which are three-dimensional structures per unit area in the composition, are repeated. 0 ) By controlling 407, the side area of the micro-pillar can be significantly improved.

각 마이크로기둥(405)은 개구면(404)이 폭(w)(409)과 길이(l)(408) 및 깊이(또는 높이)(h0)(407)로 구성되어 있다. 개구면 사이의 간격(g)(406)은 태양전지의 유효 폭을 결정한다. Each micro-pillar 405 has an opening surface 404 having a width (w) 409 and a length (l) 408 and a depth (or height) (h 0 ) 407. The spacing (g) 406 between the opening surfaces determines the effective width of the solar cell.

도 5는 3차원 투명 태양전지에서 구조체의 간격 g(406), 마이크로기둥의 윗면 총 개구면적과 측면 및 도랑(trench) 바닥면의 관계를 나타낸 그래프이다. 5 is a graph showing the relationship between the spacing g 406 of the structure, the total opening area of the top surface of the micropillar, the side surface, and the trench bottom surface in a 3D transparent solar cell.

이 계산에서 총 태양전지의 면적을 100 mm2로 설정하였으며, 기본 단위 마이크로기둥(micro-pillar) 구조체의 측면 길이가 L = 2 mm(405)로 고정되었을 때, 면 사이의 간격(gap)이 0.1 mm 에서 1.0 mm 로 변화함에 따라 태양전지 총 면적에서 개구면(404)의 총 면적의 변화와 일정한 깊이 h0(407)에서 측면과 도랑(trench)(403) 바닥면에 의하여 확보되는 태양전지 유효면적을 계산한 결과이다. 예상과 같이 g(406)이 커질수록 마이크로기둥(micro-pillar) 구조체의 윗면 총 개구면적은 90 mm2 에서 25 mm2 로 감소한다(점선). 한편 g =0.32 mm 로 고정 되었을 때, h0(407)가 커지면 도랑에 형성될 태양전지 셀 면적은 커지며, h0 = 0.4 mm 일 경우 총 셀 면적은 수평면의 태양전지 면적에 90% 이상을 확보하는 것으로 나타났다. In this calculation, the total solar cell area was set to 100 mm 2 , and when the side length of the basic unit micro-pillar structure was fixed at L = 2 mm (405), the gap between the planes was A solar cell secured by the side and the bottom of the trench 403 at a constant depth h 0 ( 407) and the change in the total area of the opening surface 404 in the total area of the solar cell as it changes from 0.1 mm to 1.0 mm This is the result of calculating the effective area. As expected, as g 406 increases, the total opening area of the top surface of the micro-pillar structure decreases from 90 mm 2 to 25 mm 2 (dotted line). On the other hand, when g = 0.32 mm is fixed, the solar cell area to be formed in the ditch increases when h 0 (407) increases, and when h 0 = 0.4 mm, the total cell area secures more than 90% of the solar cell area on the horizontal plane. Appeared to be.

즉, 도 5의 실선에서 표기한 바와 같이 70%의 개구율을 갖는 3차원 마이크로기둥(micro-pillar) 구조체는 g = 0.32 mm 와 h0 = 0.24 mm의 도랑(trench)(403)을 구성할 경우 70%의 유효 태양전지 셀 면적을 확보할 수 있게 된다. 이와 같은 결과는 도랑의 크기에 따라 3차원 태양전지의 개구에 의한 투과특성을 확보할 수 있다는 것을 제시하고 있다. 즉, 미세기둥(micro-pillar)의 윗면(404)을 개방하면 가시광선에서 투명성을 최대한 확보할 수 있으며 3차원 마이크로구조체의 측면을 태양전지 유효 발전면적으로 활용하면 평면 태양전지와 대등한 측면의 광흡수에 의한 전력변환효율을 확보할 수 있게 된다.That is, as indicated by the solid line of FIG. 5, when a three-dimensional micro-pillar structure having an aperture ratio of 70% constitutes a trench 403 of g = 0.32 mm and h 0 = 0.24 mm It is possible to secure an effective solar cell area of 70%. These results suggest that the transmission characteristics of the 3D solar cell can be secured according to the size of the ditch. In other words, by opening the top surface 404 of the micro-pillar, transparency in visible light can be secured as much as possible, and if the side of the three-dimensional microstructure is used as the effective power generation area of the solar cell, It is possible to secure power conversion efficiency by light absorption.

미세기둥 구조체는 플렉서블한 플라스틱(colorless polyimide, PDMS, PMMA 등) 기판 위에 형성할 수 있다. 이와 같이 제작한 플렉서블 투명 3차원 태양전지 셀은 임의의 굴곡면에 부착할 수도 있다. 이런 기능을 갖는 태양전지 셀은 유리창에 부착하여 사용할 수 있고, 가시광선 투과가 필요로 하는 승용차의 유리창에 적용할 수 있으며, 이동성이 강한 사물인터넷(IOT; Internt of Things) 센서 모듈의 자기 전원으로 활용할 수 있다.The micropillar structure may be formed on a flexible plastic (colorless polyimide, PDMS, PMMA, etc.) substrate. The flexible transparent three-dimensional solar cell produced in this way may be attached to an arbitrary curved surface. A solar cell with this function can be used by attaching it to a glass window, and can be applied to the window of a passenger car that needs to transmit visible light, and is powered by a magnetic power source of an Internet of Things (IOT) sensor module with strong mobility. Can be utilized.

도 6은 본 발명에서 제안하는 마이크로기둥(micro-pillar)의 측면과 도랑의 바닥면에 제작한 태양전지의 실시예를 보이고 있다. 6 shows an embodiment of a solar cell fabricated on a side surface of a micro-pillar and a bottom surface of a trench proposed in the present invention.

도 7은 상기 도 6의 3차원 구조체 및 태양전지 셀을 구현하는 제조공정을 보이고 있다. 이들 각 부분의 구성과 기능에 대한 설명은 다음과 같다.7 shows a manufacturing process for implementing the 3D structure and solar cell of FIG. 6. The configuration and function of each of these parts are as follows.

도 6의 3차원 마이크로기둥(micro-pillar)(402)과 결합한 태양전지 셀의 구성은 다음과 같다. 가시광이 투과하는 투명폴리이미드(colorless polyimide: CPI) 소재로 몰딩 제작한 3차원 미세기둥 어레이 구조체(601)를 준비한다. 이 구조체의 태양광 입사 전면의 개구면(404)과 도랑면 위에 투명전도막 TCO 후면 전극층(TiOx 또는 Al-도핑된 ZnO)을 전면에 증착한다. 이렇게 형성한 투명전도막을 이용하여 개구면(404) 위에 입사 자외선 분산용 나노구조체(607)를 패터닝한다. 이는 전 파장대역의 입사광(610) 중에 가시광선(611)은 개구면(404)를 통하여 지나가게 하지만 UV는 도랑(609)쪽으로 굴절 및 분산시켜 광전력 생산에 활용하기 위함이다.The configuration of the solar cell combined with the three-dimensional micro-pillar 402 of FIG. 6 is as follows. A three-dimensional micropillar array structure 601 molded from a transparent polyimide (CPI) material through which visible light is transmitted is prepared. A transparent conductive film TCO rear electrode layer (TiOx or Al-doped ZnO) is deposited on the opening surface 404 and the groove surface of the front surface of the solar light incident surface of the structure. The nanostructure 607 for dispersing incident ultraviolet rays is patterned on the opening surface 404 by using the transparent conductive film thus formed. This is to allow the visible light 611 to pass through the opening surface 404 among the incident light 610 in the entire wavelength band, but the UV to be refracted and dispersed toward the ditch 609 to be used for photoelectric power generation.

다음으로, 3차원 CPI 미세기둥 어레이 구조체(601)의 광 출구면에는 장파장 적외선 반사면 구조체(608)를 구성한다. 이렇게 함으로써 3D 투명 태양전지에 입사하는 태양광 중 가시광은 개구면(404)을 통하여 투과하게 하는 한편, 태양광 입사면 쪽에서 광 나노구조체(607)에 의하여 단파장 자외선을 분산시켜 도랑(609)으로 유도하고 출구면에서는 마이크로구조체(608)에 의하여 장파장 적외선을 반사시킴으로써 태양광 전력생산을 극대화하게 된다.Next, a long wavelength infrared reflecting surface structure 608 is formed on the light exit surface of the 3D CPI micropillar array structure 601. By doing this, visible light among sunlight incident on the 3D transparent solar cell is transmitted through the opening surface 404, while short-wavelength ultraviolet rays are dispersed by the optical nanostructure 607 from the side of the solar light incident surface and guided to the ditch 609. And, by reflecting long-wavelength infrared rays by the microstructure 608 at the exit surface, solar power generation is maximized.

3차원 미세기둥 어레이 구조체(601) 전면에 p-형 투명 TCO 전도막(Al-도핑된 ZnO)을 투명폴리이미드(colorless polyimide;CPI) 표면에 형성한다.A p-type transparent TCO conductive film (Al-doped ZnO) is formed on the entire surface of the 3D micropillar array structure 601 on the surface of a transparent polyimide (CPI).

다음으로, p-형 투명 전도막(NiOx 또는 MoOx)(603)을 증착한다. 이상의 공정에서 측면과 바닥면에 고른 두께로 증착면을 형성하기 위하여 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition; ALD)을 이용하는 것이 가장 바람직하다. Next, a p-type transparent conductive film (NiOx or MoOx) 603 is deposited. In the above process, it is most preferable to use an atomic layer deposition (ALD) method to form a deposition surface with an even thickness on the side and bottom surfaces.

왜냐하면, 각 투명 박막층은 높은 종횡비를 갖는 표면의 형상에 관계없이 균일한 박막층을 형성하는 것이 이 태양전지 제작에서 가장 중요한 요소이기 때문이다. This is because the formation of a uniform thin film layer for each transparent thin film layer regardless of the shape of the surface having a high aspect ratio is the most important factor in manufacturing this solar cell.

다음으로, p-형 투명전도막 2(603) 위에 광흡수층(604)을 역시 표면의 굴곡에 맞춰 성장한다. 마지막으로 n-형 ZnO 투명 전도막(605)을 증착하여 태양광 소자를 마무리한다.Next, the light absorbing layer 604 is grown on the p-type transparent conductive layer 2 603 in accordance with the curvature of the surface. Finally, an n-type ZnO transparent conductive film 605 is deposited to finish the photovoltaic device.

이와 같은 모습은 도 7의 공정 ⑤번에 해당하는 모습이다.This appearance corresponds to step ⑤ of FIG. 7.

70% 이상의 가시광 투명성을 확보하기 위하여 개구면(404)은 태양전지가 구성되어서는 안된다. In order to secure 70% or more visible light transparency, the solar cell should not be formed on the opening surface 404.

따라서, 마스크를 이용한 식각을 통하여 도 7의 공정 ⑥번에서와 같이 개구면 위의 태양전지소자 층(710)을 제거하고 UV 분산용 나노구조체(712)만을 남긴다.Therefore, through etching using a mask, the solar cell device layer 710 on the opening surface is removed as in step ⑥ of FIG. 7 and only the nanostructure 712 for UV dispersion is left.

이상에서 구성한 태양전지와 개구면을 보호하기 위한 폴리머 기반의 피막층(passivation)(606)을 형성하여 소자 구조를 완성한다. 태양광 전력변환으로 생성된 전력은 3차원 미세기둥 어레이 구조체(601)의 끝단에 p-형 및 n-형 전극을 개방함으로써 구성하게 할 수 있다.The device structure is completed by forming a polymer-based passivation 606 to protect the solar cell and the opening surface constructed above. Power generated by solar power conversion can be configured by opening p-type and n-type electrodes at the ends of the 3D micropillar array structure 601.

도 7은 도 6의 3차원 구조체 및 태양전지 셀을 제작하는 전 공정을 표현한 도식도이다. 이 공정 과정은 3차원 구조체의 제작(공정 ① ~ 공정 ④)과 투명 태양전지 셀의 제작(공정 ⑤ ~ 공정 ⑧)으로 구분된다.7 is a schematic diagram showing the entire process of manufacturing the 3D structure and the solar cell of FIG. 6. This process is divided into 3D structure manufacturing (Process ① ~ Process ④) and transparent solar cell manufacturing (Process ⑤ ~ Process ⑧).

공정 ①은 Si 기판(701)위에 광 감응 포토레지스터(702)를 도포하고 그림자 마스크(shadow mask)(703)를 이용하여 UV 광(704)에 노출한 다음 마스크(703)의 패턴을 제작한다.In step ①, a photosensitive photoresist 702 is applied on the Si substrate 701, exposed to UV light 704 using a shadow mask 703, and then a pattern of the mask 703 is manufactured.

이렇게 제작된 포토레지스터 패턴을 기반으로 Si 기판(701)을 식각용액에 담그어 3차원 미세기둥 어레이 구조체 마스터 패턴(705)을 제작한다.Based on the photoresist pattern thus prepared, the Si substrate 701 is immersed in an etching solution to prepare a 3D micropillar array structure master pattern 705.

이 Si 마스터 패턴(705) 위에 가시광 영역에서 투명한 colorless polyimide 바니시(varnish)(706)를 도포하고 유리기판(707)을 이용하여 끝면으로 하여 3차원 미세기둥 어레이 구조체 형상을 경화(curing)시킨다. 공정 ④에서는 공정 ③에서 유리기판(707) 위에 경화된 3차원 미세기둥 어레이 구조체(708)를 Si 마스터 패턴(705)에서 탈착시킨다.A transparent colorless polyimide varnish 706 is applied on the Si master pattern 705 in the visible light region, and the shape of the three-dimensional micropillar array structure is cured using a glass substrate 707 as an end surface. In step ④, the 3D micropillar array structure 708 cured on the glass substrate 707 in step ③ is detached from the Si master pattern 705.

유리기판(707)에 부착된 3차원 미세기둥 어레이 구조체(708)는 먼저 마이크로기둥(402) 위 개구면(404, 612, 712)위에 도 6의 UV 분산용 나노구조체(607, 713)를 구현한다. 이렇게 구성된 3차원 구조체 위에 도 6에 도시된 것과 같이 여러 태양전지 박막층(710)을 순차적으로 성장함으로써 태양전지 셀을 구성한다(공정 ⑤).The 3D micropillar array structure 708 attached to the glass substrate 707 first implements the UV dispersion nanostructures 607 and 713 shown in FIG. 6 on the opening surfaces 404, 612, 712 above the micropillars 402. do. As shown in FIG. 6, a solar cell is formed by sequentially growing several solar cell thin film layers 710 on the three-dimensional structure constructed in this way (step ⑤).

다음으로 가시광 투과를 허용하기 위하여 마이크로기둥(402) 위 개구면(404, 612, 712) 위에 형성된 모든 태양전지 박막층(710)을 식각을 통하여 제거함으로써 투명창(711)을 확보한다.Next, in order to allow visible light transmission, the transparent window 711 is secured by removing all the solar cell thin film layers 710 formed on the opening surfaces 404, 612, and 712 above the micro-pillars 402 through etching.

공정 ⑦에서는 공정 ⑥에서 완성한 태양전지 및 투명창(711)을 보호하기 위하여 상부 피막층(714)을 도포한다. 이로써 3차원 미세기둥 어레이 구조체(601) 투명 태양전지 셀이 완성을 한다. 플렉서블 특성을 확보하기 위하여 완성된 태양전지를 지지용 유리기판(707) 면 쪽에서 308nm 의 UV 레이저광(715)을 조사함으로써 레이저박리(Laser lift-off; LLO) 현상을 이용하여 떼어 낸다.In step ⑦, an upper film layer 714 is applied to protect the solar cell and the transparent window 711 completed in step ⑥. As a result, the transparent solar cell of the three-dimensional micropillar array structure 601 is completed. In order to secure the flexible characteristics, the completed solar cell is removed using a laser lift-off (LLO) phenomenon by irradiating a UV laser light 715 of 308 nm from the side of the supporting glass substrate 707.

이로써 딱딱한 유리기판(707)이 없는 투명폴리이미드(colorless polyimide; CPI)소재로 몰딩 제작한 3차원 미세기둥 어레이 구조체를 갖는 투명창 태양전지 셀(716)을 완성한다.This completes the transparent window solar cell 716 having a three-dimensional micropillar array structure molded from a transparent polyimide (CPI) material without a hard glass substrate 707.

나머지 공정으로는 장기 신뢰성 확보를 위하여 플렉서블 3차원 투명 태양전지 셀(716)의 상부와 하부에 수분차단층을 부착하고 일정 전력을 출력할 수 있도록 태양전지를 직렬 및 병렬 연결하여 모듈화를 하게 된다.In the rest of the process, in order to secure long-term reliability, a moisture barrier layer is attached to the upper and lower portions of the flexible three-dimensional transparent solar cell 716, and solar cells are connected in series and parallel to output a certain amount of power to achieve a modularization.

도 6에 제시한 본 발명에서 제안하는 3차원 투명 태양전지 셀의 구조는 도 7에서 가시광 투과를 허용하기 위하여 마이크로기둥(402) 위 개구면(404, 612, 712) 위에 형성된 모든 태양전지 박막층(710)을 식각을 통하여 제거하지 않더라도 투명창을 확보할 수 있다. 이 경우 태양전지 광흡수체의 흡수 파장대역이 500 nm 이하에서 끝나는 소재를 개발할 경우 식각을 하지 않더라도 가시광선의 투과 특성을 확보할 수 있다. 그러나 여러 투명전도막을 사용하기 때문에 누적된 두께에 의한 가시광 투과손실이 발생할 수 있다.The structure of the three-dimensional transparent solar cell proposed in the present invention shown in FIG. 6 is a thin film layer of all solar cells formed on the opening surfaces 404, 612, and 712 above the micro-pillars 402 in order to allow visible light transmission in FIG. Even if 710) is not removed through etching, a transparent window can be secured. In this case, in the case of developing a material whose absorption wavelength band of the solar cell light absorber ends at 500 nm or less, it is possible to secure the transmission characteristics of visible light even without etching. However, since several transparent conductive films are used, visible light transmission loss may occur due to the accumulated thickness.

한편, 도 4에서 제시한 도랑(trench)(403)구조는 직각우물 형태를 갖도록 제시 되었으나 마이크로기둥(402)의 윗면을 바닥면보다 작게 제작하는 경사진 측면을 갖도록 제작이 가능하다.On the other hand, the trench 403 structure shown in FIG. 4 is presented to have a right-angled well shape, but it can be manufactured to have an inclined side that makes the top surface of the micro-pillar 402 smaller than the bottom surface.

이 경우 투과 개구면(404)의 면적이 줄어 가시광 투과 특성에는 약간의 손상이 있을 수 있으나 태양전지 제작 면에서 스퍼터 공정이 가능할 수 있기 때문에 태양전지를 제작비용을 저렴하게 할 수 있는 이점을 제공한다.In this case, the area of the transmission opening surface 404 may be reduced, so that there may be some damage to the visible light transmission characteristics, but since a sputtering process may be possible in terms of manufacturing a solar cell, it provides an advantage of reducing the manufacturing cost of the solar cell. .

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and a person of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention.

따라서, 본 발명에 실행된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Accordingly, the embodiments implemented in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain it, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

601 : 투광형폴리이미드 기판
602 : p-형 Al-ZnO 투명전도막
603 : p-형 NiOx(또는 MoOx) 투명전도막
604 : 태양광 흡수체
605 : n-형 ZnO 투명전도막
606 : 보호피막
607 : 자외선 분산자
608 : 적외선 분산자
609 : 태양전지 도랑
610 : 입사 태양광
611 : 투과 가시광
612 : 투명 개구 면601: light-transmitting polyimide substrate
602: p-type Al-ZnO transparent conductive film
603: p-type NiOx (or MoOx) transparent conductive film
604: solar absorber
605: n-type ZnO transparent conductive film
606: protective film
607: UV disperser
608: infrared disperser
609: solar cell trench
610: incident sunlight
611: transmitted visible light
612: transparent opening surface

Claims (3)

(a) 포토레지스터 패턴에 기반하여 Si 기판에 3차원 구조체를 제작하는 단계; 및
(b) 상기 Si 기판을 분리한, 3차원 구조체에 태양전지 셀을 제작하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 투명 태양전지 제조방법.
(a) fabricating a three-dimensional structure on the Si substrate based on the photoresist pattern; And
(b) manufacturing a solar cell in a three-dimensional structure from which the Si substrate is separated. 3D transparent solar cell manufacturing method comprising a.
 제 1항에 있어서,
상기 (a)단계는
(a-1) Si 기판 위에 광 감응 포토레지스터를 도포하고 그림자 마스크를 이용하여 UV 광에 노출한 다음 마스크의 패턴을 제작하는 단계;
(a-2) 상기 (a-1) 단계에서 제작된 포토레지스터 패턴을 기반으로 상기 Si 기판을 식각용액에 담궈 3차원 미세기둥 어레이 구조체 마스터 패턴을 제작하는 단계;
(a-3) 상기 Si 마스터 패턴 위에 가시광 영역에서 투명한 바니시를 도포하고 유리기판을 이용하여 끝면으로 하여 3차원 미세기둥 어레이 구조체 형상을 경화시키는 단계; 및
(a-4) 상기 (a-3)단계에서 유리기판 위에 경화된 3차원 미세기둥 어레이 구조체를 Si 마스터 패턴에서 탈착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 투명 태양전지 제조방법.
The method of claim 1,
Step (a)
(a-1) applying a photoresist on the Si substrate, exposing it to UV light using a shadow mask, and preparing a pattern of the mask;
(a-2) manufacturing a 3D micropillar array structure master pattern by immersing the Si substrate in an etching solution based on the photoresist pattern prepared in step (a-1);
(a-3) applying a transparent varnish in the visible light region on the Si master pattern and curing the shape of the three-dimensional micropillar array structure using a glass substrate as an end surface; And
(a-4) removing the 3D micropillar array structure cured on the glass substrate in the step (a-3) from the Si master pattern; 3D transparent solar cell manufacturing method comprising a.
 제 2항에 있어서,
상기 (b)단계는
(b-1) 유리기판에 부착된 3차원 미세기둥 어레이 구조체의 마이크로기둥 위 개구면 상에 UV 분산용 나노구조체를 형성하고, 태양전지 박막층을 순차적으로 성장시켜 태양전지 셀을 구성하는 단계;
(b-2) 상기 마이크로기둥 위 개구면 상에 형성된 상기 태양전지 박막층을 식각하여 제거함으로써 투명창을 확보하는 단계;
(b-3) 상기 (b-2)공정에서 완성한 태양전지 및 투명창을 보호하기 위하여 상부 피막층을 도포하는 단계; 및
(b-4) 플렉서블 특성을 확보하기 위하여 완성된 태양전지를 지지하고 있는 유리기판에 레이저광을 조사하여 레이저 박리현상 통해 떼어 내는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 투명 태양전지 제조방법.The method of claim 2,
The step (b) is
(b-1) forming a nanostructure for UV dispersion on the opening surface above the micropillars of the three-dimensional micropillar array structure attached to the glass substrate, and forming a solar cell by sequentially growing a solar cell thin film layer;
(b-2) securing a transparent window by etching and removing the solar cell thin film layer formed on the opening surface above the micro-pillars;
(b-3) applying an upper film layer to protect the solar cell and the transparent window completed in the (b-2) process; And
(b-4) irradiating a laser light to a glass substrate supporting the completed solar cell in order to secure flexible characteristics and removing it through a laser peeling phenomenon. 3D transparent solar cell manufacturing method comprising: a.
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