WO2017047895A1 - 나노결정 박막이 형성된 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

나노결정 박막이 형성된 태양전지 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2017047895A1
WO2017047895A1 PCT/KR2016/003810 KR2016003810W WO2017047895A1 WO 2017047895 A1 WO2017047895 A1 WO 2017047895A1 KR 2016003810 W KR2016003810 W KR 2016003810W WO 2017047895 A1 WO2017047895 A1 WO 2017047895A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
thin film
solar cell
substrate
layer
front layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2016/003810
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
박승일
백종현
김명준
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Korea Institute of Industrial Technology KITECH
Original Assignee
Korea Institute of Industrial Technology KITECH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Korea Institute of Industrial Technology KITECH filed Critical Korea Institute of Industrial Technology KITECH
Publication of WO2017047895A1 publication Critical patent/WO2017047895A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
    • H10F19/30—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules comprising thin-film photovoltaic cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10—Semiconductor bodies
    • H10F77/16—Material structures, e.g. crystalline structures, film structures or crystal plane orientations
    • H10F77/162—Non-monocrystalline materials, e.g. semiconductor particles embedded in insulating materials
    • H10F77/166—Amorphous semiconductors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/30—Coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/70—Surface textures, e.g. pyramid structures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell, and more particularly to a solar cell and a method of manufacturing the nanocrystalline thin film formed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional solar cell.
  • the solar cell 100 illustrated in FIG. 1 has a PN junction with the substrate 111 formed on the entire surface of the substrate 111 made of either a P-type silicon substrate or an N-type silicon substrate.
  • the anti-reflection film 113 formed on the front layer 112 is formed by doping the front layer 112 formed of an emitter layer or a collector layer exhibiting a photoelectric effect.
  • ARC A front electrode 214 penetrating through an anti-reflection coating layer (ARC) and connected to the front layer 112 is formed, and a rear electrode 115 is formed to connect with a rear surface of the substrate 111.
  • An embodiment showing a battery is shown.
  • FIG. 2 is a process diagram showing the solar cell manufacturing method S100 of FIG. 1.
  • the conventional solar cell 100 shown in FIG. 1 is manufactured as follows.
  • the substrate 111 made of either a P-type silicon substrate or an N-type silicon substrate is surfaced.
  • a texturing process forms a concave-convex pattern on the surface (S110).
  • a front layer 112 is formed of a layer (S120).
  • the front layer 112 is formed of an N-type emitter layer. If the substrate 111 is an N-type silicon substrate, the front layer 112 is a P-type collector layer. ).
  • the front layer 112 is formed through the doping process of the substrate surface using diffusion phenomenon in which the concentration of the material or the charge moves from the high side to the low side.
  • an N-type emitter layer for PN junction is formed by diffusing POCl 3 , H 3 PO 4 , and the like containing N-type impurities such as phosphorus (P) at high temperature.
  • a doping treatment is completed by depositing an N-type impurity such as phosphorus (P) on a P-type silicon substrate and pushing the impurity into silicon in a diffusion path of at least 850 ° C. or higher, for example, high temperature POCl 3 and When O 2 reacts with each other in a diffusion furnace to form a P 2 O 5 layer and a high temperature heat treatment, phosphorus (P) in the P 2 O 5 layer diffuses into silicon (Si) to form an N-type emitter layer.
  • N-type impurity such as phosphorus (P)
  • an oxide (PSG: Phosphorous Silicate Glass) layer containing phosphorus (P) and impurities precipitated in silicon is further formed, which is an aqueous solution of hydrogen fluoride (HF) diluted to 5% after the doping process. It can be immersed in about 15 seconds in to remove the silicon surface without damage.
  • PSG Phosphorous Silicate Glass
  • the doping treatment is completed by depositing a P-type impurity such as boron (B) on the N-type silicon substrate and pushing it into silicon in a diffusion path of at least 850 ° C. or higher, the boron (B) and silicon may be used.
  • An oxide (BSG: Boron Silicate Glass) layer containing impurities deposited therein is further formed, which is immersed in an aqueous solution of hydrogen fluoride (HF) diluted to 5% concentration after about 15 seconds by a doping process. It can be removed without damaging the silicon surface.
  • HF hydrogen fluoride
  • an anti-reflection coating layer (ARC) is formed on the front layer 112 of the substrate 111 (S120).
  • a front electrode 114 connected to the front layer 112 and a rear electrode 115 connected to the substrate 111 are formed through the antireflection film 113 in a heat treatment drying manner (S140).
  • the front electrode 114 is screen-printed on the anti-reflection film 113 using a mask for the front electrode paste containing silver (Ag) and glass frit (silver) and the like through the heat treatment and baking process As Ag becomes a liquid phase at high temperature and recrystallizes into a solid phase, the Ag penetrates through the anti-reflection film 113 and is connected to the front layer 112.
  • the back electrode 115 is coated with a back electrode paste containing AgAl on the back surface of the substrate 111, and then silver (Ag) becomes liquid at high temperature and then recrystallized into a solid phase through a heat treatment and a firing process. While being connected to the substrate 111.
  • the conventional solar cell 100 manufactured as shown in FIG. 2 has a structure of absorbing light only in a portion of a wavelength range of the engineered light using the anti-reflection film 113 on the front in an optical aspect.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to selectively absorb a desired wavelength of light by adjusting band gap energy between a front surface layer and an anti-reflection film of a solar cell using a silicon substrate.
  • Semiconductor or metal material that can be used to increase the absorption of light due to scattering of light on the surface of the solar cell and to further form electron and hole pairs by localized near-field electric fields.
  • the present invention provides a solar cell and a method of manufacturing the same, in which a nanocrystalline thin film on which an amorphous silicon (a-Si: H) thin film is deposited is formed on a nanocrystalline thin film formed by depositing a nanocrystal.
  • the solar cell in which the nanocrystalline thin film according to the present invention is formed, the substrate 211 in front of the substrate 211 made of either a P-type silicon substrate or an N-type silicon substrate
  • a front layer 212 formed of an emitter layer or a collector layer exhibiting a photoelectric effect together with the substrate 211 in a state of forming a PN junction with a dopant is formed.
  • a front electrode 214 penetrating the anti-reflection coating layer (ARC) formed on the front layer 212 and connecting to the front layer 212 is formed, and the substrate 211 is formed.
  • ARC anti-reflection coating layer
  • Amorphossil (A-Si: H) and the thin film is deposited, and the size of the amorphous silicon nanocrystals (a-Si: H) thin-film thickness of 23-40: characterized in that the formation at a rate of 1 to 10.
  • the surface of the substrate is characterized in that the surface is textured (texturing) in a flat or uneven pattern.
  • the size of the nanocrystals and the interval between the nanocrystals is characterized in that formed in a ratio of 7 to 12: 1-3.
  • a double front layer made of the same material as the front layer is doped on the amorphous silicon (a-Si: H) thin film formed between the front layer and the anti-reflection film. It is characterized in that the further formed.
  • a-Si: H amorphous silicon
  • a PN junction with the substrate is formed on a front surface of one of a P-type silicon substrate and an N-type silicon substrate together with the substrate to provide a photoelectric effect.
  • the front layer which is formed of an emitter layer or a collector layer, is doped and formed through the anti-reflection coating layer (ARC) formed on the front layer.
  • ARC anti-reflection coating layer
  • a solar cell manufacturing method comprising a front electrode connected to a layer and a back electrode connected to a rear surface of the substrate, wherein a nanocrystal made of a semiconductor or a metal material is deposited between the front layer and the anti-reflection film.
  • a nanocrystalline thin film is formed by depositing an amorphous silicon (a-Si: H) thin film on the nanocrystalline thin film, the nano Defined size and amorphous silicon (a-Si: H) thin-film thickness of 23-40: characterized by forming at a ratio of 1 to 10.
  • the nanocrystalline thin film is formed on a substrate having a flat surface, or the surface is formed on a substrate having a surface texture (texturing) in a pattern of concave-convex shape do.
  • the nanocrystalline thin film is formed such that the size of the nanocrystals and the interval between the nanocrystals is in the ratio of 7-12: 1-3.
  • a double front layer made of the same material as the front layer on the amorphous silicon (a-Si: H) thin film formed between the front layer and the anti-reflection film It is characterized by further forming by doping treatment.
  • a-Si: H amorphous silicon
  • a Schottky junction or ohmic contact is formed by forming a metal different from a semiconductor by a work function by merging a surface of a semiconductor or a nanocrystalline solar cell made of a metal material to form a nanocrystalline thin film. It can be expected to improve the smooth flow of electrons in the contact state and the hydrogen passivation effect to prevent the recombination of electrons and holes by the amorphous silicon (a-Si: H) thin film. The optical and electrical losses of the solar cells used can be reduced and the photoelectric efficiency can be increased.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional solar cell.
  • FIG. 2 is a process chart showing the solar cell manufacturing method of FIG.
  • FIG 3 is a cross-sectional view showing the configuration of a solar cell formed with a nanocrystalline thin film according to the present invention.
  • FIG. 4 is a process chart showing the solar cell manufacturing method of FIG.
  • FIG. 5 is a graph showing a light reflectance (PR) measurement of the solar cell according to the present invention.
  • Figure 6 is another embodiment showing the configuration of a solar cell formed with a nanocrystalline thin film according to the present invention.
  • FIG. 7 is a process chart showing the solar cell manufacturing method of FIG.
  • FIG 3 is a cross-sectional view showing the configuration of a solar cell formed with a nanocrystalline thin film according to the present invention.
  • the solar cell 200 shown in FIG. 3 is connected to the substrate 211 in a state in which a PN junction with the substrate 211 is formed on the entire surface of the substrate 211 made of either a P-type silicon substrate or an N-type silicon substrate.
  • the front layer 212 formed of an emitter layer or a collector layer exhibiting a photoelectric effect is formed by doping.
  • the solar cell 200 illustrated in FIG. 3 passes through an anti-reflection coating layer (ARC) formed on the front layer 212 and is connected to the front layer 212. Is formed.
  • ARC anti-reflection coating layer
  • a rear electrode 215 is formed to be connected to the rear surface of the substrate 211.
  • the solar cell 200 shown in FIG. 3 is formed of amorphous silicon (a-) on a nanocrystalline thin film 212a formed by depositing a nanocrystal made of semiconductor or a metal material between the front layer 212 and the anti-reflection film 213.
  • Si: H) thin film 212b is deposited, and the size of the nanocrystal and the thickness of the amorphous silicon (a-Si: H) thin film are formed in a ratio of 23 to 40: 1 to 10.
  • the nanocrystalline thin film 212a may selectively absorb a desired wavelength of light by adjusting band gap energy between the front layer 212 and the anti-reflection film 213 of the solar cell 200 using the silicon substrate 211. Through the alloying (merging) of the surface of the solar cell 200 and the increase in the absorption of light due to the scattering of light on the surface of the solar cell 200 and electrons and hole pairs can be further formed by the local surface near-field electric field. .
  • FIG. 4 is a process diagram illustrating a method (S200) of manufacturing the solar cell 200 shown in FIG. 3.
  • the solar cell 200 according to the present invention shown in FIG. 3 is manufactured as follows.
  • a substrate 211 having a flat surface made of either a P-type silicon substrate or an N-type silicon substrate is prepared (S210).
  • a PN junction with the substrate 211 is formed on the entire surface of the substrate 211 having a flat surface, and formed of an emitter layer having a photoelectric effect together with the substrate 211 or a collector. ) Is formed by doping the front layer 212 formed of a layer (S220).
  • the front layer 212 is formed of an N-type emitter layer. If the substrate 211 is an N-type silicon substrate, the front layer 212 is formed of a P-type collector layer. The front layer 212 is formed through the doping treatment process of the substrate surface using the diffusion phenomenon described in the embodiment with reference to FIGS.
  • an oxide (PSG: Phosphorous Silicate Glass) layer including phosphorus (P) and impurities precipitated inside silicon is further formed.
  • Silver is immersed in an aqueous solution of hydrogen fluoride (HF) to remove without damage to the silicon surface.
  • HF hydrogen fluoride
  • an oxide (BSG: Boron Silicate Glass) layer including boron (B) and impurities precipitated in silicon is further formed. Dipping in an aqueous solution of hydrogen fluoride (HF) removes without damaging the silicon surface.
  • BSG Boron Silicate Glass
  • a nanocrystalline thin film 212a is formed by depositing a nanocrystal made of semiconductor or a metal material on the front layer 212 of the substrate 211, and then amorphous silicon (a-Si: H) is formed on the nanocrystalline thin film. ) To form a thin film (212b) (S230).
  • the nanocrystals As shown in the enlarged view of FIGS. 3 to 4 as conditions (hereinafter, referred to as nanocrystalline thin film forming conditions) for maximally increasing the photoelectric efficiency of the solar cell 200 according to the present invention, the nanocrystals
  • the size (D) and the thickness (T) of the amorphous silicon (a-Si: H) thin film 212b are formed in a ratio of 23 to 40: 1 to 10, and the size (D) of the nanocrystals and the nano It is preferable to form the nanocrystalline thin film 212a so that the interval L of crystals may be 7-12: 1-1.
  • the nanocrystalline thin film 212a is formed by a hatching cross section of the enlarged view of FIGS. 3 to 4, and the Schottky is formed by forming a metal having a work function different from that of the semiconductor through alloying with the surface of the solar cell 200. It exhibits a smooth flow improvement effect of electrons in the Schottky junction or ohmic contact state.
  • the amorphous silicon (a-Si: H) thin film 212b exhibits a hydrogen passivation effect to prevent recombination of electrons and holes.
  • silicon, germanium, or the like as the semiconductor for forming the nanocrystalline thin film 212a.
  • the substrate 211 is a P-type silicon substrate, it is preferable to use phosphorus (P) as a metal material for forming the nanocrystalline thin film 212a, and if the substrate 211 is an N-type silicon substrate, As the metal material for forming the nanocrystalline thin film 212a, boron (B) is preferably used.
  • P phosphorus
  • B boron
  • the double front layer 212a made of the same material as the front layer 212 is further formed on the amorphous silicon (a-Si: H) thin film 212b (S240).
  • the process of forming the double front layer 212a may be omitted.
  • the double front layer of the substrate 211 As described above, after both the nanocrystalline thin film 212a, the amorphous silicon (a-Si: H) thin film 212b, and the double front layer 212a are formed, the double front layer of the substrate 211 ( An anti-reflection coating layer (ARC) is formed on 212a (S250).
  • ARC anti-reflection coating layer
  • the anti-reflection film 213 (ARC: Anti-) on the amorphous silicon (a-Si: H) thin film 212b is omitted.
  • a reflection coating layer is formed (S250).
  • a front electrode 214 penetrating the anti-reflection film 213 to be connected to the front layer 212 and a rear electrode 215 to be connected to the substrate 211 are formed by a heat treatment drying method.
  • the manufacturing of the solar cell 200 is completed (S260).
  • the solar cell 200 according to the present invention has a work function through alloying with the surface of the solar cell 200 of the nanocrystal or the metal material of the semiconductor or metal material forming the nanocrystalline thin film 212a.
  • the effect of smoothing the flow of electrons in the Schottky junction or ohmic contact state and the recombination of electrons and holes by the amorphous silicon (a-Si: H) thin film 212b Hydrogen passivation effect can be expected to prevent the damage, thereby reducing the optical loss and electrical loss of the solar cell 200 using the silicon substrate 211 can increase the photoelectric efficiency.
  • FIG. 5 illustrates the present invention manufactured by depositing the nanocrystalline thin film 212a and the amorphous silicon (a-Si: H) thin film 212b between the front layer 212 and the anti-reflection film 213.
  • a-Si: H amorphous silicon
  • PR PhotoReflectance
  • nanocrystalline thin film formation conditions were applied to maximize the photoelectric efficiency of the solar cell 200 according to the present invention mentioned in step S230.
  • the conventional solar cell having a front surface layer and an anti-reflective film formed on the surface by texturing is formed at 200 to 1100 nm. It can be seen that the average reflectance of light of 16.1% with respect to the wavelength of light.
  • the solar cell formed by depositing only the nanocrystalline thin film 212a according to the present invention between the front layer 212 and the anti-reflection film 213 has an average of 12.2% with respect to the wavelength of light of 200 to 1100 nm. It can be seen that the light reflectivity.
  • the nanocrystalline thin film 212a and the amorphous silicon (a-Si: H) thin film 212b according to the present invention are deposited between the front layer 212 and the anti-reflection film 213. It can be seen that the solar cell exhibits an average light reflectance of 7.0% with respect to the wavelength of light of 200 to 1100 nm.
  • the thickness (T) of the amorphous silicon (a-Si: H) thin film 212b corresponds to the above-described nanocrystal thin film formation conditions, and the thickness (T) of the nanocrystals is 3 to 30 nm.
  • silver was set at 10 to 30 nm, the lowest average light reflectivity was shown in the range of 70 to 120 nm in size (D) of the nanocrystals. That is, when the size (D) of the nanocrystals is applied to less than 70nm or larger than 120nm corresponding to the above-described nanocrystal thin film formation conditions, it can be seen that the average light reflectivity is relatively high.
  • the solar cell 200 according to the present invention when compared to the conventional solar cell 100 as shown in Figures 1 to 2, by reducing the light reflectivity to approximately 50% or more light It can be seen that both transmittance and photoelectric efficiency are increased.
  • FIG. 6 is another embodiment showing the configuration of a solar cell formed with a nanocrystalline thin film according to the present invention
  • Figure 7 is a process chart showing the solar cell manufacturing method of FIG.
  • the solar cell 200 ′ according to the present invention is compared with the solar cell 200 according to the present invention shown in FIGS. 3 to 4, and reflects the surface of the solar cell 200 ′.
  • the substrate 211 ′ which is either a P-type silicon substrate or an N-type silicon substrate, is surface-structured to have irregularities on the surface. The point of forming a pattern is different, and the other components and the manufacturing method are the same as the manufacturing method corresponding to the corresponding component of the solar cell 200 shown in FIGS.
  • the substrate is represented by 211 ′
  • the substrate preparation process is represented by S210 ′ in the entire manufacturing method (S200 ′)
  • the other components and the manufacturing method are illustrated in FIGS. 3 to 4.
  • the same identification numbers as the corresponding components of the battery 200 and the corresponding manufacturing methods were used.
  • the solar cell 200 ′ according to the present invention shown in FIGS. 6 to 7 may be easily understood and implemented by those skilled in the art even if the detailed description of the configuration and manufacturing method is omitted.

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)

Abstract

본 발명은 나노결정 박막이 형성된 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 실리콘 기판을 사용하는 태양전지의 전면 층과 반사 방지막 사이에 밴드 갭 에너지를 조절하여 원하는 빛의 파장을 선택적으로 흡수할 수 있도록 하고 태양전지 표면과의 합금화(merging)를 통해 태양전지 표면에서 빛의 산란으로 인한 빛의 흡수량 증가와 국부 표면 근거리 전기장에 의해 전자와 정공 쌍을 추가로 형성시킬 수 있는 반도체 또는 금속물질로 된 나노결정을 증착시켜 형성한 나노결정 박막 위에 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막이 증착되어 있다. 본 발명은 나노결정 박막을 형성하는 반도체 또는 금속물질로 된 나노결정의 태양전지 표면과 합금화(merging)를 통해 일함수가 반도체와 다른 금속을 형성함으로써 쇼트키 접합(Schottky junction) 또는 옴접촉(ohmic contact) 상태에서 나타나는 전자의 원활한 흐름 개선 효과와 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막에 의해 전자와 정공의 재결합을 방지해주는 수소 패시베이션(Hydrogen passivation) 효과를 기대할 수 있고, 이로 인해 실리콘 기판을 사용하는 태양전지의 광학적 손실과 전기적 손실을 줄이고 광전 효율을 증대할 수 있다.

Description

나노결정 박막이 형성된 태양전지 및 그 제조방법
본 발명은 태양전지에 관한 것이며, 더욱 상세히는 나노결정 박막이 형성된 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 태양전지의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 1에 나타낸 태양전지(100)는 P형 실리콘 기판 혹은 N형 실리콘 기판 중 어느 하나로 된 기판(111)의 전면에 상기 기판(111)과의 P-N 접합을 형성한 상태에서 상기 기판(111)과 함께 광전효과를 나타내는 이미터(emitter) 층으로 형성되거나 컬렉터(collector) 층으로 형성되는 전면 층(112)이 도핑 처리되어 형성되어 있고, 상기 전면 층(112) 위에 형성되는 반사 방지막(113)(ARC: Anti-Reflection Coating layer)을 관통하여 상기 전면 층(112)과 접속하는 전면 전극(214)이 형성되어 있고, 상기 기판(111)의 후면과 접속하는 후면 전극(115)이 형성되어 있는 태양전지를 나타낸 실시예이다.
도 2는 도 1의 태양전지 제조방법(S100)을 나타낸 공정도이다.
도 2를 참조하면, 도 1에 나타낸 종래의 태양전지(100)는 다음과 같이 제조된다.
먼저, 태양전지(100)의 표면 반사 손실을 줄이고 입사 경로를 증가시킴으로써 광 흡수율을 높이고 태양전지의 전류를 증가시키기 위하여, P형 실리콘 기판 혹은 N형 실리콘 기판 중 어느 하나로 된 기판(111)을 표면조직화(texturing) 처리하여 표면에 요철 형상의 패턴을 형성한다(S110).
이어서, 표면조직화 처리된 기판(111)의 전면을 열처리 건조 방식으로 도핑 처리하여 상기 기판(111)과의 P-N 접합을 형성한 상태에서 상기 기판(111)과 함께 광전효과를 나타내는 이미터 층이나 컬렉터 층으로 된 전면 층(112)을 형성한다(S120).
이때, 상기 기판(111)이 P형 실리콘 기판이면 N형 이미터 층으로 상기 전면 층(112)을 형성하고, 상기 기판(111)이 N형 실리콘 기판이면 P형 컬렉터 층으로 상기 전면 층(112)을 형성한다.
상기 전면 층(112)은 물질 또는 전하의 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동하는 확산현상을 이용하는 기판 표면의 도핑 처리 공정을 통해 형성된다.
예컨대, P-N 접합을 위한 N형 이미터 층은 인(P)과 같은 N형 불순물을 포함하는 POCl3, H3PO4 등을 고온에서 확산시켜 형성한다.
이 경우, P형 실리콘 기판에 인(P)과 같은 N형 불순물을 증착하고 적어도 850℃ 이상의 확산로에서 이 불순물을 실리콘 속으로 밀어 넣어 확산시킴으로써 도핑 처리가 완료되며, 일 예로 고온의 POCl3과 O2가 확산로 안에서 서로 반응하여 P2O5층을 형성하고 고온의 열처리를 하면 P2O5 층의 인(P)이 실리콘(Si) 속으로 확산되어 N형 이미터 층이 형성되며, 이때 인(P)과 실리콘 내부에서 석출된 불순물을 포함하는 산화물(PSG: Phosphorous Silicate Glass)층이 더 형성되는데, 이 산화물층은 도핑공정 이후에 농도 5%로 희석된 불화수소(HF)의 수용액에서 15초 내외로 침지하여 실리콘 표면에 손상 없이 제거할 수 있다.
이와 달리, N형 실리콘 기판에 붕소(B)와 같은 P형 불순물을 증착하고 적어도 850℃ 이상의 확산로에서 이 불순물을 실리콘 속으로 밀어 넣어 확산시킴으로써 도핑 처리가 완료되는 경우에는 붕소(B)와 실리콘 내부에서 석출된 불순물을 포함하는 산화물(BSG: Boron Silicate Glass)층이 더 형성되는데, 이 산화물층은 도핑공정 이후에 농도 5%로 희석된 불화수소(HF)의 수용액에서 15초 내외로 침지하여 실리콘 표면에 손상 없이 제거할 수 있다.
이어서, 상기 기판(111)의 전면 층(112) 위에 반사 방지막(113)(ARC: Anti-Reflection Coating layer)을 형성한다(S120).
이어서, 열처리 건조 방식으로 상기 반사 방지막(113)을 관통하여 상기 전면 층(112)과 접속하는 전면 전극(114) 및 상기 기판(111)과 접속하는 후면 전극(115)을 형성한다(S140).
이때, 상기 전면 전극(114)은 은(Ag)과 유리 프리트(frit) 등이 포함된 전면 전극용 페이스트를 마스크를 사용하여 상기 반사 방지막(113) 위에 스크린 인쇄한 후 열처리와 소성 과정을 통해 은(Ag)이 고온에서 액상이 되었다가 다시 고상으로 재결정되면서 상기 반사 방지막(113)을 관통하여 상기 전면 층(112)과 접속하게 된다.
또한, 상기 후면 전극(115)은 AgAl을 포함하는 후면 전극용 페이스트를 상기 기판(111)의 후면 위에 도포한 후 열처리와 소성 과정을 통해 은(Ag)이 고온에서 액상이 되었다가 다시 고상으로 재결정되면서 상기 기판(111)과 접속하게 된다.
도 2에 나타낸 바와 같이 제조되는 종래의 태양전지(100)는 광학적 측면에서 전면의 반사 방지막(113)을 이용하여 기사광선의 일부 파장범위만 빛을 흡수시키는 구조이다.
따라서, 실리콘의 흡수계수와 태양광 스펙트럼의 불일치로 인하여 가시광선과 장파장 영역의 빛을 흡수하지 못하고 투과시키거나 핫 캐리어에 의한 열화 발생으로 인해 광전 효율이 저하되는 단점이 있다.
또한, 전자를 수집하는 상기 전면 전극(114)과 기판(111)의 P-N 접합 계면에 높은 에너지 장벽을 나타내는 산화막이 형성됨에 따라 옴접촉(ohmic contact)에 의한 전자의 원활한 흐름이 방해되어 광전 효율이 저하되는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 실리콘 기판을 사용하는 태양전지의 전면 층과 반사 방지막 사이에 밴드 갭 에너지를 조절하여 원하는 빛의 파장을 선택적으로 흡수할 수 있도록 하고 태양전지 표면과의 합금화(merging)를 통해 태양전지 표면에서 빛의 산란으로 인한 빛의 흡수량 증가와 국부 표면 근거리 전기장에 의해 전자와 정공 쌍을 추가로 형성시킬 수 있는 반도체 또는 금속물질로 된 나노결정을 증착시켜 형성한 나노결정 박막 위에 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막이 증착되어 있는 나노결정 박막이 형성된 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 나노결정 박막이 형성된 태양전지는, P형 실리콘 기판 혹은 N형 실리콘 기판 중 어느 하나로 된 기판(211)의 전면에 상기 기판(211)과의 P-N 접합을 형성한 상태에서 상기 기판(211)과 함께 광전효과를 나타내는 이미터(emitter) 층으로 형성되거나 컬렉터(collector) 층으로 형성되는 전면 층(212)이 도핑 처리되어 형성되어 있고, 상기 전면 층(212) 위에 형성되는 반사 방지막(213)(ARC: Anti-Reflection Coating layer)을 관통하여 상기 전면 층(212)과 접속하는 전면 전극(214)이 형성되어 있고, 상기 기판(211)의 후면과 접속하는 후면 전극(215)이 형성되어 있는 태양전지에 있어서, 상기 전면 층(212)과 반사 방지막(213) 사이에 반도체 또는 금속물질로 된 나노결정을 증착시켜 형성한 나노결정 박막 위에 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막이 증착되어 있고, 상기 나노결정의 크기와 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막의 두께는 23∼40 : 1∼10의 비율로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 나노결정 박막이 형성된 태양전지에 있어서, 상기 기판의 표면은 평탄하거나 요철 형상의 패턴으로 표면조직화(texturing) 처리된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 나노결정 박막이 형성된 태양전지에 있어서, 상기 나노결정의 크기와 나노결정의 간격은 7∼12 : 1∼3의 비율로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 나노결정 박막이 형성된 태양전지에 있어서, 상기 전면 층과 반사 방지막 사이에 형성된 상기 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막 위에 상기 전면 층과 동일 재질로 된 이중 전면 층이 도핑 처리되어 더 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 나노결정 박막이 형성된 태양전지 제조방법은, P형 실리콘 기판 혹은 N형 실리콘 기판 중 어느 하나로 된 기판의 전면에 상기 기판과의 P-N 접합을 형성한 상태에서 상기 기판과 함께 광전효과를 나타내는 이미터(emitter) 층으로 형성되거나 컬렉터(collector) 층으로 형성되는 전면 층이 도핑 처리되어 형성되어 있고, 상기 전면 층 위에 형성되는 반사 방지막(ARC: Anti-Reflection Coating layer)을 관통하여 상기 전면 층과 접속하는 전면 전극이 형성되어 있고, 상기 기판의 후면과 접속하는 후면 전극이 형성되어 있는 태양전지 제조방법에 있어서, 상기 전면 층과 반사 방지막 사이에 반도체 또는 금속물질로 된 나노결정을 증착하여 나노결정 박막을 형성한 다음 상기 나노결정 박막 위에 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막을 증착하여 형성하되, 상기 나노결정의 크기와 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막의 두께는 23∼40 : 1∼10의 비율이 되도록 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 나노결정 박막이 형성된 태양전지 제조방법에 있어서, 상기 나노결정 박막은 표면이 평탄한 기판에 형성하거나, 표면이 요철 형상의 패턴으로 표면조직화(texturing) 처리된 기판에 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 나노결정 박막이 형성된 태양전지 제조방법에 있어서, 상기 나노결정의 크기와 나노결정의 간격은 7∼12 : 1∼3의 비율이 되도록 나노결정 박막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 나노결정 박막이 형성된 태양전지 제조방법에 있어서, 상기 전면 층과 반사 방지막 사이에 형성된 상기 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막 위에 상기 전면 층과 동일 재질로 된 이중 전면 층을 도핑 처리하여 더 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 나노결정 박막을 형성하는 반도체 또는 금속물질로 된 나노결정의 태양전지 표면과 합금화(merging)를 통해 일함수가 반도체와 다른 금속을 형성함으로써 쇼트키 접합(Schottky junction) 또는 옴접촉(ohmic contact) 상태에서 나타나는 전자의 원활한 흐름 개선 효과와 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막에 의해 전자와 정공의 재결합을 방지해주는 수소 패시베이션(Hydrogen passivation) 효과를 기대할 수 있고, 이로 인해 실리콘 기판을 사용하는 태양전지의 광학적 손실과 전기적 손실을 줄이고 광전 효율을 증대할 수 있다.
도 1은 종래의 태양전지의 구성을 나타낸 단면도.
도 2는 도 1의 태양전지 제조방법을 나타낸 공정도.
도 3은 본 발명에 따른 나노결정 박막이 형성된 태양전지의 구성을 나타낸 단면도.
도 4는 도 3의 태양전지 제조방법을 나타낸 공정도.
도 5는 본 발명에 따른 태양전지의 광반사도(PR; PhotoReflectance) 측정 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 나노결정 박막이 형성된 태양전지의 구성을 나타낸 다른 실시예.
도 7은 도 6의 태양전지 제조방법을 나타낸 공정도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 나노결정 박막이 형성된 태양전지의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3에 나타낸 태양전지(200)는 P형 실리콘 기판 혹은 N형 실리콘 기판 중 어느 하나로 된 기판(211)의 전면에 상기 기판(211)과의 P-N 접합을 형성한 상태에서 상기 기판(211)과 함께 광전효과를 나타내는 이미터(emitter) 층으로 형성되거나 컬렉터(collector) 층으로 형성되는 전면 층(212)이 도핑 처리되어 형성되어 있다.
도 3에 나타낸 태양전지(200)는 상기 전면 층(212) 위에 형성되는 반사 방지막(213)(ARC: Anti-Reflection Coating layer)을 관통하여 상기 전면 층(212)과 접속하는 전면 전극(214)이 형성되어 있다.
도 3에 나타낸 태양전지(200)는 상기 기판(211)의 후면과 접속하는 후면 전극(215)이 형성되어 있다.
도 3에 나타낸 태양전지(200)는 상기 전면 층(212)과 반사 방지막(213) 사이에 반도체 또는 금속물질로 된 나노결정을 증착시켜 형성한 나노결정 박막(212a) 위에 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막(212b)이 증착되어 있고, 상기 나노결정의 크기와 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막의 두께는 23∼40 : 1∼10의 비율로 형성된다.
상기 나노결정 박막(212a)은 실리콘 기판(211)을 사용하는 태양전지(200)의 전면 층(212)과 반사 방지막(213) 사이에 밴드 갭 에너지를 조절하여 원하는 빛의 파장을 선택적으로 흡수할 있도록 하고 태양전지(200) 표면과의 합금화(merging)를 통해 태양전지(200) 표면에서 빛의 산란으로 인한 빛의 흡수량 증가와 국부 표면 근거리 전기장에 의해 전자와 정공 쌍을 추가로 형성시킬 수 있다.
도 4는 도 3에 나타낸 태양전지(200)의 제조방법(S200)을 나타낸 공정도이다.
도 4를 참조하면, 도 3에 나타낸 본 발명에 따른 태양전지(200)는 다음과 같이 제조된다.
먼저, P형 실리콘 기판 혹은 N형 실리콘 기판 중 어느 하나로 된 표면이 평탄한 기판(211)을 준비한다(S210).
이어서, 표면이 평탄한 상기 기판(211)의 전면에 상기 기판(211)과의 P-N 접합을 형성한 상태에서 상기 기판(211)과 함께 광전효과를 나타내는 이미터(emitter) 층으로 형성되거나 컬렉터(collector) 층으로 형성되는 전면 층(212)을 도핑 처리하여 형성한다(S220).
이때, 상기 기판(211)이 P형 실리콘 기판이면 N형 이미터 층으로 상기 전면 층(212)을 형성하고, 상기 기판(211)이 N형 실리콘 기판이면 P형 컬렉터 층으로 상기 전면 층(212)을 형성하며, 이 전면 층(212)은 상기한 도 1 내지 도 2를 참고하는 실시예에서 설명한 확산현상을 이용하는 기판 표면의 도핑 처리 공정을 통해 형성된다.
또한, 상기 N형 이미터 층으로 상기 전면 층(212)을 형성할 때 인(P)과 실리콘 내부에서 석출된 불순물을 포함하는 산화물(PSG: Phosphorous Silicate Glass)층이 더 형성되는데, 이 산화물층은 불화수소(HF)의 수용액에서 침지하여 실리콘 표면에 손상 없이 제거한다.
또한, 상기 P형 컬렉터 층으로 상기 전면 층(212)을 형성할 때 붕소(B)와 실리콘 내부에서 석출된 불순물을 포함하는 산화물(BSG: Boron Silicate Glass)층이 더 형성되는데, 이 산화물층은 불화수소(HF)의 수용액에서 침지하여 실리콘 표면에 손상 없이 제거한다.
이어서, 상기 기판(211)의 전면 층(212) 위에 반도체 또는 금속물질로 된 나노결정을 증착하여 나노결정 박막(212a)을 먼저 형성한 다음 상기 나노결정 박막 위에 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막(212b)을 증착하여 형성한다(S230).
상기 S230 과정에서는, 본 발명에 따른 태양전지(200)의 광전 효율을 최대한 증대하기 위한 조건(이하, 나노결정 박막 형성 조건)으로, 도 3 내지 도 4의 확대도에 나타낸 바와 같이, 상기 나노결정의 크기(D)와 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막(212b)의 두께(T)는 23∼40 : 1∼10의 비율이 되도록 형성하고, 상기 나노결정의 크기(D)와 나노결정의 간격(L)은 7∼12 : 1∼3의 비율이 되도록 나노결정 박막(212a)을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 나노결정 박막(212a)은 도 3 내지 도 4의 확대도의 해칭 단면으로 표시한 바와 같이, 태양전지(200) 표면과 합금화(merging)를 통해 일함수가 반도체와 다른 금속을 형성함으로써 쇼트키 접합(Schottky junction) 또는 옴접촉(ohmic contact) 상태에서 전자의 원활한 흐름 개선 효과를 나타낸다.
상기 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막(212b)은 전자와 정공의 재결합을 방지해주는 수소 패시베이션(Hydrogen passivation) 효과를 나타낸다.
이때, 상기 나노결정 박막(212a)을 형성하기 위한 반도체로는 실리콘, 게르마늄 등을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기판(211)이 P형 실리콘 기판이면 상기 나노결정 박막(212a)을 형성하기 위한 금속물질로는 인(P)을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 기판(211)이 N형 실리콘 기판이면 상기 나노결정 박막(212a)을 형성하기 위한 금속물질로는 붕소(B)를 사용하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막(212b) 위에 상기 전면 층(212)과 동일 재질로 된 이중 전면 층(212a)을 도핑 처리하여 더 형성한다(S240).
본 발명에 따른 태양전지(200) 제조 시, 상기한 이중 전면 층(212a) 형성 과정(S240)은 생략할 수도 있다.
상기한 바와 같이, 나노결정 박막(212a)과 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막(212b) 및 이중 전면 층(212a)이 모두 형성되고 나면, 이어서 상기 기판(211)의 이중 전면 층(212a) 위에 반사 방지막(213)(ARC: Anti-Reflection Coating layer)을 형성한다(S250).
이때, 상기한 바와 같이 상기한 이중 전면 층(212a) 형성 과정(S240)이 생략되는 경우, 상기 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막(212b) 위에 반사 방지막(213)(ARC: Anti-Reflection Coating layer)을 형성한다(S250).
이어서, 열처리 건조 방식으로 상기 반사 방지막(213)을 관통하여 상기 전면 층(212)과 접속하는 전면 전극(214) 및 상기 기판(211)과 접속하는 후면 전극(215)을 형성함으로써 본 발명에 따른 태양전지(200)의 제조를 완료한다(S260).
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 태양전지(200)는 나노결정 박막(212a)을 형성하는 반도체 또는 금속물질로 된 나노결정의 태양전지(200) 표면과 합금화(merging)를 통해 일함수가 반도체와 다른 금속을 형성함으로써 쇼트키 접합(Schottky junction) 또는 옴접촉(ohmic contact) 상태에서 나타나는 전자의 원활한 흐름 개선 효과와 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막(212b)에 의해 전자와 정공의 재결합을 방지해주는 수소 패시베이션(Hydrogen passivation) 효과를 기대할 수 있고, 이로 인해 실리콘 기판(211)을 사용하는 태양전지(200)의 광학적 손실과 전기적 손실을 줄이고 광전 효율을 증대할 수 있다.
참고로, 도 5는 상기 전면 층(212)과 반사 방지막(213) 사이에 상기한 나노결정 박막(212a)과 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막(212b)을 증착하여 제조한 본 발명에 따른 태양전지(200)의 광반사도(PR; PhotoReflectance) 측정한 그래프이다.
도 5에 따른 광반사도를 측정하기 위하여, 상기 S230 과정에서 언급한 본 발명에 따른 태양전지(200)의 광전 효율을 최대한 증대하기 위한 나노결정 박막 형성 조건을 적용하였다.
도 5를 참조하면, 다음과 같은 광반사도 측정 결과를 알 수 있다.
첫째로, 도 1 내지 도 2의 실시예로 설명한 바와 같이 표면조직화(texturing) 처리하여 표면에 요철 형상의 패턴을 형성한 기판의 전면 층과 반사 방지막을 형성한 종래의 태양전지는 200∼1100nm의 빛의 파장에 대하여 평균 16.1%의 광반사도를 나타냄을 알 수 있다.
둘째로, 상기 전면 층(212)과 반사 방지막(213) 사이에 상기한 본 발명에 따른 나노결정 박막(212a)만을 증착하여 형성한 태양전지는 200∼1100nm의 빛의 파장에 대하여 평균 12.2%의 광반사도를 나타냄을 알 수 있다.
셋째로, 상기 전면 층(212)과 반사 방지막(213) 사이에 상기한 본 발명에 따른 나노결정 박막(212a)과 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막(212b)을 모두 증착하여 형성한 태양전지는 200∼1100nm의 빛의 파장에 대하여 평균 7.0%의 광반사도를 나타냄을 알 수 있다.
상기 본 발명에 따른 평균 광반사도는 상기한 나노결정 박막 형성 조건에 대응하여 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막(212b)의 두께(T)는 3∼30nm, 나노결정의 간격(L)은 10∼30nm로 설정한 경우, 나노결정의 크기(D) 70∼120nm의 범위에서 가장 낮은 평균 광반사도를 나타내었다. 즉, 상기한 나노결정 박막 형성 조건에 대응하여 나노결정의 크기(D)를 70nm 미만으로 적용하거나 120nm보다 크게 적용하면 평균 광반사도가 상대적으로 높아짐을 알 수 있다. 이러한 측정 결과는 본 출원인 또는 발명자의 부단한 연구와 실험을 통하여 획득한 것이다.
이러한 광반사도 측정 결과에 따르면, 본 발명에 따른 태양전지(200)는 도 1 내지 도 2에 나타낸 바와 같은 종래의 태양전지(100)와 비교해 볼 때, 대략 50% 이상으로 광반사도를 감소시킴으로써 광투과율 및 광전 효율을 모두 증대함을 알 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 나노결정 박막이 형성된 태양전지의 구성을 나타낸 다른 실시예이고, 도 7은 도 6의 태양전지 제조방법을 나타낸 공정도이다.
*도 6 내지 도 7에 나타낸 본 발명에 따른 태양전지(200')는 도 3 내지 도 4에 나타낸 본 발명에 따른 태양전지(200)와 비교하여 볼 때, 태양전지(200')의 표면 반사 손실을 줄이고 입사 경로를 증가시킴으로써 광 흡수율을 높이고 태양전지(200)의 전류를 증가시키기 위하여, P형 실리콘 기판 혹은 N형 실리콘 기판 중 어느 하나로 된 기판(211')을 표면조직화 처리하여 표면에 요철 형상의 패턴을 형성한 점이 다르고, 나머지 다른 구성요소와 제조방법은 도 3 내지 도 4에 나타낸 태양전지(200)의 대응하는 구성요소와 대응하는 제조방법과 동일하다.
예컨대, 도 6에서는 기판을 211'로 표시하였고, 도 7에서는 전체 제조방법(S200') 중 기판 준비 과정을 S210'로 표시하였으며, 나머지 다른 구성요소와 제조방법은 도 3 내지 도 4에 나타낸 태양전지(200)의 대응하는 구성요소와 대응하는 제조방법과 동일한 식별번호를 사용하였다.
따라서, 도 6 내지 도 7에 나타낸 본 발명에 따른 태양전지(200')는 그 구성과 제조방법에 대한 상세한 설명을 생략하더라도 이 기술분야의 통상의 기술자라면 용이하게 이해하고 실시할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 나노결정 박막이 형성된 태양전지 및 그 제조방법은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 범위까지 그 기술적 정신이 있다.

Claims (14)

  1. P형 실리콘 기판 혹은 N형 실리콘 기판 중 어느 하나로 된 기판(211)의 전면에 상기 기판(211)과의 P-N 접합을 형성한 상태에서 상기 기판(211)과 함께 광전효과를 나타내는 이미터(emitter) 층으로 형성되거나 컬렉터(collector) 층으로 형성되는 전면 층(212)이 도핑 처리되어 형성되어 있고, 상기 전면 층(212) 위에 형성되는 반사 방지막(213)(ARC: Anti-Reflection Coating layer)을 관통하여 상기 전면 층(212)과 접속하는 전면 전극(214)이 형성되어 있고, 상기 기판(211)의 후면과 접속하는 후면 전극(215)이 형성되어 있는 태양전지에 있어서,
    상기 전면 층(212)과 반사 방지막(213) 사이에 반도체 또는 금속물질로 된 나노결정을 증착시켜 형성한 나노결정 박막 위에 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막이 증착되어 있고, 상기 나노결정의 크기와 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막의 두께는 23∼40 : 1∼10의 비율로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노결정 박막이 형성된 태양전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기판(211)의 표면은 평탄한 것을 특징으로 하는 나노결정 박막이 형성된 태양전지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 기판(211)의 표면은 요철 형상의 패턴으로 표면조직화(texturing) 처리된 것을 특징으로 하는 나노결정 박막이 형성된 태양전지.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전면 층(212)은 상기 기판(211)이 P형 실리콘 기판이면 N형 이미터 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전면 층(212)은 상기 기판(211)이 N형 실리콘 기판이면 P형 컬렉터 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 나노결정의 크기와 나노결정의 간격은 7∼12 : 1∼3의 비율로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노결정 박막이 형성된 태양전지.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전면 층(212)과 반사 방지막(213) 사이에 형성된 상기 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막 위에 상기 전면 층(212)과 동일 재질로 된 이중 전면 층(212a)이 도핑 처리되어 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 나노결정 박막이 형성된 태양전지.
  8. P형 실리콘 기판 혹은 N형 실리콘 기판 중 어느 하나로 된 기판(211)의 전면에 상기 기판(211)과의 P-N 접합을 형성한 상태에서 상기 기판(211)과 함께 광전효과를 나타내는 이미터(emitter) 층으로 형성되거나 컬렉터(collector) 층으로 형성되는 전면 층(212)이 도핑 처리되어 형성되어 있고, 상기 전면 층(212) 위에 형성되는 반사 방지막(213)(ARC: Anti-Reflection Coating layer)을 관통하여 상기 전면 층(212)과 접속하는 전면 전극(214)이 형성되어 있고, 상기 기판(211)의 후면과 접속하는 후면 전극(215)이 형성되어 있는 태양전지 제조방법에 있어서,
    상기 전면 층(212)과 반사 방지막(213) 사이에 반도체 또는 금속물질로 된 나노결정을 증착하여 나노결정 박막을 형성한 다음 상기 나노결정 박막 위에 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막을 증착하여 형성하되, 상기 나노결정의 크기와 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막의 두께는 23∼40 : 1∼10의 비율이 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 나노결정 박막이 형성된 태양전지 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 나노결정 박막은 표면이 평탄한 기판(211)에 형성하는 것을 특징으로 하는 나노결정 박막이 형성된 태양전지 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 나노결정 박막은 표면이 요철 형상의 패턴으로 표면조직화(texturing) 처리된 기판(211)에 형성하는 것을 특징으로 하는 나노결정 박막이 형성된 태양전지 제조방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 기판(211)이 P형 실리콘 기판이면 N형 이미터 층으로 상기 전면 층(212)을 형성하는 것을 특징으로 하는 나노결정 박막이 형성된 태양전지 제조방법.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 기판(211)이 N형 실리콘 기판이면 P형 컬렉터 층으로 상기 전면 층(212)을 형성하는 것을 특징으로 하는 나노결정 박막이 형성된 태양전지 제조방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 나노결정의 크기와 나노결정의 간격은 7∼12 : 1∼3의 비율이 되도록 나노결정 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 나노결정 박막이 형성된 태양전지 제조방법.
  14. 제 8 항에 있어서, 상기 전면 층(212)과 반사 방지막(213) 사이에 형성된 상기 아모포스실리콘(a-Si:H) 박막 위에 상기 전면 층(212)과 동일 재질로 된 이중 전면 층(212a)을 도핑 처리하여 더 형성하는 것을 특징으로 하는 나노결정 박막이 형성된 태양전지 제조방법.
PCT/KR2016/003810 2015-09-17 2016-04-12 나노결정 박막이 형성된 태양전지 및 그 제조방법 Ceased WO2017047895A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2015-0131661 2015-09-17
KR1020150131661A KR20170033951A (ko) 2015-09-17 2015-09-17 나노결정 박막이 형성된 태양전지 및 그 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017047895A1 true WO2017047895A1 (ko) 2017-03-23

Family

ID=58289439

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2016/003810 Ceased WO2017047895A1 (ko) 2015-09-17 2016-04-12 나노결정 박막이 형성된 태양전지 및 그 제조방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20170033951A (ko)
WO (1) WO2017047895A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102516860B1 (ko) 2020-09-24 2023-03-31 한국과학기술원 임의 배열된 금속 나노입자를 이용한 실리콘 광검출기 및 그 제작방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2641800B2 (ja) * 1990-11-30 1997-08-20 シャープ株式会社 太陽電池及びその製造方法
WO2000028603A1 (en) * 1998-11-06 2000-05-18 Pacific Solar Pty. Limited TEXTURING OF GLASS BY SiO2 FILM
WO2010132401A2 (en) * 2009-05-12 2010-11-18 Lightwave Power, Inc. Integrated solar cell nanoarray layers and light concentrating device
KR101083372B1 (ko) * 2009-10-14 2011-11-14 주식회사 효성 보론 도핑방법 및 이를 이용한 태양전지 제조방법
US20140151706A1 (en) * 2011-11-01 2014-06-05 Nanogram Corporation Structures incorporating silicon nanoparticle inks, densified silicon materials from nanoparticle silicon deposits and corresponding methods

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110070541A (ko) 2009-12-18 2011-06-24 엘지디스플레이 주식회사 박막 태양전지 및 그 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2641800B2 (ja) * 1990-11-30 1997-08-20 シャープ株式会社 太陽電池及びその製造方法
WO2000028603A1 (en) * 1998-11-06 2000-05-18 Pacific Solar Pty. Limited TEXTURING OF GLASS BY SiO2 FILM
WO2010132401A2 (en) * 2009-05-12 2010-11-18 Lightwave Power, Inc. Integrated solar cell nanoarray layers and light concentrating device
KR101083372B1 (ko) * 2009-10-14 2011-11-14 주식회사 효성 보론 도핑방법 및 이를 이용한 태양전지 제조방법
US20140151706A1 (en) * 2011-11-01 2014-06-05 Nanogram Corporation Structures incorporating silicon nanoparticle inks, densified silicon materials from nanoparticle silicon deposits and corresponding methods

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PARK, SEUNGIL ET AL.: "Surface Plasmon Effect of Ag Nanodots Embedded in Amorphous Si Window Layers Deposited on Si Solar Cells", JOURNAL OF NANOSCIENCE AND NANOTECHNOLOGY, vol. 14, no. 12, 2014, pages 9210 - 9218 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170033951A (ko) 2017-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7368653B2 (ja) 太陽電池及び光起電力モジュール
WO2010150943A1 (en) Solar cell and method of manufacturing the same
WO2010013972A2 (en) Solar cell and method for manufacturing the same
EP1876651B1 (en) Solar cell manufacturing method
CN109346536B (zh) 一种接触钝化晶体硅太阳能电池结构及制备方法
US8975172B2 (en) Solar cell element and method for manufacturing solar cell element
TWI673883B (zh) 太陽電池元件及太陽電池元件之製造方法
CN116914012A (zh) 一种双面掺杂多晶硅钝化接触电池及其制备方法
EP2404328A2 (en) Solar cell and method of manufacturing the same
TWI550890B (zh) 太陽能電池及其製造方法
EP2533296A1 (en) Process for production of back-electrode-type solar cell, back-electrode-type solar cell, and back-electrode-type solar cell module
EP2371009A1 (en) Solar cell and method of manufacturing the same
US9825190B2 (en) Solar cell and method for manufacturing the same
WO2012008436A1 (ja) 太陽電池の製造方法及び製膜装置
CN103887347A (zh) 一种双面p型晶体硅电池结构及其制备方法
WO2011024264A1 (ja) 太陽電池セルおよびその製造方法
WO2010126346A2 (ko) 태양 전지의 제조 방법
WO2014196247A1 (ja) 太陽電池および太陽電池モジュール
WO2013161023A1 (ja) 太陽電池および太陽電池の製造方法、太陽電池モジュール
WO2014003326A1 (ko) 양자우물 구조 태양전지 및 그 제조 방법
US12593513B2 (en) Semiconductor substrate, treating method thereof, solar cell and preparation method thereof
CN105957921A (zh) 一种利用印刷技术制备n型硅ibc太阳电池的方法
WO2017047895A1 (ko) 나노결정 박막이 형성된 태양전지 및 그 제조방법
WO2011004929A1 (ko) 칼라 디자인 태양전지 제조방법
TWI753179B (zh) 高效率內面電極型太陽電池及其製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16846717

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16846717

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1