WO2016171487A1 - 나노와이어 솔라셀 및 이의 제조 방법 - Google Patents

나노와이어 솔라셀 및 이의 제조 방법 Download PDF

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nickel silicide
silicon nanowires
silicon
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to nanowire solar cells, and the present invention also relates to a method of manufacturing such nanowire solar cells.
  • Wire based solar cells are generally composed of a number of semiconductor wires / nanowires connected in parallel. With such a structure, wire-based solar cells can offer advantages over conventional wafer-based or thin-film solar cells, for example, high optical absorption, very short acquisition paths for photogenerated carriers, and much less. Such as the use of semiconductor materials.
  • the most advantageous structure of such wire-based solar cells is the regular arrangement of p-n or p-i-n nanowires in the form of vertically oriented core-shells.
  • the array can achieve very good light capture, improve optical absorption in the axial direction of the nanowires, and the photogenerated carriers can be separated in the axial direction of the nanowires, thus risking bulk recombination. Can be minimized.
  • these vertically oriented wires are bonded to the metal electrodes at their bases, and the connection of the remaining terminals (emitters) (contacts of the top part) is conformal coverage of the wires by connecting materials such as transparent conductive oxides. require either conformal coverage or planarization of the structure.
  • One of the problems with current wire-based solar cell technology is the need for conformal coverage or planarization of structures for transparent conductive material thin films (eg, expensive materials such as ITO) for the top electrode.
  • transparent conductive material thin films eg, expensive materials such as ITO
  • FIG. 1A-1B show two currently used structures for connecting the upper portion of the silicon wire.
  • the structure is planarized and the ITO contact is deposited on top of the planarization layer, in which case the silicon wire is required to have the same length for good contact.
  • a method of coating a polymer is generally used, and in the case of FIG. 1A, PDMS is used.
  • ITO was deposited in a conformal manner around the p-i-n wire, in which case the p-i-n structure cannot be effectively passivated (e.g., an insulator SiNx: H is used) before ITO deposition.
  • ITO should be coated in a conformal manner, and there is a problem that such conformal coating is difficult to realize uniformly in a large area.
  • An object of the present invention is to improve the contact problems of the existing solar cell structure and significantly reduce the process process, while at the same time obtain a high light efficiency by not performing the ITO top contact, planarization or conformal deposition process mentioned in the prior art To present.
  • the present invention proposes a connection system that utilizes a silicon wire based array and does not require ITO or other transparent conductive coatings in the fabrication of solar cells.
  • Nanowire solar cell according to an embodiment of the present invention, the substrate; Electrodes arranged side by side on the substrate and spaced apart from each other; Silicon nanowires formed from some of the electrodes; And nickel silicide nanowires formed from the rest of the electrodes, wherein the silicon nanowires and the nickel silicide nanowires are multiple contacts with each other.
  • the silicon nanowires are p-n or p-i-n core-shell silicon nanowires, and the multiple contacts of the silicon nanowires and the nickel silicide nanowires are made randomly.
  • the electrodes on which the silicon nanowires are formed and the electrodes on which the nickel silicide nanowires are formed are alternately disposed next to each other.
  • the electrode on which the silicon nanowires are formed is an electrode on which Al is formed
  • the electrode on which the nickel silicide nanowires are formed is an electrode on which Ni is formed.
  • a nanowire solar cell includes two opposing substrates; Electrodes formed to face each other on the substrate; Silicon nanowires formed from an electrode of any one of the substrates; And nickel silicide nanowires formed from the remaining electrodes of the substrate, wherein the silicon nanowires and the nickel silicide nanowires are multi-contacted with each other.
  • the silicon nanowires are p-n or p-i-n core-shell silicon nanowires, and the multiple contacts of the silicon nanowires and the nickel silicide nanowires are made randomly.
  • the electrode on which the silicon nanowires are formed is an electrode on which Al is formed, and the electrode on which the nickel silicide nanowires are formed is an electrode on which Ni is formed.
  • Method for manufacturing a nano-wire solar cell preparing a substrate including electrodes arranged side by side spaced apart from each other; Growing silicon nanowires from some of the electrodes; And growing nickel silicide nanowires from the rest of the electrodes, wherein the silicon nanowires and the nickel silicide nanowires are multi-contacted with each other.
  • Some of the electrodes are electrodes in which Al is formed, and the rest of the electrodes are electrodes in which Ni is formed, and the multiple contacts of the silicon nanowires and the nickel silicide nanowires are random.
  • the electrodes on which the silicon nanowires are formed and the electrodes on which the nickel silicide nanowires are formed are alternately disposed next to each other.
  • the growth of the silicon nanowires is performed at a temperature of 450 ° C. using a PECVD process.
  • a method of fabricating a nanowire solar cell may include preparing two mutually opposing substrates on which electrodes are formed on a surface thereof; Growing silicon nanowires from one of the electrodes; And growing nickel silicide nanowires from the other one of the electrodes, wherein the silicon nanowires and the nickel silicide nanowires are multi-contacted with each other.
  • the electrode on which the silicon nanowires are grown is an electrode on which Al is formed, and the rest of the electrodes are an electrode on which Ni is formed, and the multiple contacts of the silicon nanowires and the nickel silicide nanowires are random. It is done.
  • the growth of the silicon nanowires is performed at a temperature of 450 ° C. using a PECVD process.
  • the process can be reduced, thereby reducing the cost and complexity of the existing contact. You can improve the problem.
  • the passivation process itself is very simple, and the growth of nanowires also has the advantage of being performed at a lower temperature than conventional growth methods.
  • NiSix nanowires make multiple contacts directly to the silicon nanowires in the contact.
  • 1A-1B show two currently used structures for connecting the upper portion of the silicon wire, respectively.
  • FIGS. 2A and 2B show schematic diagrams of nanowire solar cells according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a SEM photograph of a nanowire solar cell according to an embodiment of the present invention actually manufactured.
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of a nanowire solar cell according to a further embodiment of the present invention.
  • Figure 5 shows a schematic diagram of manufacturing a nano-wire solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 illustrates a method for forming an interdigitated electrode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 shows the appearance of p-i-n silicon wire grown in accordance with one embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an SEM image showing electrical connection by contact between p-i-n Si nanowires and NiSix nanowires grown according to one embodiment of the present invention.
  • FIG 9 illustrates a final view of a nanowire solar cell manufactured according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 illustrates I-V characteristics of a nanowire solar cell manufactured according to an embodiment of the present invention.
  • An object of the present invention is to improve the contact problems of the existing solar cell structure and significantly reduce the process process, while at the same time obtain a high light efficiency by not performing the ITO top contact, planarization or conformal deposition process mentioned in the prior art This structure is described below.
  • FIGS. 2A and 2B show schematic diagrams of nanowire solar cells according to an embodiment of the present invention.
  • a nanowire solar cell according to an embodiment of the present invention includes a substrate 10; Electrodes 21 and 22 arranged side by side on the substrate and spaced apart from each other; Silicon nanowires 30 formed from some of the electrodes 21; And nickel silicide nanowires 40 formed from the remainder 22 of the electrodes.
  • the substrate 10 may be any one that can be used as the substrate of the solar cell. There is no particular limitation thereto, and in the illustrated embodiment, a glass substrate is used as an example.
  • the electrodes 21 and 22 are formed to be spaced apart from each other side by side on the substrate.
  • Silicon nanowires 30 are formed in some of the electrodes 21, and an electrode in which Al is formed is preferably used as the electrode on which the silicon nanowires are formed.
  • Silicon nanowires are p-n or p-i-n core-shell silicon nanowires.
  • Nickel silicide nanowires are formed in the remaining 22 of the electrodes, and an electrode in which Ni is formed is preferably used as the electrode.
  • these electrodes are arranged side by side next to each other, it is preferable that they are arranged alternately next to each other. That is, as shown in FIG. 2A, silicon grown from each electrode is alternately arranged in the order of an electrode in which Al is formed, an electrode in which Ni is formed, an electrode in which Al is formed, and an electrode in which Ni is formed.
  • the contact of the nanowires and the nickel silicide nanowires may be better made multiple times.
  • the silicon nanowires and the nickel silicide nanowires respectively grown from the electrodes are multiple contacts with each other, and these multiple contacts are made at random.
  • the nanowires are first contacted with the silicon nanowires that were first grown and then the nickel silicide nanowires were randomly grown.
  • core-shell silicon nanowires having a pn or pin structure are first grown and connected to a base, and the remaining connections (emitters) of these silicon nanowires are subsequently grown. It is made by random contact with the nickel silicide nanowire.
  • FIG. 3 is a SEM photograph of a nanowire solar cell according to an embodiment of the present invention actually manufactured. As shown in FIG. 3, the silicon nanowires and the nickel silicide nanowires are alternately arranged side by side, and the magnified view shows that the nanowires make random contact with each other.
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of a nanowire solar cell according to a further embodiment of the present invention.
  • Nanowire solar cell according to a further embodiment of the present invention shown in Figure 4, two opposite substrates; Electrodes formed to face each other on the substrate; Silicon nanowires formed from an electrode of any one of the substrates; And nickel silicide nanowires formed from the remaining electrodes of the substrate, wherein the silicon nanowires and the nickel silicide nanowires are multi-contacted with each other.
  • the substrate may be any one that can be used as the substrate of the solar cell, and there is no particular limitation, and in the illustrated embodiment, a glass substrate is used as an example.
  • the electrodes are formed on substrates facing each other, and these electrodes may also face each other.
  • Silicon nanowires are formed in some of the electrodes (the lower substrate in FIG. 4), and an electrode formed of Al is preferably used as the electrode on which the silicon nanowires are formed.
  • Silicon nanowires are p-n or p-i-n core-shell silicon nanowires.
  • Nickel silicide nanowires are formed in the rest of the electrodes (the upper substrate in FIG. 4), and an electrode in which Ni is formed is preferably used as the electrode.
  • the silicon nanowires and the nickel silicide nanowires respectively grown from the electrodes are multiple contacts with each other, and these multiple contacts are made at random.
  • the nanowires are first contacted with the silicon nanowires that were first grown and then the nickel silicide nanowires were randomly grown.
  • the fill factor of the solar cell is further increased.
  • the fill factor reached 95% (for a 1 ⁇ m wide Ni stripe at 20 ⁇ m intervals).
  • the present invention improves the contact problems of the existing solar cell structure by not performing the ITO top contact, planarization, or conformal deposition process mentioned in the prior art, and at the same time, proposes a structure capable of obtaining high light efficiency.
  • the solar cell structure according to the present invention has been described so far, and will be described below with a manufacturing method for forming such a structure.
  • Method of manufacturing a nano-wire solar cell preparing a substrate including electrodes arranged side by side spaced apart from each other (S 110); Growing silicon nanowires from some of the electrodes (S 120); And growing nickel silicide nanowires from the rest of the electrodes (S 130), wherein the silicon nanowires and the nickel silicide nanowires are multi-contacted with each other.
  • a substrate including electrodes arranged to be spaced apart from each other is prepared.
  • electrodes are arranged on the substrate, and Al is formed on the electrode on which the silicon nanowires are grown, and Ni is formed on the electrode on which the nickel silicide nanowires are grown.
  • the electrode consists of an electrode material and a diffusion barrier material, on which Al and Ni are formed, respectively.
  • a silicon nanowire is grown from some of the electrodes, that is, an Al electrode.
  • nickel silicide nanowires are grown from the remaining electrodes, that is, Ni-formed electrodes.
  • the nickel silicide nanowires are randomly multi-contacted with the silicon nanowires previously grown.
  • these electrodes are arranged side by side next to each other, it is preferable that they are arranged alternately next to each other.
  • silicon nanowires grown from the respective electrodes are alternately arranged in the order of electrodes in which Al is formed, electrodes in which Ni is formed, electrodes in which Al is formed, and electrodes in which Ni is formed. And contact of nickel silicide nanowires may be better multiplexed.
  • Figure 5 shows a schematic diagram of manufacturing a nano-wire solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is an embodiment in which the electrodes are arranged side by side next to each other like the embodiment of FIG.
  • FIG. 5 two families of interdigited metal electrodes covered by a diffusion barrier (electrode formed with Al and electrode formed with Ni) are prepared.
  • Mo is used as the metal electrode
  • TiN is used as the diffusion barrier
  • Mo and TiN are exemplary.
  • Mo and TiN are deposited by vacuum sputtering, with thicknesses of approximately 200 nm and 75 nm, respectively.
  • Al is formed in one family of these electrodes, and Ni is formed in the other family. The thickness of Al and Ni formed is about 100 nm.
  • These electrodes are then encapsulated with SiO 2 or SiN x .
  • the first mask is used to form two families of Mo / TiN, and then the second mask performs a lift-off process for Ni in one family.
  • the third mask is used for the lift-off process of Al in the rest of the family.
  • Another method for forming such an interdigitated electrode is also shown in FIG. 6, which requires only one mask and polishing process.
  • FIG. 6 illustrates a method for forming an interdigitated electrode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 illustrates a method of forming an interdigitated electrode by a very simple process differently from the method described in FIG.
  • a Ni thin film typically 250 nm thick
  • the SiO 2 or SiNx passivation film is then deposited, followed by the Al film (usually at a thickness of 250 nm).
  • polishing is performed using chemical-mechanical polishing (CMP), and the Al film is also deformed into a stripe shape, in which case SiO 2 still protects Ni, and only Al is exposed.
  • CMP chemical-mechanical polishing
  • the highly doped p-type Si wire was used for vapor-liquid-solid (VLS) technology.
  • Al is first catalyzed by a catalyst.
  • the temperature should be above the eutectic temperature of the Al-Si binary phase diagram, 577 ° C.
  • Typical growth temperature is 580 ° C, which is to form a highly p doped Si wire.
  • the temperature may be available even at 520 ° C. (undercooled growth conditions), in which case proper annealing should be performed and the Al film should not have been exposed to air.
  • vapor-solid-solid (VSS) techniques can be used for the growth of Al catalyzed Si wires, which can work at temperatures well below the Al-Si eutectic point, approximately 470 It is possible at a temperature of °C.
  • the deposition conditions in the PECVD reactor are changed and the pressure and temperature are raised, thereby stopping VLS growth and creating general CVD conditions.
  • a shell of intrinsic Si is deposited evenly around the uniformly high p doped wire.
  • This intrinsic shell is additionally encapsulated by a highly doped n-type silicon layer. This is obtained by mixing the appropriate amount of PH 3 with the growth component of SiH 4 .
  • the result is a core-shell structured pin silicon wire consisting of a double shell of p + core, intrinsic Si (i-Si) and n + doped Si layers. This is a pin-type embodiment of the silicon wire, pn-type silicon wire may also be used.
  • FIG. 7 shows the appearance of a pin silicon wire grown in accordance with one embodiment of the present invention.
  • Alternative processes may be used, in which case the intrinsic and n + doped shells may be deposited in an amorphous state at a temperature of 300 ° C. and crystallized in an annealing step of 580 ° C.
  • the amorphous layer does not need to be crystallized, and if it is not crystallized, it becomes a junction with amorphous silicon-crystalline silicon henna.
  • pn junctions which may be homo junctions or hetero junctions.
  • the substrate is then unloaded in the CVD reactor and the SiO 2 layer is removed (eg chemical etching in HF based solution), thereby exposing the Ni finger portions. This operation also has the effect of removing parasitic Si deposits that may form during the growth of the pin wire.
  • the substrate is loaded back into the reactor and the temperature is ramped to 400 ° C.
  • SiH 4 is injected back into the reactor at low to low speed (typically H 2 : 400sccm, SiH 4 : 1sccm, pressure 50mTorr), and Si atoms released by SiH 4 decomposition react with Ni to react with Ni silicide (NiSi x ) Form nanowires. During this growth, NiSi x nanowires cross silicon nanowires and make electrical connections with them. The detailed appearance was confirmed through the SEM image of FIG.
  • the nickel silicide nanowires are in contact with the p-n or p-i-n silicon nanowires to form an effective passivation of hydrogenated silicon nitride (SiNx: H).
  • FIG. 9 illustrates a final view of a nanowire solar cell manufactured according to an embodiment of the present invention.
  • Part (b) of FIG. 9 shows that parasitic deposition of some Si takes place on the aluminum thin film during this nanowire growth process, whereby a p-doped Si layer is formed on the surface thereof.
  • This p-Si layer will form a junction with the intrinsic and n + doped Si shell layer, whereby the p-i-n structure is not shorted at its base.
  • a method of fabricating a nanowire solar cell may include preparing two mutually opposing substrates on which electrodes are formed on a surface thereof; Growing silicon nanowires from one of the electrodes; And growing nickel silicide nanowires from the other one of the electrodes, wherein the silicon nanowires and the nickel silicide nanowires are multi-contacted with each other.
  • 10 illustrates I-V characteristics of a nanowire solar cell manufactured according to an embodiment of the present invention.
  • 10 illustrates I-V characteristics of the nanowire solar cell manufactured in the form of FIG. 2.
  • the spacing between the Al and Ni fingers in this case is 5 ⁇ m, and the core p + doped Si wire is crystalline, which is surrounded by amorphous intrinsic and n + shells.
  • the number of wires ( ⁇ 7000) connected over a 1 mm x 10 ⁇ m surface area corresponding to 7x10 7 wires / cm 2 was calculated. Assuming a diameter of 400 nm and a length of 1.5 ⁇ m for the wire, it was determined that the cell's Isc was 15 mA / cm 2 , Voc was found to be 0.577 V from FIG. 10, and the cell efficiency was about 5% under 1.5 AM illumination. Confirmed.
  • the process can be reduced, thereby reducing the cost of the existing contact. Problems, problems in complex processes can be improved.

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 나노 와이어 솔라셀인 나노 와이어 솔라셀에 관한 것이고, 또한 본 발명은 이러한 나노 와이어 솔라셀을 제작하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 종래 기술에서 언급했던 ITO 상부 컨택, 평탄화 또는 컨포멀 증착 공정을 하지 아니함으로써 기존 태양 전지 구조의 컨택 문제점을 개선하고 공정 과정을 획기적으로 줄이면서, 동시에 높은 광효율을 얻을 수 있는 구조를 제시하는 것이다. 본 발명의 내용에 따르면, 종래 기술에서 언급했던 상부 컨택을 위한 평탄화 단계 또는 투명 산화물의 컨포멀한 증착 단계가 필요하지 아니하므로 공정 과정을 줄일 수 있고, 이에 의해 기존 컨택에 있어서의 비용 문제, 복잡한 과정의 문제를 개선할 수 있다.

Description

나노와이어 솔라셀 및 이의 제조 방법
본 발명은 나노 와이어 솔라셀에 관한 것이고, 또한 본 발명은 이러한 나노 와이어 솔라셀을 제작하는 방법에 관한 것이다.
와이어 기반 태양전지(wire based solar cell)는 일반적으로 평행하게 연결된 다수의 반도체 와이어/나노와이어에 의해 구성된다. 그러한 구조에 따라, 와이어 기반 태양 전지는 종래의 웨이퍼 기반 또는 박막 태양전지와 비교하여 장점을 제공할 수 있는데, 예를 들어 높은 광학 흡수율, 광생성(photogenerated) 캐리어를 위한 매우 짧은 수집 경로, 훨씬 적은 반도체 물질의 이용과 같은 것들이 있다.
이러한 와이어 기반 태양전지의 가장 유리한 구조는 수직으로 배향된 코어-쉘 형태의 p-n 또는 p-i-n 나노와이어의 규칙적인 배열이다. 이러한 구성에서, 배열을 통해 매우 뛰어난 광 포획을 얻을 수 있고, 나노와이어의 축방향 상에서 광학 흡수를 향상시킬 수 있으며, 광생성 캐리어가 나노 와이어의 축 방향에서 분리되어 벌크 재결합(bulk recombination)의 위험을 최소화할 수 있다.
일반적으로 이러한 수직으로 배향된 와이어는 그 베이스에서 금속 전극에 결합되는데, 나머지 터미널(에미터)의 연결(탑(top) 부분의 컨택)은 투명 전도성 산화물과 같은 연결 물질에 의해 와이어의 컨포멀 커버리지(conformal coverage) 또는 구조의 평탄화를 필요로 한다.
현재 와이어 기반 태양전지 기술의 문제점 중 하나는 상부 전극을 위한 투명 전도성 물질 박막(예를 들어 ITO와 같은 값비싼 물질)을 위한 컨포멀 커버리지 또는 구조의 평탄화에 대한 필요성이다.
도 1a-1b에는 실리콘 와이어의 상부 부분을 연결하기 위한 현재 이용되는 두 가지 구조가 도시되어 있다. 도 1a의 경우 구조가 평탄화되고 ITO 컨택이 평탄화층의 상부에 증착된 모습을 도시하며, 이 경우 실리콘 와이어는 좋은 컨택을 위해 동일한 길이를 가질 것이 요구된다. 평탄화(planarization)를 위해서는 일반적으로 폴리머를 코팅하는 방식이 이용되며, 도 1a의 경우에는 PDMS가 이용되었다.
한편, 도 1b의 경우 ITO가 p-i-n 와이어 주위로 컨포멀한 방식으로 증착되었으며, 이 경우 p-i-n 구조는 ITO 증착 이전에 효과적으로 패시베이션(예를 들어 절연체인 SiNx:H 가 이용됨)될 수 없다. 이 경우 ITO는 컨포멀한 방식으로 코팅되어야 하며, 이러한 컨포멀한 코팅은 큰 영역에서 균일하게 구현되기가 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술에서 언급했던 ITO 상부 컨택, 평탄화 또는 컨포멀 증착 공정을 하지 아니함으로써 기존 태양 전지 구조의 컨택 문제점을 개선하고 공정 과정을 획기적으로 줄이면서, 동시에 높은 광효율을 얻을 수 있는 구조를 제시하는 것이다.
본 발명은 실리콘 와이어 기반 어레이를 이용하고, 태양 전지의 제작에 있어서 ITO 또는 다른 투명 전도성 코팅을 필요로 하지 않는 연결 시스템을 제안한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 와이어 솔라셀은, 기판; 상기 기판 상에 나란히 옆으로 서로 이격된채 배열되는 전극들; 상기 전극들 중 일부로부터 형성된 실리콘 나노 와이어들; 및 상기 전극들 중 나머지로부터 형성된 니켈 실리사이드 나노 와이어들을 포함하고, 상기 실리콘 나노 와이어들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들은 서로 다중 컨택되어 있다.
상기 실리콘 나노 와이어들은 p-n 또는 p-i-n 코어-쉘 실리콘 나노 와이어들이 이용되며, 상기 실리콘 나노 와이어들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들의 다중 컨택은 랜덤하게 이루어진다.
한편, 상기 실리콘 나노 와이어들이 형성되어 있는 전극들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들이 형성되어 있는 전극들은 서로 옆으로 교번적으로 배치되어 있다. 상기 실리콘 나노 와이어들이 형성된 전극은 Al이 형성되어 있는 전극이고, 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들이 형성된 전극은 Ni이 형성되어 있는 전극이다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따른 나노 와이어 솔라셀은, 두 개의 서로 대향하는 기판; 상기 기판 상에 서로 대향하도록 형성된 전극들; 상기 기판 중 어느 하나의 전극으로부터 형성된 실리콘 나노 와이어들; 및 상기 기판 중 나머지의 전극으로부터 형성된 니켈 실리사이드 나노 와이어들을 포함하고, 상기 실리콘 나노 와이어들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들은 서로 다중 컨택되어 있다.
상기 실리콘 나노 와이어들은 p-n 또는 p-i-n 코어-쉘 실리콘 나노 와이어들이 이용되며, 상기 실리콘 나노 와이어들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들의 다중 컨택은 랜덤하게 이루어진다.
상기 실리콘 나노 와이어들이 형성된 전극은 Al이 형성되어 있는 전극이고, 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들이 형성된 전극은 Ni이 형성되어 있는 전극이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 와이어 솔라셀의 제작 방법은, 나란히 옆으로 서로 이격된채 배열된 전극들을 포함한 기판을 준비하는 단계; 상기 전극들 중 일부로부터 실리콘 나노 와이어들이 성장하는 단계; 및 상기 전극들 중 나머지로부터 니켈 실리사이드 나노 와이어들이 성장하는 단계를 포함하고, 상기 실리콘 나노 와이어들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들은 서로 다중 컨택된다.
상기 전극들 중 일부는 Al이 형성되어 있는 전극이고, 상기 전극들 중 나머지는 Ni이 형성되어 있는 전극이며, 상기 실리콘 나노 와이어들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들의 다중 컨택은 랜덤하게 이루어진다.
상기 실리콘 나노 와이어들이 형성되어 있는 전극들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들이 형성되어 있는 전극들은 서로 옆으로 교번적으로 배치되어 있다.
상기 실리콘 나노 와이어들의 성장은 PECVD 프로세스를 이용하여 450℃의 온도에서 수행된다.
상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들이 상기 실리콘 나노 와이어들과 다중 컨택을 이룬 이후, 수소화된 실리콘 나이트라이드(hydrogenated silicon nitride, SiNx:H) 패시베이션이 형성된다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따른 나노 와이어 솔라셀의 제작 방법은, 전극들이 각각 표면 상에 형성되어 있는 두 개의 서로 대향하는 기판을 준비하는 단계; 상기 전극들 중 어느 하나의 전극으로부터 실리콘 나노 와이어들이 성장하는 단계; 및 상기 전극들 중 나머지 전극으로부터 니켈 실리사이드 나노 와이어들이 성장하는 단계를 포함하고, 상기 실리콘 나노 와이어들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들은 서로 다중 컨택된다.
상기 전극들 중 실리콘 나노 와이어들이 성장하는 전극은 Al이 형성되어 있는 전극이고, 상기 전극들 중 나머지는 Ni이 형성되어 있는 전극이며, 상기 실리콘 나노 와이어들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들의 다중 컨택은 랜덤하게 이루어진다.
상기 실리콘 나노 와이어들의 성장은 PECVD 프로세스를 이용하여 450℃의 온도에서 수행된다.
상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들이 상기 실리콘 나노 와이어들과 다중 컨택을 이룬 이후, 수소화된 실리콘 나이트라이드(hydrogenated silicon nitride, SiNx:H) 패시베이션이 형성된다.
본 발명에 따르면, 종래 기술에서 언급했던 상부 컨택을 위한 평탄화 단계 또는 투명 산화물의 컨포멀한 증착 단계가 필요하지 아니하므로 공정 과정을 줄일 수 있고, 이에 의해 기존 컨택에 있어서의 비용 문제, 복잡한 과정의 문제를 개선할 수 있다.
또한, ITO와 같은 값비싼 투명 산화물 코팅을 필요로 하지 아니하므로 비용상의 문제점도 개선된다.
또한, 패시베이션 과정 자체가 매우 간단하며, 나노 와이어의 성장 역시 기존 성장 방식보다 낮은 온도에서 이루어지는 장점을 갖는다.
또한, 컨택에 있어서 NiSix 나노와이어가 실리콘 나노와이어에 직접 다중 컨택을 함으로써 효율이 개선된다.
도 1a-1b에는 실리콘 와이어의 상부 부분을 연결하기 위한 현재 이용되는 두 가지 구조를 각각 도시한다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 와이어 솔라셀의 모식도를 도시한다.
도 3은 실제 제작된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 와이어 솔라셀의 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 나노 와이어 솔라셀의 모식도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 와이어 솔라셀의 제작 모식도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인터디지티드 전극을 형성하기 위한 방법을 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 성장된 p-i-n 실리콘 와이어의 모습을 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 성장된 p-i-n Si 나노 와이어와 NiSix 나노 와이어 간의 컨택에 의한 전기적 연결을 나타내는 SEM 이미지이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 나노 와이어 솔라셀의 최종 모습을 도시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 나노 와이어 솔라셀의 I-V 특성을 도시한다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
하기 설명은 본 발명의 실시예에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해서 하나 이상의 실시예들의 간략화된 설명을 제공한다. 본 섹션은 모든 가능한 실시예들에 대한 포괄적인 개요는 아니며, 모든 엘리먼트들 중 핵심 엘리먼트를 식별하거나, 모든 실시예의 범위를 커버하고자 할 의도도 아니다. 그 유일한 목적은 후에 제시되는 상세한 설명에 대한 도입부로서 간략화된 형태로 하나 이상의 실시예들의 개념을 제공하기 위함이다.
본 발명의 목적은 종래 기술에서 언급했던 ITO 상부 컨택, 평탄화 또는 컨포멀 증착 공정을 하지 아니함으로써 기존 태양 전지 구조의 컨택 문제점을 개선하고 공정 과정을 획기적으로 줄이면서, 동시에 높은 광효율을 얻을 수 있는 구조를 제시하고자 하며, 이러한 구조에 대해 아래에서 설명하도록 하겠다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 와이어 솔라셀의 모식도를 도시한다.
도 2a 및 2b를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 와이어 솔라셀은, 기판(10); 기판 상에 나란히 옆으로 서로 이격된채 배열되는 전극들(21, 22); 전극들 중 일부(21)로부터 형성된 실리콘 나노 와이어들(30); 및 전극들 중 나머지(22)로부터 형성된 니켈 실리사이드 나노 와이어들(40)을 포함한다.
기판(10)은 태양 전지의 기판으로 이용 가능한 것이면 어느 것이나 가능하며, 이에 대한 특별한 제한은 없고, 도시된 실시예에서는 예시적으로 글라스 기판이 이용되었다.
전극들(21, 22)은 기판 상에 서로 나란히 옆으로 이격된 채로 형성되어 있다. 전극들 중 일부(21)에서는 실리콘 나노 와이어들(30)이 형성되며, 이러한 실리콘 나노 와이어들이 형성되는 전극으로는 Al이 형성되어 있는 전극이 이용되는 것이 바람직하다. 실리콘 나노 와이어들은 p-n 또는 p-i-n 코어-쉘 실리콘 나노 와이어들이다. 전극들 중 나머지(22)에서는 니켈 실리사이드 나노 와이어들이 형성되며, 이러한 전극으로는 Ni이 형성되어 있는 전극이 이용되는 것이 바람직하다.
한편, 이러한 전극들은 서로 나란히 옆으로 배열되는 경우에 있어서, 서로 옆으로 교번적으로 배치되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 도 2a에서 처럼 Al이 형성되어 있는 전극, Ni이 형성되어 있는 전극, Al이 형성되어 있는 전극, Ni이 형성되어 있는 전극 순서와 같이 서로 교번적으로 배치됨으로써, 각각의 전극으로부터 성장된 실리콘 나노 와이어와 니켈 실리사이드 나노 와이어들의 컨택이 다중적으로 더욱 잘 이루어질 수 있다.
도 2a, 2b에서 도시된 것처럼, 전극들로부터 각각 성장된 실리콘 나노 와이어들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들은 서로 다중 컨택되며, 이러한 다중 컨택은 랜덤하게 이루어진다.
나노 와이어들은 먼저 실리콘 나노 와이어들이 형성된 이후 니켈 실리사이드 나노 와이어들이 형성되어 랜덤하게 먼저 성장되어 있던 실리콘 나노 와이어와 컨택을 하게 된다. 도 2b에서 보는 것처럼, p-n 또는 p-i-n 구조를 갖는 코어-쉘 형태의 실리콘 나노 와이어가 먼저 성장되고 베이스(base)에 연결되며, 이러한 실리콘 나노 와이어의 나머지 연결(에미터(emitter))은 이후에 성장되는 니켈 실리사이드 나노 와이어와의 랜덤 컨택에 의해 이루어진다.
도 3은 실제 제작된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 와이어 솔라셀의 SEM 사진이다. 도 3에서 보는 것처럼 실리콘 나노 와이어와 니켈 실리사이드 나노 와이어가 교번적으로 옆으로 나란히 배치되어 있으며, 이를 확대해서 보면 이러한 나노 와이어들 간에 서로 랜덤하게 컨택을 이루고 있음을 확인할 수 있었다.
도 4는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 나노 와이어 솔라셀의 모식도를 도시한다.
도 4에서 도시된 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 나노 와이어 솔라셀은, 두 개의 서로 대향하는 기판; 상기 기판 상에 서로 대향하도록 형성된 전극들; 상기 기판 중 어느 하나의 전극으로부터 형성된 실리콘 나노 와이어들; 및 상기 기판 중 나머지의 전극으로부터 형성된 니켈 실리사이드 나노 와이어들을 포함하고, 상기 실리콘 나노 와이어들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들은 서로 다중 컨택되어 있다.
기판은 태양 전지의 기판으로 이용 가능한 것이면 어느 것이나 가능하며, 이에 대한 특별한 제한은 없고, 도시된 실시예에서는 예시적으로 글라스 기판이 이용되었다.
전극들은 서로 대향하고 있는 기판 상에 각각 형성되어 있으며, 이러한 전극들도 서로 대향하고 있을 수 있다. 전극들 중 일부(도 4에서는 하부 기판)에서는 실리콘 나노 와이어들이 형성되며, 이러한 실리콘 나노 와이어들이 형성되는 전극으로는 Al이 형성되어 있는 전극이 이용되는 것이 바람직하다. 실리콘 나노 와이어들은 p-n 또는 p-i-n 코어-쉘 실리콘 나노 와이어들이다. 전극들 중 나머지(도 4에서는 상부 기판)에서는 니켈 실리사이드 나노 와이어들이 형성되며, 이러한 전극으로는 Ni이 형성되어 있는 전극이 이용되는 것이 바람직하다.
도 4에서 도시된 것처럼, 전극들로부터 각각 성장된 실리콘 나노 와이어들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들은 서로 다중 컨택되며, 이러한 다중 컨택은 랜덤하게 이루어진다.
나노 와이어들은 먼저 실리콘 나노 와이어들이 형성된 이후 니켈 실리사이드 나노 와이어들이 형성되어 랜덤하게 먼저 성장되어 있던 실리콘 나노 와이어와 컨택을 하게 된다.
이러한 도 4에서 도시된 구조의 경우, 태양 전지의 필 팩터(fill factor)가 더욱 커진다는 장점을 갖는다. 도 4의 경우 필 팩터는 95%에 도달하였다(20μm의 간격으로 1μm 폭의 Ni 스트라이프(stripe)의 경우).
이처럼 본 발명에서는 종래 기술에서 언급했던 ITO 상부 컨택, 평탄화 또는 컨포멀 증착 공정을 하지 아니함으로써 기존 태양 전지 구조의 컨택 문제점을 개선하였고, 동시에 높은 광효율을 얻을 수 있는 구조를 제시한다.
지금까지는 본 발명에 따른 태양 전지 구조에 대해서 설명하였으며, 이하에서는 이러한 구조를 형성하기 위한 제조 방법과 함께 추가적으로 설명하도록 하겠다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 와이어 솔라셀의 제작 방법은, 나란히 옆으로 서로 이격된채 배열된 전극들을 포함한 기판을 준비하는 단계(S 110); 상기 전극들 중 일부로부터 실리콘 나노 와이어들이 성장하는 단계(S 120); 및 상기 전극들 중 나머지로부터 니켈 실리사이드 나노 와이어들이 성장하는 단계(S 130)를 포함하고, 상기 실리콘 나노 와이어들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들은 서로 다중 컨택된다.
S 110 에서는 서로 이격된채 배열된 전극들을 포함한 기판을 준비한다. 이 경우 기판 상에 전극들이 배열되고, 그 위에 각각 실리콘 나노 와이어들이 성장하는 전극 상에는 Al이 형성되며, 니켈 실리사이드 나노 와이어들이 성장하는 전극 상에는 Ni이 형성된다. 전극은 전극 물질 및 확산 배리어 물질로 이루어지며 그 위에 각각 Al, Ni이 형성된다.
S 120 에서는 전극들 중 일부, 즉 Al 이 형성된 전극으로부터 실리콘 나노 와이어를 성장시킨다.
S 130 에서는 전극들 중 나머지, 즉 Ni 이 형성된 전극으로부터 니켈 실리사이드 나노 와이어를 성장시킨다. 이러한 니켈 실리사이드 나노 와이어는 미리 성장되어 있던 실리콘 나노 와이어와 랜덤하게 다중 컨택하게 된다.
한편, 이러한 전극들은 서로 나란히 옆으로 배열되는 경우에 있어서, 서로 옆으로 교번적으로 배치되어 있는 것이 바람직하다. 도 2a에서 처럼 Al이 형성되어 있는 전극, Ni이 형성되어 있는 전극, Al이 형성되어 있는 전극, Ni이 형성되어 있는 전극 순서와 같이 서로 교번적으로 배치됨으로써, 각각의 전극으로부터 성장된 실리콘 나노 와이어와 니켈 실리사이드 나노 와이어들의 컨택이 다중적으로 더욱 잘 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 와이어 솔라셀의 제작 모식도를 도시한다. 도 5의 실시예는 도 2의 실시예와 같이 전극들이 서로 옆으로 나란히 배열된 형태의 실시예이다.
도 5에서 보는 것처럼, 확산 배리어(diffusion barrier)에 의해 커버된 인터디지티드된(interdigited) 금속 전극의 2개의 패밀리(Al이 형성된 전극과 Ni이 형성된 전극)가 준비된다. 도 5에서는 금속 전극으로는 Mo가 이용되고, 확산 배리어로는 TiN이 이용되었으며, 이러한 Mo와 TiN은 예시적인 것이다. 예를 들어 Mo 및 TiN은 진공 스퍼터링에 의해 증착되며, 각각 두께는 대략 200nm 및 75nm 정도이다. 이러한 전극들 중 1개의 패밀리에는 Al이 형성되고, 나머지 패밀리에는 Ni이 형성된다. 형성되는 Al 및 Ni의 두께는 대략 100nm 정도이다. 이후 이러한 전극들은 SiO2 또는 SiNx로 인캡슐레이트(encapsulated)된다.
이러한 구조를 제작하는 데에는 3개의 리소그래피 마스크가 필요하다. 예를 들어 Mo/TiN 스태그이 증착 이후, 제 1 마스크는 Mo/TiN의 2 개의 패밀리를 형성하는데 이용되고, 이후 제 2 마스크는 하나의 패밀리에서 Ni에 대한 리프트-오프(lift-off) 프로세스를 하는데 이용되며, 제 3 마스크는 나머지 패밀리에서 Al의 리프트-오프 프로세스를 하는데 이용된다. 이러한 인터디지티드 전극을 형성하기 위한 다른 방법은 도 6에서도 도시되며, 이 경우에는 오직 1개의 마스크와 폴리싱 공정을 필요로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인터디지티드 전극을 형성하기 위한 방법을 도시한다. 도 6은 도 5에서 설명한 방법과는 상이하게 매우 단순한 프로세스에 의해 인터디지티드 전극을 형성하는 방법을 설명한다. 먼저 (a)에서 보는 것처럼 Ni 박막(일반적으로 250nm 두께)을 증착시킨 후 니켈이 스트라이프 형태가 되도록 스트라이프 형태의 마스크를 이용해 에칭을 한다. 이후 SiO2 또는 SiNx 패시베이션 필름을 증착하고, 이후 Al 필름을 증착한다(일반적으로 250nm의 두께로). 이후 (b)에서 보는 것처럼 화학적-기계적 폴리싱(CMP)을 이용하여 폴리싱을 수행하여 Al 필름도 스트라이프 형태로 변형되고, 이 경우 SiO2는 여전히 Ni을 보호하고 있고, Al만 노출이 된다.
이와 같이 선택적으로 Al 핑거(Al finger)만 노출이 된 이후, 높게 도핑된 p형 실리콘 와이어(highly doped p-type Si wire)가 증기-액체-고체(vapor-liquid-solid)(VLS) 기술을 이용하여 Al을 촉매로 먼저 성당된다. Al 촉매화 Si 와이어의 VLS 성장의 경우, 원칙적으로 온도는 Al-Si 2상 상태도(binary phase diagram)의 공융점(eutectic temperature), 577℃ 위에서 이루어져야 한다. 일반적인 성장 온도는 580℃이고, 이는 높게 p 도핑된 Si 와이어를 형성하는 것이다. 그러나, 최근의 연구에 따르면, 온도는 520℃에서도 이용 가능할 수 있으며(언더쿨 성장 조건(undercooled growth conditions)), 이 경우 적절한 어닐링이 수행되고 Al 필름은 에어에 노출되지 아니하였어야 한다.
또한, 증기-고체-고체(vapor-solid-solid)(VSS) 기법이 Al 촉매화 Si 와이어의 성장에 이용될 수 있으며, 이는 Al-Si 공융점 훨씬 아래의 온도에서 작업이 가능하며, 대략 470℃의 온도에서 가능하다.
화학 기상 증착(CVD) 반응기가 VLS 또는 VSS 성장에 이용될 때, 플라즈마 활성화가 저온에서 실란(SiH4)을 분해하는 것을 도울 수 있으며, 이에 의해 Si 와이어의 성장 속도는 성장 성분(SiH4)의 안정성에 제한되지 않게 된다. 이러한 방법을 이용하여 본 발명에 따르면, 높은 도핑 레벨(수 1019/cm3)으로 저온(450℃)에서 플라즈마 강화 화학 기상 증착법(PECVD)을 이용하여 Al 촉매화된 Si 와이어를 성장시킬 수 있었고, 낮은 비저항 Si 물질(10-2Ωcm)을 만든다. 순수한 CVD 공정도 이용될 수 있으나, 이 경우 작업 온도는 대략 500-550℃ 정도로 증가되어야 할 것이다. 이와 같이 본 발명에서는 PECVD 방법을 이용하여 저온에서 실리콘 나노 와이어를 성장시킬 수 있다.
Al 촉매화 Si 와이어가 성장되면, PECVD 반응기에서 증착 조건은 변경되고 압력 및 온도는 상승되며, 이에 의해 VLS 성장이 중단되고 일반적인 CVD 조건이 만들어진다. 진성(intrinsic) Si의 쉘이 균일하게 높게 p 도핑된 와이어 주위로 균일하게 증착된다. 이러한 진성 쉘은 추가적으로 높게 도핑된 n형 실리콘층에 의해 캡슐화된다. 이는 SiH4의 성장 성분과 함께 PH3의 적절한 양을 혼합함에 의해 얻어진다. 결과적으로 p+ 코어, 진성 Si(i-Si) 및 n+ 도핑 Si층의 이중 쉘로 이루어진 코어-쉘 구조의 p-i-n 실리콘 와이어가 얻어진다. 이는 실리콘 와이어가 p-i-n 형태의 실시예이며, p-n 형태의 실리콘 와이어도 이용될 수 있다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 성장된 p-i-n 실리콘 와이어의 모습을 도시한다. 대안적인 프로세스가 이용될 수도 있으며, 이 경우 진성 및 n+ 도핑된 쉘은 비정질 상태로 300℃의 온도에서 증착되고 580℃의 어닐링 단계에서 결정화될 수 있다. 한편, 비정질 층은 결정화될 필요는 없으며, 결정화가 되지 않으면 비정질 실리콘-결정질 실리콘 헤네로 정션이 된다. 이와 같은 다양한 방식으로 p-n 정션을 얻을 수 있으며, 이는 호모 정션 또는 헤테로 정션일 수 있다.
다음으로 기판은 CVD 반응기에서 언로드 되고 SiO2 층은 제거되며(예를 들어 HF계 용액에서 화학 에칭), 이에 의해 Ni 핑거(Ni finger) 부분이 노출된다. 또한, 이러한 작업은 p-i-n 와이어의 성장 동안 형성될 수 있는 기생(parsitic) Si 증착물을 제거하는 효과도 있다. 다음으로 주의 깊은 건조 이후 기판은 반응기로 다시 로드 되고, 온도는 400℃까지 램프(ramp)된다. SiH4는 다시 반응기 안으로 저압에서 낮은 속도로(일반적으로 H2: 400sccm, SiH4: 1sccm, 압력 50mTorr) 주입되고, SiH4 분해에 의해 방출된 Si 원자는 Ni와 반응하여 니켈 실리사이드(NiSix) 나노 와이어를 형성한다. 이러한 성장 동안 NiSix 나노 와이어는 실리콘 나노 와이어를 교차하고, 이들과 전기적 연결을 만든다. 자세한 모습은 도 8의 SEM 이미지를 통해 확인할 수 있었다.
이러한 니켈 실리사이드 나노 와이어가 p-n 또는 p-i-n 실리콘 나노 와이어와 컨택을 이룬 이후 수소화된 실리콘 나이트라이드(hydrogenated silicon nitride, SiNx:H)의 효과적인 패시베이션을 이룬다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 나노 와이어 솔라셀의 최종 모습을 도시한다. 도 9의 (b) 부분은 이러한 나노 와이어 성장 과정에서 일부 Si의 기생적 증착이 알루미늄 박막 상에 일어나고, 이에 의해 p-도핑된 Si층이 그 표면에 형성된다는 것을 나타낸다. 이러한 p-Si 층은 진성 및 n+ 도핑된 Si 쉘층과 정션을 형성할 것이고, 이에 의해 p-i-n 구조가 그 베이스에서 단락되지 않는다.
위의 제조 실시예는 도 2의 실시예를 제조하는 방법을 설명한 것이며, 이하에서는 도 4와 같은 실시예를 제조하는 방법에 대해서 간단히 설명하도록 하겠다. 구체적인 증착 방법 및 설명 방법 등은 위에서 이미 다 설명하였으므로, 이하에서는 각 단계만 설명하도록 하겠다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따른 나노 와이어 솔라셀의 제작 방법은, 전극들이 각각 표면 상에 형성되어 있는 두 개의 서로 대향하는 기판을 준비하는 단계; 상기 전극들 중 어느 하나의 전극으로부터 실리콘 나노 와이어들이 성장하는 단계; 및 상기 전극들 중 나머지 전극으로부터 니켈 실리사이드 나노 와이어들이 성장하는 단계를 포함하고, 상기 실리콘 나노 와이어들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들은 서로 다중 컨택되어 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 나노 와이어 솔라셀의 I-V 특성을 도시한다. 도 10의 실시예는 도 2의 형태로 제작된 나노 와이어 솔라셀의 경우의 I-V 특성을 나타낸다. 이 경우 Al 핑거와 Ni 핑거 사이의 간격은 5μm이며, 코어인 p+ 도핑된 Si 와이어는 결정질이고, 이는 비정질의 진성 및 n+ 쉘로 둘러싸인다. 이러한 성장 조건에 대해서는 아래의 표 1에서 요약되어 있다.
표 1
온도(℃) SiH4 유동(sccm) H2 유동(sccm) 플라즈마 파워(W)
p+ Si NW (core) 550 20 250 20
i Si shell 300 20 300 20
n+ Si shell 300 20(40sccm PH3 첨가) 300 20
NiSix NW 450 1 250 0
SEM 이미지를 이용하여, 7x107 wires/cm2에 대응하는 1mm x 10μm 표면적에 걸쳐 연결된 와이어의 숫자(~7000)를 계산하였다. 와이어에 대해 400nm의 지름 및 1.5μm의 길이로 가정하여, 셀의 Isc가 15mA/cm2 임을 결정하였고, Voc는 도 10으로부터 0.577V임을 발견하였으며, 1.5AM 조명하에서 셀의 효율은 5% 정도임을 확인하였다.
상기에서 설명한 본 발명의 내용에 따르면, 종래 기술에서 언급했던 상부 컨택을 위한 평탄화 단계 또는 투명 산화물의 컨포멀한 증착 단계가 필요하지 아니하므로 공정 과정을 줄일 수 있고, 이에 의해 기존 컨택에 있어서의 비용 문제, 복잡한 과정의 문제를 개선할 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 나란히 옆으로 서로 이격된채 배열되는 전극들;
    상기 전극들 중 일부로부터 형성된 실리콘 나노 와이어들; 및
    상기 전극들 중 나머지로부터 형성된 니켈 실리사이드 나노 와이어들을 포함하고,
    상기 실리콘 나노 와이어들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들은 서로 다중 컨택되어 있는,
    나노 와이어 솔라셀.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 나노 와이어들은 p-n 또는 p-i-n 코어-쉘 실리콘 나노 와이어들인 것을 특징으로 하는,
    나노 와이어 솔라셀.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 나노 와이어들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들의 다중 컨택은 랜덤하게 이루어져 있는 것을 특징으로 하는,
    나노 와이어 솔라셀.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 나노 와이어들이 형성되어 있는 전극들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들이 형성되어 있는 전극들은 서로 옆으로 교번적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는,
    나노 와이어 솔라셀.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 나노 와이어들이 형성된 전극은 Al이 형성되어 있는 전극이고, 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들이 형성된 전극은 Ni이 형성되어 있는 전극인 것을 특징으로 하는,
    나노 와이어 솔라셀.
  6. 두 개의 서로 대향하는 기판;
    상기 기판 상에 서로 대향하도록 형성된 전극들;
    상기 기판 중 어느 하나의 전극으로부터 형성된 실리콘 나노 와이어들; 및
    상기 기판 중 나머지의 전극으로부터 형성된 니켈 실리사이드 나노 와이어들을 포함하고,
    상기 실리콘 나노 와이어들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들은 서로 다중 컨택되어 있는,
    나노 와이어 솔라셀.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 실리콘 나노 와이어들은 p-n 또는 p-i-n 코어-쉘 실리콘 나노 와이어들인 것을 특징으로 하는,
    나노 와이어 솔라셀.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 실리콘 나노 와이어들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들의 다중 컨택은 랜덤하게 이루어져 있는 것을 특징으로 하는,
    나노 와이어 솔라셀.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 실리콘 나노 와이어들이 형성된 전극은 Al이 형성되어 있는 전극이고, 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들이 형성된 전극은 Ni이 형성되어 있는 전극인 것을 특징으로 하는,
    나노 와이어 솔라셀.
  10. 나란히 옆으로 서로 이격된채 배열된 전극들을 포함한 기판을 준비하는 단계;
    상기 전극들 중 일부로부터 실리콘 나노 와이어들이 성장하는 단계; 및
    상기 전극들 중 나머지로부터 니켈 실리사이드 나노 와이어들이 성장하는 단계를 포함하고,
    상기 실리콘 나노 와이어들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들은 서로 다중 컨택되는,
    나노 와이어 솔라셀의 제작 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전극들 중 일부는 Al이 형성되어 있는 전극이고, 상기 전극들 중 나머지는 Ni이 형성되어 있는 전극인,
    나노 와이어 솔라셀의 제작 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 실리콘 나노 와이어들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들의 다중 컨택은 랜덤하게 이루어져 있는 것을 특징으로 하는,
    나노 와이어 솔라셀의 제작 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 실리콘 나노 와이어들이 형성되어 있는 전극들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들이 형성되어 있는 전극들은 서로 옆으로 교번적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는,
    나노 와이어 솔라셀의 제작 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 실리콘 나노 와이어들의 성장은 PECVD 프로세스를 이용하여 450℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는,
    나노 와이어 솔라셀의 제작 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들이 상기 실리콘 나노 와이어들과 다중 컨택을 이룬 이후, 수소화된 실리콘 나이트라이드(hydrogenated silicon nitride, SiNx:H) 패시베이션이 형성되는,
    나노 와이어 솔라셀의 제작 방법.
  16. 전극들이 각각 표면 상에 형성되어 있는 두 개의 서로 대향하는 기판을 준비하는 단계;
    상기 전극들 중 어느 하나의 전극으로부터 실리콘 나노 와이어들이 성장하는 단계; 및
    상기 전극들 중 나머지 전극으로부터 니켈 실리사이드 나노 와이어들이 성장하는 단계를 포함하고,
    상기 실리콘 나노 와이어들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들은 서로 다중 컨택되는,
    나노 와이어 솔라셀의 제작 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 전극들 중 실리콘 나노 와이어들이 성장하는 전극은 Al이 형성되어 있는 전극이고, 상기 전극들 중 나머지는 Ni이 형성되어 있는 전극인,
    나노 와이어 솔라셀의 제작 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 실리콘 나노 와이어들과 상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들의 다중 컨택은 랜덤하게 이루어져 있는 것을 특징으로 하는,
    나노 와이어 솔라셀의 제작 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 실리콘 나노 와이어들의 성장은 PECVD 프로세스를 이용하여 450℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는,
    나노 와이어 솔라셀의 제작 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 니켈 실리사이드 나노 와이어들이 상기 실리콘 나노 와이어들과 다중 컨택을 이룬 이후, 수소화된 실리콘 나이트라이드(hydrogenated silicon nitride, SiNx:H) 패시베이션이 형성되는,
    나노 와이어 솔라셀의 제작 방법.
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