WO2023080585A1 - Solar cell and solar cell module comprising same - Google Patents

Solar cell and solar cell module comprising same Download PDF

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solar cell
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electrode
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이해석
김동환
강윤묵
편도원
이상원
현지연
황재근
이솔희
이원규
정석현
황지성
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고려대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention is a climate change response technology development (R & D) of the Ministry of Science and ICT (Task identification number: 1711131262, research management specialized institution: Korea Research Foundation, research project name: commercial silicon-based wide bandgap perovskite multi-junction solar cell element Technology development, host organization: Korea University Industry-University Cooperation Foundation, research period: 2021.01.20 ⁇ 2022.01.19, contribution rate: 1/2).
  • the lower absorption layer 150 absorbs long-wavelength light irradiated onto the solar cell and may form electron-hole pairs in an excited state, that is, excitons.
  • the functional layer 200 may be disposed between the lower cell 100 and the upper cell 300 .
  • each of the plurality of second through holes 331 may correspond to each of the plurality of first through holes 321 and communicate with each other.
  • the hole transport layer is PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)), polythiophenylenevinylene ), polyvinylcarbazole, poly-p-phenylenevinylene, Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT), Poly[bis(4-phenyl)(2 ,4,6-trimethylphenyl)amine] (PTAA), 9′-spirobi[9H-fluorene]-2,2′,7,7′′-tetramine (Spiro-MeOTAD), and derivatives thereof.
  • PEDOT:PSS poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)
  • polythiophenylenevinylene polyvinylcarbazole
  • poly-p-phenylenevinylene Poly(3-hexylthiophene-2,5-d

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Abstract

Disclosed are a solar cell and a solar cell module comprising same, the solar cell comprising a lower cell (100), a functional layer (200) disposed on the lower cell, and an upper cell (300) disposed on the functional layer, wherein the upper cell includes: a first upper charge transport layer (310) disposed on the upper surface of the functional layer; an insulation layer (320) disposed on the upper surface of the first upper charge transport layer; an electrode (330) disposed on the upper surface of the insulation layer; a second upper charge transport layer (340) disposed on the upper surface of the electrode; an upper electrode (350) disposed to neighbor the second upper charge transport layer on the upper surface of the electrode; an upper absorption layer (360) disposed on the second upper charge transport layer; and a plurality of through parts penetrating through the insulation layer, the electrode and the second upper charge transport layer, and a portion of lower surface of the upper absorption layer is in contact with the first upper charge transport layer through the through parts.

Description

태양전지 및 이를 포함하는 태양전지 모듈Solar cell and solar cell module including the same
본 발명은 태양전지 및 이를 포함하는 태양전지 모듈에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 상부셀의 전극, 전자 전달층, 정공 전달층을 후면에 배치하되 효과적인 전하 수집 및 션트 발생 방지를 위해 육각형 모양의 구멍이 포함된 면 전극 구조 사용 및 전자/정공 전달층 사이에 절연체를 삽입한 상태로 하부셀의 상층부와 연결하는 것을 그 특징으로 하는 태양전지 및 이를 포함하는 태양전지 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell and a solar cell module including the same. Specifically, the present invention arranges the electrode of the upper cell, the electron transport layer, and the hole transport layer on the back side, but uses a surface electrode structure containing hexagonal holes for effective charge collection and prevention of shunt generation, and between the electron/hole transport layers. It relates to a solar cell characterized in that an insulator is inserted and connected to an upper layer of a lower cell and a solar cell module including the same.
본 발명은 과학기술정보통신부의 기후변화대응기술개발(R&D)(과제고유번호: 1711131262, 연구관리 전문기관: 한국연구재단, 연구과제명: 상업용 실리콘 기반 wide bandgap 페로브스카이트 다중 접합 태양전지 요소 기술 개발, 주관기관: 고려대학교 산학협력단, 연구기간: 2021.01.20 ~ 2022.01.19, 기여율: 1/2)의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.The present invention is a climate change response technology development (R & D) of the Ministry of Science and ICT (Task identification number: 1711131262, research management specialized institution: Korea Research Foundation, research project name: commercial silicon-based wide bandgap perovskite multi-junction solar cell element Technology development, host organization: Korea University Industry-University Cooperation Foundation, research period: 2021.01.20 ~ 2022.01.19, contribution rate: 1/2).
또한, 본 발명은 과학기술정보통신부의 개인기초연구(과기정통부)(R&D) (과제고유번호: 1711131804, 연구관리 전문기관: 한국연구재단, 연구과제명: 고전압 스트레스 저감을 위한 나노 구조체 박막 개발 및 이를 적용한 PID-free Perovskite 개발, 주관기관: 고려대학교 산학협력단, 연구기간: 2021.03.01 ~ 2022.02.28, 기여율: 1/2)의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.In addition, the present invention is based on individual basic research (Ministry of Science and ICT) (R & D) of the Ministry of Science and ICT (Task identification number: 1711131804, research management specialized institution: National Research Foundation, research project name: Development of nanostructured thin films for high voltage stress reduction and It was derived from a study conducted as part of the PID-free Perovskite development, host organization: Korea University Industry-University Cooperation Foundation, research period: 2021.03.01 ~ 2022.02.28, contribution rate: 1/2).
한편, 본 발명의 모든 측면에서 한국 정부의 재산 이익은 없다.Meanwhile, there is no property interest of the Korean government in any aspect of the present invention.
세계적으로 지구온난화 문제가 심화되고 있다. 이를 극복하기 위해 2015년 세계는 지구의 평균 기온 상승을 2도 이내보다 낮은 수준으로 유지하기로 하는 파리기후변화협약을 체결하였다. 따라서, 지구온난화를 막기 위해 기존의 화석에너지의 사용을 줄이고 이를 대체할 수 있는 신재생에너지 개발이 필수적이다.The problem of global warming is intensifying worldwide. In order to overcome this, in 2015, the world signed the Paris Agreement on Climate Change to keep the global average temperature rise below 2 degrees. Therefore, in order to prevent global warming, it is essential to reduce the use of existing fossil energy and develop new renewable energy that can replace it.
신재생에너지는 기존의 화석 연료를 재활용하거나 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지로 태양에너지, 지열 에너지, 해양 에너지, 바이오 에너지 등이 있다.Renewable energy is energy that is used by recycling existing fossil fuels or converting renewable energy, and includes solar energy, geothermal energy, ocean energy, bioenergy, and the like.
이 중 태양에너지, 태양광은 오염이 없고, 무한하며 지구 어느 곳에서도 이용이 가능하다는 장점이 있다. 태양전지는 이를 활용하기 위해 개발되었으며, 광기전력 효과를 이용하여 태양으로부터 생성된 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 소자이다.Among them, solar energy and sunlight have the advantage that they are pollution-free, unlimited, and can be used anywhere on the earth. A solar cell was developed to utilize this, and is a device that converts light energy generated from the sun into electrical energy by using a photovoltaic effect.
유기, 무기, 유무기 하이브리드를 이용한 다양한 태양전지가 개발되었으나, 아직까지 전체 전력 생산량 중 태양전지를 이용하여 발전된 전력의 사용은 낮은 수준이다. 이는 태양전지의 발전단가가 화석 연료를 사용해 생산한 일반 전력비용에 비해 높기 때문이다. 태양전지 효율은 태양전지의 발전단가를 결정하는 중요인자로, 가격 경쟁력을 높이기 위해서는 태양전지 효율 향상이 중요하다.Various solar cells using organic, inorganic, and organic-inorganic hybrids have been developed, but the use of power generated using solar cells among the total power production is still low. This is because the unit cost of solar cell power generation is higher than the cost of general electricity produced using fossil fuels. Solar cell efficiency is an important factor in determining the unit cost of solar cell power generation, and improving solar cell efficiency is important to increase price competitiveness.
최근 26% 이상의 실리콘 태양전지 개발에 성공하며 꾸준한 성장을 보이고 있으나, 현재 구조의 실리콘 태양전지를 이용하여 구현 가능한 이론적 효율은 29.4%로 효율 향상의 한계가 있다.Recently, the development of a silicon solar cell with a rate of 26% or more has been successfully developed and is showing steady growth.
결정질 실리콘 태양전지뿐만 아니라, 페로브스카이트, CIGS, α-Si, GaAs, CdTe등을 광흡수층으로 상용하는 단일전합 태양전지들의 관전변환효율 또한 연구 개발을 통하여, 단일접합 태양전지의 이론효율한계에 접근하고 있다. In addition to crystalline silicon solar cells, the spectral conversion efficiency of single junction solar cells using perovskite, CIGS, α-Si, GaAs, CdTe, etc. as the light absorption layer was also researched and developed. approaching the limit.
따라서 단일접합 태양전지의 이론효율 한계 극복을 위하여, 두 종류 이상의 태양전지를 물리적, 전기적으로 연결하여 구동하게 하는 다중접합 태양전지 개발을 위해 많은 연구가 진행되고 있다. Therefore, in order to overcome the theoretical efficiency limit of the single junction solar cell, a lot of research is being conducted to develop a multi-junction solar cell that physically and electrically connects two or more types of solar cells to drive.
일 예로, 페로브스카이트 태양전지와 실리콘 태양전지를 활용하여 이중접합 태양전지를 제작할 경우 이론적으로 약 46%까지의 광전변환 효율을 달성할 수 있을 것으로 예상되고 있다. For example, when a double junction solar cell is manufactured using a perovskite solar cell and a silicon solar cell, it is expected to theoretically achieve a photoelectric conversion efficiency of up to about 46%.
다중접합 태양전지 기술발전이 발전하여 기존 공정단가 수준에서 큰 효율 상승을 이룰 수 있게 된다면 태양전지 가격 경쟁력을 크게 높여줄 수 있다. If the development of multi-junction solar cell technology develops and a large efficiency increase can be achieved at the level of the existing process unit price, the price competitiveness of the solar cell can be greatly increased.
다중 접합 태양전지는 상부셀과 하부셀이 전기적으로 직렬로 연결되기 때문에, 상부셀과 하부셀에 생성되는 전류의 양을 최대화하고 동일한 양의 전류를 생산하는 것이 중요하다.Since an upper cell and a lower cell are electrically connected in series in a multi-junction solar cell, it is important to maximize the amount of current generated in the upper cell and the lower cell and to produce the same amount of current.
현재까지 존재하는 연구들은 다중접합 태양전지의 전류를 매칭해주기 위하여, 상부셀의 밴드갭을 조절해 주거나, 다중접합 태양전지 구성요소들의 두께를 조절하거나, 반사방지막을 삽입하거나, 광회절을 발생시키는 층을 삽입하는 등의 방안이 연구되고 있다. Researches that have existed so far have focused on adjusting the band gap of the upper cell, adjusting the thickness of the components of the multi-junction solar cell, inserting an antireflection film, or generating light diffraction in order to match the current of the multi-junction solar cell. Methods such as inserting a layer are being studied.
그러나 현재 개발되고 있는 다중접합 태양전지들의 구조의 경우, 광을 흡수하고 전류를 생성하는 광흡수층 외에도, 전자 전달층, 전공 전달층, 중간층, 투명 전극, 스퍼터 데미지 방지층, 재결합층 등이 다중접합 태양전지 구동을 위하여 수직적으로 존재하고 있기 때문에 기생흡수에 의한 광손실이 존재한다.However, in the case of the structure of multi-junction solar cells currently being developed, in addition to the light absorption layer that absorbs light and generates current, an electron transport layer, a hole transport layer, an intermediate layer, a transparent electrode, a sputter damage prevention layer, a recombination layer, etc. Since it exists vertically for battery driving, there is light loss due to parasitic absorption.
위 문제점들을 해결하고 다중접합 태양전지의 광전류 및 광전변환 효율을 극대화하기 위해 상부셀에 후면전극 구조를 도입하는 방안이 연구되고 있으나, 상부셀에 적용되는 후면전극 구조는 미세 패터닝 기술이 수반되기 때문에, 기존 문헌처럼 선형으로 제작할 시 전자/정공 전달층 및 전극의 단선이 발생할 가능성이 크다.In order to solve the above problems and maximize the photocurrent and photoelectric conversion efficiency of multi-junction solar cells, research is being conducted on introducing a back electrode structure to the top cell, but since the back electrode structure applied to the top cell involves fine patterning technology, , there is a high possibility of disconnection of the electron/hole transport layer and the electrode when fabricated linearly as in the existing literature.
또한, 후면전극 구조를 같은 평면 상에 제작할 시 전자/정공 전달층 및 전극 간의 직접적인 접촉으로 인한 전기적 션트가 발생할 가능성이 크고, 이에 따라 다중접합 태양전지에 후면전극 구조를 도입할 시 단선의 영향을 덜 받으며 전하 수집에 효과적이고 전기적 션트의 발생을 방지할 수 있는 중간전극형 다중접합 태양전지의 구조 개발이 요구되고 있다.In addition, when the back electrode structure is fabricated on the same plane, there is a high possibility of electric shunt due to direct contact between the electron/hole transport layer and the electrode. Accordingly, when the back electrode structure is introduced to a multi-junction solar cell, the effect of disconnection is minimized. There is a need to develop a structure of an intermediate electrode type multi-junction solar cell that is less received, is effective in charge collection, and can prevent the occurrence of electrical shunt.
본 발명은 다중접합 태양전지를 제작함에 있어 상부셀의 한 쪽 전극을 최상단면이 아닌 상부셀과 하부셀의 사이에 중간전극 형태로 위치시킴으로써 상부셀의 광 흡수를 최대화할 수 있고, 광흡수층이 아닌 태양전지의 다른 구성 층들이 빛을 흡수하는 기생흡수를 최소화할 수 있고, 상부셀의 광투과를 최대화하여 후면 태양전지의 광흡수를 최대화 할 수 있으며, 상부셀과 하부셀의 광전류 매칭을 최적화 및 최대화 할 수 있는 태양전지 및 이를 포함하는 태양전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.In the present invention, in manufacturing a multi-junction solar cell, light absorption of the upper cell can be maximized by placing an electrode on one side of the upper cell in the form of an intermediate electrode between the upper cell and the lower cell, rather than on the uppermost end surface, and the light absorption layer It is possible to minimize parasitic absorption in which other constituent layers of the solar cell absorb light, maximize light transmission of the upper cell to maximize light absorption of the rear solar cell, and optimize photocurrent matching between the upper and lower cells. And it is an object of the present invention to provide a solar cell capable of maximizing and a solar cell module including the same.
또한, 본 발명은 효과적인 전하 수집을 위해 육각형이 규칙적으로 배열 및 제거된 면 전극을 사용하여 공정 중 발생할 수 있는 전자/정공 전달층 및 전극 단선의 영향을 최소화할 수 있고, 추가적으로 상부셀의 두 후면 전극 사이에 절연막을 삽입하여 같은 평면 상에 위치시키지 않음으로써 둘 간에 발생할 수 있는 전기적 션트를 방지할 수 있는 태양전지 및 이를 포함하는 태양전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention can minimize the effect of electron/hole transport layer and electrode disconnection that may occur during the process by using surface electrodes in which hexagons are regularly arranged and removed for effective charge collection, and additionally, the two rear surfaces of the upper cell An object of the present invention is to provide a solar cell and a solar cell module including the same capable of preventing electric shunt between the two by inserting an insulating film between electrodes and not placing them on the same plane.
또한, 본 발명은 다중접합 태양전지의 광전류 뿐만 아니라 개방전압까지 최대화하여 광전변환효율을 최대화 할 수 있다. 또한 상부셀의 한 전극을 상부셀의 최상단면이 아닌, 상부셀과 하부셀의 사이에 위치시킴으로써, 단일 태양전지들을 전기적으로 상호 연결해야 하는 모듈 공정에 필수적인 200~300°C의 고온에 상부셀을 노출시키지 않고 다중접합 태양전지 모듈을 제작할 수 있다.In addition, the present invention can maximize the photoelectric conversion efficiency by maximizing not only the photocurrent but also the open-circuit voltage of the multi-junction solar cell. In addition, by placing one electrode of the upper cell between the upper cell and the lower cell, not the uppermost surface of the upper cell, the upper cell can be operated at a high temperature of 200 ~ 300 °C, which is essential for the module process that requires electrical interconnection of single solar cells. It is possible to manufacture a multi-junction solar cell module without exposing it.
또한, 본 발명은 다중접합 태양전지의 광전류 및 광전변환효율을 최대화할 수 있고, 태양전지 한편의 전극을 상부셀의 최상단면이 아닌, 전극 구조를 변경함으로써, 단일 태양전지들을 전기적으로 상호 연결해야 하는 모듈 공정에 필수적인 200~300°C의 고온에 상부셀을 노출시키지 않고 다중접합 태양전지 모듈을 제작할 수 있는 태양전지 및 이를 포함하는 태양전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention can maximize the photocurrent and photoelectric conversion efficiency of the multi-junction solar cell, and electrically interconnect the single solar cells by changing the electrode structure of one side of the solar cell instead of the uppermost surface of the upper cell. An object of the present invention is to provide a solar cell capable of manufacturing a multi-junction solar cell module without exposing an upper cell to a high temperature of 200 to 300 ° C, which is essential for a module process, and a solar cell module including the same.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned are clearly understood by those skilled in the art from the description below. It could be.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는 하부 셀; 상기 하부 셀 상에 배치된 기능층; 및 상기 기능층 상에 배치된 상부셀; 을 포함하고, 상기 상부셀은 상기 기능층 상면에 배치된 상부 제1전하수송층, 상부 제1전하수송층 상면에 배치된 절연층, 상기 절연층 상면에 배치된 전극, 상기 전극 상면에 배치된 상부 제2전하수송층, 상기 전극 상면에서 상기 상부 제2전하수송층과 이웃하게 배치된 상부 전극, 상기 상부 제2전하수송층 상에 배치되는 상부 흡수층, 및 상기 절연층, 전극, 상부 제2전하수송층을 관통하는 복수의 관통부를 포함하고, 상기 상부 흡수층의 하면 중 일부는 상기 관통부를 통해 상기 상부 제1전하수송층에 맞닿을 수 있다.A solar cell according to an embodiment of the present invention includes a lower cell; a functional layer disposed on the lower cell; and an upper cell disposed on the functional layer. The upper cell includes an upper first charge transport layer disposed on the upper surface of the functional layer, an insulating layer disposed on the upper first charge transport layer, an electrode disposed on the upper surface of the insulating layer, and an upper first charge transport layer disposed on the upper surface of the electrode. 2 charge transport layer, an upper electrode disposed adjacent to the upper second charge transport layer on the upper surface of the electrode, an upper absorption layer disposed on the upper second charge transport layer, and passing through the insulating layer, the electrode, and the upper second charge transport layer A plurality of through portions may be included, and a portion of a lower surface of the upper absorption layer may come into contact with the upper first charge transport layer through the through portions.
상기 관통부는 상기 절연층에 배치된 복수의 제1관통홀; 복수의 상기 제1관통홀 각각에 연통되도록 상기 전극에 배치된 복수의 제2관통홀; 및 복수의 상기 제2관통홀 각각에 연통되도록 상기 상부 제2전하수송층에 배치된 복수의 제3관통홀을 포함할 수 있다.The through part may include a plurality of first through holes disposed in the insulating layer; a plurality of second through holes disposed on the electrode to communicate with each of the plurality of first through holes; and a plurality of third through holes disposed in the upper second charge transport layer to communicate with each of the plurality of second through holes.
상기 상부 전극은 상기 상부 흡수층 외부로 노출될 수 있다.The upper electrode may be exposed to the outside of the upper absorption layer.
상기 상부 전극은 상기 기능층 상에서 일측에 배치되고, 상기 상부 제2전하수송층 및 상부 흡수층은 상기 기능층 상에서 타측에 배치될 수 있다.The upper electrode may be disposed on one side of the functional layer, and the upper second charge transport layer and the upper absorption layer may be disposed on the other side of the functional layer.
상기 제1관통홀, 제2관통홀 및 제3관통홀 각각은 단면이 원 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다.Each of the first through hole, the second through hole, and the third through hole may have a circular or polygonal cross section.
동일 면에서 상기 상부 제2전하수송층의 면적 대비, 상기 제3관통홀의 면적은 0.33:1 내지 3:1 범위를 가질 수 있다.On the same surface, an area of the third through hole to an area of the upper second charge transport layer may have a range of 0.33:1 to 3:1.
상기 하부 셀은 하부 전극, 상기 하부 전극 상면에 배치된 반사층, 상기 반사층 상면에 배치된 하부 패시베이션층, 상기 하부 패시베이션층 상면에 배치된 하부 기능층 및 상기 하부 기능층 상면에 배치된 하부 흡수층을 포함할 수 있다.The lower cell includes a lower electrode, a reflective layer disposed on the upper surface of the lower electrode, a lower passivation layer disposed on the upper surface of the reflective layer, a lower functional layer disposed on the upper surface of the lower passivation layer, and a lower absorption layer disposed on the upper surface of the lower functional layer. can do.
상기 하부 흡수층은 p형 반도체 또는 n형 반도체이고, 상기 기능층은 상기 하부 흡수층에 대응하여 n형 반도체 또는 p형 반도체일 수 있다.The lower absorption layer may be a p-type semiconductor or an n-type semiconductor, and the functional layer may be an n-type semiconductor or a p-type semiconductor corresponding to the lower absorption layer.
또한, 상기 하부 흡수층이 실리콘 반도체이고, 상기 기능층은 p-n 접합층이고, 상기 하부 기능층은 전계 형성층(BSF)일 수 있다.In addition, the lower absorption layer may be a silicon semiconductor, the functional layer may be a p-n junction layer, and the lower functional layer may be a BSF.
또한, 상기 상부 흡수층은 중파장 및 단파장을 흡수하여, 전자-정공 쌍을 생성하고, 상기 하부 흡수층은 중파장 및 장파장을 흡수하여, 전자-정공 쌍을 생성할 수 있다.In addition, the upper absorption layer may absorb medium and short wavelengths to generate electron-hole pairs, and the lower absorption layer may absorb medium and long wavelengths to generate electron-hole pairs.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈은 제1 태양전지; 및 상기 제1 태양전지 상에 전기적으로 연결된 제2 태양전지; 를 포함하고, 상기 제1 태양전지 및 상기 제2 태양전지 각각은, 하부 셀, 상기 하부 셀 상에 배치된 기능층, 및 상기 기능층 상에 배치된 상부셀을 포함하고, 상기 상부셀은 상기 기능층 상면에 배치된 상부 제1전하수송층, 상부 제1전하수송층 상면에 배치된 절연층, 상기 절연층 상면에 배치된 전극, 상기 전극 상면에 배치된 상부 제2전하수송층, 상기 상부 제2전하수송층 상에 배치되는 상부 흡수층, 및 상기 절연층, 전극, 상부 제2전하수송층을 관통하는 복수의 관통부를 포함하고, 상기 상부 흡수층의 하면 중 일부는 상기 관통부를 통해 상기 상부 제1전하수송층에 맞닿을 수 있다.In addition, a solar cell module according to another embodiment of the present invention includes a first solar cell; and a second solar cell electrically connected to the first solar cell. wherein each of the first solar cell and the second solar cell includes a lower cell, a functional layer disposed on the lower cell, and an upper cell disposed on the functional layer, wherein the upper cell comprises the An upper first charge transport layer disposed on the upper surface of the functional layer, an insulating layer disposed on the upper surface of the upper first charge transport layer, an electrode disposed on the upper surface of the insulating layer, an upper second charge transport layer disposed on the upper surface of the electrode, and the upper second charge layer disposed on the upper surface of the functional layer. An upper absorption layer disposed on the transport layer, and a plurality of through portions penetrating the insulating layer, the electrode, and the upper second charge transport layer, wherein a portion of the lower surface of the upper absorption layer is aligned with the upper first charge transport layer through the through portion. can be reached
상기 제2 태양전지의 상부셀은, 상기 전극 상면에서 상기 상부 제2전하수송층과 이웃하게 배치된 상부 전극을 더 포함할 수 있다.The upper cell of the second solar cell may further include an upper electrode disposed adjacent to the upper second charge transport layer on the upper surface of the electrode.
상기 제1 태양전지의 상부셀의 상부 흡수층은 상기 제2 태양전지와 이격될 수 있다.An upper absorption layer of an upper cell of the first solar cell may be spaced apart from the second solar cell.
본 발명의 실시예에 따르면, 상부셀에서의 광 흡수를 최대화할 수 있고, 광흡수층이 아닌 다른 구성 층들이 빛을 흡수하는 기생흡수를 최소화할 수 있고, 상부셀의 광투과를 최대화하여 후면 태양전지의 광흡수를 최대화할 수 있으며, 상부셀과 하부 셀의 광전류 매칭을 최적화 및 최대화할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, light absorption in the upper cell can be maximized, parasitic absorption in which light is absorbed by other component layers other than the light absorbing layer can be minimized, and light transmission of the upper cell can be maximized to maximize the rear sun. Light absorption of the battery can be maximized, and photocurrent matching between the upper cell and the lower cell can be optimized and maximized.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 다중접합 태양전지의 광전류 및 광전변환효율을 최대화할 수 있고, 태양전지 한편의 전극을 상부셀의 최상단면이 아닌, 전극 구조를 변경함으로써, 단일 태양전지들을 전기적으로 상호 연결해야 하는 모듈 공정에 필수적인 200~300°C의 고온에 상부셀을 노출시키지 않고 다중접합 태양전지 모듈을 제작할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, photocurrent and photoelectric conversion efficiency of a multi-junction solar cell can be maximized, and single solar cells can be formed by changing the electrode structure of one solar cell instead of the uppermost surface of the upper cell. A multi-junction solar cell module can be manufactured without exposing the upper cell to the high temperature of 200 to 300 °C, which is essential for the module process that needs to be electrically interconnected.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the effects obtainable in the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지를 나타낸 사시도이고,1 is a perspective view showing a solar cell according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지에서 파장에 따른 빛의 이동 경로를 나타낸 예시도이고,2 is an exemplary view showing a movement path of light according to wavelength in a solar cell according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지에서 상부 흡수층을 제거한 사시도이고,3 is a perspective view in which an upper absorber layer is removed from a solar cell according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지에서 상부 흡수층을 제거한 상면도이고,4 is a top view of a solar cell according to an embodiment of the present invention in which an upper absorption layer is removed;
도 5는 도 1의 A-A'선의 단면도에서, 상부 흡수층을 제거한 도이고,5 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 1, in which the upper absorption layer is removed;
도 6는 도 1의 A-A'선의 단면도이고,6 is a cross-sectional view along the line A-A' of FIG. 1;
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈을 나타낸 단면도이다.7 is a cross-sectional view showing a solar cell module according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following examples. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shapes of elements in the figures are exaggerated to emphasize clearer description.
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시 예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명 시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.The composition of the present invention for clarifying the solution to the problem to be solved by the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings based on a preferred embodiment of the present invention, but the same reference numerals are assigned to the components of the drawings. For components, even if they are on other drawings, the same reference numerals have been given, and it is made clear in advance that components of other drawings can be cited if necessary in the description of the drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지에서 파장에 따른 빛의 이동 경로를 나타낸 예시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지에서 상부 흡수층을 제거한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지에서 상부 흡수층을 제거한 상면도이고, 도 5는 도 1의 A-A'선의 단면도에서, 상부 흡수층을 제거한 도이고, 도 6는 도 1의 A-A'선의 단면도이다.1 is a perspective view showing a solar cell according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exemplary view showing a movement path of light according to wavelength in a solar cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. A perspective view of a solar cell according to an embodiment of which the upper absorption layer is removed, FIG. 4 is a top view of a solar cell according to an embodiment of the present invention in which the upper absorption layer is removed, and FIG. In , the upper absorption layer is removed, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA' of FIG. 1 .
도 1 내지 도 6을 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는 하부 셀(100), 기능층(200) 및 상부셀(300)을 포함할 수 있다.1 to 6 together, a solar cell according to an embodiment of the present invention may include a lower cell 100, a functional layer 200, and an upper cell 300.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는 상대적으로 밴드갭이 작은 흡수층을 포함하는 실리콘 태양전지 셀(100)과 상대적으로 큰 밴드갭을 갖는 흡수층을 포함하는 페로브스카이트 태양전지 셀(300)이 기능층(200)을 매개로 하여 직접적으로 터널 접합된 2-단자 텐덤 태양전지의 구조를 갖는다.Here, the solar cell according to an embodiment of the present invention includes a silicon solar cell 100 including an absorption layer having a relatively small band gap and a perovskite solar cell including an absorption layer having a relatively large band gap ( 300) has a structure of a two-terminal tandem solar cell directly tunnel-junctioned through the functional layer 200.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지로 입사된 광 중 단파장 영역의 광은 상부에 배치된 페로브스카이트 태양전지 셀(300)에 흡수되어 전하를 생성하며, 페로브스카이트 태양전지 셀(300)을 투과하는 장파장 영역의 광은 하부에 배치된 실리콘 태양전지 혹은 다른 유기물, 무기물 혹은 유기물과 무기물이 혼합된 태양전지에(100)에 흡수되어 전하를 생성하게 된다.Accordingly, light in the short wavelength region among light incident to the solar cell according to an embodiment of the present invention is absorbed by the perovskite solar cell 300 disposed thereon to generate charge, and the perovskite solar cell 300 generates electric charge. Light in the long-wavelength region passing through the battery cell 300 is absorbed by the silicon solar cell or other organic, inorganic, or mixed organic and inorganic solar cell 100 disposed below to generate charge.
상술한 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는 상부에 배치된 페로브스카이트 태양전지 셀(300)에서 중파장 및 단파장 영역의 광을 흡수하여 발전하고, 하부에 배치된 실리콘 태양전지 셀(100)에서 중파장 및 장파장 영역의 광을 흡수하여 발전함으로써 문턱 파장(threshold wavelength)을 장파장 쪽으로 이동시킬 수 있으며, 결과적으로 전체 태양전지가 흡수하는 파장대를 넓힐 수 있다는 이점이 있다.The solar cell according to an embodiment of the present invention having the above-described structure absorbs light in the medium and short wavelength regions in the perovskite solar cell 300 disposed on the upper portion to generate power, and the silicon solar cell disposed on the lower portion By absorbing and generating light in the medium and long wavelength regions in the battery cell 100, the threshold wavelength can be moved to the long wavelength side, and as a result, there is an advantage in that the wavelength band absorbed by the entire solar cell can be widened.
한편, 하부 셀(100)은 이종접합(heterojunction) 실리콘 태양전지 또는 동종접합(homojunction) 실리콘 태양전지 혹은 유기물, 무기물 혹은 유기물과 무기물이 혼합된 태양전지로 구현될 수 있다.Meanwhile, the lower cell 100 may be implemented as a heterojunction silicon solar cell, a homojunction silicon solar cell, or a solar cell in which organic materials, inorganic materials, or organic and inorganic materials are mixed.
하부 셀(100)은 하부 전극(110), 반사층(120), 하부 패시베이션층(130), 하부 기능층(140)및 하부 흡수층(150)을 포함할 수 있다.The lower cell 100 may include a lower electrode 110 , a reflective layer 120 , a lower passivation layer 130 , a lower functional layer 140 and a lower absorption layer 150 .
한편, 도시하지 않았지만, 하부 전극(110), 반사층(120), 하부 패시베이션층(130), 하부 기능층(140) 및 하부 흡수층(150) 중 적어도 하나는 요철 구조를 가지는 텍스쳐가 형성될 수 있다.Meanwhile, although not shown, at least one of the lower electrode 110, the reflective layer 120, the lower passivation layer 130, the lower functional layer 140, and the lower absorption layer 150 may have a texture having a concavo-convex structure. .
하부 전극(110)은 금속, 또는 금속 합금일 수 있다. 하부 전극(110)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 구리(Cu) 및 니켈(Ni), 탄소(C) 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.The lower electrode 110 may be a metal or a metal alloy. The lower electrode 110 is at least one selected from molybdenum (Mo), aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), copper (Cu), nickel (Ni), and carbon (C). may contain substances.
한편, 하부 전극(110)은 상부에 입사된 광이 외부로 빠져나가지 못하도록 반사하는 기능을 수행할 수 있다.Meanwhile, the lower electrode 110 may perform a function of reflecting light incident thereon so that it does not escape to the outside.
또한, 하부 전극(110)은 정공 또는 전자를 수집할 수 있다.Also, the lower electrode 110 may collect holes or electrons.
반사층(120)은 하부 전극(110) 상면에 직접 배치될 수 있고, 상부에 입사된 광이 경로를 증가시켜 광전 변환 효율을 증가시키는 역할을 한다.The reflective layer 120 may be directly disposed on the upper surface of the lower electrode 110 and serves to increase photoelectric conversion efficiency by increasing the path of light incident thereon.
하부 패시베이션층(130)은 투광성의 절연막으로 구성될 수 있으며, 산화막 및 질화막 계열의 절연성막이 사용될 수 있다.The lower passivation layer 130 may be formed of a light-transmitting insulating film, and an insulating film based on an oxide film or a nitride film may be used.
하부 기능층(140)은 하부 흡수층(150)의 반도체 타입에 따라 특정 전하를 흡수층으로 돌려보내는 역할을 하거나 전자 수송층 또는 정공 수송층으로 기능할 수 있다.The lower functional layer 140 may serve to return specific charges to the absorption layer or function as an electron transport layer or a hole transport layer according to the semiconductor type of the lower absorption layer 150 .
하부 기능층(140)이 정공 수송층인 경우, 이러한 정공 수송층은 PEDOT:PSS(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)), 폴리티오페닐렌비닐렌(polyhiophenylenevinylene), 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole), 폴리파라페닐렌비닐렌(poly-p-phenylenevinylene) 및 이들의 유도체일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 유기물이 사용될 수 있다. 또한, p-타입으로 도핑된 금속산화물 반도체인 몰리브덴 옥사이드, 바나듐 옥사이드 또는 텅스텐 옥사이드 등이 사용될 수 있다.When the lower functional layer 140 is a hole transport layer, the hole transport layer is PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)), polythiophenylenevinylene, It may be polyvinylcarbazole, poly-p-phenylenevinylene, and derivatives thereof. However, it is not limited thereto, and various types of organic materials may be used. Also, p-type doped metal oxide semiconductors such as molybdenum oxide, vanadium oxide, or tungsten oxide may be used.
또한, 하부 기능층(140)이 전자 수송층인 경우, 이러한 전자 수송층은 풀러렌(C60, C70, C80) 또는 풀러렌 유도체인 PCBM([6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester)(PCBM(C60), PCBM(C70), PCBM(C80))일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 유기물이 사용될 수 있다. 또한, n-타입으로 도핑된 금속산화물 반도체인 타이타늄 옥사이드(TiOx) 또는 아연 옥사이드(ZnO) 등이 사용될 수 있다.In addition, when the lower functional layer 140 is an electron transport layer, this electron transport layer is fullerene (C60, C70, C80) or fullerene derivative PCBM ([6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester) (PCBM (C60 ), PCBM (C70), PCBM (C80)). However, it is not limited thereto, and various types of organic materials may be used. In addition, n-type doped metal oxide semiconductors such as titanium oxide (TiOx) or zinc oxide (ZnO) may be used.
한편, 하부 기능층(140)은 하부 셀(100)이 실리콘계 태양전지인 경우, 하부 흡수층(150)의 후면에 전기장을 형성하여 전하 수집확률을 높이는 전계 형성층(BSF, Back Surface Field)의 역할을 수행할 수 있다.Meanwhile, when the lower cell 100 is a silicon-based solar cell, the lower functional layer 140 serves as a back surface field (BSF) that increases the charge collection probability by forming an electric field on the rear surface of the lower absorption layer 150. can be done
하부 흡수층(150)은 예를 들어, 비정질 실리콘, 미세결정 실리콘, 비정질 실리콘 게르마늄, 또는 미세결정 실리콘 게르마늄, 유기물, 유기물과 무기물의 혼합물 등을 포함할 수 있다. The lower absorption layer 150 may include, for example, amorphous silicon, microcrystalline silicon, amorphous silicon germanium, microcrystalline silicon germanium, an organic material, or a mixture of an organic material and an inorganic material.
하부 흡수층(150)은 상부셀(300)의 상부 흡수층(360)보다 에너지 밴드갭이 작을 수 있으며, 중파장 및 장파장의 광을 흡수할 수 있다.The lower absorbing layer 150 may have a smaller energy bandgap than the upper absorbing layer 360 of the upper cell 300 and may absorb medium and long wavelength light.
여기서, 중파장의 파장 대역은 500 nm ~ 900 nm 이고, 장파장의 파장 대역은 700 nm ~ 1,200 일 수 있다.Here, the wavelength band of the medium wavelength may be 500 nm to 900 nm, and the wavelength band of the long wavelength may be 700 nm to 1,200 nm.
하부 흡수층(150)은 태양전지에 조사된 장파장의 광을 흡수하며 여기 상태의 전자정공 쌍 즉, 엑시톤(exiton)을 형성할 수 있다.The lower absorption layer 150 absorbs long-wavelength light irradiated onto the solar cell and may form electron-hole pairs in an excited state, that is, excitons.
기능층(200)은 하부 셀(100) 상에 배치되며, 하부 흡수층(150) 상면에 배치될 수 있다.The functional layer 200 is disposed on the lower cell 100 and may be disposed on the upper surface of the lower absorption layer 150 .
즉, 기능층(200)은 하부 셀(100)과 상부셀(300) 사이에 배치될 수 있다.That is, the functional layer 200 may be disposed between the lower cell 100 and the upper cell 300 .
기능층(200)은 하부 흡수층(150)에서 전달된 전자(정공)와 상부 흡수층(360)에서 전달된 정공(전자)이 만나서 재결합하게 하는 재결합층 기능을 수행할 수 있다.The functional layer 200 may function as a recombination layer in which electrons (holes) transferred from the lower absorption layer 150 and holes (electrons) transferred from the upper absorption layer 360 meet and recombine.
즉, 기능층(200)에서는 하부 흡수층(150)의 전자와 상부 흡수층(360)의 정공 혹은 하부 흡수층(150)의 정공과 상부 흡수층(360)의 전자가 만나서 재결합될 수 있다.That is, in the functional layer 200, electrons of the lower absorption layer 150 and holes of the upper absorption layer 360 or holes of the lower absorption layer 150 and electrons of the upper absorption layer 360 may meet and recombine.
기능층(200)에 투명전극이 사용되는 경우 이는 ITO(Indium tin oxide)일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, AZO(Aluminum-doped zinc oxide)와 같은 물질을 이용하여 투명 전도층으로 형성될 수 있다.When a transparent electrode is used for the functional layer 200, it may be indium tin oxide (ITO). However, it is not limited thereto, and may be formed as a transparent conductive layer using a material such as aluminum-doped zinc oxide (AZO).
상부셀(300)은 기능층(200) 상에 배치되며, 페로브스카이트 태양전지 셀로 구현될 수 있다.The upper cell 300 is disposed on the functional layer 200 and may be implemented as a perovskite solar cell.
상부셀(300)은 상부 제1전하수송층(310), 절연층(320), 전극(330), 상부 제2전하수송층(340), 상부 전극(350) 및 상부 흡수층(360)을 포함할 수 있다.The upper cell 300 may include an upper first charge transport layer 310, an insulating layer 320, an electrode 330, an upper second charge transport layer 340, an upper electrode 350, and an upper absorption layer 360. there is.
상부 제1전하수송층(310)은 기능층(200)의 상면 상의 전체면에 배치되며 것이 바람직하다. 여기서, 상부 제1전하수송층(310)은 상면 및 하면이 기능층(200)과 동일한 형상 및 넓이를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.Preferably, the upper first charge transport layer 310 is disposed on the entire upper surface of the functional layer 200 . Here, the upper first charge transport layer 310 is preferably formed such that its top and bottom surfaces have the same shape and width as those of the functional layer 200 .
상부 제1전하수송층(310)은 상부 흡수층(360)의 반도체 타입에 따라 전자 수송층 또는 정공 수송층으로 기능할 수 있다.The upper first charge transport layer 310 may function as an electron transport layer or a hole transport layer according to the semiconductor type of the upper absorption layer 360 .
상부 제1전하수송층(310)이 정공 수송층인 경우, 이러한 정공 수송층은 PEDOT:PSS(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)), 폴리티오페닐렌비닐렌(polyhiophenylenevinylene), 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole), 폴리파라페닐렌비닐렌(poly-p-phenylenevinylene), Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT), Poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine] (PTAA), 9′-spirobi[9H-fluorene]-2,2' ,7,7' '-tetramine (Spiro-MeOTAD) 및 이들의 유도체일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 유기물이 사용될 수 있다. 또한, p-타입으로 도핑된 금속산화물 반도체인 몰리브덴 옥사이드, 바나듐 옥사이드 또는 텅스텐 옥사이드 니켈 옥사이드 등이 사용될 수 있다.When the upper first charge transport layer 310 is a hole transport layer, the hole transport layer is PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)), polythiophenylenevinylene ), polyvinylcarbazole, poly-p-phenylenevinylene, Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT), Poly[bis(4-phenyl)(2 ,4,6-trimethylphenyl)amine] (PTAA), 9′-spirobi[9H-fluorene]-2,2′,7,7′′-tetramine (Spiro-MeOTAD), and derivatives thereof. However, it is not limited thereto, and various types of organic materials may be used. Also, p-type doped metal oxide semiconductors such as molybdenum oxide, vanadium oxide, tungsten oxide and nickel oxide may be used.
또한, 상부 제1전하수송층(310)이 전자 수송층인 경우, 이러한 전자 수송층은 풀러렌(C60, C70, C80) 또는 풀러렌 유도체인 PCBM([6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester)(PCBM(C60), PCBM(C70), PCBM(C80))일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 유기물이 사용될 수 있다. 또한, n-타입으로 도핑된 금속산화물 반도체인 타이타늄 옥사이드(TiOx) 또는 아연 옥사이드(ZnO), 주석 옥사이드(SnOx) 등이 사용될 수 있다.In addition, when the upper first charge transport layer 310 is an electron transport layer, this electron transport layer is fullerene (C60, C70, C80) or fullerene derivative PCBM ([6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester) (PCBM) (C60), PCBM (C70), PCBM (C80)). However, it is not limited thereto, and various types of organic materials may be used. In addition, n-type doped metal oxide semiconductors such as titanium oxide (TiOx), zinc oxide (ZnO), or tin oxide (SnOx) may be used.
절연층(320)은 상부 제1전하수송층(310) 상면 상의 전체면에 배치되어, 상부 제1전하수송층(310)을 덮도록 형성될 수 있다. 절연층(320)은 투광성의 절연막으로 구성될 수 있으며, 산화막 및 질화막 계열의 절연성막이 사용될 수 있다.The insulating layer 320 may be disposed on the entire upper surface of the upper first charge transport layer 310 to cover the upper first charge transport layer 310 . The insulating layer 320 may be formed of a light-transmitting insulating film, and an insulating film based on an oxide film or a nitride film may be used.
여기서, 상부 제1전하수송층(310)은 전도도를 가지는 유, 무기 소재를 이용하여 기능층 위에 스핀 코팅, 딥코팅, 드롭 캐스팅, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 스퍼터링, 또는 열증착 방법으로 형성하는 것이 바람직하다.Here, the upper first charge transport layer 310 is preferably formed on the functional layer using an organic or inorganic material having conductivity by spin coating, dip coating, drop casting, inkjet printing, screen printing, sputtering, or thermal evaporation. do.
한편, 상부 제1전하수송층(310)에 사용될 수 있는 유, 무기 소재는 금이나 은과 같은 전도성 금속, 금속 나노입자, 금속산화물 또는 전도성 고분자 등을 사용할 수 있다. 상기 전도성 고분자는 PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate)), 폴리아닐린 및 폴리피롤로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다.Meanwhile, organic or inorganic materials that may be used for the upper first charge transport layer 310 may include conductive metals such as gold or silver, metal nanoparticles, metal oxides, or conductive polymers. The conductive polymer is preferably at least one selected from the group consisting of poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS), polyaniline, and polypyrrole.
한편, 절연층(320)은 상면과 하면을 관통하도록 배치된 복수의 제1관통홀(321)을 포함할 수 있다.Meanwhile, the insulating layer 320 may include a plurality of first through holes 321 disposed to penetrate upper and lower surfaces.
균일한 전하 수집을 위해서 제1관통홀(321)들은 동일한 크기와 간격을 유지하면서 배열되는 것이 바람직하다. 따라서 제1관통홀(321)의 단면은 육각형으로 형성되는 것이 바람직하다.For uniform charge collection, the first through holes 321 are preferably arranged while maintaining the same size and spacing. Therefore, the cross section of the first through hole 321 is preferably formed in a hexagonal shape.
다만, 제1관통홀(321)의 단면은 육각형뿐만 아니라, 원 또는 다각형으로 형성될 수 있다.However, the cross section of the first through hole 321 may be formed in a circle or polygon as well as a hexagon.
전극(330)은 절연층(320)의 전체면 상에 배치되는 것이 바람직하고, 상면과 하면을 관통하도록 배치된 복수의 제2관통홀(331)을 포함할 수 있다.The electrode 330 is preferably disposed on the entire surface of the insulating layer 320, and may include a plurality of second through holes 331 disposed to penetrate the upper and lower surfaces.
여기서, 전극(330)은 절연층(320)과 동일한 형상 및 넓이를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.Here, the electrode 330 is preferably formed to have the same shape and width as the insulating layer 320 .
또한, 복수의 제2관통홀(331) 각각은 복수의 제1관통홀(321) 각각에 대응되며 상호 연통되도록 형성될 수 있다.In addition, each of the plurality of second through holes 331 may correspond to each of the plurality of first through holes 321 and communicate with each other.
여기서, '대응'되는 것은, 제1관통홀(321)과 제2관통홀(331)이 형성된 위치와 크기가 상호 동일 또는 유사한 것을 일컫는다.Here, 'corresponding' means that the positions and sizes of the first through holes 321 and the second through holes 331 are the same or similar to each other.
한편, 상부 흡수층(360)을 제외하고 동일 면 상에서 가장 최상단에 위치한 상부 제2전하수송층(340)의 면적 대비 제3관통홀(341)의 면적은 0.33:1 내지 3:1 범위를 가지는 것이 바람직하다.Meanwhile, the area of the third through hole 341 to the area of the second upper charge transport layer 340 located at the topmost position on the same surface except for the upper absorption layer 360 preferably has a range of 0.33:1 to 3:1. do.
여기서, 상부 제2전하수송층(340)의 면적은 제3관통홀(341)이 형성되지 않은 영역의 면적으로 정의될 수 있다.Here, the area of the upper second charge transport layer 340 may be defined as the area of the area where the third through hole 341 is not formed.
한편, 관통부(321, 331, 341)와 동일한 크기로, 상부 제1전하수송층(310)이 노출되어 있으므로, 상부 제2전하수송층(340)의 면적과 제3관통홀(341)의 면적 비율은 정공(전자)과 전자(정공)가 각각 수집될 수 있는 영역의 비율을 의미한다.Meanwhile, since the upper first charge transport layer 310 is exposed with the same size as the through portions 321, 331, and 341, the area ratio of the upper second charge transport layer 340 and the area of the third through hole 341 Means the ratio of the area in which holes (electrons) and electrons (holes) can be collected, respectively.
여기서, 상부 제2전하수송층(340)의 면적 대비 제3관통홀(341)의 면적이 0.33:1 미만인 경우 정공(전자) 수집이 가능한 영역의 비율이 전자(정공)에 비해 과도하게 적어 소자 성능의 저하를 일으키는 문제가 있고, 상부 제2전하수송층(340)의 면적 대비 제3관통홀(341)의 면적이 3:1 초과인 경우 전자(정공) 수집이 가능한 영역의 비율이 정공(전자)에 비해 과도하게 적어 마찬가지로 소자 성능의 저하를 일으키는 문제가 있다.Here, when the area of the third through hole 341 to the area of the upper second charge transport layer 340 is less than 0.33:1, the ratio of the area where holes (electrons) can be collected is excessively small compared to the area of electrons (holes), resulting in device performance. When the area of the third through hole 341 to the area of the upper second charge transport layer 340 exceeds 3:1, the ratio of the area where electrons (holes) can be collected is the hole (electron) It is excessively small compared to , and similarly, there is a problem of causing deterioration in device performance.
한편, 전극(330)은 금속, 또는 금속 합금일 수 있다. 전극(330)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 구리(Cu), 탄소(C) 및 니켈(Ni) 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 전극(330)은 ITO(Indium Tin Oxide) 및 AZO(Aluminum-doped zinc oxide)와 같은 물질을 이용하여 투명 전도층으로도 형성될 수 있다.Meanwhile, the electrode 330 may be a metal or a metal alloy. The electrode 330 is at least one material selected from molybdenum (Mo), aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), copper (Cu), carbon (C), and nickel (Ni). can include The electrode 330 may also be formed as a transparent conductive layer using materials such as indium tin oxide (ITO) and aluminum-doped zinc oxide (AZO).
여기서, 전극(330) 상에서 상부 제2전하수송층(340)이 배치되지 않은 영역에는 상부 전극(350)이 배치될 수 있다.Here, the upper electrode 350 may be disposed on the electrode 330 in a region where the second upper charge transport layer 340 is not disposed.
상부 제2전하수송층(340)은 전극(330)의 상면 중 타측 상에 배치되는 것이 바람직하고, 상면과 하면을 관통하도록 배치된 복수의 제3관통홀(341)을 포함할 수 있다.The upper second charge transport layer 340 is preferably disposed on the other side of the upper surface of the electrode 330 and may include a plurality of third through holes 341 disposed to penetrate the upper and lower surfaces.
또한, 복수의 제3관통홀(341) 각각은 복수의 제2관통홀(331) 각각에 대응되며 상호 연통되도록 형성될 수 있다.In addition, each of the plurality of third through holes 341 may correspond to each of the plurality of second through holes 331 and communicate with each other.
즉, 제1관통홀(321), 제2관통홀(331) 및 제3관통홀(341)은 상호 대응되며, 하나의 관통부(321, 331, 341)를 형성할 수 있다.That is, the first through hole 321 , the second through hole 331 , and the third through hole 341 correspond to each other and form one through part 321 , 331 , and 341 .
상부 제2전하수송층(340)은 상부 흡수층(360)의 반도체 타입에 따라 전자 수송층 또는 정공 수송층으로 기능할 수 있다.The upper second charge transport layer 340 may function as an electron transport layer or a hole transport layer according to the semiconductor type of the upper absorption layer 360 .
상부 제2전하수송층(340)이 정공 수송층인 경우, 이러한 정공 수송층은 PEDOT:PSS(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)), 폴리티오페닐렌비닐렌(polyhiophenylenevinylene), 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole), 폴리파라페닐렌비닐렌(poly-p-phenylenevinylene), Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT), Poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine] (PTAA), 9′-spirobi[9H-fluorene]-2,2' ,7,7' '-tetramine (Spiro-MeOTAD) 및 이들의 유도체일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 유기물이 사용될 수 있다. 또한, p-타입으로 도핑된 금속산화물 반도체인 몰리브덴 옥사이드, 바나듐 옥사이드 또는 텅스텐 옥사이드, 니켈 옥사이드 등이 사용될 수 있다.When the upper second charge transport layer 340 is a hole transport layer, the hole transport layer is PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)), polythiophenylenevinylene ), polyvinylcarbazole, poly-p-phenylenevinylene, Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT), Poly[bis(4-phenyl)(2 ,4,6-trimethylphenyl)amine] (PTAA), 9′-spirobi[9H-fluorene]-2,2′,7,7′′-tetramine (Spiro-MeOTAD), and derivatives thereof. However, it is not limited thereto, and various types of organic materials may be used. In addition, p-type doped metal oxide semiconductors such as molybdenum oxide, vanadium oxide, tungsten oxide, or nickel oxide may be used.
또한, 상부 제2전하수송층(340)이 전자 수송층인 경우, 이러한 전자 수송층은 풀러렌(C60, C70, C80) 또는 풀러렌 유도체인 PCBM([6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester)(PCBM(C60), PCBM(C70), PCBM(C80))일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 유기물이 사용될 수 있다. 또한, n-타입으로 도핑된 금속산화물 반도체인 타이타늄 옥사이드(TiOx), 주석 옥사이드(SnOx) 또는 아연 옥사이드(ZnO) 등이 사용될 수 있다.In addition, when the upper second charge transport layer 340 is an electron transport layer, this electron transport layer is fullerene (C60, C70, C80) or fullerene derivative PCBM ([6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester) (PCBM) (C60), PCBM (C70), PCBM (C80)). However, it is not limited thereto, and various types of organic materials may be used. In addition, n-type doped metal oxide semiconductors such as titanium oxide (TiOx), tin oxide (SnOx), or zinc oxide (ZnO) may be used.
상술한 바와 같이, 상부 전극(350)은 전극(330) 상에서 일측에 배치될 수 있다.As described above, the upper electrode 350 may be disposed on one side of the electrode 330 .
여기서, 상부 전극(350)은 상부 흡수층(360)에 덮이지 않으며, 외부로 노출되어 전기적 접속 경로를 제공할 수 있다.Here, the upper electrode 350 is not covered by the upper absorption layer 360 and may be exposed to the outside to provide an electrical connection path.
즉, 상부 전극(350)을 상부셀의 최상단면이 아닌, 태양전지 일측에 배치함으로써, 단일 태양전지들을 전기적으로 상호 연결해야 하는 모듈 공정에 필수적인 200~300°C의 고온에 상부셀을 노출시키지 않고 다중접합 태양전지 모듈을 제작할 수 있어, 상부셀의 열손상을 방지할 수 있다.That is, by disposing the upper electrode 350 on one side of the solar cell rather than on the uppermost surface of the upper cell, the upper cell is not exposed to the high temperature of 200 to 300 °C, which is essential for a module process that requires electrical interconnection of single solar cells. It is possible to manufacture a multi-junction solar cell module without the need for heat damage to the upper cell.
상부 전극(350)은 금속, 또는 금속 합금일 수 있다. 상부 전극(350)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 구리(Cu), 탄소(C) 및 니켈(Ni) 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.The upper electrode 350 may be a metal or a metal alloy. The upper electrode 350 is at least one selected from molybdenum (Mo), aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), copper (Cu), carbon (C), and nickel (Ni). may contain substances.
상부 흡수층(360)은 상부 제2전하수송층(340)의 상부에 배치되고, 하단 중 일부가 관통부(321, 331, 341)를 통과하여, 상부 제1전하수송층(310)에 직접 맞닿을 수 있다.The upper absorption layer 360 is disposed on top of the upper second charge transport layer 340, and a part of the lower end may pass through the through portions 321, 331, and 341 to directly contact the upper first charge transport layer 310. there is.
한편, 상부 흡수층(360)은 하부 셀(100)의 하부 흡수층(150)보다 에너지 밴드갭이 클 수 있으며, 중파장 및 단파장의 광을 흡수할 수 있다.Meanwhile, the upper absorption layer 360 may have a larger energy bandgap than the lower absorption layer 150 of the lower cell 100 and may absorb medium and short wavelength light.
여기서, 중파장의 파장 대역은 500 nm ~ 900 nm 이고, 단파장의 파장 대역은 300 nm ~ 700 nm 일 수 있다.Here, the wavelength band of the medium wavelength may be 500 nm to 900 nm, and the wavelength band of the short wavelength may be 300 nm to 700 nm.
상부 흡수층(360)은 태양전지에 조사된 단파장의 광을 흡수하며 여기 상태의 전자정공 쌍 즉, 엑시톤(exiton)을 형성할 수 있다.The upper absorption layer 360 absorbs short-wavelength light irradiated onto the solar cell and may form electron-hole pairs in an excited state, that is, excitons.
여기서, 상부 흡수층(360)은 광 활성 물질로 페로브스카이트(perovskites) 화합물로 구성될 수 잇다. 페로브스카이트는 직접형 밴드갭(direct bandgap)을 가지면서 광흡수계수가 550nm에서 1.5Х104cm-1정도로 높고, 전하 이동 특성이 우수하며 결함에 대한 내성이 뛰어나다는 장점이 있다.Here, the upper absorption layer 360 may be formed of a perovskite compound as an optically active material. Perovskite has the advantage of having a direct bandgap, an optical absorption coefficient as high as 1.5Х10 4 cm -1 at 550 nm, excellent charge transfer characteristics, and excellent resistance to defects.
또한, 페로브스카이트 화합물은 용액의 도포 및 건조라는 극히 간단하고 용이하며 저가의 단순한 공정을 통해 광활성층을 이루는 광흡수체를 형성할 수 있는 장점이 있고, 도포된 용액의 건조에 의해 자발적으로 결정화가 이루어져 조대 결정립의 광흡수체 형성이 가능하며, 특히 전자와 정공 모두에 대한 전도도가 우수하다.In addition, the perovskite compound has the advantage of being able to form the light absorber constituting the photoactive layer through an extremely simple, easy, and low-cost simple process of applying and drying the solution, and crystallizes spontaneously by drying the applied solution. , it is possible to form a light absorber of coarse crystal grains, and in particular, the conductivity for both electrons and holes is excellent.
이러한 페로브스카이트 화합물은 ABX3 (A는 C1-C20의 알킬기, 1가의 금속(예를 들어, Li, Na, Cs, Rb 등), 1가의 유기 암모늄 이온 또는 공명구조를 가지는 포르마미디늄(formamidinium, FA) 혹은 메틸암모늄(methylammonium, MA)이며, B은 2가의 금속 이온이며, X는 할로겐 이온이다.)의 화학식으로 나타낼 수 있다.This perovskite compound is ABX 3 (A is a C1-C20 alkyl group, a monovalent metal (eg, Li, Na, Cs, Rb, etc.), a monovalent organic ammonium ion or formamidinium having a resonance structure (formamidinium, FA) or methylammonium (MA), B is a divalent metal ion, and X is a halogen ion).
즉, 상술한 태양전지 구조는 다중접합 태양전지를 제작함에 있어 상부셀(300)의 한 쪽 전극을 최상단면이 아닌 상부셀과 하부셀의 사이에 중간전극 형태로 전극(330)을 위치시킴으로써 상부셀의 광 흡수를 최대화할 수 있다.That is, in the above-described solar cell structure, in manufacturing a multi-junction solar cell, the electrode 330 is placed in the form of an intermediate electrode between the upper cell and the lower cell instead of the uppermost side of the upper cell 300, The light absorption of the cell can be maximized.
또한, 광흡수층이 아닌 태양전지의 다른 구성 층들이 빛을 흡수하는 기생흡수를 최소화할 수 있고, 상부셀의 광투과를 최대화하여 후면 태양전지의 광흡수를 최대화할 수 있으며, 상부셀과 하부셀의 광전류 매칭을 최적화 및 최대화할 수 있다. In addition, it is possible to minimize parasitic absorption in which light is absorbed by other constituent layers of the solar cell other than the light absorption layer, and to maximize the light absorption of the rear solar cell by maximizing the light transmission of the upper cell, and to maximize the light absorption of the upper cell and the lower cell. It is possible to optimize and maximize the photocurrent matching of
또한, 효과적인 전하 수집을 위해 육각형의 관통부가 규칙적으로 배열되며 관통부에서 제거된 면 전극을 사용하여 공정 중 발생할 수 있는 전자/정공 전달층 및 전극 단선의 영향을 최소화할 수 있으며, 추가적으로 상부셀의 두 후면 전극 사이에 절연막을 삽입하여 상부 전극(330) 및 상부 제2전하수송층(340) 간의 전기적 션트를 방지할 수 있다.In addition, hexagonal penetrating parts are regularly arranged for effective charge collection, and the effect of electron/hole transport layer and electrode disconnection that may occur during the process can be minimized by using a surface electrode removed from the penetrating part, and additionally, the upper cell An electrical shunt between the upper electrode 330 and the upper second charge transport layer 340 may be prevented by inserting an insulating film between the two rear electrodes.
구체적으로, 상부 제1전하수송층(310)으로는 전자(정공)가, 상부 전극(330) 및 상부 제2전하수송층(340)으로는 정공(전자)이 수집되는데, 이 둘간에 직접적인 접촉이 발생한다면 전자와 정공간 재결합 및 션트가 발생함으로써 소자 성능에 저하를 일으킬 수 있다. 따라서 그 사이에 절연층을 삽입함으로써 둘 간의 직접적인 접촉을 막아 전기적 션트를 방지할 수 있다.Specifically, electrons (holes) are collected in the upper first charge transport layer 310 and holes (electrons) are collected in the upper electrode 330 and the upper second charge transport layer 340, and direct contact occurs between the two. If so, electron-space recombination and shunting may occur, resulting in deterioration in device performance. Therefore, direct contact between the two is prevented by inserting an insulating layer therebetween, thereby preventing electric shunt.
같은 평면 상에 위치시키지 않음으로써 둘 간에 발생할 수 있는 전기적 션트를 방지할 수 있다. 결과적으로 다중접합 태양전지의 광전류 뿐만 아니라 개방전압까지 최대화하여 광전변환 효율을 최대화할 수 있다. By not placing them on the same plane, electrical shunts between the two can be prevented. As a result, it is possible to maximize the photoelectric conversion efficiency by maximizing not only the photocurrent but also the open-circuit voltage of the multi-junction solar cell.
또한, 상부셀의 전극을 상부셀의 최상단면이 아닌, 상부셀과 하부셀의 사이에 위치시킴으로써, 단일 태양전지들을 전기적으로 상호 연결해야 하는 모듈 공정에 필수적인 200~300°C의 고온에 상부셀을 노출시키지 않고 다중접합 태양전지 모듈을 제작할 수 있다.In addition, by placing the electrode of the upper cell between the upper cell and the lower cell, not the uppermost surface of the upper cell, the upper cell can be operated at a high temperature of 200 ~ 300 °C, which is essential for the module process that requires electrical interconnection of single solar cells. It is possible to manufacture a multi-junction solar cell module without exposing it.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지는 2 종류의 태양전지가 적층되어있는 이중접합 태양전지에 대해 설명하고 있으나, 뿐만 아니라, 삼중이상의 다중접합 태양전지 등에도 적용될 수 있음은 물론이다.Meanwhile, the solar cell according to the embodiment of the present invention describes a double junction solar cell in which two types of solar cells are stacked, but it can be applied to a triple or more multi-junction solar cell as well.
이하에서는 도 7을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈에 대해 설명한다.Hereinafter, a solar cell module according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7 .
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈을 나타낸 단면도이다.7 is a cross-sectional view showing a solar cell module according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈은 도 1 내지 도 6에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 쌍(1000, 2000)이 전기적으로 연결된 구성이므로, 이하에서는 각 태양전지(1000, 2000)의 구성에 대해 상세한 설명은 생략한다.Referring to FIG. 7 , since a solar cell module according to another embodiment of the present invention has a structure in which solar cell pairs 1000 and 2000 according to an embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 to 6 are electrically connected, the following In , a detailed description of the configuration of each solar cell 1000 or 2000 is omitted.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈은 제1 태양전지(1000)와 제2 태양전지(2000)가 전기적으로 연결되어 구성될 수 있다.A solar cell module according to another embodiment of the present invention may be configured by electrically connecting the first solar cell 1000 and the second solar cell 2000 .
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 태양전지(1000)와 제2 태양전지(2000)는 상호 어긋나게 적층될 수 있다. 이를 통해 상부에서 입사되는 광이 제2 태양전지(2000)에 의해 굴절되거나 방해하지 않은 상태로 제1 태양전지(1000)에 도달될 수 있으므로, 광전변환 효율을 최대화할 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 7 , the first solar cell 1000 and the second solar cell 2000 may be stacked with each other offset from each other. Through this, since light incident from the top can reach the first solar cell 1000 without being refracted or disturbed by the second solar cell 2000, photoelectric conversion efficiency can be maximized.
여기서, 제1 태양전지(1000)는 하부 셀(1100), 기능층(1200) 및 상부셀(1300)을 포함할 수 있다.Here, the first solar cell 1000 may include a lower cell 1100 , a functional layer 1200 and an upper cell 1300 .
또한, 하부 셀(1100)은 하부 전극(1110), 반사층(1120), 하부 패시베이션층(1130), 하부 기능층(1140) 및 하부 흡수층(1150)을 포함할 수 있다.In addition, the lower cell 1100 may include a lower electrode 1110, a reflective layer 1120, a lower passivation layer 1130, a lower functional layer 1140, and a lower absorption layer 1150.
또한, 상부셀(1300)은 상부 제1전하수송층(1310), 절연층(1320), 전극(1330), 상부 제2전하수송층(1340) 및 상부 흡수층(1360)을 포함할 수 있다.In addition, the upper cell 1300 may include an upper first charge transport layer 1310, an insulating layer 1320, an electrode 1330, an upper second charge transport layer 1340, and an upper absorption layer 1360.
또한, 제2 태양전지(2000)는 하부 셀(2100), 기능층(2200) 및 상부셀(2300)을 포함할 수 있다.In addition, the second solar cell 2000 may include a lower cell 2100 , a functional layer 2200 and an upper cell 2300 .
또한, 하부 셀(2100)은 하부 전극(2110), 반사층(2120), 하부 패시베이션층(2130), 하부 기능층(2140) 및 하부 흡수층(2150)을 포함할 수 있다.In addition, the lower cell 2100 may include a lower electrode 2110, a reflective layer 2120, a lower passivation layer 2130, a lower functional layer 2140, and a lower absorption layer 2150.
또한, 상부셀(2300)은 상부 제1전하수송층(2310), 절연층(2320), 전극(2330), 상부 제2전하수송층(2340) 및 상부 흡수층(2360)을 포함할 수 있다.In addition, the upper cell 2300 may include an upper first charge transport layer 2310, an insulating layer 2320, an electrode 2330, an upper second charge transport layer 2340, and an upper absorption layer 2360.
한편, 제2 태양전지(2000)의 하부 전극(2110)은 제1 태양전지(1000)의 전극(1330)에 전기적 및 물리적으로 연결될 수 있다.Meanwhile, the lower electrode 2110 of the second solar cell 2000 may be electrically and physically connected to the electrode 1330 of the first solar cell 1000 .
한편, 도시하지 않았지만, 전극(1330) 상에는 상부 전극(미도시)이 배치될 수 있고, 제2 태양전지(2000)의 하부 전극(2110)은 제1 태양전지(1000)의 상부 전극에 전기적 및 물리적으로 연결될 수 있다.Meanwhile, although not shown, an upper electrode (not shown) may be disposed on the electrode 1330, and the lower electrode 2110 of the second solar cell 2000 is electrically and electrically connected to the upper electrode of the first solar cell 1000. can be physically connected.
여기서, 제2 태양전지(2000)의 하부 전극(2110)은 제1 태양전지(1000)의 상부 제1전하수송층(1310), 상부 제2전하수송층(1340) 및 상부 흡수층(1360)과는 물리적으로 이격되도록 배치되는 것이 바람직하다.Here, the lower electrode 2110 of the second solar cell 2000 is physically different from the upper first charge transport layer 1310, the upper second charge transport layer 1340, and the upper absorption layer 1360 of the first solar cell 1000. It is preferable to arrange them so that they are spaced apart from each other.
한편, 도시하지 않았지만 제2 태양전지(2000)에서 상부 전극(2340)이 제거되고, 전극(2330)에 전기적 및 물리적으로 연결된 제3 태양전지(미도시)가 배치될 수 있다.Meanwhile, although not shown, the upper electrode 2340 may be removed from the second solar cell 2000, and a third solar cell (not shown) electrically and physically connected to the electrode 2330 may be disposed.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The above detailed description is illustrative of the present invention. In addition, the foregoing is intended to illustrate and describe preferred embodiments of the present invention, and the present invention can be used in various other combinations, modifications, and environments. That is, changes or modifications are possible within the scope of the concept of the invention disclosed in this specification, within the scope equivalent to the written disclosure and / or within the scope of skill or knowledge in the art. The written embodiment describes the best state for implementing the technical idea of the present invention, and various changes required in the specific application field and use of the present invention are also possible. Therefore, the above detailed description of the invention is not intended to limit the invention to the disclosed embodiments. Also, the appended claims should be construed to cover other embodiments as well.
[부호의 설명][Description of code]
100: 하부 셀100: lower cell
200: 기능층 200: functional layer
300: 상부셀300: upper cell

Claims (13)

  1. 하부 셀;lower cell;
    상기 하부 셀 상에 배치된 기능층; 및a functional layer disposed on the lower cell; and
    상기 기능층 상에 배치된 상부셀; 을 포함하고,an upper cell disposed on the functional layer; including,
    상기 상부셀은The upper cell is
    상기 기능층 상면에 배치된 상부 제1전하수송층,An upper first charge transport layer disposed on the upper surface of the functional layer;
    상부 제1전하수송층 상면에 배치된 절연층,An insulating layer disposed on the upper surface of the first charge transport layer,
    상기 절연층 상면에 배치된 전극,an electrode disposed on the upper surface of the insulating layer;
    상기 전극 상면에 배치된 상부 제2전하수송층,An upper second charge transport layer disposed on the upper surface of the electrode;
    상기 전극 상면에서 상기 상부 제2전하수송층과 이웃하게 배치된 상부 전극,An upper electrode disposed adjacent to the upper second charge transport layer on the upper surface of the electrode;
    상기 상부 제2전하수송층 상에 배치되는 상부 흡수층, 및 an upper absorption layer disposed on the upper second charge transport layer; and
    상기 절연층, 전극, 상부 제2전하수송층을 관통하는 복수의 관통부를 포함하고,A plurality of through portions penetrating the insulating layer, the electrode, and the upper second charge transport layer,
    상기 상부 흡수층의 하면 중 일부는 상기 관통부를 통해 상기 상부 제1전하수송층에 맞닿는 태양전지.A portion of the lower surface of the upper absorption layer contacts the upper first charge transport layer through the through-hole.
  2. 제 1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 관통부는the penetrating part
    상기 절연층에 배치된 복수의 제1관통홀;a plurality of first through holes disposed in the insulating layer;
    복수의 상기 제1관통홀 각각에 연통되도록 상기 전극에 배치된 복수의 제2관통홀; 및a plurality of second through holes disposed on the electrode to communicate with each of the plurality of first through holes; and
    복수의 상기 제2관통홀 각각에 연통되도록 상기 상부 제2전하수송층에 배치된 복수의 제3관통홀을 포함하는 태양전지.A solar cell comprising a plurality of third through holes disposed in the upper second charge transport layer to communicate with each of the plurality of second through holes.
  3. 제 1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 상부 전극은 상기 상부 흡수층 외부로 노출되는 태양전지.The solar cell wherein the upper electrode is exposed to the outside of the upper absorption layer.
  4. 제 1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 상부 전극은 상기 기능층 상에서 일측에 배치되고,The upper electrode is disposed on one side on the functional layer,
    상기 상부 제2전하수송층 및 상부 흡수층은 상기 기능층 상에서 타측에 배치되는 태양전지.The upper second charge transport layer and the upper absorption layer are disposed on the other side of the functional layer.
  5. 제 2항에 있어서,According to claim 2,
    상기 제1관통홀, 제2관통홀 및 제3관통홀 각각은 단면이 원 또는 다각형의 형상을 갖는 태양전지.The solar cell of claim 1 , wherein each of the first through hole, the second through hole, and the third through hole has a circular or polygonal cross section.
  6. 제 2항에 있어서,According to claim 2,
    동일 면에서 상기 상부 제2전하수송층의 면적 대비, 상기 제3관통홀의 면적은 0.33:1 내지 3:1 범위를 갖는 태양전지.On the same surface, the area of the third through hole compared to the area of the upper second charge transport layer has a range of 0.33:1 to 3:1.
  7. 제 1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 하부 셀은the lower cell
    하부 전극,lower electrode,
    상기 하부 전극 상면에 배치된 반사층,A reflective layer disposed on the upper surface of the lower electrode;
    상기 반사층 상면에 배치된 하부 패시베이션층,a lower passivation layer disposed on the upper surface of the reflective layer;
    상기 하부 패시베이션층 상면에 배치된 하부 기능층 및A lower functional layer disposed on the upper surface of the lower passivation layer, and
    상기 하부 기능층 상면에 배치된 하부 흡수층을 포함하는 태양전지.A solar cell including a lower absorption layer disposed on an upper surface of the lower functional layer.
  8. 제 7항에 있어서,According to claim 7,
    상기 하부 흡수층은 p형 반도체 또는 n형 반도체이고,The lower absorption layer is a p-type semiconductor or an n-type semiconductor,
    상기 기능층은 상기 하부 흡수층에 대응하여 n형 반도체 또는 p형 반도체인 태양전지.The solar cell of claim 1 , wherein the functional layer is an n-type semiconductor or a p-type semiconductor corresponding to the lower absorption layer.
  9. 제 8항에 있어서,According to claim 8,
    상기 하부 흡수층이 실리콘 반도체이고,The lower absorption layer is a silicon semiconductor,
    상기 기능층은 p-n 접합층이고,The functional layer is a p-n junction layer,
    상기 하부 기능층은 전계 형성층(BSF)인 태양전지.The solar cell wherein the lower functional layer is a field forming layer (BSF).
  10. 제 7항에 있어서,According to claim 7,
    상기 상부 흡수층은 중파장 및 단파장을 흡수하여, 전자-정공 쌍을 생성하고,the upper absorption layer absorbs medium and short wavelengths to generate electron-hole pairs;
    상기 하부 흡수층은 중파장 및 장파장을 흡수하여, 전자-정공 쌍을 생성하는 태양전지.The lower absorption layer absorbs medium and long wavelengths to generate electron-hole pairs.
  11. 제1 태양전지; 및a first solar cell; and
    상기 제1 태양전지 상에 전기적으로 연결된 제2 태양전지; 를 포함하고,a second solar cell electrically connected to the first solar cell; including,
    상기 제1 태양전지 및 상기 제2 태양전지 각각은,Each of the first solar cell and the second solar cell,
    하부 셀,lower cell,
    상기 하부 셀 상에 배치된 기능층, 및A functional layer disposed on the lower cell, and
    상기 기능층 상에 배치된 상부셀을 포함하고,Including an upper cell disposed on the functional layer,
    상기 상부셀은 The upper cell is
    상기 기능층 상면에 배치된 상부 제1전하수송층,An upper first charge transport layer disposed on the upper surface of the functional layer;
    상부 제1전하수송층 상면에 배치된 절연층,An insulating layer disposed on the upper surface of the first charge transport layer,
    상기 절연층 상면에 배치된 전극,an electrode disposed on the upper surface of the insulating layer;
    상기 전극 상면에 배치된 상부 제2전하수송층,An upper second charge transport layer disposed on the upper surface of the electrode;
    상기 상부 제2전하수송층 상에 배치되는 상부 흡수층, 및 an upper absorption layer disposed on the upper second charge transport layer; and
    상기 절연층, 전극, 상부 제2전하수송층을 관통하는 복수의 관통부를 포함하고,A plurality of through portions penetrating the insulating layer, the electrode, and the upper second charge transport layer,
    상기 상부 흡수층의 하면 중 일부는 상기 관통부를 통해 상기 상부 제1전하수송층에 맞닿는 태양전지 모듈.A portion of the lower surface of the upper absorption layer is in contact with the upper first charge transport layer through the through-hole.
  12. 제 11항에 있어서,According to claim 11,
    상기 제2 태양전지의 상부셀은,The upper cell of the second solar cell,
    상기 전극 상면에서 상기 상부 제2전하수송층과 이웃하게 배치된 상부 전극을 더 포함하는 태양전지 모듈.The solar cell module further comprises an upper electrode disposed adjacent to the upper second charge transport layer on the upper surface of the electrode.
  13. 제 12항에 있어서,According to claim 12,
    상기 제1 태양전지의 상부셀의 상부 흡수층은 상기 제2 태양전지와 이격된 태양전지 모듈.The upper absorption layer of the upper cell of the first solar cell is spaced apart from the second solar cell.
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