KR20220127054A - 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20220127054A
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황철주
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Abstract

본 발명은 반도체 기판; 상기 반도체 기판의 일면 상에 구비된 제1 반도체층; 상기 제1 반도체층의 일면 상에 구비된 제2 반도체층; 상기 제2 반도체층의 일면 상에 구비된 제3 반도체층; 상기 제3 반도체층의 일면 상에 구비된 제1 투명도전층; 및 상기 제1 투명도전층의 일면 상에 구비된 제1 전극을 포함하고, 상기 제2 반도체층은 p형 반도체층으로 이루어지고, 상기 제3 반도체층은 W를 포함한 p+형 반도체층으로 이루어진 태양 전지 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

태양 전지 및 그 제조 방법{Solar Cell and Method of manufacturing the same}
본 발명은 태양 전지에 관한 것으로서 특히 반도체 기판을 이용한 태양 전지에 관한 것이다.
반도체 기판을 이용한 태양 전지는 반도체 기판 상에 복수의 반도체층을 형성하여 제조된다.
일 예로서, 종래의 태양 전지는 반도체 기판의 일면 상에 형성된 p형 반도체층, 반도체 기판의 타면 상에 형성된 n형 반도체층, 및 상기 p형 반도체층 상에 형성된 투명 도전층을 포함하여 이루어진다.
종래의 태양 전지의 경우 상기 p형 반도체층으로서 p형 비정질 실리콘층을 이용하였는데, 이 경우 p형 비정질 실리콘의 밴드갭이 커서 태양 전지의 개방전압(Open-Circuit Voltage; Voc)이 낮은 문제가 있다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 p형 반도체층과 투명 도전층 사이에 p+형 반도체층을 추가로 형성함으로써 개방전압을 높일 수 있는 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 반도체 기판; 상기 반도체 기판의 일면 상에 구비된 제1 반도체층; 상기 제1 반도체층의 일면 상에 구비된 제2 반도체층; 상기 제2 반도체층의 일면 상에 구비된 제3 반도체층; 상기 제3 반도체층의 일면 상에 구비된 제1 투명도전층; 및 상기 제1 투명도전층의 일면 상에 구비된 제1 전극을 포함하고, 상기 제2 반도체층은 p형 반도체 물질을 포함하여 이루어지고, 상기 제3 반도체층은 W를 포함한 p형 반도체 물질을 포함하여 이루어진 태양 전지를 제공한다.
상기 제3 반도체층의 밴드갭은 상기 제2 반도체층의 밴드갭 보다 작고, 상기 제3 반도체층의 가전자대(valence band) 최대 에너지 레벨은 상기 제2 반도체층의 가전자대(valence band) 최대 에너지 레벨보다 낮을 수 있다.
상기 제1 투명도전층은 인듐을 포함하는 투명산화막으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 반도체층은 진성 비정질 실리콘층으로 이루어질 수 있다.
상기 반도체 기판의 타면 상에 구비된 제4 반도체층; 상기 제4 반도체층의 타면 상에 구비된 제5 반도체층; 상기 제5 반도체층의 타면 상에 구비된 제2 투명도전층; 및 상기 제2 투명도전층의 타면 상에 구비된 제2 전극을 추가로 포함하고, 상기 제5 반도체층은 Sn을 포함한 n형 반도체 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제4 반도체층은 진성 비정질 실리콘층으로 이루어지고, 상기 제4 반도체층과 상기 제5 반도체층 사이에 n형 비정질 실리콘층이 추가로 구비되어 있고, 상기 제5 반도체층의 밴드갭은 상기 n형 비정질 실리콘층의 밴드갭보다 크고, 상기 제5 반도체층의 전도대(conduction band) 최소 에너지 레벨은 상기 n형 비정질 실리콘층의 전도대 최소 에너지 레벨보다 높을 수 있다.
상기 제5 반도체층의 두께는 10Å 내지 100Å의 범위로 형성되고, 상기 제2 투명도전층의 두께는 100Å 내지 500Å의 범위로 형성될 수 있다.
상기 제2 투명도전층은 인듐을 포함하는 투명산화막으로 이루어지고, 상기 투명산화막 내에서 인듐의 농도는 1원자% 내지 5원자% 범위일 수 있다.
상기 제1 투명도전층은 인듐을 포함하는 투명산화막으로 이루어지고, 상기 제1 투명도전층에 포함된 인듐의 함량은 상기 제2 투명도전층에 포함된 인듐의 함량보다 많을 수 있다.
상기 제2 투명도전층과 상기 제2 전극 사이에 구비된 페로브 스카이트 태양 전지를 추가로 포함하고, 상기 페로브 스카이트 태양 전지는 상기 제2 투명도전층과 접하는 정공 전달층으로 이루어진 제1 도전성 전하 전달층; 상기 제1 도전성 전하 전달층 상에 구비된 페로브스카이트 화합물로 이루어진 광흡수층; 및 상기 광흡수층 상에 구비된 전자 전달층으로 이루어진 제2 도전성 전하 전달층을 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한, 반도체 기판의 일면 상에 제1 반도체층을 형성하는 공정; 상기 제1 반도체층의 일면 상에 제2 반도체층을 형성하는 공정; 상기 제2 반도체층의 일면 상에 제3 반도체층을 형성하는 공정; 상기 제3 반도체층의 일면 상에 제1 투명도전층을 형성하는 공정; 및 상기 제1 투명도전층 상에 제1 전극을 형성하는 공정을 포함하고, 상기 제3 반도체층을 형성하는 공정은 W를 포함한 p형 반도체 물질을 형성하는 공정을 포함하고, 상기 제3 반도체층의 형성 공정 및 상기 제1 투명도전층의 형성 공정은 동일한 공정 장비 내에서 수행되는 연속 공정으로 이루어진 태양 전지의 제조 방법을 제공한다.
상기 제1 투명도전층을 형성하는 공정은 인듐을 포함하는 투명산화막을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 반도체 기판의 타면 상에 제4 반도체층을 형성하는 공정; 상기 제4 반도체층의 타면 상에 제5 반도체층을 형성하는 공정; 상기 제5 반도체층의 타면 상에 제2 투명도전층을 형성하는 공정; 및 상기 제2 투명도전층의 타면 상에 제2 전극을 형성하는 공정을 추가로 포함하고, 상기 제5 반도체층을 형성하는 공정은 Sn을 포함한 n형 반도체 물질을 형성하는 공정을 포함하고, 상기 제5 반도체층의 형성 공정 및 상기 제2 투명도전층의 형성 공정은 동일한 공정 장비 내에서 수행되는 연속 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제5 반도체층의 형성 공정은 챔버 내에서 Sn을 포함하는 재료와 O를 포함하는 재료를 투입하여 SnO를 형성하는 공정으로 이루어지고, 상기 제2 투명도전층의 형성 공정은 상기 챔버 내에서 상기 Sn을 포함하는 재료, 상기 O를 포함하는 재료 및 인듐을 포함하는 재료를 투입하여 인듐을 포함하는 투명산화막을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제5 반도체층의 형성 공정 및 상기 제2 투명도전층의 형성 공정은 챔버 내에서 Sn을 포함하는 재료와 O를 포함하는 재료를 투입하여 SnO층을 형성한 후 여기에 인듐을 추가로 도핑함으로써 인듐이 도핑되지 않은 SnO층으로 이루어진 상기 제5 반도체층과 상기 인듐이 도핑되어 상기 인듐을 포함하는 투명산화막으로 이루어진 상기 제2 투명도전층을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제4 반도체층의 형성 공정과 상기 제5 반도체층의 형성 공정 사이에 n형 비정질 실리콘층을 형성하는 공정을 추가로 포함하고, 상기 제4 반도체층의 형성 공정 및 상기 n형 비정질 실리콘층의 형성 공정은 동일한 공정 장비 내에서 수행되는 연속 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 투명도전층과 상기 제2 전극 사이에 페로브 스카이트 태양 전지를 형성하는 공정을 추가로 포함하고, 상기 페로브 스카이트 태양 전지를 형성하는 공정은 상기 제2 투명도전층과 접하는 정공 전달층으로 이루어진 제1 도전성 전하 전달층을 형성하는 공정; 상기 제1 도전성 전하 전달층 상에 페로브스카이트 화합물로 이루어진 광흡수층을 형성하는 공정; 및 상기 광흡수층 상에 전자 전달층으로 이루어진 제2 도전성 전하 전달층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, p형 반도체층으로 이루어진 제3 반도체층과 제1 투명 도전층 사이에 W를 포함하는 p+형 반도체층을 추가로 형성함으로써 태양 전지의 개방전압을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제3 반도체층이 WO3를 포함하고, 제1 투명도전층을 인듐이 도핑된 WO3를 포함함으로써, 상기 제3 반도체층과 상기 제1 투명도전층을 동일한 공정 장비 내에서 연속 공정으로 형성할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, n형 반도체층으로 이루어진 제5 반도체층이 밴드갭이 큰 SnO을 포함하여 이루어지기 때문에, 태양 전지의 개방전압을 높일 수 있고, 상기 제5 반도체층 위에 형성된 제2 투명도전층이 인듐이 도핑된 SnO을 포함함으로써, 상기 제5 반도체층과 상기 제2 투명도전층을 동일한 장비 내에서 연속 공정으로 형성할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, n형 반도체층으로 이루어진 제5 반도체층이 전기전도도가 우수한 SnO을 포함하여 이루어지기 때문에, 상기 제5 반도체층 위에 형성된 제2 투명도전층의 두께를 줄인다 하여도 전기저항이 커지는 문제를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정 단면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정 단면도이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지는 반도체 기판(100), 제1 반도체층(210), 제2 반도체층(220), 제3 반도체층(230), 제4 반도체층(240), 제5 반도체층(250), 제1 투명도전층(310), 제2 투명도전층(320), 제1 전극(410) 및 제2 전극(420)을 포함하여 이루어진다.
상기 반도체 기판(100)은 N형 반도체 웨이퍼로 이루어질 수 있다. 상기 반도체 기판(100)의 일면과 타면, 구체적으로 하면과 상면은 요철 구조로 형성될 수 있다. 그에 따라, 상기 반도체 기판(100)의 일면 상에 적층되는 다수의 층들 및 상기 반도체 기판(100)의 타면 상에 적층되는 다수의 층들은 상기 반도체 기판(100)의 요철 구조에 대응하는 요철 구조로 적층될 수 있다. 다만, 상기 반도체 기판(100)의 일면과 타면 중 어느 하나의 면에만 요철 구조가 형성되는 것도 가능하고, 상기 반도체 기판(100)의 일면과 타면 모두에 요철 구조가 형성되지 않을 수도 잇다.
상기 제1 반도체층(210)은 상기 반도체 기판(100)의 일면, 예로서 하면에 형성된다. 상기 제1 반도체층(210)은 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD) 또는 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition; ALD) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해 형성되며, 진성 반도체층, 예로서 진성 비정질 실리콘층으로 이루어질 수 있다. 다만, 경우에 따라서 상기 제1 반도체층(210)이 미량의 도펀트, 예로서 미량의 p형 도펀트가 도핑된 반도체층, 특히 미량의 p형 도펀트가 도핑된 비정질 실시콘층으로 이루어질 수도 있다.
상기 제2 반도체층(220)은 상기 제1 반도체층(210)의 일면, 예로서 하면에 형성된다. 상기 제2 반도체층(220)은 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해 형성되며, 소정의 도펀트가 도핑된 반도체층으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 반도체층(220)은 상기 반도체 기판(100)과 상이한 극성인 p형 도펀트가 도핑된 p형 반도체층, 특히, p형 비정질 실리콘층으로 이루어질 수 있다.
상기 제3 반도체층(230)은 상기 제2 반도체층(220)의 일면, 예로서 하면에 형성된다. 상기 제3 반도체층(230)은 박막 증착 공정을 통해 형성된 p+형 반도체층으로 이루어진다. 구체적으로, 상기 제3 반도체층(230)은 원자층 증착법을 이용하여 형성된 W를 포함한 p형 반도체 물질, 구체적으로 WO3를 포함하여 이루어질 수 있다. WO3의 밴드갭은 상기 제2 반도체층(220)을 구성하는 p형 비정질 실리콘의 밴드갭 보다 작다. 또한, WO3의 일함수(work function)가 상기 제2 반도체층(220)을 구성하는 p형 비정질 실리콘의 일함수보다 크다. 또한, 상기 WO3의 가전자대(valence band) 최대 에너지 레벨은 상기 p형 비정질 실리콘층의 가전자대 최대 에너지 레벨보다 낮다. 따라서, WO3을 상기 제3 반도체층(230)의 재료로 이용할 경우 태양전지의 개방전압(Open-Circuit Voltage; Voc)을 높일 수 있는 장점이 있다.
상기 제3 반도체층(230)은 Ti 또는 H 등과 같은 p형 도펀트를 추가로 포함함으로써, 상기 제3 반도체층(230)의 계면 저항 및 벌크 저항을 낮추고, 전하의 이동도가 향상되어 태양 전지의 효율이 향상될 수 있다.
상기 제4 반도체층(240)은 상기 반도체 기판(100)의 타면, 예로서 상면에 형성된다. 상기 제4 반도체층(240)은 박막 증착 공정을 통해 형성되며, 진성 반도체층, 예로서 진성 비정질 실리콘층으로 이루어질 수 있다. 다만, 경우에 따라서 상기 제4 반도체층(240)이 미량의 도펀트, 예로서 미량의 n형 도펀트가 도핑된 비정질 실리콘층으로 이루어질 수도 있다. 이때, 상기 제4 반도체층(240)에 도핑된 도펀트의 극성은 상기 제1 반도체층(210)에 도핑된 도펀트의 극성과 반대이다.
상기 제5 반도체층(250)은 상기 제4 반도체층(240)의 타면, 예로서 상면에 형성된다. 상기 제5 반도체층(250)은 박막 증착 공정을 통해 형성되며, 소정의 도펀트가 도핑된 반도체층으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 제5 반도체층(250)에 도핑된 도펀트의 극성은 상기 제2 반도체층(220)에 도핑된 도펀트의 극성과 반대이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제5 반도체층(250)은 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해 형성된 n형 비정질 실리콘층으로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제5 반도체층(250)은 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 형성된 Sn을 포함한 n형 반도체 물질, 구체적으로 SnO을 포함하여 이루어질 수 있다. SnO는 n형 반도체 물질로서 전기전도도가 우수하기 때문에, 상기 제5 반도체층(250)이 SnO을 포함하여 이루어진 경우, 상기 제5 반도체층(250) 위에 형성된 상기 제2 투명도전층(320)의 두께를 줄일 수 있는 장점이 있다.
상기 제5 반도체층(250)의 재료로서 Al, Ag, 및 Lif 등과 같은 물질을 이용하는 것도 가능하지만, 상기 SnO는 상기 Al, Ag, 및 Lif에 비하여 밴드갭이 크기 때문에, 상기 제5 반도체층(250)이 SnO로 이루어진 경우 태양전지의 개방전압(Open-Circuit Voltage; Voc)을 높일 수 있는 장점이 있다. 한편, Cs2CO3는 SnO에 비하여 에너지 밴드갭이 더 크기 때문에, 상기 제5 반도체층(250)으로서 Cs2CO3를 이용하는 것도 가능하지만, 상기 제5 반도체층(250)을 SnO로 형성하게 되면, 동일한 공정 장비 내에서 인듐(indium)을 추가하는 간단한 공정으로 상기 제2 투명도전층(320)을 ITO로 형성할 수 있는 장점이 있다.
상기 제5 반도체층(250)은 In, F, Zn 등과 같은 n형 도펀트를 추가로 포함함으로써, 상기 제5 반도체층(250)의 계면 저항 및 벌크 저항을 낮추고, 전하의 이동도가 향상되어 태양 전지의 효율이 향상될 수 있다.
상기 제5 반도체층(250)의 두께는 10Å 내지 100Å의 범위가 바람직할 수 있다. 만약, 상기 제5 반도체층(250)의 두께가 10Å 미만이면 상기 제5 반도체층(250) 내에서의 전하의 이동이 원활하지 못할 수 있고, 상기 제5 반도체층(250)의 두께가 100Å를 초과하게 되면 상기 제5 반도체층(250)의 투과율이 저하될 수 있다.
상기 제1 투명도전층(310)은 상기 제3 반도체층(230)의 일면, 예로서 하면에 형성된다. 상기 제1 투명도전층(310)은 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해 형성된다. 특히, 상기 제1 투명도전층(310)은 인듐(Indium)을 포함하는 투명 산화막, 구체적으로 인듐이 도핑된 WO3를 포함하여 이루어질 수 있으며, 이 경우 상기 제3 반도체층(230)과 상기 제1 투명도전층(310)을 동일한 공정 장비 내에서 연속 공정으로 형성할 수 있는 장점이 있다.
상기 제1 투명도전층(310)은 태양광의 입사 면과 반대 면에 형성되며, 그에 따라 광투과율보다는 전기전도도를 더 고려하여 그 두께를 두껍게 형성할 수 있다. 따라서, 상기 제1 투명도전층(310)의 두께는 상기 제2 투명도전층(320)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 투명도전층(310)이 인듐(Indium)이 도핑된 WO3로 이루어진 경우, 인듐의 ?t량이 증가할 경우 투과율이 떨어지지만 전기전도도는 향상될 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 제1 투명도전층(310)은 투과율보다는 전기전도도를 더 고려하여 형성할 수 있으므로, 상기 제1 투명도전층(310)에 포함되는 인듐의 ?t량을 증가시키는 것이 전기전도도를 향상시키는데 바람직하다. 따라서, 상기 제1 투명도전층(310)에 포함된 인듐의 함량은 후술하는 제2 투명도전층(320)에 포함된 인듐의 함량보다 많을 수 있다.
상기 제2 투명도전층(320)은 상기 제5 반도체층(250)의 타면, 예로서 상면에 형성된다.
상기 제2 투명도전층(320)은 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해 형성된다.
전술한 바와 같이, 상기 제5 반도체층(250)의 전기전도도가 우수하기 때문에 상기 제2 투명도전층(320)의 두께를 얇게 형성할 수 있으며, 구체적으로 상기 제2 투명도전층(320)의 두께는 100Å 내지 500Å의 범위로 형성될 수 있다. 만약, 상기 제2 투명도전층(320)의 두께가 100Å 미만이면 상기 제2 투명도전층(320)의 저항이 커질 수 있고, 상기 제2 투명도전층(320)의 두께가 500Å를 초과하게 되면 상기 제2 투명도전층(320)의 투과율이 저하될 수 있다.
상기 제2 투명도전층(320)은 인듐을 포함하는 투명산화막, 예로서 ITO로 이루어질 수 있으며, 그에 따라 전술한 바와 같이 상기 제5 반도체층(250)과 상기 제2 투명도전층(320)을 동일한 공정 장비 내에서 연속 공정으로 형성할 수 있다.
상기 제2 투명도전층(320)이 인듐을 포함하는 투명산화막으로 이루어진 경우, 상기 투명산화막 내에서 인듐(Indium)의 농도는 1원자% 내지 5원자% 범위인 것이 바람직할 수 있다. 만약, 상기 투명산화막 내에서 인듐의 농도가 1원자% 미만일 경우 상기 제2 투명도전층(320)의 전기전도도가 떨어질 수 있고, 상기 투명산화막 내에서 인듐의 농도가 5원자%를 초과하게 되면 상기 제2 투명도전층(320)의 투과율이 저하될 수 있다.
또한, 상기 제2 투명도전층(320) 내에서 상기 인듐의 농도가 일정하지 않을 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 투명도전층(320)의 상면에서 상기 인듐의 농도가 상기 제2 투명도전층(320)의 하면에서 상기 인듐의 농도보다 클 수 있으며, 특히, 상기 제2 투명도전층(320)의 하면에서 상기 제2 투명도전층(320)의 상면으로 갈수록 상기 인듐의 농도가 점차로 증가할 수 있다.
상기 제1 전극(410)은 상기 제1 투명도전층(310)의 일면, 예로서 하면에 형성된다.
상기 제1 전극(410)은 태양광이 입사하는 입사 면과 반대 면에 형성되므로, 상기 제1 투명도전층(310)의 하면 전체에 형성될 수도 있다. 다만, 상기 제1 전극(410)이 소정 형태로 패턴 형성됨으로써 태양광의 반사광이 상기 제1 투명도전층(310)의 통해서 태양 전지 내부로 입사될 수 있도록 구성될 수도 있다. 상기 제1 전극(410)은 당업계에 공지된 다양한 금속 물질로 이루어질 수 있으며, 스크린 프린팅 등 당업계에 공지된 다양한 패턴 형성공정으로 형성될 수 있다.
상기 제2 전극(420)은 상기 제2 투명도전층(320)의 타면, 예로서 상면에 형성된다.
상기 제2 전극(420)은 태양광이 입사하는 입사 면에 형성되며 따라서 상기 제2 전극(420)으로 인해서 태양광의 입사 량이 감소하는 것을 방지하기 위해서, 상기 제2 전극(420)은 소정 형태로 패턴 형성된다. 상기 제2 전극(420)은 당업계에 공지된 다양한 금속 물질로 이루어질 수 있으며, 스크린 프린팅 등 당업계에 공지된 다양한 패턴 형성공정으로 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지는 반도체 기판(100), 제1 반도체층(210), 제2 반도체층(220), 제3 반도체층(230), 제4 반도체층(240), 제5 반도체층(250), 제6 반도체층(260), 제1 투명도전층(310), 제2 투명도전층(320), 제1 전극(410) 및 제2 전극(420)을 포함하여 이루어진다.
도 2에 도시한 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지는 제6 반도체층(260)이 추가된 점을 제외하고 전술한 도 1에 따른 태양 전지와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서 동일한 도면부호를 부여하였고, 이하에서는 상이한 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제4 반도체층(240)과 제5 반도체층(250) 사이에 제6 반도체층(260)이 추가로 형성되어 있다. 즉, 상기 제6 반도체층(260)은 상기 제4 반도체층(240)의 상면 및 상기 제5 반도체층(250)의 하면 사이에 형성된다.
상기 제6 반도체층(260)은 박막 증착 공정을 통해 형성되며, 상기 제5 반도체층(250)과 동일한 극성의 도펀트, 예로서 n형 도펀트가 도핑된 반도체층으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 제6 반도체층(260)은 상기 SnO로 이루어진 제5 반도체층(250)보다 밴드갭이 작은 물질로 이루어진 것이 바람직하며, 구체적으로, 상기 제6 반도체층(260)은 n형 비정질 실리콘층으로 이루어질 수 있다. 상기 SnO로 이루어진 제5 반도체층(250)의 일함수는 상기 n형 비정질 실리콘층으로 이루어진 제6 반도체층(260)의 일함수보다 작을 수 있다. 또한, 상기 SnO로 이루어진 제5 반도체층(250)의 전도대(conduction band) 최소 에너지 레벨은 상기 n형 비정질 실리콘층으로 이루어진 제6 반도체층(260)의 전도대 최소 에너지 레벨보다 높은 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 SnO로 이루어진 제5 반도체층(250)은 n+형 반도체층을 구성하게 된다. 상기 제6 반도체층(260)이 n형 비정질 실리콘층으로 이루어진 경우 상기 제4 반도체층(240)과 상기 제5 반도체층(250) 사이의 계면특성이 향상될 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지는 반도체 기판(100), 제1 반도체층(210), 제2 반도체층(220), 제3 반도체층(230), 제4 반도체층(240), 제5 반도체층(250), 제1 투명도전층(310), 제2 투명도전층(320), 제1 전극(410), 제2 전극(420) 및 페로브스카이트(Perovskite) 태양 전지(500)를 포함하여 이루어진다.
도 3에 도시한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지는 페로브스카이트(Perovskite) 태양 전지(500)가 추가된 점을 제외하고 전술한 도 1에 따른 태양 전지와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서 동일한 도면부호를 부여하였고, 이하에서는 상이한 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 전술한 도 1의 구조에서 제2 투명도전층(320)과 제2 전극(420) 사이에 페로브스카이트(Perovskite) 태양 전지(500)가 추가로 형성되어 있다.
따라서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지는, 상기 반도체 기판(100), 제1 반도체층(210), 제2 반도체층(220), 제3 반도체층(230), 제4 반도체층(240), 제5 반도체층(250), 제1 투명도전층(310), 및 제2 투명도전층(320)을 포함하는 기판형 태양 전지, 및 상기 기판형 태양 전지 위에 형성된 상기 페로브스카이트 태양 전지(500)를 포함한 탠덤(tandem) 구조의 태양 전지가 된다.
이때, 상기 제2 투명도전층(320)이 상기 기판형 태양 전지와 상기 페로브스카이트 태양 전지(500) 사이의 버퍼층으로 기능할 수 있어서 별도의 버퍼층이 필요하지 않다.
상기 페로브스카이트 태양 전지(500)는 도전성 전하 전달층(520, 530) 및 광흡수층(510)을 포함한다.
상기 페로브스카이트 태양 전지(500)는 하나 이상의 도전성 전하 전달층(520, 530)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 페로브스카이트 태양 전지(500)는 상기 제2 투명도전층(320) 상에서 상기 제2 투명도전층(320)과 접하는 제1 도전성 전하 전달층(520), 상기 제1 도전성 전하 전달층(520) 상에 구비된 광흡수층(510), 및 상기 광흡수층(510) 상에 구비된 제2 도전성 전하 전달층(530)을 포함하여 이루어질 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 도전성 전하 전달층(520, 530)이 상기 광흡수층(510)의 양면 중 어느 하나의 면에만 배치될 수도 있다.
상기 제1 도전성 전하 전달층(520)은 상기 제5 반도체층(250)과 상이한 극성, 예로서 p형 극성을 가지도록 구성되고, 상기 제2 도전성 전하 전달층(530)은 상기 제1 도전성 전하 전달층(520)과 상이한 극성, 예로서 n형 극성을 가지도록 구성될 수 있다. 그에 따라, 상기 제1 도전성 전하 전달층(520)은 정공 전달층(Hole transporting layer; HTL)으로 이루어지고 상기 제2 도전성 전하 전달층(530)은 전자 전달층(Electron transporting layer; ETL)으로 이루어질 수도 있다.
상기 정공 전달층은 Spiro-MeO-TAD, Spiro-TTB, 폴리아닐린, 폴리피놀, 폴리-3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜-폴리스타이렌설포네이트(PEDOT-PSS), 또는 폴리-[비스(4-페닐)(2,4,6-트리메틸페닐)아민](PTAA), Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) 등과 같은 당업계에 공지된 다양한 P-type 유기물을 포함하여 이루어질 수도 있고, Ni산화물, Mo산화물 또는 V산화물, W산화물, Cu 산화물 등과 같은 당업계에 공지된 다양한 P-type 금속 산화물과 그에 더불어 다양한 P-type 유기 또는 무기물을 포함한 화합물로 이루어질 수도 있다.
상기 전자 전달층은 BCP(Bathocuproine), C60, 또는 PCBM(Phenyl-C61-butyric acid methyl ester) 등과 같은 N-type 유기물 또는 ZnO, c-TiO2/mp-TiO2, SnO2, 또는 IZO와 같은 당업계에 공지된 다양한 N-type 금속 산화물과 그에 더불어 다양한 N-type 유기 또는 무기물을 포함한 화합물로 이루어질 수 있다.
상기 광흡수층(510)은 당업계에 공지된 페로브스카이트 화합물로 이루어진다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지는 반도체 기판(100), 제1 반도체층(210), 제2 반도체층(220), 제3 반도체층(230), 제4 반도체층(240), 제5 반도체층(250), 제6 반도체층(260), 제1 투명도전층(310), 제2 투명도전층(320), 제1 전극(410), 제2 전극(420) 및 페로브스카이트(Perovskite) 태양 전지(500)를 포함하여 이루어진다.
도 4에 도시한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지는 페로브스카이트 태양 전지(500)가 추가된 점을 제외하고 전술한 도 2에 따른 태양 전지와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서 동일한 도면부호를 부여하였고, 이하에서는 상이한 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 전술한 도 2의 구조에서 제2 투명도전층(320)과 제2 전극(420) 사이에 페로브스카이트 태양 전지(500)가 추가로 형성되어 있다.
따라서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지는, 상기 반도체 기판(100), 제1 반도체층(210), 제2 반도체층(220), 제3 반도체층(230), 제4 반도체층(240), 제5 반도체층(250), 제6 반도체층(260), 제1 투명도전층(310), 및 제2 투명도전층(320)을 포함하는 기판형 태양 전지, 및 상기 기판형 태양 전지 위에 형성된 상기 페로브스카이트 태양 전지(500)를 포함한 탠덤(tandem) 구조의 태양 전지가 된다.
이때, 상기 제2 투명도전층(320)이 상기 기판형 태양 전지와 상기 페로브스카이트 태양 전지(500) 사이의 버퍼층으로 기능할 수 있어서 별도의 버퍼층이 필요하지 않다.
상기 페로브스카이트 태양 전지(500)는 전술한 도 3에서와 같이 도전성 전하 전달층(520, 530) 및 광흡수층(510)을 포함하여 이루어질 수 있으며, 그에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정 단면도로서, 이는 전술한 도 1에 따른 태양 전지의 제조 공정에 관한 것이다. 이하에서는, 재료 등과 같은 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 5a에서 알 수 있듯이, 반도체 기판(100)의 일면, 예로서 하면에 제1 반도체층(210)을 형성하고, 상기 제1 반도체층(210)의 일면, 예로서 하면에 제2 반도체층(220)을 형성하고, 상기 제2 반도체층(220)의 일면, 예로서 하면에 제3 반도체층(230)을 형성하고, 상기 제3 반도체층(230)의 일면, 예로서 하면에 제1 투명도전층(310)을 형성한다.
상기 제1 반도체층(210)은 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해 진성 반도체층, 예로서 진성 비정질 실리콘층, 또는 미량의 p형 도펀트가 도핑된 반도체층, 특히 미량의 p형 도펀트가 도핑된 비정질 실시콘층으로 형성할 수 있다.
상기 제2 반도체층(220)은 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해 p형 비정질 실리콘층으로 형성할 수 있다.
이때, 상기 제1 반도체층(210)과 상기 제2 반도체층(220)은 동일한 공정 장비 내에서 연속 공정으로 형성할 수 있다. 구체적으로, 챔버 내에서 Si의 소스 물질을 투입하여 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD)으로 진성 비정질 실리콘층으로 이루어진 상기 제1 반도체층(210)을 형성하고, 이어서 상기 Si의 소스 물질에 p형 도펀트 물질을 추가로 투입하여 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD)으로 p형 비정질 실리콘층으로 이루어진 제2 반도체층(220)을 형성할 수 있다.
상기 제3 반도체층(230)은 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD) 등과 같은 박막 증착 공정, 특히 원자층 증착법을 통해 WO3를 포함하여 이루어진 p+형 반도체층으로 형성할 수 있다.
상기 제1 투명도전층(310)은 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해 인듐(Indium)이 도핑된 WO3으로 형성할 수 있다.
이때, 상기 제3 반도체층(230)과 상기 제1 투명도전층(310)은 동일한 공정 장비 내에서 연속 공정으로 형성할 수 있다. 예로서, 챔버 내에서 W을 포함하는 재료와 O를 포함하는 재료를 투입하여 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 상기 WO3를 포함하는 제3 반도체층(230)을 형성하고, 이어서 상기 W을 포함하는 재료와 상기 O를 포함하는 재료에 인듐(Indium)을 포함하는 재료를 추가로 투입하여 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 상기 인듐이 도핑된 WO3으로 이루어진 제1 투명도전층(310)을 형성할 수 있다.
다음, 도 5b에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 기판(100)의 타면, 예로서 상면에 제4 반도체층(240)을 형성하고, 상기 제4 반도체층(240)의 타면, 예로서 상면에 제5 반도체층(250)을 형성하고, 상기 제5 반도체층(250)의 타면, 예로서 상면에 제2 투명도전층(320)을 형성한다.
상기 제4 반도체층(240)은 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해 진성 반도체층, 예로서 진성 비정질 실리콘층, 또는 미량의 n형 도펀트가 도핑된 반도체층, 특히 미량의 n형 도펀트가 도핑된 비정질 실시콘층으로 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제5 반도체층(250)은 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해 n형 비정질 실리콘층으로 형성할 수 있다.
이때, 상기 제4 반도체층(240)과 상기 제5 반도체층(250)은 동일한 공정 장비 내에서 연속 공정으로 형성할 수 있다. 구체적으로, 챔버 내에서 Si의 소스 물질을 투입하여 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD)으로 진성 비정질 실리콘층으로 이루어진 상기 제4 반도체층(240)을 형성하고, 이어서 상기 Si의 소스 물질에 n형 도펀트 물질을 추가로 투입하여 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD)으로 n형 비정질 실리콘층으로 이루어진 제5 반도체층(250)을 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제5 반도체층(250)은 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 SnO로 형성할 수 있다.
상기 제2 투명도전층(320)은 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 인듐을 포함하는 투명산화막으로 형성할 수 있다.
이때, 상기 제5 반도체층(250)과 상기 제2 투명도전층(320)은 동일한 공정 장비 내에서 연속 공정으로 형성할 수 있다. 예로서, 챔버 내에서 Sn을 포함하는 재료와 O를 포함하는 재료를 투입하여 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 상기 SnO로 이루어진 제5 반도체층(250)을 형성하고, 이어서 상기 Sn을 포함하는 재료와 상기 O를 포함하는 재료에 인듐(Indium)을 포함하는 재료를 추가로 투입하여 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 상기 인듐을 포함하는 투명산화막으로 이루어진 제2 투명도전층(320)을 형성할 수 있다.
경우에 따라서, 상기 챔버 내에서 Sn을 포함하는 재료와 O를 포함하는 재료를 투입하여 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 SnO층을 형성한 후 여기에 인듐을 추가로 도핑함으로써 인듐이 도핑되지 않은 SnO층으로 이루어진 제5 반도체층(250)과 상기 인듐이 도핑되어 상기 인듐을 포함하는 투명산화막으로 이루어진 제2 투명도전층(320)을 형성할 수도 있다.
한편, 도 5a 공정과 도 5b 공정 사이에 특별한 순서가 있는 것은 아니다. 즉, 도 5b 공정을 먼저 수행하고, 그 후에 도 5a 공정을 수행하는 것도 가능하다.
다음, 도 5c에서 알 수 있듯이, 상기 제1 투명도전층(310)의 일면, 예로서 하면에 제1 전극(410)을 형성하고 상기 제2 투명도전층(320)의 타면, 예로서 상면에 제2 전극(420)을 형성한다.
상기 제1 전극(410)의 형성 공정과 상기 제2 전극(420)의 형성 공정 사이에 특별한 순서가 있는 것은 아니다.
상기 제1 전극(410)과 상기 제2 전극(420)은 스크린 프린팅 등 당업계에 공지된 다양한 패턴 형성공정을 통해서 형성할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정 단면도로서, 이는 전술한 도 2에 따른 태양 전지의 제조 공정에 관한 것이다. 이하에서는, 재료 등과 같은 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 6a에서 알 수 있듯이, 반도체 기판(100)의 일면, 예로서 하면에 제1 반도체층(210)을 형성하고, 상기 제1 반도체층(210)의 일면, 예로서 하면에 제2 반도체층(220)을 형성하고, 상기 제2 반도체층(220)의 일면, 예로서 하면에 제3 반도체층(230)을 형성하고, 상기 제3 반도체층(230)의 일면, 예로서 하면에 제1 투명도전층(310)을 형성한다.
상기 제1 반도체층(210)은 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해 진성 반도체층, 예로서 진성 비정질 실리콘층, 또는 미량의 p형 도펀트가 도핑된 반도체층, 특히 미량의 p형 도펀트가 도핑된 비정질 실시콘층으로 형성할 수 있다.
상기 제2 반도체층(220)은 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해 p형 비정질 실리콘층으로 형성할 수 있다.
이때, 상기 제1 반도체층(210)과 상기 제2 반도체층(220)은 동일한 공정 장비 내에서 연속 공정으로 형성할 수 있다. 구체적으로, 챔버 내에서 Si의 소스 물질을 투입하여 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD)으로 진성 비정질 실리콘층으로 이루어진 상기 제1 반도체층(210)을 형성하고, 이어서 상기 Si의 소스 물질에 p형 도펀트 물질을 추가로 투입하여 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD)으로 p형 비정질 실리콘층으로 이루어진 제2 반도체층(220)을 형성할 수 있다.
상기 제3 반도체층(230)은 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD) 등과 같은 박막 증착 공정, 특히 원자층 증착법을 통해 WO3를 포함하여 이루어진 p+형 반도체층으로 형성할 수 있다.
상기 제1 투명도전층(310)은 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해 인듐(Indium)이 도핑된 WO3으로 형성할 수 있다.
이때, 상기 제3 반도체층(230)과 상기 제1 투명도전층(310)은 동일한 공정 장비 내에서 연속 공정으로 형성할 수 있다. 예로서, 챔버 내에서 W을 포함하는 재료와 O를 포함하는 재료를 투입하여 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 상기 WO3를 포함하는 제3 반도체층(230)을 형성하고, 이어서 상기 W을 포함하는 재료와 상기 O을 포함하는 재료에 인듐(Indium)을 포함하는 재료를 추가로 투입하여 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 상기 인듐이 도핑된 WO3으로 이루어진 제1 투명도전층(310)을 형성할 수 있다.
다음, 도 6b에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 기판(100)의 타면, 예로서 상면에 제4 반도체층(240)을 형성하고, 상기 제4 반도체층(240)의 타면, 예로서 상면에 제6 반도체층(260)을 형성하고, 상기 제6 반도체층(260)의 타면, 예로서 상면에 제5 반도체층(250)을 형성하고, 상기 제5 반도체층(250)의 타면, 예로서 상면에 제2 투명도전층(320)을 형성한다.
상기 제4 반도체층(240)은 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해 진성 반도체층, 예로서 진성 비정질 실리콘층, 또는 미량의 n형 도펀트가 도핑된 반도체층, 특히 미량의 n형 도펀트가 도핑된 비정질 실시콘층으로 형성할 수 있다.
상기 제6 반도체층(260)은 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해 n형 비정질 실리콘층으로 형성할 수 있다.
이때, 상기 제4 반도체층(240)과 상기 제6 반도체층(260)은 동일한 공정 장비 내에서 연속 공정으로 형성할 수 있다. 구체적으로, 챔버 내에서 Si의 소스 물질을 투입하여 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD)으로 진성 비정질 실리콘층으로 이루어진 상기 제4 반도체층(240)을 형성하고, 이어서 상기 Si의 소스 물질에 n형 도펀트 물질을 추가로 투입하여 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD)으로 n형 비정질 실리콘층으로 이루어진 제6 반도체층(260)을 형성할 수 있다.
상기 제5 반도체층(250)은 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 SnO로 형성하고, 상기 제2 투명도전층(320)은 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 인듐을 포함하는 투명산화막으로 형성할 수 있다.
이때, 상기 제5 반도체층(250)과 상기 제2 투명도전층(320)은 동일한 공정 장비 내에서 연속 공정으로 형성할 수 있다. 예로서, 챔버 내에서 Sn을 포함하는 재료와 O를 포함하는 재료를 투입하여 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 상기 SnO로 이루어진 제5 반도체층(250)을 형성하고, 이어서 상기 Sn을 포함하는 재료와 상기 O를 포함하는 재료에 인듐(Indium)을 포함하는 재료를 추가로 투입하여 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 상기 인듐을 포함하는 투명산화막으로 이루어진 제2 투명도전층(320)을 형성할 수 있다.
경우에 따라서, 상기 챔버 내에서 Sn을 포함하는 재료와 O를 포함하는 재료를 투입하여 화학 기상 증착법(CVD) 또는 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 SnO층을 형성한 후 여기에 인듐을 추가로 도핑함으로써 인듐이 도핑되지 않은 SnO층으로 이루어진 제5 반도체층(250)과 상기 인듐이 도핑되어 상기 인듐을 포함하는 투명산화막으로 이루어진 제2 투명도전층(320)을 형성할 수도 있다.
한편, 도 6a 공정과 도 6b 공정 사이에 특별한 순서가 있는 것은 아니다. 즉, 도 6b 공정을 먼저 수행하고, 그 후에 도 6a 공정을 수행하는 것도 가능하다.
다음, 도 6c에서 알 수 있듯이, 상기 제1 투명도전층(310)의 일면, 예로서 하면에 제1 전극(410)을 형성하고 상기 제2 투명도전층(320)의 타면, 예로서 상면에 제2 전극(420)을 형성한다.
상기 제1 전극(410)의 형성 공정과 상기 제2 전극(420)의 형성 공정 사이에 특별한 순서가 있는 것은 아니다.
상기 제1 전극(410)과 상기 제2 전극(420)은 스크린 프린팅 등 당업계에 공지된 다양한 패턴 형성공정을 통해서 형성할 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정 단면도로서, 이는 전술한 도 3에 따른 태양 전지의 제조 공정에 관한 것이다.
우선, 도 7a에서 알 수 있듯이, 반도체 기판(100)의 일면, 예로서 하면에 제1 반도체층(210)을 형성하고, 상기 제1 반도체층(210)의 일면, 예로서 하면에 제2 반도체층(220)을 형성하고, 상기 제2 반도체층(220)의 일면, 예로서 하면에 제3 반도체층(230)을 형성하고, 상기 제3 반도체층(230)의 일면, 예로서 하면에 제1 투명도전층(310)을 형성한다.
도 7a의 공정은 전술한 도 5a의 공정과 동일하므로 반복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 7b에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 기판(100)의 타면, 예로서 상면에 제4 반도체층(240)을 형성하고, 상기 제4 반도체층(240)의 타면, 예로서 상면에 제5 반도체층(250)을 형성하고, 상기 제5 반도체층(250)의 타면, 예로서 상면에 제2 투명도전층(320)을 형성한다.
도 7b의 공정은 전술한 도 5b의 공정과 동일하므로 반복 설명은 생략하기로 한다.
한편, 도 7a 공정과 도 7b 공정 사이에 특별한 순서가 있는 것은 아니다. 즉, 도 7b 공정을 먼저 수행하고, 그 후에 도 7a 공정을 수행하는 것도 가능하다.
다음, 도 7c에서 알 수 있듯이, 상기 제2 투명도전층(320)의 타면, 예로서 상면에 페로브스카이트 태양 전지(500)를 형성한다.
상기 페로브스카이트 태양 전지(500)의 형성 공정은 상기 제2 투명도전층(320)의 상면 상에 제1 도전성 전하 전달층(520)을 형성하고, 상기 제1 도전성 전하 전달층(520)의 상면 상에 광흡수층(510)을 형성하고, 상기 광흡수층(510)의 상면 상에 제2 도전성 전하 전달층(530)을 형성하는 공정을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전성 전하 전달층(520)의 형성 공정은 증발법(Evaporation) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해서 유기물로 이루어진 정공 전달층(HTL)을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있고, 상기 제2 도전성 전하 전달층(530)의 형성 공정은 증발법(Evaporation) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해서 유기물로 이루어진 전자 전달층(ETL)을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 광흡수층(510)의 형성 공정은 용액 공정 또는 화학 기상 증착법(CVD) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해 페로브스카이트 화합물을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
다음, 도 7d에서 알 수 있듯이, 상기 페로브스카이트 태양 전지(500)의 타면, 예로서 상면에 제2 전극(420)을 형성하고 상기 제1 투명도전층(310)의 일면, 예로서 하면에 제1 전극(410)을 형성한다.
상기 제1 전극(410)의 형성 공정과 상기 제2 전극(420)의 형성 공정 사이에 특별한 순서가 있는 것은 아니다. 상기 제1 전극(410)과 상기 제2 전극(420)은 스크린 프린팅 등 당업계에 공지된 다양한 패턴 형성공정을 통해서 형성할 수 있다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 제조 공정 단면도로서, 이는 전술한 도 4에 따른 태양 전지의 제조 공정에 관한 것이다.
우선, 도 8a에서 알 수 있듯이, 반도체 기판(100)의 일면, 예로서 하면에 제1 반도체층(210)을 형성하고, 상기 제1 반도체층(210)의 일면, 예로서 하면에 제2 반도체층(220)을 형성하고, 상기 제2 반도체층(220)의 일면, 예로서 하면에 제3 반도체층(230)을 형성하고, 상기 제3 반도체층(230)의 일면, 예로서 하면에 제1 투명도전층(310)을 형성한다.
도 8a의 공정은 전술한 도 6a의 공정과 동일하므로 반복 설명은 생략하기로 한다.
다음, 도 8b에서 알 수 있듯이, 상기 반도체 기판(100)의 타면, 예로서 상면에 제4 반도체층(240)을 형성하고, 상기 제4 반도체층(240)의 타면, 예로서 상면에 제6 반도체층(260)을 형성하고, 상기 제6 반도체층(260)의 타면, 예로서 상면에 제5 반도체층(250)을 형성하고, 상기 제5 반도체층(250)의 타면, 예로서 상면에 제2 투명도전층(320)을 형성한다.
도 8b의 공정은 전술한 도 6b의 공정과 동일하므로 반복 설명은 생략하기로 한다.
한편, 도 8a 공정과 도 8b 공정 사이에 특별한 순서가 있는 것은 아니다. 즉, 도 8b 공정을 먼저 수행하고, 그 후에 도 8a 공정을 수행하는 것도 가능하다.
다음, 도 8c에서 알 수 있듯이, 상기 제2 투명도전층(320)의 타면, 예로서 상면에 페로브스카이트 태양 전지(500)를 형성한다.
상기 페로브스카이트 태양 전지(500)의 형성 공정은 상기 제2 투명도전층(320)의 상면 상에 제1 도전성 전하 전달층(520)을 형성하고, 상기 제1 도전성 전하 전달층(520)의 상면 상에 광흡수층(510)을 형성하고, 상기 광흡수층(510)의 상면 상에 제2 도전성 전하 전달층(530)을 형성하는 공정을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전성 전하 전달층(520)의 형성 공정은 증발법(Evaporation) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해서 유기물로 이루어진 정공 전달층(HTL)을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있고, 상기 제2 도전성 전하 전달층(530)의 형성 공정은 증발법(Evaporation) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해서 유기물로 이루어진 전자 전달층(ETL)을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 광흡수층(510)의 형성 공정은 용액 공정 또는 화학 기상 증착법(CVD) 등과 같은 박막 증착 공정을 통해 페로브스카이트 화합물을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
다음, 도 8d에서 알 수 있듯이, 상기 페로브스카이트 태양 전지(500)의 타면, 예로서 상면에 제2 전극(420)을 형성하고 상기 제1 투명도전층(310)의 일면, 예로서 하면에 제1 전극(410)을 형성한다.
상기 제1 전극(410)의 형성 공정과 상기 제2 전극(420)의 형성 공정 사이에 특별한 순서가 있는 것은 아니다. 상기 제1 전극(410)과 상기 제2 전극(420)은 스크린 프린팅 등 당업계에 공지된 다양한 패턴 형성공정을 통해서 형성할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 반도체 기판
210, 220, 230, 240, 250, 260: 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 반도체층
310, 320: 제1, 제2 투명도전층
410, 420: 제1, 제2 전극
500: 페로브스카이트 태양 전지 510: 광흡수층
520, 530: 제1, 제2 도전성 전하 전달층

Claims (17)

  1. 반도체 기판;
    상기 반도체 기판의 일면 상에 구비된 제1 반도체층;
    상기 제1 반도체층의 일면 상에 구비된 제2 반도체층;
    상기 제2 반도체층의 일면 상에 구비된 제3 반도체층;
    상기 제3 반도체층의 일면 상에 구비된 제1 투명도전층; 및
    상기 제1 투명도전층의 일면 상에 구비된 제1 전극을 포함하고,
    상기 제2 반도체층은 p형 반도체 물질을 포함하여 이루어지고, 상기 제3 반도체층은 W를 포함한 p형 반도체 물질을 포함하여 이루어진 태양 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 반도체층의 밴드갭은 상기 제2 반도체층의 밴드갭 보다 작고, 상기 제3 반도체층의 가전자대(valence band) 최대 에너지 레벨은 상기 제2 반도체층의 가전자대(valence band) 최대 에너지 레벨보다 낮은 태양 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 투명도전층은 인듐을 포함하는 투명산화막으로 이루어진 태양 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반도체층은 진성 비정질 실리콘층으로 이루어진 태양 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 타면 상에 구비된 제4 반도체층;
    상기 제4 반도체층의 타면 상에 구비된 제5 반도체층;
    상기 제5 반도체층의 타면 상에 구비된 제2 투명도전층; 및
    상기 제2 투명도전층의 타면 상에 구비된 제2 전극을 추가로 포함하고,
    상기 제5 반도체층은 Sn을 포함한 n형 반도체 물질을 포함하여 이루어진 태양 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제4 반도체층은 진성 비정질 실리콘층으로 이루어지고,
    상기 제4 반도체층과 상기 제5 반도체층 사이에 n형 비정질 실리콘층이 추가로 구비되어 있고,
    상기 제5 반도체층의 밴드갭은 상기 n형 비정질 실리콘층의 밴드갭 보다 크고, 상기 제5 반도체층의 전도대(conduction band) 최소 에너지 레벨은 상기 n형 비정질 실리콘층의 전도대 최소 에너지 레벨보다 높은 태양 전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제5 반도체층의 두께는 10Å 내지 100Å의 범위로 형성되고, 상기 제2 투명도전층의 두께는 100Å 내지 500Å의 범위로 형성된 태양 전지.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제2 투명도전층은 인듐을 포함하는 투명산화막으로 이루어지고, 상기 투명산화막 내에서 인듐의 농도는 1원자% 내지 5원자% 범위인 태양 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 투명도전층은 인듐을 포함하는 투명산화막으로 이루어지고, 상기 제1 투명도전층에 포함된 인듐의 함량은 상기 제2 투명도전층에 포함된 인듐의 함량보다 많은 태양 전지.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 제2 투명도전층과 상기 제2 전극 사이에 구비된 페로브 스카이트 태양 전지를 추가로 포함하고,
    상기 페로브 스카이트 태양 전지는
    상기 제2 투명도전층과 접하는 정공 전달층으로 이루어진 제1 도전성 전하 전달층;
    상기 제1 도전성 전하 전달층 상에 구비된 페로브스카이트 화합물로 이루어진 광흡수층; 및
    상기 광흡수층 상에 구비된 전자 전달층으로 이루어진 제2 도전성 전하 전달층을 포함하여 이루어진 태양 전지.
  11. 반도체 기판의 일면 상에 제1 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 제1 반도체층의 일면 상에 제2 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 제2 반도체층의 일면 상에 제3 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 제3 반도체층의 일면 상에 제1 투명도전층을 형성하는 공정; 및
    상기 제1 투명도전층 상에 제1 전극을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 제3 반도체층을 형성하는 공정은 W를 포함한 p형 반도체 물질을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 제3 반도체층의 형성 공정 및 상기 제1 투명도전층의 형성 공정은 동일한 공정 장비 내에서 수행되는 연속 공정으로 이루어진 태양 전지의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 투명도전층을 형성하는 공정은 인듐을 포함하는 투명산화막을 형성하는 공정으로 이루어진 태양 전지의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 타면 상에 제4 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 제4 반도체층의 타면 상에 제5 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 제5 반도체층의 타면 상에 제2 투명도전층을 형성하는 공정; 및
    상기 제2 투명도전층의 타면 상에 제2 전극을 형성하는 공정을 추가로 포함하고,
    상기 제5 반도체층을 형성하는 공정은 Sn을 포함한 n형 반도체 물질을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 제5 반도체층의 형성 공정 및 상기 제2 투명도전층의 형성 공정은 동일한 공정 장비 내에서 수행되는 연속 공정으로 이루어진 태양 전지의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제5 반도체층의 형성 공정은 챔버 내에서 Sn을 포함하는 재료와 O를 포함하는 재료를 투입하여 SnO를 형성하는 공정으로 이루어지고,
    상기 제2 투명도전층의 형성 공정은 상기 챔버 내에서 상기 Sn을 포함하는 재료, 상기 O를 포함하는 재료 및 인듐을 포함하는 재료를 투입하여 인듐을 포함하는 투명산화막을 형성하는 공정으로 이루어진 태양 전지의 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제5 반도체층의 형성 공정 및 상기 제2 투명도전층의 형성 공정은 챔버 내에서 Sn을 포함하는 재료와 O를 포함하는 재료를 투입하여 SnO층을 형성한 후 여기에 인듐을 추가로 도핑함으로써 인듐이 도핑되지 않은 SnO층으로 이루어진 상기 제5 반도체층과 상기 인듐이 도핑되어 상기 인듐을 포함하는 투명산화막으로 이루어진 상기 제2 투명도전층을 형성하는 공정으로 이루어진 태양 전지의 제조 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제4 반도체층의 형성 공정과 상기 제5 반도체층의 형성 공정 사이에 n형 비정질 실리콘층을 형성하는 공정을 추가로 포함하고,
    상기 제4 반도체층의 형성 공정 및 상기 n형 비정질 실리콘층의 형성 공정은 동일한 공정 장비 내에서 수행되는 연속 공정으로 이루어진 태양 전지의 제조 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제2 투명도전층과 상기 제2 전극 사이에 페로브 스카이트 태양 전지를 형성하는 공정을 추가로 포함하고,
    상기 페로브 스카이트 태양 전지를 형성하는 공정은
    상기 제2 투명도전층과 접하는 정공 전달층으로 이루어진 제1 도전성 전하 전달층을 형성하는 공정;
    상기 제1 도전성 전하 전달층 상에 페로브스카이트 화합물로 이루어진 광흡수층을 형성하는 공정; 및
    상기 광흡수층 상에 전자 전달층으로 이루어진 제2 도전성 전하 전달층을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 태양 전지의 제조 방법.
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