KR101136882B1 - 질화물 반도체 기반의 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
입사광에 대해 넓은 면적을 가지는 광활성층이 구비된 질화물 반도체 기반의 태양전지 및 이의 제조방법이 개시된다. 제1 n형 질화물 반도체층을 일부 차폐하는 마스크층에는 개구부가 형성된다. 개구부를 통해 제1 n형 질화물 반도체층은 노출되고, 노출된 제1 n형 질화물 반도체층을 근거로 제2 n형 질화물 반도체층은 성장된다. 성장된 제2 n형 질화물 반도체층은 개구부를 매립하고, 육각형의 피라미드 형상으로 형성된다. 또한, 이를 따라 광활성층 및 p형 질화물 반도체층은 순차적으로 형성된다. 따라서, 입사광에 의해 정공-전자쌍의 형성은 용이하게 이루어진다. 또한, 광활성층의 면적은 확장되어 광전변환효율은 상승된다.
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 의도된 영역에 성장된 질화물 반도체를 가지는 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 광기전력 효과를 이용하여 태양 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 시스템이다. 이러한 태양광 발전은 연료가 불필요하며, 열적공해와 환경오염이 없는 장점을 가진다. 반면, 아직도 발전단가가 높은 까닭에 경제성이 약하며, 기상조건 및 한정된 일조시간에 따라 발전량에 제한이 따르는 단점을 가진다.
태양전지 기술의 핵심적 사항은 p-n 접합으로 이루어진 반도체 소자에 금지대역보다 큰 에너지를 가진 태양광을 입사시키고, 이를 통해 정공-전자쌍을 형성시키는 것이다. 형성된 정공과 전자는 p-n 접합부에서 발생되는 전계에 따라 전자는 n형 반도체층으로 이동하고, 정공은 p형 반도체층으로 이동한다. 이를 통해 p-n 반도체층들 사이의 기전력이 발생하게 된다. 양 반도체층 상에 형성된 전극에 부하를 연결하면 발생된 기전력에 따라 전류가 흐르게 된다.
태양전지는 단결정 실리콘을 기반으로 초기에 연구가 진행되었으며, 다결정 실리콘 및 비정질 실리콘을 기반으로 한 실리콘계 태양전지가 개발된 상태이다. 또한, CdTe 또는 CuInSe2 등 화합물 반도체, 염료감응형 태양전지 및 유기태양전지 등 다양한 태양전지가 개발되어 효율 향상을 시도하고 있는 상황이다.
상술한 재료의 선택에 따른 광전변화효율 향상 기술 이외에 구조의 변경 및 새로운 구조의 채택을 통해 광전변환효율을 향상하고자 하는 시도가 진행되고 있다. 대표적인 기술은 태양광이 입사되는 영역에서의 선택적 식각을 통해 표면 거칠기 또는 소정의 규칙적인 구조를 형성하여 입사광의 비율을 상승시키는 것이다. 이러한, 구조들은 과도한 식각 공정이 개입되어 까다로운 제조공정이 요구되는 부담이 따른다.
최근에는 광활성층으로 실리콘을 이용하지 않고, 질화물 반도체를 이용하고자 하는 시도가 이루어지고 있다. 질화물 반도체를 기반으로 한 태양전지는 GaN(3.4eV) 및 InN(0.7eV)의 밴드갭 조절을 통해 태양광을 흡수하는 메커니즘을 가진다. 질화물 반도체를 기반으로 한 태양전지는 대부분의 태양광을 흡수할 수 있는 장점으로 인해 많은 연구가 진행되고 있다. 다만, 박막특성을 확보하여야 하고, 인듐 함량을 조절하는 문제는 해결되어야 할 것이다.
이외에도 식각 공정을 통해 표면 요철 구조를 형성하고자 하는 시도가 있으나, 복잡한 제조공정 및 식각으로 인한 박막 재질의 변형 등이 문제가 되고 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은, 의도된 영역에 질화물 반도체를 성장하여 형성하는 태양전지를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적을 달성하기 위한 태양전지의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판 상에 형성된 제1 n형 질화물 반도체층; 상기 제1 n형 질화물 반도체층 상부에 형성되고, 개구부를 가지는 마스크층; 상기 제1 n형 질화물 반도체층으로부터 상기 개구부를 관통하여 형성되고, 육각형의 피라미드 형상으로 돌출된 형상을 가지는 제2 n형 질화물 반도체층; 상기 제2 n형 질화물 반도체층 상에 형성된 광활성층; 상기 광활성층 상에 형성된 p형 질화물 반도체층; 상기 p형 질화물 반도체층 상에 형성된 투명전극; 상기 투명전극 상에 형성된 양극; 및 상기 제1 n형 질화물 반도체층의 노출된 면 상에 형성된 음극을 포함하는 질화물 반도체 기반의 태양전지를 제공한다.
또한, 상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판 상에 제1 n형 질화물 반도체층 및 마스크층을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 마스크층을 패터닝하여 상기 제1 n형 질화물 반도체층의 표면 일부를 노출시키는 개구부를 형성하는 단계; 상기 노출된 제1 n형 질화물 반도체층을 근거로 상기 마스크층의 개구부를 관통하고, 육각형의 피라미드 형상으로 돌출된 제2 n형 질화물 반도체층을 형성하는 단계; 상기 육각형의 피라미드 형상으로 돌출된 제2 n형 질화물 반도체층 상에 광활성층 및 p형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 p형 질화물 반도체층 및 상기 마스크층 상부에 투명전극을 형성하는 단계; 및 상기 투명전극 및 상기 제1 n형 질화물 반도체층 상부에 각각 양극과 음극을 형성하는 단계를 포함하는 질화물 반도체 기반의 태양전지 제조방법을 제공한다.
상술한 본 발명에 따르면, 마스크층은 일정한 간격으로 형성된 개구부를 가진다. 제2 n형 질화물 반도체층은 개구부를 통해 노출된 제1 n형 질화물 반도체층을 근거로 형성되며, 개구부를 관통하고, 개구부가 이루는 평면으로부터 육각형의 피라미드 형상을 가진다. 또한, 형성된 제2 n형 질화물 반도체층을 근거로 광활성층 및 p형 질화물 반도체층의 순차적으로 형성된다. 따라서, 입사되는 광을 수광하는 광활성층의 전체적인 면적은 증가한다. 이를 통해 광전변환 효율은 상승될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지를 도시한 단면도이다.
도 2 내지 도 7는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 형성된 제2 n형 질화물 반도체층을 도시한 이미지이다.
도 2 내지 도 7는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 형성된 제2 n형 질화물 반도체층을 도시한 이미지이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
실시예
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 버퍼층(110)이 형성된다. 형성된 버퍼층(110)은 GaN, AlN 또는 ZnO를 가질 수 있다. 상기 버퍼층(110)은 이후에 형성되는 막질과 기판(100) 사이의 격자불일치에 따른 결정구조의 왜곡을 최소화하기 위해 구비된다. 따라서, 기판(100)의 종류에 따라 상기 버퍼층(110)의 재질은 다양하게 선택될 수 있다. 특히, 상기 기판(100)이 사파이어인 경우, 상기 버퍼층(110)은 GaN를 포함함이 바람직하다.
버퍼층(110) 상부에는 제1 n형 질화물 반도체층(120)이 형성된다. 상기 제1 n형 질화물 반도체층(120) 상부에는 제2 n형 질화물 반도체층(140)이 형성된다. 상기 제2 n형 질화물 반도체층(140)은 제1 n형 질화물 반도체층(120)을 근거로 형성된다. 따라서, 상기 제2 n형 질화물 반도체층(140)은 상기 제1 n형 질화물 반도체층(120)과 실질적으로 동일한 화학적 조성을 가짐이 바람직하다. 특히, 제2 n형 질화물 반도체층(140)은 특정의 영역에 돌출된 형상을 가진다. 즉, 제1 n형 질화물 반도체층(120)의 상부를 덮는 마스크층(130)으로부터 돌출된 형상을 가진다.
또한, 마스크층(130)은 소정의 영역에 개구부를 가지고, 형성된 개구부로부터 제2 n형 질화물 반도체층(140)은 돌출된다. 제2 n형 질화물 반도체(140)의 돌출된 부위은 육각형의 피라미드 형상을 가진다. 또한, 마스크층(130)의 일부가 제거된 제1 n형 질화물 반도체층(120) 상부의 영역에는 음극(180)이 형성된다.
마스크층(130)으로부터 돌출된 제2 n형 질화물 반도체층(140) 상부에는 광활성층(150)이 형성된다. 상기 광활성층(150)은 다중양자우물 구조를 가짐이 바람직하다. 즉, 장벽층과 우물층이 교대로 형성된 구조를 가진다. 상기 광활성층(150)을 통해 입사된 광은 전자-정공 쌍을 형성한다. 또한, 상기 광활성층(150)은 양자점 구조를 가질 수도 있으며, 도판트가 배제된 진성 질화물 반도체로 구성될 수 있다.
상기 광활성층(150) 상부에는 p형 질화물 반도체층(160)이 형성된다. 상기 p형 질화물 반도체층(160)은 광활성층(150)에서 형성된 정공이 이동하는 통로가 된다. 또한, 제1 n형 질화물 반도체층(120)이 GaN을 포함하는 경우, 상기 제2 n형 질화물 반도체층(140), 광활성층(150) 또는 p형 질화물 반도체층(160)은 GaN을 포함함이 바람직하다.
계속해서 p형 질화물 반도체층(160) 상부에는 투명전극(170)이 형성된다. 상기 투명전극(170)은 높은 광투과도와 전도도를 가지는 물질이라면 어느 것이나 가능할 것이다. 상기 투명전극(170)은 마스크층(130)의 개구부를 통해 돌출되게 형성된 제2 n형 질화물 반도체층(140), 광활성층(150) 및 p형 질화물 반도체층(160)을 덮는 양상으로 형성된다.
투명전극(170)의 상부의 특정 영역에는 양극(190)이 형성된다. 특히, 상기 양극(190)은 마스크층(130)의 개구부를 통해 돌출된 영역을 제외한 부위 중 평활한 영역에 형성됨이 바람직하다.
상술한 바대로 육각형 피라미드 형상을 가지는 제2 n형 질화물 반도체층(140)의 돌출에 따라 광활성층(150) 및 p형 질화물 반도체층(160)은 돌출된 형상을 가진다. 이를 통해 태양광이 입사되는 면적을 확대할 수 있으며, 전체적인 광전변환효율의 향상을 달성할 수 있다.
도 2 내지 도 7는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2를 참조하면, 기판(100) 상에 버퍼층(110), 제1 n형 질화물 반도체층(120) 및 마스크층(130)이 순차적으로 형성된다.
먼저, 상기 기판(100)은 이후에 형성되는 버퍼층(110) 또는 제1 n형 질화물 반도체층(120)과 동일 또는 유사한 결정구조를 가짐이 바람직하다. 따라서, 상기 버퍼층(110) 또는 제1 n형 질화물 반도체층(120)이 육방정계 구조를 가지는 경우, 상기 기판(100)도 육방정계 구조를 가질 수 있다. 따라서, 상기 버퍼층(110)이 GaN, AlN 또는 ZnO를 가지는 경우, 상기 기판(100)은 사파이어, GaN, ZnO 또는 ZnSe로 구성될 수 있다. 특히, 상기 기판(100)은 사파이어로 구성됨이 바람직하며, 버퍼층(110)은 GaN, AlN 또는 ZnO를 가질 수 있다. 상기 버퍼층(110)의 형성은 화학적 기상 증착 또는 물리적 기상 증착을 통해 달성된다. 특히, 상기 버퍼층(110)은 금속유기물 화학적 기상 증착법(MOCVD)을 이용함이 바람직하다. 상기 버퍼층(110)의 두께는 20nm 내지 1um를 가짐이 바람직하다. 버퍼층(110)의 두께가 20nm 미만인 경우, 상부 막질의 형성시 결정성을 확보하기 곤란하며, 버퍼층(110)의 두께가 1um를 상회하는 경우, 과도한 공정시간이 요구되는 문제가 발생한다.
상기 버퍼층(110)의 상부에는 제1 n형 질화물 반도체층(120)이 형성된다. n형의 전도성을 가지기 위해 도판트로는 4족 원소가 이용된다. 특히, Si이 도판트로 이용된다. 또한, 상기 제1 n형 질화물 반도체층(120)은 금속유기물 화학적 기상증착법을 이용하여 형성될 수 있다. 형성된 제1 n형 질화물 반도체층(120)에는 육방정계의 결정이 형성된다. 따라서, 상기 제1 n형 질화물 반도체층(120)은 단결정으로 형성될 수 있으며, 일부 영역에서 결함을 가진 양상으로 형성될 수 있다. 형성된 제1 n형 질화물 반도체층(120)은 태양광의 입사에 의해 발생되는 전자의 전달층으로 사용된다.
또한, 상기 제1 n형 질화물 반도체층(120)의 두께는 10um 내지 50um의 두께를 가진다. 제1 n형 질화물 반도체층(120)의 두께가 10um 미만인 경우, 충분한 결정성을 확보하기 곤란하며, 50um를 상회하는 경우, 과도한 공정시간 및 전자전달 현상에서의 손실이 발생된다.
계속해서, 상기 제1 n형 질화물 반도체층(120)의 상부에는 마스크층(130)이 형성된다. 상기 마스크층(130)은 절연체로 하부의 제1 n형 질화물 반도체층(120)과 식각 선택비를 가진 물질이라면, 어느 것이라도 가능할 것이다. 예컨대, 실리콘 산화물이 마스크층(130)으로 사용될 수 있다. 상기 마스크층(130)은 화학적 기상증착 또는 물리적 기상증착을 통해 형성된다.
도 3을 참조하면, 상기 도 2에서 형성된 마스크층(130)에 대한 선택적 식각을 통해 규칙적인 피치를 가진 개구부(135)를 형성한다. 개구부(135)의 형성에 의해 제1 n형 질화물 반도체층(120)의 일부 영역은 노출된다. 상기 개구부(135)의 형성은 통상의 포토리소그래피 공정 및 식각을 통해 형성될 수 있다.
즉, 마스크층(130) 상에 포토레지스트를 도포하고, 패터닝을 통해 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이어서, 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 식각을 수행하면, 개구부(135)가 형성된 마스크층(130)을 형성할 수 있다. 상기 마스크층(130)에서 개구부(135)는 다수 구비되며, 규칙적인 배열을 가진다. 또한, 각각의 개구부(135)의 폭은 1um 내지 5um로 설정됨이 바람직하며, 개구부(135)의 형상은 원형 또는 사각형을 가질 수 있다. 개구부(135)의 폭이 1um 미만인 경우, 개구부(135)를 관통하여 형성되는 제2 n형 질화물 반도체층(140)이 충분한 높이를 가질 수 없으므로, 효율의 향상을 기대하기 힘들다. 또한, 개구부(135)의 폭이 5um를 상회하는 경우, 기판 상에 충분한 수의 제2 n형 질화물 반도체층(140)을 확보할 수 없는 문제가 발생한다.
이외에도 상기 마스크층(130)의 개구부(135)의 형성은 나노 임프린트 공정, 레이저 간섭 리소그래피 또는 홀로그램 리소그래피 등 다양한 방법을 통해 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 도 3의 구조물 상에 제2 n형 질화물 반도체층(140)을 형성한다. 상기 제2 n형 질화물 반도체층(140)은 막질의 성장에 선택성을 가진다. 즉, 동일 또는 유사한 결정구조를 가지는 하부의 막질을 근거로 성장되는 특성을 가진다. 특히 금속유기물 화학적 기상증착법을 통해 형성되는 경우, 하부 막질의 재질에 따라 성장의 양상은 결정된다. 예컨대, 실리콘 산화물과 같은 비정질 구조를 가진 마스크층(130) 상부에서는 제2 n형 질화물 반도체층(140)은 성장되지 않으며, 개구부를 통해 노출된 제1 n형 질화물 반도체층(120) 상부에서만 형성된다. 따라서, 제2 n형 질화물 반도체층(140)은 마스크층(130)의 개구부를 관통하여 성장된다.
특히, 제2 n형 질화물 반도체층(140)은 마스크층(130)의 개구부를 완전히 매립하는 양상으로 성장되며, 이후에는 육각형의 피라미드 형상으로 성장되는 양상을 가진다. 이는 금속유기물 화학적 기상증착법에서 공정온도, 소스 가스의 농도 또는 성장 속도의 제어를 통해 실현될 수 있다. 또한, 마스크층(130)의 개구부가 동일한 피치를 가지는 규칙적인 배열을 가지는 경우, 각각의 개구부를 관통하여 형성된 제2 n형 질화물 반도체층(140)의 육각형 피라미드는 상호 동일한 형상을 가진다. 즉, 동일한 두께와 실질적으로 동일한 높이를 가진다.
즉, 상기 도 3에서 통상의 금속유기물 화학적 기상증착법을 사용하는 경우, 마스크층(130) 상부에는 제2 n형 질화물 반도체층(140)이 성장되지 않으며, 마스크층(130)에 구비된 개구부를 관통하여 제2 n형 질화물 반도체층(140)이 선택적으로 성장된다.
도 5를 참조하면, 도 4에서 형성된 제2 n형 질화물 반도체층(140) 상부에 광활성층(150) 및 p형 질화물 반도체층(160)이 순차적으로 형성된다.
즉, 결정성을 가지고, 마스크층(130)이 이루는 평면으로부터 육각형 피라미드 형상으로 돌출된 제2 n형 질화물 반도체층(140) 상부에는 광활성층(150)이 형성된다. 상기 광활성층(150)은 양자점 구조, 진성 반도체 구조 또는 다중양자우물 구조를 가질 수 있다.
특히, 상기 광활성층(150)이 다중양자우물 구조를 가지는 경우, 장벽층과 우물층이 교대로 형성되는 양상을 가진다. 장벽층과 우물층은 인듐 원소의 함량비에 따라 결정된다. 다중양자우물 구조로 광활성층(150)이 형성되는 경우, 장벽층은 5nm 내지 15nm의 두께를 가지고, 우물층은 1.5nm 내지 3.5nm의 두께를 가짐이 바람직하다. 또한, 광활성층(150)으로 투과되는 광량 또는 파장에 따라 장벽층과 우물층의 두께는 조절 가능할 것이다.
상기 광활성층(150)은 하부의 제2 n형 질화물 반도체층(140)과 동일한 결정구조를 가지며, 성장의 선택성을 가진다. 예컨대, 제2 n형 질화물 반도체층(140)이 GaN를 포함하는 경우, 상기 광활성층(150)은 InGaN을 가질 수 있다. 또한, 돌출된 제2 n형 질화물 반도체층(140)의 상부를 제외한 마스크층(130)의 상부에는 광활성층(150)이 형성되지 않는다. 이는 결정구조가 하부 막질의 배향성에 의존하는 현상에 기인한다. 즉, 비정질인 실리콘 산화물로 구성된 마스크층(130) 상에는 결정성을 가지는 광활성층(150)이 성장하지 않게 된다.
계속해서 광활성층(150) 상부에는 p형 질화물 반도체층(160)이 형성된다. 상기 p형 질화물 반도체층(160)은 도판트로 2족 원소를 사용하며, 바람직하게는 Mg가 사용될 수 있다. p형 질화물 반도체층(160)도 광활성층(150)과 마찬가지로 성장의 선택성을 가진다. 따라서, 광활성층(150) 상부에만 성장하는 특징을 가진다. 상기 p형 질화물 반도체층(160)의 두께는 100nm 내지 300nm로 설정됨이 바람직하다. 두께가 100nm 미만인 경우, 충분한 결정성의 확보가 힘들며, 두께가 300nm를 상회하는 경우, 정공의 원활한 이동이 곤란해진다.
다만, 돌출된 제2 n형 질화물 반도체층(140) 이외의 마스크층(130) 상부에는 광활성층(150) 및 p형 질화물 반도체층(160)을 구성하는 물질이 잔류할 수 있다. 이는 세정 또는 습식식각 등을 통해 용이하게 제거될 수 있다.
도 6을 참조하면, 도 5에 도시된 구조물의 상부에 투명전극(170)이 형성된다.
특히, 상기 투명전극(170)은 소정의 광투과율과 전기 전도도를 가질 것이 요청된다. 따라서, ITO를 투명전극(170)으로 이용함이 바람직하다. 다만, 실시예에 따라 ITO 이외에 IZO 등의 다양한 물질이 선택될 수 있다.
투명전극(170)은 통상의 증착법을 통해 상기 도 5에 도시된 구조물의 전면에 도포된다. 따라서, 마스크층(130) 및 p형 질화물 반도체층(160) 상부에 걸쳐 투명전극(170)은 형성된다. 또한, 상기 투명전극(170)은 통상의 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝된다. 따라서, 상기 도 1에 도시된 음극(180)이 형성되는 소정 영역에서는 마스크층(130)이 노출되는 양상을 가진다.
도 7을 참조하면, 상기 도 6에 도시된 투명전극(170)을 식각마스크로 하여 하부의 마스크층(130)에 대한 식각이 수행된다. 식각을 통해 투명전극(170)이 커버하는 영역 이외의 영역에서는 제1 n형 질화물 반도체층(120)의 상부 표면이 노출된다.
계속해서 노출된 제1 n형 질화물 반도체층(120) 상부 표면 및 투명전극(170) 상부에 각각 음극(180) 및 양극(190)을 형성한다. 음극(180) 및 양극(190)의 형성은 하드 마스크를 이용하는 통상의 전극공정에 따른다. 예컨대 음극(180)은 Cr/Au 또는 Ti/Al/Au를 가질 수 있다. 또한, 양극(190)은 Cr/Au 또는 Ni/Au를 가질 수 있다.
특히, 전극 패드를 형성하는 상기 음극(180) 및 양극(190)은 하부 막질의 평활한 면에 형성됨이 바람직하다. 예컨대, 양극(190)은 투명전극(170)의 평활한 면에 형성되고, 음극(180)은 식각에 의해 노출된 제1 n형 질화물 반도체층(120)의 평활한 면상에 형성됨이 바람직하다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 형성된 제2 n형 질화물 반도체층을 도시한 이미지이다.
도 8을 참조하면, 실리콘 산화물로 구성된 마스크층의 개구부를 관통하여 육각형 피라미드 형상의 제2 n형 질화물 반도체층이 형성된다. 상기 육각형 피라미드 형상은 통상의 MOCVD 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 예컨대, 측면 성장을 통한 평활한 막질의 형성보다는 수직 성장 인자가 수형 성장 인자보다 우월하도록 하여 표면으로부터 돌출된 형상을 형성할 수 있다.
상술한 과정을 통해 n형 질화물 반도체층이 육각형의 피라미드 형상을 가지고, 광활성층 및 p형 질화물 반도체층이 육각형의 피라미드 형상을 추종하여 형성된 태양전지가 형성될 수 있다. 이를 통해 태양광의 입사 면적은 확대되고, 광전변환 효율은 개선될 수 있다.
100 : 기판 110 : 버퍼층
120 : 제1 n형 질화물 반도체층
130 : 마스크층 140 : 제2 n형 질화물 반도체층
150 : 광활성층 160 : p형 질화물 반도체층
170 : 투명전극
120 : 제1 n형 질화물 반도체층
130 : 마스크층 140 : 제2 n형 질화물 반도체층
150 : 광활성층 160 : p형 질화물 반도체층
170 : 투명전극
Claims (12)
- 기판 상에 형성된 제1 n형 질화물 반도체층;
상기 제1 n형 질화물 반도체층 상부에 형성되고, 개구부를 가지는 마스크층;
상기 제1 n형 질화물 반도체층으로부터 상기 개구부를 관통하여 형성되고, 육각형의 피라미드 형상으로 돌출된 형상을 가지는 제2 n형 질화물 반도체층;
상기 제2 n형 질화물 반도체층 상에 형성된 광활성층;
상기 광활성층 상에 형성된 p형 질화물 반도체층;
상기 p형 질화물 반도체층 상에 형성된 투명전극;
상기 투명전극 상에 형성된 양극; 및
상기 제1 n형 질화물 반도체층의 노출된 면 상에 형성된 음극을 포함하는 질화물 반도체 기반의 태양전지. - 제1항에 있어서, 상기 제1 n형 질화물 반도체층, 상기 제2 n형 질화물 반도체층, 상기 p형 질화물 반도체층 또는 광활성층은 GaN를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 기반의 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 n형 질화물 반도체층은, 상기 제1 n형 질화물 반도체층과 동일한 결정구조를 가지는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 기반의 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 n형 질화물 반도체층은, 상기 제1 n형 질화물 반도체층과 동일한 화학적 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 기반의 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 광활성층은 인듐의 함량의 조절에 따른 다중양자우물 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 기반의 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 광활성층은 상기 제2 n형 질화물 반도체층의 상기 육각형의 피라미드 형상에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 기반의 태양전지.
- 제6항에 있어서, 상기 p형 질화물 반도체층은 상기 제2 n형 질화물 반도체층의 상기 육각형의 피라미드 형상에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 기반의 태양전지.
- 기판 상에 제1 n형 질화물 반도체층 및 마스크층을 순차적으로 형성하는 단계;
상기 마스크층을 패터닝하여 상기 제1 n형 질화물 반도체층의 표면 일부를 노출시키는 개구부를 형성하는 단계;
상기 노출된 제1 n형 질화물 반도체층을 근거로 상기 마스크층의 개구부를 관통하고, 육각형의 피라미드 형상으로 돌출된 제2 n형 질화물 반도체층을 형성하는 단계;
상기 육각형의 피라미드 형상으로 돌출된 제2 n형 질화물 반도체층 상에 광활성층 및 p형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계;
상기 p형 질화물 반도체층 및 상기 마스크층 상부에 투명전극을 형성하는 단계; 및
상기 투명전극 및 상기 제1 n형 질화물 반도체층 상부에 각각 양극과 음극을 형성하는 단계를 포함하는 질화물 반도체 기반의 태양전지 제조방법. - 제8항에 있어서, 상기 투명전극을 형성하는 단계는,
상기 마스크층 상부 및 상기 p형 질화물 반도체층의 전면에 상기 투명전극을 도포하는 단계; 및
상기 개구부가 형성되지 않은 상기 마스크층 상에 형성된 상기 투명전극의 일부 영역을 식각하여, 상기 마스크층의 일부 영역을 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 기반의 태양전지 제조방법. - 제8항에 있어서, 상기 투명전극을 형성하는 단계 이후에,
상기 투명전극을 식각마스크로 하여 상기 노출된 마스크층을 식각하여 상기 제1 n형 질화물 반도체층의 일부를 노출시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 기반의 태양전지 제조방법. - 제10항에 있어서, 상기 음극은 상기 노출된 제1 n형 질화물 반도체층 상에 형성되고, 상기 양극은 상기 투명전극 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 기반의 태양전지 제조방법.
- 제11항에 있어서, 상기 양극은 상기 투명전극의 평활한 면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 기반의 태양전지 제조방법.
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