KR20220157747A - Method of window opening for 3d transparent solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가시광 전대역의 빛이 투과될 수 있는 페로브스카이트 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a perovskite solar cell through which light of the entire visible light band can be transmitted.
페로브스카이트 광흡수체는 태양광 흡수와 소재내에서 광전변환효과를 이용하여 전력을 생산하는 소재이다. 그러나 페로브스카이트 광흡수체의 밴드 갭 에너지는 650 ~ 900 nm의 파장을 갖기 때문에 일부 또는 대부분의 가시광 빛을 흡수하게 되며, 이로써 일부 또는 전부의 가시광이 전력 변환에 사용되게 되어 불투명 또는 반투명하게 된다. 따라서 가시광 (380 ~ 780 nm) 전 대역의 빛이 투과하는 투명 태양전지를 제작하기 위해서는 흡수층을 포함한 태양전지를 이루는 면적의 일부를 개방하는 것이 필요하다. 기술적으로 태양전지의 면적을 축소하는 것은 광전효율의 감소를 의미한다. 그러나 태양전지의 일부분을 개방한 투명창의 이용은 전 가시광 (380 ~ 780 nm)을 투과시킬 수 있으므로 보다 선명한 투명성을 확보할 수 있다는 장점이 있다. 그리고 투명창의 확보에 의한 광전변환효율의 감소를 만회하는 방법으로는 3차원 구조체 태양전지를 이용하여 극복할 수 있다. 반도체 박막의 일부 면적을 제거하는 방법으로는 식각을 이용하는 것이 가장 일반적이다. 그 방법으로는 전식 또는 습식 식각이 있다. 건식 방법으로는 반응성 이온에칭이 대표적이고 습식으로는 광감응제로 패턴을 형성하고 식각용액에 담가 처리하는 방법이 일반적이다. 그러나 페로브스카이트에는 납이 포함되어 있어 이온에칭이 불가능하며, 또한 페로브스카이트는 유기용매 및 습기에 취약하므로 습식 식각도 적용이 어렵다. 레이저 스크라이빙은 레이저 빔의 효과적인 이용과 빠른 공정성을 위하여 렌즈 광학계를 통하여 빔을 초점에 모아서 사용하게 된다. 그러므로 단위 레이저 펄스 당 단위 면적에 집중되는 에너지는 대폭 상승하게 되는데 이와 같이 집중된 광에너지는 물질에 흡수되어 가공성뿐만 아니라 박막의 심각한 손상을 유발하게 된다. 일어나는 현상으로는 에너지 흡수에 의한 단일 또는 여러 물질들의 용융 및 재결정화와 미세 균열(micro cracking)을 유발하여 수율을 떨어뜨릴 수 있다. Perovskite light absorber is a material that generates power by absorbing sunlight and using the photoelectric conversion effect within the material. However, since the band gap energy of the perovskite light absorber has a wavelength of 650 ~ 900 nm, it absorbs some or most of the visible light, so that some or all of the visible light is used for power conversion, making it opaque or translucent. . Therefore, in order to fabricate a transparent solar cell through which light in the entire range of visible light (380 to 780 nm) passes, it is necessary to open a portion of the solar cell area including the absorption layer. Technically, reducing the area of a solar cell means a decrease in photovoltaic efficiency. However, the use of a transparent window in which a part of the solar cell is opened has the advantage of securing clearer transparency because all visible light (380 to 780 nm) can be transmitted therethrough. In addition, as a method of making up for the decrease in photoelectric conversion efficiency due to the securing of the transparent window, it can be overcome by using a three-dimensional structured solar cell. As a method of removing a partial area of a semiconductor thin film, etching is most commonly used. Methods include electrolytic or wet etching. As a dry method, reactive ion etching is representative, and as a wet method, a method of forming a pattern with a photosensitizer and immersing it in an etching solution is common. However, since perovskite contains lead, ion etching is impossible, and since perovskite is vulnerable to organic solvents and moisture, it is difficult to apply wet etching. Laser scribing is used by focusing the beam through a lens optical system for effective use of the laser beam and fast processability. Therefore, the energy concentrated in a unit area per unit laser pulse increases significantly, and the concentrated light energy is absorbed by the material, causing serious damage to the thin film as well as workability. As phenomena that occur, yield may be reduced by causing melting and recrystallization of single or multiple materials by energy absorption and micro cracking.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 투명창이 결합된 3차원의 입체 표면을 갖는 고효율 페로브스카이트 투명전지의 투명성 확보를 위하여 펄스 레이저를 이용하여 태양전지 면적의 일부를 개방하는 투명창 제조방법에 관한 것이다.The present invention for solving the above problems is a transparent window that opens a part of the solar cell area by using a pulse laser to secure the transparency of a high-efficiency perovskite transparent cell having a three-dimensional surface coupled with a transparent window. It's about manufacturing methods.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. Technical problems of the present invention are not limited to those mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 투명 태양전지의 투명창 제조방법은 펄스 레이저 발생기가 가시광선 파장의 펄스 레이저 빔을 발생시키는 펄스 레이저 빔 발생 단계, 대물렌즈가 상기 펄스 레이저 발생기에서 발생된 펄스 레이저 빔의 초점을 태양전지의 표면으로부터 일정간격 이격된 상기 태양전지의 외부 위치에 디포커스(defocus)하는 초점 디포커스 단계 및 작업대가 상기 태양전지를 일정간격으로 이동시키면서 상기 펄스 레이저 빔을 통해 스크라이빙(scribing)을 수행하여 상기 태양전지에 특정 폭의 투명창을 형성하는 투명창 형성 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, a method for manufacturing a transparent window of a 3D transparent solar cell according to an embodiment of the present invention includes a pulse laser beam generating step in which a pulse laser generator generates a pulse laser beam of a visible ray wavelength, and an object lens generates the pulse laser beam. A focus defocusing step of defocusing the focus of the pulse laser beam generated from the laser generator to a location outside the solar cell spaced apart from the surface of the solar cell at a predetermined interval, and moving the solar cell at regular intervals on a work table and a transparent window forming step of forming a transparent window having a specific width in the solar cell by performing scribing using a pulsed laser beam.
또한, 본 발명에 따른 상기 태양전지는, 기판, 상기 기판 상에 적층되는 제 1투명전도막, 상기 제 1투명전도막 상에 적층되는 전자수송층, 상기 전자수송층 상에 적층되는 광흡수층, 상기 광흡수층 상에 적층되어 정공이 이동하는 정공수송층 및 상기 정공수송층 상에 적층되는 제 2투명전도막을 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the solar cell according to the present invention includes a substrate, a first transparent conductive film stacked on the substrate, an electron transport layer stacked on the first transparent conductive film, a light absorption layer stacked on the electron transport layer, and the light absorbing layer stacked on the electron transport layer. It is characterized in that it includes a hole transport layer stacked on the absorption layer through which holes move, and a second transparent conductive film stacked on the hole transport layer.
또한, 본 발명에 따른 상기 초점 디포커스 단계에서는, 상기 대물렌즈가 상기 펄스 레이저 빔의 초점을 상기 제 2투명전도막의 표면으로부터 일정간격 이격된 상기 제 2투명전도막의 상부 위치에 디포커스하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the defocusing step according to the present invention, the objective lens defocuses the pulse laser beam at a position above the second transparent conductive film spaced apart from the surface of the second transparent conductive film by a predetermined interval. to be
또한, 본 발명에 따른 상기 초점 디포커스 단계에서, 디포커스 길이는 300 ㎛ 보다는 길고, 500 ㎛ 보다는 짧은 길이로 이루어지고, 상기 디포커스 길이는 상기 제 2투명전도막의 표면으로부터 상기 펄스 레이저 빔의 초점이 디포커스된 상기 제 2투명전도막의 상부 위치까지의 길이인 것을 특징으로 한다.In addition, in the focusing defocusing step according to the present invention, the defocus length is longer than 300 μm and shorter than 500 μm, and the defocus length is the focus of the pulsed laser beam from the surface of the second transparent conductive film. It is characterized in that the length to the upper position of the defocused second transparent conductive film.
또한, 본 발명에 따른 상기 투명창 형성 단계에서는, 상기 작업대가 설정된 범위 내에서 상기 태양전지를 X축 및 Y축 방향으로 일정 간격 이동시키는 것을 특징으로 한다.In addition, in the transparent window forming step according to the present invention, the solar cell is moved at regular intervals in the X-axis and Y-axis directions within a range set by the work table.
또한, 본 발명에 따른 상기 투명창 형성 단계에서는, 상기 작업대가 상기 태양전지를 일정간격 이동시키는 경우, 상기 펄스 레이저 빔에 의한 태양전지 표면에서의 셀표면 레이저 스폿이 일정 영역 중첩되는 간격으로 상기 태양전지를 이동시키는 것을 특징으로 한다.In addition, in the transparent window forming step according to the present invention, when the work table moves the solar cell at a predetermined interval, the cell surface laser spot on the surface of the solar cell by the pulsed laser beam overlaps the solar cell at a predetermined interval. It is characterized by moving the battery.
또한, 본 발명에 따른 상기 투명창 형성 단계에서는, 상기 태양전지를 이동시키면서 상기 펄스 레이저 빔을 통해 스크라이빙을 수행하는 경우, 상기 태양전지의 이동 전후 위치에서의 상기 펄스 레이저 빔의 에너지 세기와 디포커스 위치는 각각 동일하게 유지되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the transparent window forming step according to the present invention, when scribing is performed through the pulse laser beam while moving the solar cell, the energy intensity of the pulse laser beam at the position before and after the movement of the solar cell The defocus position is characterized in that each remains the same.
또한, 본 발명에 따른 상기 투명창은, 상기 펄스 레이저 빔을 통한 스크라이빙에 의해 상기 태양전지의 제 2투명전도막부터 광흡수층까지가 순차적으로 제거되어, 상기 전자수송층 상에 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the transparent window according to the present invention is formed on the electron transport layer by sequentially removing the second transparent conductive film of the solar cell to the light absorption layer by scribing using the pulsed laser beam. to be
또한, 본 발명에 따른 상기 펄스 레이저 빔은, 펄스 폭이 1 ns 이상 1 ㎲ 미만인 나노초, 펄스 폭이 1 ps 이상 1 ns 미만인 피코초 및 펄스 폭이 1 fs 이상 1 ps 미만인 펨토초를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the pulsed laser beam according to the present invention includes a nanosecond pulse width of 1 ns or more and less than 1 μs, a picosecond pulse width of 1 ps or more and less than 1 ns, and a femtosecond pulse width of 1 fs or more and less than 1 ps. to be
본 발명의 일 실시예에 따르면, 펄스 레이저 스크라이빙을 이용한 3D 투명 태양전지의 투명창 제조방법은, 페로브스카이트 소재의 구성요소와 대기 중의 불안정성(습기 및 산소와의 반응성)으로 인하여 대기에 노출하여 물을 사용한 세정을 이용하는 CMP, RIE 식각, PR 마스크를 이용한 습식 식각 등의 전통적인 방식으로 원하는 패턴의 제작이 불가능한 페로브스카이트 박막 식각에 있어 펄스 레이저 스크라이빙을 이용할 경우 비접촉으로 원하는 모양의 패턴을 물이나 용매(예, 아세톤)의 사용이 없는 건식 방식으로 제작할 수 있다. 페로브스카이트 소재는 광흡수성이 우수하여 고효율 태양전지를 제작할 뿐 아니라 광응답성이 우수하기 때문에 광수신소자에 이용할 수 있다. III-V 또는 II-VI 반도체 광원소자등과 같이 광 집적소자에 페로브스카이트 광수신소자를 적용하기 위해서는 소자 모양(마이크로 스트립, 각 도형 형상)의 패터닝이 필수적으로 필요하게 된다. 이와 같은 신소자 응용 분야에 펄스 레이저 스크라이빙에 의한 페로브스카이트 박막을 이용한 광통신 및 광전소자 가공에 활용할 수 있다. 또한, 투명전극이 태양전지 외부에 유지됨으로써 태양전지의 접촉저항을 감소시켜 광전변환효율의 향상을 기대할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a method for manufacturing a transparent window of a 3D transparent solar cell using pulsed laser scribing is characterized by instability in the air (reactivity with moisture and oxygen) and components of the perovskite material. When using pulsed laser scribing in perovskite thin film etching, where it is impossible to produce the desired pattern with traditional methods such as CMP, RIE etching, and wet etching using PR mask using water cleaning after exposure to Shaped patterns can be produced in a dry method without the use of water or solvents (eg, acetone). The perovskite material not only produces high-efficiency solar cells due to its excellent light absorption properties, but also can be used for light receiving devices due to its excellent light response properties. In order to apply a perovskite light receiving device to a light integrating device such as a III-V or II-VI semiconductor light source device, patterning of a device shape (microstrip, angular figure shape) is essential. In this new device application field, it can be used for optical communication and optoelectronic device processing using perovskite thin film by pulse laser scribing. In addition, since the transparent electrode is maintained outside the solar cell, contact resistance of the solar cell is reduced, and thus photoelectric conversion efficiency can be improved.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 종래의 박막태양전지의 모노리식 집적화 P1, P2, P3 스크라이빙 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 투명 태양전지의 투명창 제조 방법의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 스크라이빙을 위한 펄스 레이저 공정 장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 구조 및 투명창 공정 레이저 정렬을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 투명창 개방 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명이 일 실시예에 따른 광투과 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 돌출 구조체 페로브스카이트 태양전지 투명창 제작 결과를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 함몰 구조체 페로브스카이트 태양전지 투명창 제작 결과를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 디포커스 길이 변화에 따른 투명창 개방 공정 결과를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 투명창 개방의 바람직한 결과를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 돌출 구조체 페로브스카이트 태양전지 표면 사진이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명창이 결합된 3차원 돌출 구조체 페로브스카이트 태양전지 표면 사진이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 페로브스카이트 태양전지의 투명창 개방 전후의 광 투과 특성 곡선을 도시한 도면이다.1 is a diagram showing a monolithic integrated P1, P2, and P3 scribing structure of a conventional thin-film solar cell.
2 is a block diagram of a method for manufacturing a transparent window of a 3D transparent solar cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a pulse laser processing apparatus for laser scribing according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a perovskite solar cell structure and transparent window process laser alignment according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a transparent window opening structure of a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a light transmission spectrum according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram showing a result of manufacturing a three-dimensional projecting structure perovskite solar cell transparent window according to an embodiment of the present invention.
8 is a view showing a result of manufacturing a three-dimensional recessed structure perovskite solar cell transparent window according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a transparent window opening process result according to a change in defocus length according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram showing a preferred result of opening a perovskite solar cell transparent window according to an embodiment of the present invention.
11 is a photograph of the surface of a perovskite solar cell with a three-dimensional projecting structure according to an embodiment of the present invention.
12 is a photograph of the surface of a perovskite solar cell with a three-dimensional protruding structure coupled with a transparent window according to an embodiment of the present invention.
13 is a diagram showing light transmission characteristic curves before and after opening a transparent window of a transparent perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings to the extent that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily practice the present invention.
실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.In describing the embodiments, descriptions of technical contents that are well known in the technical field to which the present invention pertains and are not directly related to the present invention will be omitted. This is to more clearly convey the gist of the present invention without obscuring it by omitting unnecessary description.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.For the same reason, in the accompanying drawings, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated. Also, the size of each component does not entirely reflect the actual size. In each figure, the same reference number is assigned to the same or corresponding component.
도 1에는 종래의 태양전지인 박막태양전지의 모노리식 집적화 P1, P2, P3 스크라이빙을 개략적으로 도시하였다. 1 schematically shows monolithic integration P1, P2, and P3 scribing of a thin-film solar cell, which is a conventional solar cell.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 투명 태양전지의 투명창 제조 방법의 블록도를 도시하였다.2 shows a block diagram of a method for manufacturing a transparent window of a 3D transparent solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면 본 발명에 따른 3D 투명 태양전지의 투명창 제조방법은 펄스 레이저 빔 발생 단계(S10), 초점 디포커스 단계(S20) 및 투명창 형성 단계(S30)를 포함 한다. Referring to FIG. 2 , the method for manufacturing a transparent window of a 3D transparent solar cell according to the present invention includes a pulse laser beam generating step (S10), a focus defocusing step (S20), and a transparent window forming step (S30).
펄스 레이저 빔 발생 단계(S10)는 펄스 레이저 발생기(21)가 가시광선 파장의 펄스 레이저 빔(22)을 발생시키는 단계이다.The pulse laser beam generation step (S10) is a step in which the
초점 디포커스 단계(S20)는 대물렌즈(24)가 상기 펄스 레이저 발생기(21)에서 발생된 펄스 레이저 빔(22)의 초점을 태양전지(26)의 표면으로부터 일정간격 이격된 상기 태양전지(26)의 외부 위치에 디포커스하는 단계이다.In the focus defocusing step (S20), the
투명창 형성 단계(S30)는 작업대(27)가 상기 태양전지(26)를 일정간격으로 이동시키면서 상기 펄스 레이저 빔(22)을 통해 스크라이빙(scribing)을 수행하여 상기 태양전지(26)에 특정 폭의 투명창을 형성하는 단계이다.In the transparent window forming step (S30), scribing is performed through the
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 스크라이빙을 위한 펄스 레이저 공정 장치를 개략적으로 도시하였다.3 schematically shows a pulse laser processing apparatus for laser scribing according to an embodiment of the present invention.
펄스 레이저 빔이 대상 물질을 제거하며 진행하는 것을 펄스 레이저 스크라이빙이라고 한다.Pulsed laser scribing is when a pulsed laser beam moves while removing a target material.
펄스 레이저 스크라이빙으로 특정한 형상을 구현하는 것을 패턴 스캐닝이라고 한다. Implementing a specific shape by pulsed laser scribing is called pattern scanning.
펄스 레이저 빔의 초점이 형성되는 곳을 레이저 초점 스폿이라고 한다. A place where the focus of the pulsed laser beam is formed is called a laser focal spot.
펄스 레이저 빔이 태양전지와 처음 만나는 곳을 셀표면 레이저 스폿이라고 한다.The place where the pulsed laser beam first meets the solar cell is called the cell surface laser spot.
도 3을 참조하면, 투명창을 제작하는데 가장 주요한 에너지 원으로 레이저를 사용할 수 있다. 펄스 레이저 빔(22)은, 펄스 폭이 1 ns 이상 1 ㎲ 미만인 나노초, 펄스 폭이 1 ps 이상 1 ns 미만인 피코초 및 펄스 폭이 1 fs 이상 1 ps 미만인 펨토초를 포함할 수 있다. 펄스레이저 발생기(21)의 발진 파장은 NIR(근 적외선) 뿐만 아니라 파장변환을 통하여 가시광선(532 nm) 또는 자외선(343 nm) 등을 생성할 수 있으며, 용도에 따라 파장을 선택하게 된다. 이 경우 생성된 레이저 빔(22)의 발진 파장, 레이저 에너지, 그리고 펄스 반복률은 각각 343 nm, 1.5 W, 그리고 30 kHz 일 수 있다. 수평 방향의 레이저 빔(22)은 반사경(23)을 이용하여 수직 방향으로 전환되고 레이저 빔을 가공에 맞도록 조정하는 광학계인 대물렌즈(24)를 지날 수 있다. 이 대물렌즈(24)를 지나는 레이저 빔은 투명창 가공이 필요한 태양전지(26) 시료 표면에 초점을 맞출 수 있다. 초점에서 레이저의 스폿 크기는 10 μm 가 될 수 있다. 레이저 빔 포커스(25)가 태양전지(26) 시료에 전달 되는 동안 한 변의 길이가 수 100 μm인 투명창을 생성할 수 있다. 100 μm 투명창을 생성하기 위하여 작업대(27)를 X-축 및 Y-축 방향으로 움직여서 태양전지의 면에 집중되는 레이저 빔에 의한 태양전지 구성 재료의 식각을 유발하여 스크라이빙을 진행할 수 있다.Referring to FIG. 3 , a laser may be used as the main energy source for manufacturing a transparent window. The
도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 구조 및 투명창 공정 레이저 정렬을 도시하였다.4 shows a perovskite solar cell structure and transparent window process laser alignment according to an embodiment of the present invention.
어떤 물질의 원자가전자대의 최대 에너지와 전이대의 최소 에너지의 차이를 에너지 밴드 갭 또는 밴드 갭 에너지라고 한다.The difference between the maximum energy of the valence band and the minimum energy of the transition band of a substance is called the energy band gap or band gap energy.
디포커스된 펄스 레이저 빔의 레이저 초점 스폿을 디포커스 위치라고 한다.The laser focal spot of the defocused pulsed laser beam is called the defocus position.
도 4를 참조하면, 도 3에서 사용된 레이저 빔이 태양전지 면에 초점을 맞을 경우 30 kHz의 펄스 반복률이라 하더라도 초점에 전달되는 레이저 빔의 에너지 출력과 수광면적의 에너지 밀도는 태양전지 뿐만 아니라 모든 빛에 투명한 유리기판 까지도 손상을 일으킬 수 있다. 이와 같은 공정은 가시광의 투명성은 확보할 수 있으나 투명창 면의 손상에 의하여 빛의 난반사를 유발하게 되어 시인성을 상실할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 본 발명에서는 레이저 빔 포커스(25)를 태양전지 제 2투명전도막 상부 위치에 설정할 수 있다. 이와 같은 방법을 디포커스(defocus)라 한다. 이와 같이 태양전지 표면으로부터 디포커스된 레이저 빔의 활용은 2 가지 장점을 제공할 수 있다. 첫째는 도 4의 태양전지 셀 표면 레이저 스폿을 초점 스폿 (10 μm) 보다 크게 할 수 있다. 둘째는 빔 내부의 에너지의 가우스 분포를 레이저 웨이브 프론트 면에 확장하는 효과를 줄 수 있다. 이와 같은 현상을 이용하여 태양전지 표면에 도달하는 레이저 스폿(111)의 크기와 에너지 분포를 확대함으로써 레이저 패턴 가공 시간을 단축하게 하여 공정의 스루풋(throughput)을 향상할 수 있다.Referring to FIG. 4, when the laser beam used in FIG. 3 is focused on the solar cell surface, even if the pulse repetition rate is 30 kHz, the energy output of the laser beam delivered to the focus and the energy density of the light-receiving area are not only the solar cell, but also all Even light-transparent glass substrates can be damaged. Such a process may secure the transparency of visible light, but may cause diffuse reflection of light due to damage to the surface of the transparent window, resulting in loss of visibility. In order to prevent this, in the present invention, the
태양전지 구조와 관련하여, 페로브스카이트 태양전지는 소다라임글래스를 기판(101)으로 사용할 수 있다. 그 위에 제 1투명전도막(102), 전자수송층(103), 광흡수층(104), 정공수송층(105), 제 2투명전도막(106)을 순차적으로 적층을 할 수 있다. 마지막으로 금속양전극(107)과 금속음전극(108)을 형성하여 소자를 완성할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면 제 1투명전도막(102)으로 ITO (밴드갭에너지 Eg = 3.5 eV, 두께=400 nm), 전자수송층(103)으로 InOx (Eg = 3.75 eV, 두께=20 nm), 광흡수층(104)으로 CsPbI2Br 페로브스카이트 (Eg = 1.91 eV, 두께=500 nm), 정공수송층(105)으로 P3HT (Eg~2.0 eV, 두께=20 nm), 제 2투명전도막(106)으로 ITO (두께=200 nm)를 사용할 수있다. 금속 전극으로는 금(Au)를 이용할 수 있다. Regarding the solar cell structure, the perovskite solar cell may use soda lime glass as a
이와 같은 박막 태양전지 구조를 관통하는 입사 레이저 빔(109)은 집중 광학계로 구성된 대물렌즈(110)에 의하여 태양전지(26)의 표면이 아닌 태양전지(26)의 최외각 표면인 제 2투명전도막(106)의 표면으로부터 일정간격 이격된 상기 제 2투명전도막(106)의 상부 위치에 디포커스하여 레이저 초점 스폿(114)이 생성 되게 할 수 있다. 이로써 셀표면 레이저스폿(111)이 레이저 초점 스폿(114) 보다 크게 형성되도록 할 수 있다. 이 때 대물렌즈 초점거리(113)는 렌즈의 수차(numerical aperture; NA)에 따라 다르게 설정할 수 있다. 이와 같이 레이저 빔의 디포커스 길이(112)를 설정할 수 있다.The
입사 레이저 빔(109)은 파장이 343 nm인 UV로서 광자 에너지가 3.62 eV 이므로 태양전지를 구성하는 각 박막층 소재의 밴드 갭 에너지가 광자 에너지보다 낮을 경우 흡수가 일어날 수 있다. 즉, 정공수송층(105), 광흡수층(104), 제 1 투명전도막(102) 및 제 2투명전도막(106)에서 레이저 광 흡수가 일어날 수 있다. 이 때, 충분한 에너지가 집중되게 되면 어블레이션에 의하여 각 물질이 박막으로부터 떨어지게 될 수 있다. 대물렌즈를 통과하여 초점거리(113)에 맺혀지는 레이저 빔의 에너지를 흡수하게 하는데 디포커스 길이(114)에 따라서 반응 레이저 빔의 에너지를 제어하여 공정에 활용할 수 있다. Since the
한편, 다른 실시예로서 입사 레이저 빔(109)은 파장이 532 nm인 노란색 빛을 이용할 수 있다. 이 레이저 빔의 광자 에너지는 2.33 eV에 해당한다. 그러므로 도 3 에 제시된 태양전지 구조에서 입사 레이저 빛의 광에너지는 페로브스카이트 흡수층(Eg = 1.91 eV, 두께=500 nm) 보다는 크지만 후면 ITO 투명전도막(밴드갭에너지 Eg = 3.5 eV, 두께=400 nm)와 전자수송층인 InOx (Eg = 3.75 eV, 두께=20 nm) 보다는 작은 값을 갖게 할 수 있다. 그렇기 때문에 페로브스카이트 광흡수층(104)은 제거를 할 수 있으나 후면 ITO 투명전도막과 전자수송층 InOx을 유지할 수 있게 할 수 있다. 즉 페로브스카이트 흡수층 이상의 박막층을 제거함으로써 투명창을 제조할 수 있다.Meanwhile, as another embodiment, the
도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지의 투명창 개방 구조를 개략적으로 도시하였다.5 schematically shows a transparent window opening structure of a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 도 3의 레이저 어블레이션으로 생성된 페로브스카이트 태양전지의 스크라이빙 결과를 보여 주고 있다. 본 실시예의 광자 에너지가 2.33 eV 이기 때문에 페르브스카이트 광흡수층(Eg = 1.91 eV) 에서 흡수가 일어나 레이저 어블레이션이 발생할 수 있다. 즉, 투명창(115)은, 상기 펄스 레이저 빔(22)을 통한 스크라이빙에 의해 상기 태양전지(26)의 제 2투명전도막(106)부터 광흡수층(104)까지가 순차적으로 제거되어, 상기 전자수송층(103) 상에 형성될 수 있다.Referring to FIG. 5, the scribing result of the perovskite solar cell produced by the laser ablation of FIG. 3 is shown. Since the photon energy of this embodiment is 2.33 eV, absorption occurs in the perovskite light absorption layer (Eg = 1.91 eV), and laser ablation may occur. That is, the
이때 투명창의 가시광 투과 시인성을 확보하기 위하여 전자수송층(103) 면의 손상이 없이 모두 제거 되는 것이 바람직하다. 만약 제거된 물질이 남아 있거나 또는 표면이 균열하거나 손상이 발생할 경우 투과 가시광 빛의 난반사가 발생하여 투과 영상이 흐려질 수 있다. 수 100 μm의 투명창 폭(116)을 확보하기 위하여 도 4의 입사 레이저(109)를 태양전지 면 위에 스캐닝할 수 있다. 패턴 스캐닝은 도 3의 작업대(27)를 설정된 범위 내에서 X-축 및 Y-축 방향으로 일정간격 이동하여 구현할 수 있다. 상기 설정된 범위는 특정 폭의 투명창을 형성하기 위해 해당 폭과 매칭되는 범위일 수 있다. 패턴 스캐닝은, 작업대 상에 태양전지를 위치시키고 작업대 자체가 X-축 및 Y-축으로 이동하여 태양전지를 X-축 및 Y-축으로 이동시켜 진행될 수 있다. 따라서, 작업대는 레일등의 이동장치에 위치할 수 있다. 상기 작업대(27)가 상기 태양전지(26)를 일정간격 이동시키는 경우, 상기 펄스 레이저 빔(22)에 의한 태양전지(26) 표면에서의 셀표면 레이저 스폿(111)이 일정 영역 중첩되는 간격으로 상기 태양전지(26)를 이동시킬 수 있다. 또한 상기 태양전지(26)를 이동시키면서 상기 펄스 레이저 빔(22)을 통해 스크라이빙을 수행하는 경우, 상기 태양전지(26)의 이동 전후 위치에서의 상기 펄스 레이저 빔(22)의 에너지 세기와 디포커스 위치는 각각 동일하게 유지할 수 있다.At this time, it is preferable to remove all of the
도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 광투과 스펙트럼을 도시하였다.6 shows a light transmission spectrum according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 태양전지의 소다라임글래스 기판(101) 면과 제 1투명전도막(102)의 광투과 특성을 볼 수 있다. 가시광 대역(380~780 nm)에서 소다라임글래스 기판(101) 면의 평균투과율이 91.2% 인 반면, 제 1투명전도막(102)이 소다라임글래스 기판(101) 면에 남아 있을 경우의 평균 광투과율은 82.3% 이다. 즉, 제 1투명전도막(102)면까지 투명창이 되었을 때 약 10%의 가시광 투과특성의 감소가 발생할 수 있다. 532 nm 펄스 레이저 어블레이션은 전자수송층(103) 면 위에서 발생하게 되겠지만 이 전자수송층의 두께가 20 nm 정도이기 때문에 광투과 손실은 대부분 400 nm 두께의 제 1투명전도막(102)에서 발생할 수 있다. 반면에 제 1투명전도막(102)을 유지한 투명 페로브스카이트 태양전지는 전극층을 태양전지 전면에 유지할 수 있기 때문에 페로브스카이트 광흡수층(104)에서 생성된 광전하가 외부의 전극으로 용이하게 전달될 수 있는 장점을 제공할 수 있다. 이로써 태양전지의 접촉 직렬저항을 감소할 수 있게 되기 때문에 채움인자가 커지고 궁극적으로 광전변환효율의 향상을 기대할 수 있다.Referring to FIG. 6 , light transmission characteristics of the soda
도 7에는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 돌출 구조체 페로브스카이트 태양전지 투명창 제작 결과를 도시하였다. 7 shows a result of manufacturing a three-dimensional projecting structure perovskite solar cell transparent window according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 태양전지가 평면으로부터 돌출되게 형성한 구조체를 형성할 수 있다. 투명창 폭을 확보하기 위하여 일정한 크기의 레이저 빔 스폿을 태양전지 면 위에 설정된 범위 내에서 X-축 및 Y-축의 수평 방향으로 스캐닝을 하여 구현할 수 있다 (도 7의 상단). 이 때 태양전지 면 위에서 레이저 스폿을 중첩 되게 어블레이션 하여 물질을 제거하는데 에너지 조절이 완전하지 않을 경우 도 7의 하단의 결과처럼(화살표) 소다라임 글래스 기판(101)표면까지 손상을 입힐 수 있다.Referring to FIG. 7 , a structure in which a solar cell protrudes from a flat surface may be formed. In order to secure the width of the transparent window, a laser beam spot of a certain size can be implemented by scanning the horizontal direction of the X-axis and Y-axis within a set range on the solar cell surface (top of FIG. 7). At this time, the material is removed by overlapping the laser spot on the surface of the solar cell, but if the energy control is not perfect, the surface of the soda
도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 함몰 구조체 페로브스카이트 태양전지 투명창 제작 결과를 도시하였다.8 shows a result of manufacturing a three-dimensional recessed structure perovskite solar cell transparent window according to an embodiment of the present invention.
도 7과 도 8을 참조하면, 평면으로부터 파여진 깊이만큼 (약 50 μm)의 단차를 가질 수 있다. 동일한 빔 에너지를 활용하기 위하여 도 4에서 입사 레이저(109)의 디포커스 길이(112)를 조절하여 동일한 에너지를 활용할 수 있다. 도 7과 도 8은 모두 과도한 에너지 사용으로 형성된 글래스면이 손상된 투명창이다.Referring to FIGS. 7 and 8 , a step difference (about 50 μm) may be provided as much as the depth dug from the plane. In order to utilize the same beam energy, the same energy may be utilized by adjusting the
도 9에는 본 발명의 일 실시예에 따른 디포커스 길이 변화에 따른 투명창 개방 공정 결과를 도시하였다.9 shows a transparent window opening process result according to a change in defocus length according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 도 9 (a), (e), (h) 는 디포커스 길이(112)가 300 μm의 결과이며, 도 9 (b), (f), (i) 는 디포커스 길이(112)가 400 μm, 도 9 (c), (g), (j) 는 500 μm의 투명창 제작결과이다. 소다라임글래스 기판(101) 유리면을 손상함이 없이 태양전지를 개방한 가장 바람직한 결과는 디포커스 길이(112)가 400 μm에서 제작한 도 9 (b), (f), (i) 일 수 있다. 레이저의 디포커스 길이(112)가 작으면 레이저 에너지의 집중으로 스크라이빙 중 레이저 스폿의 가장자리가 겹쳐지는 부분에서 과도한 빔 에너지로 인하여 후면의 소다라임글래스 기판(101)에서 도 9 (e)에서 보인바와 같이 미세 균열이 발생할 수 있다. 또한, 물질의 용융에 의하여 깨끗한 박막층의 박리가 일어나지 않을 수 있다. 한편 레이저의 디포커스 길이(112)가 커지면 도 9 (c), (g), (j) 와 같이 레이저 에너지의 부족으로 태양전지 박막의 일부가 여전히 소다라임글래스 기판(101) 표면에 남게 되는 현상이 발생할 수 있다. 이 실험 결과에서는 343 nm 펄스레이저의 출력 에너지가 1.2 W와 디포커스 길이(112) 400 μm를 사용하였을 때, 도 9 (b), (f), (i)와 같이 투명창 영역에서 고르게 물질을 제거함으로써 태양전지 면을 개방하는 결과를 얻을 수 있다. 따라서, 상기 초점 디포커스 단계에서 디포커스 길이(112)는 300 ㎛ 보다는 길고, 500 ㎛ 보다는 짧은 길이로 이루어지고, 상기 디포커스 길이(112)는 상기 제 2투명전도막(106)의 표면으로부터 상기 펄스 레이저 빔(22)의 초점이 디포커스된 상기 제 2투명전도막(106)의 상부 위치까지의 길이로 할 수 있다. Referring to FIG. 9, FIGS. 9 (a), (e), and (h) show the result of the
도 10에는 본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 투명창 개방의 바람직한 결과를 도시하였다.10 shows a preferred result of opening the transparent window of a perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 343 nm 파장으로 30 kHz의 펄스 레이저를 이용하여 출력 에너지가 1.0 W와 디포커스 길이(112) 400 μm를 사용해서 제작한 투명창의 바람직한 공정 모습과 각 부분의 공정된 표면에 대한 주사현미경 사진을 볼 수 있다. 도 10 (a), (b), (c) 와 (d), (e), (f) 는 중앙의 개방된 투명창의 각각 왼쪽 및 오른쪽 측면의 확대 사진으로 투명창에 표기된 기호에 대응할 수 있다. 중앙의 도 10 (g) 는 제작된 투명창 2 x 2 어레이 모습이다. 이 결과는 도 9의 레이저 에너지 (1.2 W) 보다 적은 에너지(1.0 W)를 사용하였음에도 태양전지의 개방이 잘 제어됨을 알 수 있다. 레이저의 에너지에 대한 공정 허용 범위를 볼 수 있다. Referring to FIG. 10, the preferred process appearance of the transparent window fabricated using a 30 kHz pulse laser with a wavelength of 343 nm and an output energy of 1.0 W and a defocus length (112) of 400 μm and the processed surface of each part Scanning microscope pictures can be seen. 10 (a), (b), (c) and (d), (e), (f) are enlarged pictures of the left and right sides of the central open transparent window, respectively, and may correspond to the symbols marked on the transparent window. . 10 (g) in the center is a view of the fabricated transparent window 2x2 array. This result shows that the opening of the solar cell is well controlled even though less energy (1.0 W) than the laser energy (1.2 W) of FIG. 9 is used. You can see the process allowable range for laser energy.
도 11에는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 돌출 구조체 페로브스카이트 태양전지 표면 사진을 도시하였다.11 shows a photograph of the surface of a perovskite solar cell with a three-dimensional projecting structure according to an embodiment of the present invention.
도 12에는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명창이 결합된 3차원 돌출 구조체 페로브스카이트 태양전지 표면 사진을 도시하였다.12 shows a photograph of the surface of a perovskite solar cell with a three-dimensional protruding structure coupled with a transparent window according to an embodiment of the present invention.
도 13에는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 페로브스카이트 태양전지의 투명창 개방 전후의 광 투과 특성 곡선을 도시하였다.13 shows light transmission characteristic curves before and after opening the transparent window of the transparent perovskite solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 13을 참조하면, 이 그래프에서 투명창의 개방으로 300 nm~900 nm의 전 대역에서 광의 투과 특성이 향상되었으며 특히, 광흡수가 많은 CsPbI2Br 페로브스카이트 소재의 에너지 밴드갭 (λg=650 nm) 이하에서 투명성의 대폭 상승을 볼 수 있다. 이로써 가시광(380~780 nm)의 투과 특성이 20%에서 40%까지 상승하여 시인성을 확보할 수 있다. 따라서 태양전지 개방을 위한 레이저 패턴 스캐닝 방법이 태양전지 구성 박막층의 손실을 최소화하고, 특히 태양전지 특성을 잃지 않고 투명창을 제조 및 투명 태양전지 제작을 가능하게 하는 바람직한 방법을 제공하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 13, in this graph, the transmission characteristics of light were improved in the entire band of 300 nm to 900 nm due to the opening of the transparent window, and in particular, the energy band gap of CsPbI2Br perovskite material with high light absorption (λg = 650 nm) A significant increase in transparency can be seen below. As a result, the transmittance of visible light (380 to 780 nm) is increased from 20% to 40%, thereby securing visibility. Therefore, it can be seen that the laser pattern scanning method for opening the solar cell provides a preferable method for minimizing the loss of the thin film layer constituting the solar cell and enabling the manufacture of a transparent window and a transparent solar cell without losing the characteristics of the solar cell. .
본 발명의 일 실시예에 따르면, 펄스 레이저 스크라이빙을 이용한 3D 투명 태양전지의 투명창 제조방법은, 페로브스카이트 소재의 구성요소와 대기 중의 불안정성(습기 및 산소와의 반응성)으로 인하여 대기에 노출하여 물을 사용한 세정을 이용하는 CMP, RIE 식각, PR 마스크를 이용한 습식 식각 등의 전통적인 방식으로 원하는 패턴의 제작이 불가능한 페로브스카이트 박막 식각에 있어 펄스 레이저 스크라이빙을 이용할 경우 비접촉으로 원하는 모양의 패턴을 물이나 용매(예, 아세톤)의 사용이 없는 건식 방식으로 제작할 수가 있다. 페로브스카이트 소재는 광흡수성이 우수하여 고효율 태양전지를 제작할 뿐 아니라 광응답성이 우수하기 때문에 광수신소자에 이용할 수 있다. III-V 또는 II-VI 반도체 광원소자등과 같이 광 집적소자에 페로브스카이트 광수신소자를 적용하기 위해서는 소자 모양(마이크로 스트립, 각 도형 형상)의 패터닝이 필수적으로 필요하게 된다. 이와 같은 신소자 응용 분야에 펄스 레이저 스크라이빙에 의한 페로브스카이트 박막을 이용한 광통신 및 광전소자 가공에 활용할 수 있다. 또한, 투명전극이 태양전지 외부에 유지됨으로써 태양전지의 접촉저항을 감소시켜 광전변환효율의 향상을 기대할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a method for manufacturing a transparent window of a 3D transparent solar cell using pulsed laser scribing is characterized by instability in the air (reactivity with moisture and oxygen) and components of the perovskite material. When using pulsed laser scribing in perovskite thin film etching, where it is impossible to produce the desired pattern with traditional methods such as CMP, RIE etching, and wet etching using PR mask using water cleaning after exposure to Shaped patterns can be produced in a dry method without the use of water or solvents (eg, acetone). The perovskite material not only produces high-efficiency solar cells due to its excellent light absorption properties, but also can be used for light receiving devices due to its excellent light response properties. In order to apply a perovskite light receiving device to a light integrating device such as a III-V or II-VI semiconductor light source device, patterning of a device shape (microstrip, angular figure shape) is essential. In this new device application field, it can be used for optical communication and optoelectronic device processing using perovskite thin film by pulse laser scribing. In addition, since the transparent electrode is maintained outside the solar cell, contact resistance of the solar cell is reduced, and thus photoelectric conversion efficiency can be improved.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, in the present specification and drawings, preferred embodiments of the present invention are disclosed, and although specific terms are used, they are only used in a general sense to easily explain the technical content of the present invention and help understanding of the present invention. It is not intended to limit the scope of the invention. It is obvious to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.
21 : 펄스 레이저 발생기 22 : 레이저 빔
23 : 반사경
24 : 대물렌즈
25 : 레이저 빔 포커스
26 : 태양전지
27 : 작업대
101 : 기판
102 : 제 1투명전도막
103 : 전자수송층
104 : 페로브스카이트 광흡수층
105 : 정공수송층
106 : 제 2투명전도막
107 : 금속양전극
108 : 금속음전극
109 : 입사 레이저
110 : 대물렌즈
111 : 셀표면 레이저 스폿
112 : 디포커스 길이
113 : 대물렌즈 초점길이
114 : 레이저 초점 스폿
115 : 투명창
115 : 투명창 폭
S10 : 펄스 레이저 빔 발생 단계
S20 : 초점 디포커스 단계
S30 : 투명창 형성 단계21: pulse laser generator 22: laser beam
23: reflector 24: objective lens
25: laser beam focus 26: solar cell
27: work table
101: substrate 102: first transparent conductive film
103: electron transport layer 104: perovskite light absorption layer
105: hole transport layer 106: second transparent conductive film
107: metal positive electrode 108: metal negative electrode
109: incident laser 110: objective lens
111: cell surface laser spot 112: defocus length
113: objective lens focal length 114: laser focal spot
115: transparent window 115: transparent window width
S10: Pulse laser beam generation step
S20: Focus Defocus Step
S30: Transparent window formation step
Claims (9)
대물렌즈가 상기 펄스 레이저 발생기에서 발생된 펄스 레이저 빔의 초점을 태양전지의 표면으로부터 일정간격 이격된 상기 태양전지의 외부 위치에 디포커스(defocus)하는 초점 디포커스 단계; 및
작업대가 상기 태양전지를 일정간격으로 이동시키면서 상기 펄스 레이저 빔을 통해 스크라이빙(scribing)을 수행하여 상기 태양전지에 특정 폭의 투명창을 형성하는 투명창 형성 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 투명 태양전지의 투명창 제조 방법.A pulse laser beam generating step in which a pulse laser generator generates a pulse laser beam of visible light wavelength;
a focus defocusing step of defocusing the pulse laser beam generated by the pulse laser generator by an objective lens at a location outside the solar cell spaced apart from the surface of the solar cell by a predetermined interval; and
A transparent window forming step of forming a transparent window having a specific width in the solar cell by performing scribing through the pulsed laser beam while moving the solar cell at a work table at regular intervals; A method for manufacturing a transparent window of a 3D transparent solar cell.
상기 태양전지는,
기판;
상기 기판 상에 적층되는 제 1투명전도막;
상기 제 1투명전도막 상에 적층되는 전자수송층;
상기 전자수송층 상에 적층되는 광흡수층;
상기 광흡수층 상에 적층되어 정공이 이동하는 정공수송층; 및
상기 정공수송층 상에 적층되는 제 2투명전도막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 투명 태양전지의 투명창 제조 방법. According to claim 1,
The solar cell,
Board;
a first transparent conductive film laminated on the substrate;
an electron transport layer laminated on the first transparent conductive film;
a light absorption layer stacked on the electron transport layer;
a hole transport layer stacked on the light absorption layer and through which holes move; and
A method for manufacturing a transparent window of a 3D transparent solar cell, comprising: a second transparent conductive film laminated on the hole transport layer.
상기 초점 디포커스 단계에서는,
상기 대물렌즈가 상기 펄스 레이저 빔의 초점을 상기 제 2투명전도막의 표면으로부터 일정간격 이격된 상기 제 2투명전도막의 상부 위치에 디포커스하는 것을 특징으로 하는 3D 투명 태양전지의 투명창 제조 방법.According to claim 2,
In the focus defocus step,
The method of manufacturing a transparent window of a 3D transparent solar cell, characterized in that the objective lens defocuses the focus of the pulse laser beam on a position above the second transparent conductive film spaced apart from the surface of the second transparent conductive film by a predetermined interval.
상기 초점 디포커스 단계에서,
디포커스 길이는 300 ㎛ 보다는 길고, 500 ㎛ 보다는 짧은 길이로 이루어지고,
상기 디포커스 길이는
상기 제 2투명전도막의 표면으로부터 상기 펄스 레이저 빔의 초점이 디포커스된 상기 제 2투명전도막의 상부 위치까지의 길이인 것을 특징으로 하는 3D 투명 태양전지의 투명창 제조 방법.According to claim 3,
In the focus defocus step,
The defocus length is longer than 300 μm and shorter than 500 μm,
The defocus length is
The method of manufacturing a transparent window of a 3D transparent solar cell, characterized in that the length from the surface of the second transparent conductive film to the upper position of the second transparent conductive film where the focus of the pulse laser beam is defocused.
상기 투명창 형성 단계에서는,
상기 작업대가 설정된 범위 내에서 상기 태양전지를 X축 및 Y축 방향으로 일정 간격 이동시키는 것을 특징으로 하는 3D 투명 태양전지의 투명창 제조 방법.According to claim 4,
In the transparent window forming step,
Method for manufacturing a transparent window of a 3D transparent solar cell, characterized in that the solar cell is moved at a predetermined interval in the X-axis and Y-axis directions within the range set by the work table.
상기 투명창 형성 단계에서는,
상기 작업대가 상기 태양전지를 일정간격 이동시키는 경우,
상기 펄스 레이저 빔에 의한 태양전지 표면에서의 셀표면 레이저 스폿이 일정 영역 중첩되는 간격으로 상기 태양전지를 이동시키는 것을 특징으로 하는 3D 투명 태양전지의 투명창 제조 방법.According to claim 5,
In the transparent window forming step,
When the work table moves the solar cell at a predetermined interval,
A method for manufacturing a transparent window of a 3D transparent solar cell, characterized in that the solar cell is moved at intervals at which cell surface laser spots on the surface of the solar cell by the pulsed laser beam overlap a certain area.
상기 투명창 형성 단계에서는,
상기 태양전지를 이동시키면서 상기 펄스 레이저 빔을 통해 스크라이빙을 수행하는 경우,
상기 태양전지의 이동 전후 위치에서의 상기 펄스 레이저 빔의 에너지 세기와 디포커스 위치는 각각 동일하게 유지되는 것을 특징으로 하는 3D 투명 태양전지의 투명창 제조 방법.According to claim 6,
In the transparent window forming step,
When scribing is performed through the pulsed laser beam while moving the solar cell,
The method of manufacturing a transparent window of a 3D transparent solar cell, characterized in that the energy intensity and the defocus position of the pulse laser beam at positions before and after the movement of the solar cell are maintained the same.
상기 투명창은,
상기 펄스 레이저 빔을 통한 스크라이빙에 의해 상기 태양전지의 제 2투명전도막부터 광흡수층까지가 순차적으로 제거되어, 상기 전자수송층 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 투명 태양전지의 투명창 제조 방법.According to claim 7,
The transparent window,
Method for manufacturing a transparent window of a 3D transparent solar cell, characterized in that the second transparent conductive film of the solar cell to the light absorption layer are sequentially removed by scribing through the pulsed laser beam and formed on the electron transport layer .
상기 펄스 레이저 빔은,
펄스 폭이 1 ns 이상 1 ㎲ 미만인 나노초;
펄스 폭이 1 ps 이상 1 ns 미만인 피코초; 및
펄스 폭이 1 fs 이상 1 ps 미만인 펨토초;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 투명 태양전지의 투명창 제조 방법.
According to claim 8,
The pulsed laser beam,
nanoseconds with a pulse width greater than or equal to 1 ns and less than 1 μs;
picoseconds with a pulse width greater than or equal to 1 ps and less than 1 ns; and
A method for manufacturing a transparent window of a 3D transparent solar cell, comprising: a femtosecond pulse width of 1 fs or more and less than 1 ps.
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