KR101671002B1 - Anti-reflection layer of solar cells and anti-reflection coating method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막 실리콘 태양전지의 전면부에 적용되는 반사방지막에 있어서, 태양전지 반사방지막으로 형성된 TiO2층 상에 수소 희석 및 이산화탄소 희석을 제거하고 높은 농도로 도핑된 수소-저감 p+형 버퍼(H2-reduced p+ buffer)를 증착한 후, p층(p-a-SiOX:H)을 증착함으로써, TiO2와 p층(p-layer) 사이에 단일 버퍼 구조를 적용하여 제조 공정 및 시간을 감축하고, AZO 소재를 사용하지 않음으로써 제조비용을 절감하며, 수소를 제거한 채로 단일 박막으로 증착하여 하부의 TiO2가 수소 플라즈마로부터 손상 받는 현상을 방지함으로써, 태양전지의 Voc 및 FF 특성을 개선함으로써 결과적으로 광전변환효율을 크게 향상시킬 수 있는 태양전지 반사방지막 및 그 제조방법을 제공한다. The present invention relates to an antireflection film applied to a front portion of a thin film silicon solar cell, wherein a hydrogen dilution and a carbon dioxide dilution are removed on a TiO 2 layer formed of a solar cell antireflection film, and a hydrogen-reduced p + type buffer after depositing the -reduced p + buffer), the p-layer (pa-SiO X: by depositing H), by applying a single buffer structure between TiO 2 and the p layer (p-layer), and reduction of the manufacturing process and time, By reducing the manufacturing cost by not using AZO material and by vaporizing it as a single thin film while removing hydrogen to prevent damage of the underlying TiO 2 from the hydrogen plasma, it is possible to improve the Voc and FF characteristics of the solar cell, A solar cell antireflection film capable of significantly improving the conversion efficiency and a method of manufacturing the same.
Description
본 발명은 박막 실리콘 태양전지에 관한 것으로서, 특히 박막 실리콘 태양전지의 전면부에 적용되는 반사방지막에 있어서 TiO2와 p층(p-layer) 사이에 단일 버퍼 구조를 적용하여 제조 공정 및 시간을 감축하고 태양광의 반사손실을 최소화함으로써 태양전지의 광전변환효율을 향상시킬 수 있는 태양전지 반사방지막 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thin-film silicon solar cell, and more particularly, to an antireflection film applied to a front surface of a thin-film silicon solar cell, in which a single buffer structure is applied between TiO 2 and a p- And minimizing the reflection loss of sunlight, thereby improving the photoelectric conversion efficiency of the solar cell and a manufacturing method thereof.
최근 화석연료를 대체할 친환경, 신재생 및 융복합에너지 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 태양에너지를 이용한 발전시스템은 태양전지(Solar cells)의 광전변환효율을 높이기 위한 연구가 더욱 중요하게 다뤄지고 있다.Recently, researches on eco-friendly, renewable and fuels combined energy systems to replace fossil fuels are actively being carried out. Especially, the research for increasing the photoelectric conversion efficiency of solar cells is more important than that of the solar power generation system.
전세계 태양전지 시장은 2000년 이후 높은 성장률을 보이며 고속 성장하고 있다. 특히, 2008년도의 폭발적인 수요 증가와 2010년도의 큰 시장 확대를 통해 환경 친화적인 에너지 산업으로 자리매김 하였다. 그렇지만 최근의 전세계적인 경제위기로 인해서 정부의 지원이 감소하면서, 세계적으로 전체적인 수요가 감소하고 있는 추세이다. 이러한 때일수록 기술개발에 의한 태양전지의 발전 수율 향상이 절실히 필요하다.The global solar cell market is growing at a fast pace since 2000. In particular, the explosive increase in demand in 2008 and the large market expansion in 2010 have made the company an eco-friendly energy industry. However, the overall global demand has been declining globally as government support has decreased due to the recent global economic crisis. In such a case, it is necessary to improve the power generation efficiency of the solar cell by technology development.
태양전지는 빛에너지를 직접 전기에너지로 바꿔주는 소자이므로, 태양전지의 효율을 높이기 위해서는 최대한 많은 빛을 흡수시킬 수 있는 것이 중요한데, 태양전지로 입사된 빛의 일부는 전하를 생성시키지 못하고 다시 반사된다. 따라서 태양전지로 입사되어 다시 반사되는 빛의 양을 줄이는 것이 효율을 높이기 위한 중요한 요인이 된다. Since solar cells convert light energy directly into electrical energy, it is important to absorb as much light as possible in order to increase the efficiency of the solar cell. Part of the light incident on the solar cell does not generate charge and is reflected again . Therefore, it is important to reduce the amount of light that is incident on the solar cell and is reflected back to improve efficiency.
태양전지로 입사된 빛의 반사를 줄이는 방법으로는 텍스처링(Texturing)과 반사방지코팅(Anti-reflection coating)이 있다. 여기서, 반사방지코팅으로 표면 반사를 줄이기 위해서는 반도체 표면에 투명하고 굴절률이 반도체와 공기의 사이 값을 갖는 박막층을 적당한 두께로 만들어 주게 되는데, 이때 이 박막층을 반사방지막(Anti-reflective layer)이라고 한다.There are texturing and anti-reflection coatings to reduce the reflection of light incident on the solar cell. Here, in order to reduce the surface reflection by the antireflection coating, a thin film layer which is transparent to the semiconductor surface and has a refractive index between the semiconductor and the air is made to have an appropriate thickness, and this thin film layer is called an anti-reflective layer.
태양전지를 보호하는 커버 글라스(Cover glass)에 반사방지막을 형성시키면 유리면에서 반사되는 태양광을 이용할 수 있으므로, 태양전지의 광전변환효율을 향상시키고 발전량을 증가시킬 수 있다.When the antireflection film is formed on the cover glass for protecting the solar cell, the solar light reflected from the glass surface can be used, so that the photoelectric conversion efficiency of the solar cell can be improved and the power generation amount can be increased.
도 1은 종래기술에 따른 박막 실리콘 태양전지의 계층구조를 나타낸 도면으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 종래기술에 따른 태양전지의 반사방지막인 TiO2 박막은, 계면굴절률의 차이가 큰 전면투명전극(SnO2:H)과 p층(p-a-SiOX:H) 사이에서 빛의 반사손실이 발생하여 태양전지의 광전변환효율의 향상의 발목을 잡는 요인이 된다.FIG. 1 shows a hierarchical structure of a thin film silicon solar cell according to the related art. As shown in FIG. 1, a TiO 2 thin film, which is an antireflection film of a solar cell according to the related art, Reflection loss of light occurs between the p-layer (SnO 2 : H) and the p-layer (pa-SiO x : H), which is an important factor in improving the photoelectric conversion efficiency of the solar cell.
따라서 TiO2 박막은 약 2.4-2.7의 굴절률을 가지도록 형성됨으로써 전면투명전극(SnO2:H)의 굴절률(1.9-2.0)과 p층(p-a-SiOX:H)의 굴절률(3.5-4.0) 사이에서 적절하게 굴절률을 매칭시켜 주면서 빛의 손실을 막아주는 중요한 역할을 하게 된다. Therefore, TiO 2 thin film was approximately 2.4 to 2.7 refractive index of the front transparent electrode (SnO 2: H) being formed to have a: the refractive index (3.5 to 4.0) of the refractive index (1.9 to 2.0) and the p-layer (H pa-SiO X) of It is important to match the refractive indices between the light sources and prevent the loss of light.
종래기술에 따른 태양전지 제조방법에서는, 후속으로 이어지는 수소 플라즈마로부터 TiO2 박막이 환원(Reduction)되는 손상을 막기 위해, AZO(Al-doped ZnO) 보호막(Protection layer)을 필요로 하게 된다. AZO는 비교적 수소 플라즈마에 안정적인 모습을 보이는 것으로 알려져 있다. In the solar cell manufacturing method according to the prior art, an AZO (Al-doped ZnO) protection layer is required in order to prevent damage to the TiO 2 thin film from the subsequent hydrogen plasma. AZO is known to exhibit a stable hydrogen plasma.
한편, 이 AZO 보호막을 얇게(약 10nm) 적용하고 나서, 광활성층(Photoactive layer)인 p-i-n 층을 제작해야 하는데, 이어서 증착되는 p층(p-a-SiOX:H)은 비정질 계열로서, AZO박막과 높은 전위장벽(Potential barrier)이 발생하여 전기적인 컨택(Contact)이 좋지 않은 것으로 알려져 있다. 따라서 이를 해결하기 위해 미세결정 실리콘 계열(Nanocrystalline silicon, nc-Si)의 얇은 버퍼층이 연구 개발되어 온 바가 있다. 따라서, p형 nc-SiO 계열로 버퍼를 구성(p-nc-SiOX:H)하면 기존에 연구된 TiO2/AZO 반사방지막과 후속층인 p층(p-a-SiOX:H)을 전기적 컨택으로 만들어주면서 소자를 구동시킬 수 있다.On the other hand, after applying the AZO protective film to a thin layer (about 10 nm), a pin layer which is a photoactive layer has to be formed. The p layer (pa-SiO x H) It is known that a high potential barrier occurs and electrical contact is poor. Therefore, a thin buffer layer of nanocrystalline silicon (nc-Si) has been researched and developed to solve this problem. Therefore, when the p-type nc-SiO series buffer is formed (p-nc-SiO x H), the TiO 2 / AZO antireflection film and the p layer (pa-SiO x H) So that the device can be driven.
그러나 종래기술에 따른 반사방지막 적용 구조인 TiO2/AZO/p-nc-SiOX:H 증착을 위해서는 역시나 nc-Si을 형성하기 위한 높은 수소희석을 갖는 플라즈마가 발생되고, 이는 하부층들에 강한 손상들을 줄 수 있는 요인이 된다. 실제로 TiO2 반사방지막을 적용하면서 태양전지의 광전류는 성공적으로 증가하였으나, AZO/p-nc-SiOX:H 가 적용되면서 Voc와 FF는 낮아지는 문제점이 있다. However, in order to deposit TiO 2 / AZO / p-nc-SiO x : H, which is an anti-reflective coating application structure according to the related art, plasma having high hydrogen dilution for forming nc-Si is generated, It is a factor that can give. In fact, the photocurrent of the solar cell has been successfully increased while applying the TiO 2 antireflection film, but the Voc and FF are lowered due to the application of AZO / p-nc-SiO x : H.
또한, 공정상으로 보더라도, TiO2를 스퍼터링 방식으로 증착한 후에, AZO 보호막 형성을 위해서 AZO 스퍼터링 공정을 추가로 진행하게 되고, 그 이후에 p층과의 원활한 전기적 컨택을 위해서 p-nc-SiO:H 버퍼를 플라즈마 화학기상 증착법(Plasma-enhanced chemical vapor deposition)을 통해서 추가로 증착하는 공정이 필요하다. 게다가, nc-Si 형성을 위하여 고농도의 수소를 희석하게 되므로, 이는 하부 AZO의 환원 문제를 불러일으킬 뿐만 아니라, 고농도의 희석 때문에 증착률이 매우 느려져서 공정시간이 증가하게 된다. 이는 기술의 상용화와 더불어 양산 관점에서도 단점으로 드러나는 요소가 된다.Further, in view of the process, after AZO sputtering process is further carried out to form the AZO protective film after TiO 2 is deposited by the sputtering method, p-nc-SiO 2 is deposited thereafter for a good electrical contact with the p- H buffer is further deposited by plasma-enhanced chemical vapor deposition (" CVD "). In addition, since high concentration of hydrogen is diluted for nc-Si formation, this causes not only a reduction problem of the lower AZO but also a process time is increased because the deposition rate is very slow due to high concentration of dilution. This is a disadvantage in terms of mass production as well as commercialization of technology.
따라서 상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 TiO2 반사방지막에 적용되는 단일 버퍼층을 갖는 태양전지 반사방지막 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a solar cell antireflection film having a single buffer layer applied to a TiO 2 antireflection film and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명의 다른 목적은 AZO/p-nc-SiOX:H 2중 구조를 단순화하여 단일 박막으로 구성함으로써 공정 과정 및 시간을 대폭 감소시킬 수 있는 태양전지 반사방지막 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a solar cell antireflection film and a method of manufacturing the solar cell antireflection film that can simplify the structure of AZO / p-nc-SiO x :
또한, 본 발명의 다른 목적은 AZO 소재를 사용하지 않음으로써 비용을 절감하고, 수소를 제거한 채로 증착하여 수소 플라즈마로부터 하부 TiO2의 손상을 방지할 수 있는 태양전지 반사방지막 및 그 제조방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a solar cell antireflection film capable of preventing the damage of lower TiO 2 from hydrogen plasma by reducing the cost by using no AZO material and depositing with hydrogen removed, and a manufacturing method thereof have.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지 반사방지막 제조방법은, 태양전지 반사방지막으로 형성된 TiO2층 상에 SiH4와 B2H6 가스만을 이용하여 p형 비정질 실리콘 소재로 수소-저감 p+형 버퍼(H2-reduced p+ buffer)를 증착한 후, p층을 증착하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method for manufacturing a solar cell antireflection film, which uses a SiH 4 and B 2 H 6 gas only on a TiO 2 layer formed of a solar cell antireflection film, a p-type buffer (H2-reduced p + buffer) is deposited, and then a p-layer is deposited.
이때, 본 발명에 따른 태양전지 반사방지막 제조방법에 있어서, 상기 수소-저감 p+형 버퍼는, 상기 TiO2층 및 p층 사이에 TiO2의 표면이 코팅되도록 2 nm ~ 10 nm 이하의 두께로 증착되는 것을 특징으로 한다.At this time, in the method for manufacturing a solar cell antireflection film according to the present invention, the hydrogen-reduced p + type buffer is formed by depositing a TiO 2 layer between the TiO 2 layer and the p layer to a thickness of 2 nm to 10 nm .
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따라서 본 발명은 TiO2 반사방지막을 적용할 때에 AZO/p-nc-SiOX:H 2중 구조를 단순화하여 단일 박막으로 구성함으로써 공정 과정 및 시간을 대폭 감소시킬 수 있는 효과가 있다.Accordingly, the present invention AZO / p-nc-SiO X when applying the TiO 2 film reflection: there is an effect that it is possible to greatly reduce the manufacturing process time and by forming a single thin film to simplify the structure of the
또한, 본 발명은 AZO 소재를 사용하지 않음으로써 제조비용을 절감하는 효과가 있다.In addition, since the present invention does not use the AZO material, the manufacturing cost is reduced.
뿐만 아니라, 본 발명은 수소를 제거한 채로 단일 박막으로 증착함으로써 하부의 TiO2가 수소 플라즈마로부터 손상 받는 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다. In addition, the present invention has an advantage that the lower TiO 2 is prevented from being damaged from the hydrogen plasma by depositing a single thin film while removing hydrogen.
이에 따라 본 발명은 태양전지의 Voc 및 FF 특성을 개선함으로써 결과적으로 광전변환효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다. Accordingly, the present invention has the effect of greatly improving the photoelectric conversion efficiency as a result of improving the Voc and FF characteristics of the solar cell.
도 1은 종래기술에 따른 미세결정 실리콘 계열(Nanocrystalline silicon, nc-Si)의 얇은 버퍼층을 갖는 박막 실리콘 태양전지의 계층구조를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 버퍼 구조를 적용한 박막 실리콘 태양전지의 계층구조를 나타낸 도면,
도 3는 도 1 및 도 2의 구조를 갖는 태양전지의 J-V 결과특성을 함께 나타낸 그래프.1 shows a hierarchical structure of a thin film silicon solar cell having a thin buffer layer of nanocrystalline silicon (nc-Si) according to the prior art,
2 is a view showing a hierarchical structure of a thin film silicon solar cell to which a buffer structure according to the present invention is applied,
FIG. 3 is a graph showing JV result characteristics of a solar cell having the structure of FIG. 1 and FIG. 2 together.
이하에서는 본 발명에 따른 태양전지 반사방지막 및 그 제조방법에 대한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시 예는 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것으로, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않고 다양한 형태로 구현될 수 있다. Hereinafter, embodiments of a solar cell antireflection film and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.
도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타낸다. 하기의 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것일 뿐, 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The same features of the figures represent the same symbols wherever possible. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. , ≪ / RTI > equivalents, and alternatives. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless explicitly defined in the present application Do not.
먼저, 하기의 표 1은 전술한 종래기술에 따른 수소 플라즈마 영향을 최소화하기 위하여 수소를 제거한 본 발명에 따른 버퍼 구조가 적용되는 태양전지의 반사방지막을 제조하기 위한 조건표이다. First, Table 1 below is a condition table for manufacturing an antireflection film of a solar cell to which a buffer structure according to the present invention in which hydrogen is removed, in order to minimize the effect of hydrogen plasma according to the prior art described above.
표 1에 나타난 바와 같이, 도 1의 종래기술에 따른 태양전지 제조 시에 일반적으로 사용되는 p층(p-a-SiOx:H)은 SiH4, H2, B2H6, CO2 가스들을 혼합하여 플라즈마 화학기상증착법(Plasma enhanced chemical vapor deposition)을 통하여 박막이 형성된다. 즉, 먼저 실리콘 박막을 형성하기 위해서 SiH4 와 H2 가스가 요구되며, 플라즈마 반응을 통해서 상기 SiH4가 분해되어 실리콘 박막이 형성된다. 여기에서 제작되는 박막은 p 층이므로 Si 박막의 p형 도핑을 위하여 B2H6 가스를 추가적으로 이용한다. 또한, 상기 p층은 윈도우 층으로서 높은 밴드갭(Band Gap)이 요구되므로 더 높은 밴드갭을 얻기 위하여 높은 수소희석 방법이 쓰일 수 있으며, 따라서 H2/SiH4 값이 30으로 매우 높은 값이 사용되며, 이러한 높은 수소희석과 CO2 희석(dilution)을 통해서 1.97eV의 높은 밴드갭을 갖는다. As shown in Table 1, also typically p-type layer used in the manufacture solar cell according to the prior art 1 (pa-SiOx: H) is a mixture of SiH 4, H 2, B 2 H 6,
반면에, 종래기술에 따른 태양전지의 TiO2와 p-a-SiOx:H 사이의 버퍼층인 AZO/p-nc-SiO를 대체할 도 2의 본 발명에 따른 태양전지에 적용되는 버퍼층(H2-reduced p+ buffer)은, 표 1에 나타난 바와 같이, 수소희석 제거뿐만 아니라, CO2 희석 역시 제거하고 B2H6/SiH4의 파라미터를 증가시켜 p형 도핑(p-type doping) 효과를 극대화 하고, 이를 통해서 n형(n-type) TiO2와의 계면에서 도핑농도(Doping concentration)의 부족에 따른 공핍영역(Depletion region)이 p층(p-a-SiO:H) 내부로 발생되는 것을 차단한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 버퍼층은 표 1에서 나타난 바와 같이 암 상태의 전기 전도도(dark conductivity) 값이 기존 p 층 대비하여 230배 이상 향상되었음을 실험적으로 확인된다. 본 발명에 따른 버퍼층은 박막의 상(phase)으로는 XRD(X-선 회절 분석기)를 통해서 본 바, 비정질(amorphous)이며, 높은 농도로 도핑된 p형의 특성을 갖는다. 따라서 물질은 p+ a-Si(높은 농도로 도핑된 p-type의 비정질 실리콘)으로 볼 수 있다.On the other hand, a buffer layer (H 2 -reduced) which is applied to the solar cell according to the present invention of FIG. 2, which replaces AZO / p-nc-SiO, which is a buffer layer between TiO 2 and pa- p + buffer) maximizes the p-type doping effect by removing the hydrogen dilution as well as CO 2 dilution and increasing the parameters of B 2 H 6 / SiH 4 , as shown in Table 1, This prevents the depletion region from being generated inside the p-layer (pa-SiO: H) due to the lack of the doping concentration at the interface with the n-type TiO 2 . Accordingly, it is experimentally confirmed that the dark conductivity value of the buffer layer according to the present invention is improved by 230 times or more as compared to the conventional p layer as shown in Table 1. [ The buffer layer according to the present invention has amorphous and p-type characteristics doped at a high concentration as seen through XRD (X-ray diffractometer) as a phase of the thin film. Thus, the material can be seen as p + a-Si (a high concentration doped p-type amorphous silicon).
본 발명에 따라 형성된 버퍼층은 표 1에 나타낸 바와 같이, 수소희석과 CO2희석을 제거한 상황에서 단지 SiH4와 B2H6 가스만을 이용하여 증착되며, 온도는 100~200oC, B2H6/SiH4 가스는 0.01~0.05의 비율로 증착될 수 있다. 박막의 증착 시에 5~20 Pa의 공정 압력을 유지하며 10~30초간 증착 공정이 진행될 수 있다. 화학기상증착법의 플라즈마 주파수는 RF(radio frequency, 13.56 MHz)부터 VHF(very high frequency, ~ 100 MHz)까지 변화되어 증착될 수 있다. 이를 통해 수 nm~ 10 nm 수준의 버퍼층을 제작할 수 있다.The buffer layer formed in accordance with the present invention is deposited using only SiH 4 and B 2 H 6 gases in the situation where hydrogen dilution and CO 2 dilution are removed as shown in Table 1 and the temperature is 100 to 200 ° C and B 2 H 6 / SiH 4 gas may be deposited in a ratio of 0.01 to 0.05. During the deposition of the thin film, the deposition process may be performed for 10 to 30 seconds while maintaining the process pressure of 5 to 20 Pa. The plasma frequency of chemical vapor deposition may be varied from RF (radio frequency, 13.56 MHz) to VHF (very high frequency, ~ 100 MHz). Through this, a buffer layer with a thickness of several nm to 10 nm can be fabricated.
이 개발된 버퍼층은 밴드갭(Band Gap)이 일반적인 p 층보다 1.67eV로 낮지만, p형 전도도(p-type conductivity)는 230배 이상 높아진다. The developed buffer layer has a band gap of 1.67 eV lower than that of a typical p-layer, but the p-type conductivity is more than 230 times higher.
본 발명에서는 이 버퍼를 TiO2와 p층 사이에서 TiO2의 표면을 충분히 코팅할 만큼 수nm ~ 10 nm 이하의 두께로 증착한다.In the present invention, depositing a buffer between the TiO 2 and the p layer with a thickness of below the number nm ~ 10 nm sufficient to coat the surface of TiO 2.
이하에서는, 본 발명에 따른 버퍼구조가 실제로 효과가 있는지, 태양전지에 본 발명에 따른 버퍼구조를 적용하여 그 영향을 확인한 결과를 제시한다.Hereinafter, a buffer structure according to the present invention is applied to a solar cell to confirm whether the buffer structure according to the present invention is actually effective, and the influence of the buffer structure is confirmed.
이를 위해, 본 발명에 따른 버퍼를 갖는 구조가 실제 소자에서 어떠한 특성을 보여주는지 알기 위해서 도 2와 같이 태양전지를 제작하였다. 비교를 위하여 기존 FARC(전면부 반사방지막 구조)/AZO/p-nc-SiO 구조를 갖는 태양전지를 도 1과 같이 제작하고, 본 발명에 따른 태양전지와 종래기술에 따른 태양전지의 결과특성을 도 3에 함께 나타내었다. For this purpose, a solar cell was fabricated as shown in FIG. 2 in order to see what characteristics the buffer structure according to the present invention shows in an actual device. For comparison, a solar cell having a conventional FARC (front side antireflection film structure) / AZO / p-nc-SiO structure was fabricated as shown in FIG. 1, and the solar cell according to the present invention and the solar cell according to the prior art Are shown together in FIG.
도 3는 도 1 및 도 2의 구조를 갖는 태양전지의 J-V 결과특성 그래프로서, 도 2의 구조를 갖는 본 발명에 따른 태양전지는 전류 측면에서는 약간의 감소 효과가 나타난다. 이는 낮은 밴드갭(Band Gap)을 갖는 수소-감소형 버퍼층에서의 흡수 손실이라고 할 수 있다. 그러나 이 전류의 감소폭은 제한적인 측면을 보이는데(-0.2mA/cm2), 이 버퍼의 두께가 수nm로 매우 얇기 때문이며, 소자의 효율에는 미미한 영향을 주는 수준이다.FIG. 3 is a JV characteristic graph of the solar cell having the structures of FIGS. 1 and 2, and the solar cell according to the present invention having the structure of FIG. 2 exhibits a slight reduction effect on the current side. This is an absorption loss in a hydrogen-reduced buffer layer having a low band gap. However, the reduction of this current is limited (-0.2 mA / cm 2 ) because the thickness of this buffer is very thin to a few nanometers and has a negligible effect on the efficiency of the device.
그러나 개방전압(Voc) 및 곡선인자(Fill Factor, FF)의 증가는 유의미한 수준을 보였다. Voc는 10mV 가량 증가했으며, 특히 FF가 0.710에서 0.738로 크게 향상되었다. However, the increase of the open-circuit voltage (Voc) and the fill factor (FF) showed a significant level. Voc increased by about 10mV, and FF increased significantly from 0.710 to 0.738.
Voc의 경우, 종래기술에 따른 구조에서는 p-nc-SiO박막의 증착과정에서 강한 수소 플라즈마가 발생하여 하부의 AZO가 환원(Reduction)될 수 있고, Zn, Al 또는 산소의 p층으로의 유입은 활성화에너지를 증가시켜 내부확산전위(Built-in potential)을 낮추고 Voc에 영향을 줄 수 있다. In the case of Voc, in the structure according to the prior art, a strong hydrogen plasma is generated in the process of depositing the p-nc-SiO thin film, so that the lower AZO can be reduced, and the influx of Zn, The activation energy can be increased to lower the internal diffusion potential (Built-in potential) and affect the Voc.
그러나 본 발명에 따른 버퍼구조를 갖는 태양전지의 경우는 TiO2 반사방지막을 스퍼터링으로 증착한 후에 추가적으로 AZO 보호막을 스퍼터링으로 코팅할 필요가 없어, 후속 공정인 화학기상증착법으로 p-nc-SiOX:H 연결층(Contact layer)을 증착할 필요가 없으므로 수소 플라즈마의 영향성을 최소화할 수 있다. 이에 따라 높은 농도로 도핑된 p+형 버퍼가 먼저 증착되면서 TiO2를 보호하고, 그 이후에 p층을 올리기 때문에 전술한 내부확산전위가 낮아지는 문제점을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 버퍼구조를 갖는 태양전지는 종래기술에 따른 태양전지에 비하여 더 높은 Voc를 갖게 된다. However, the solar cell having a buffer structure according to the invention it is not necessary to coat the additional AZO protective film after depositing the film TiO 2 reflected by the sputtering with the sputtering, the subsequent process of chemical vapor deposition p-nc-SiO X: Since the H contact layer need not be deposited, the influence of the hydrogen plasma can be minimized. As a result, the p + -type buffer doped with a high concentration is first deposited to protect the TiO 2 , and then the p-layer is raised, thereby preventing the above-described internal diffusion potential from being lowered. Accordingly, the solar cell having the buffer structure according to the present invention has a higher Voc than the solar cell according to the prior art.
또한, 본 발명에 따른 버퍼구조를 갖는 태양전지의 FF의 경우, 직렬 저항 성분이 6.9 Ω·cm2로 종래기술에 따른 태양전지의 8.47 Ω·cm2 보다 낮게 나타났다. In addition, when the FF of the solar cell having a buffer structure according to the invention, the series resistance component is significantly lower to 6.9 Ω · cm 2 than 8.47 Ω · cm 2 in the solar cell according to the prior art.
종래기술에 따른 태양전지에서는, 수소 플라즈마에 의해서 AZO TCO의 표면에 수소-저감 표면준위(H-induced surface states)가 발생하고, 이는 양 전하를 발생시켜 전자 축적층을 만든다. 이에 따라 p-nc-SiO 박막 내부의 다운밴딩(down bending) 현상이 심화되고, 이는 FF를 제한하는 요소로 작용할 수 있다. In a solar cell according to the prior art, hydrogen plasma generates H-induced surface states on the surface of the AZO TCO, which generates positive charges to form an electron accumulation layer. As a result, the down bending phenomenon in the p-nc-SiO thin film is intensified, which can act as a limiting factor for the FF.
반면에, 본 발명에 따른 버퍼구조를 갖는 태양전지는, 하부 TiO2 층에 수소 플라즈마에 의한 손상이 없도록 높게 도핑된 버퍼를 코팅함으로써 다운밴딩 효과가 작고, TiO2 환원에 따른 p층의 오염문제도 없다. 이후 p층이 문제없이 증착됨으로써 다운밴딩에 의해 증가될 수 있는 직렬 저항 성분을 낮춰추고, 그에 따라서 높은 FF를 유지할 수 있다. 결과적으로, 8.15%의 종래기술에 따른 태양전지의 효율 대비 본 발명에 따른 태양전지는 버퍼구조를 적용함으로써 향상된 Voc와 FF에 기반하여 8.4%의 높은 효율을 달성한다.On the other hand, the solar cell having the buffer structure according to the present invention has a down-banding effect by coating a highly doped buffer so that the lower TiO 2 layer is not damaged by hydrogen plasma, and the contamination problem of p layer due to TiO 2 reduction There is no. Thereafter, the p-layer is deposited without problems, thereby lowering the series resistance component that can be increased by down-banding, and thus maintaining a high FF. As a result, the solar cell according to the present invention with respect to the efficiency of the solar cell according to the prior art of 8.15% achieves a high efficiency of 8.4% based on the improved Voc and FF by applying the buffer structure.
이에 따라, 도 2에 도시한 본 발명의 일 실시 예에 따른 TiO2 및 수소-저감 p+형 버퍼 구조를 이용한 태양전지 및 본 발명에 따른 구조를 적용하여 제안된 소자는 그 제조공정에서 매우 큰 장점을 갖는다. Accordingly, the proposed device using the solar cell using the TiO 2 and the hydrogen-reduced p + type buffer structure and the structure according to the present invention shown in FIG. 2 according to the embodiment of the present invention has a great advantage Respectively.
먼저, 본 발명은 종래기술과 같이 TiO2 반사방지막을 스퍼터링으로 증착한 후에 추가적으로 AZO 보호막을 스퍼터링으로 코팅할 필요가 없으므로, 후속 공정인 화학기상증착법으로 p-nc-SiOX:H 연결층(Contact layer)을 증착할 필요가 없다. 특히, p-nc-SiOX:H 연결층은 수 nm 증착을 위해 약 4분이 소요될 만큼 증착률이 매우 느리기 때문에 이 과정에서 발생하는 수소 플라즈마에 하부층이 손상(damage)을 입을 수 있기 때문에 이 연결층을 증착하지 않는데 따르는 이점이 매우 크다. First, since the present invention does not require additional coating of the AZO protective layer by sputtering after depositing the TiO 2 antireflection film by sputtering as in the prior art, it is possible to form the p-nc-SiO x : H connection layer layer is not required to be deposited. In particular, since the p-nc-SiO x : H coupling layer has a very low deposition rate, which takes about 4 minutes to deposit a few nanometers, the hydrogen plasma generated in this process may suffer damage to the underlying layer. The advantage of not depositing the layer is very great.
또한, 본 발명에 따른 버퍼층은 TiO2 반사방지막을 스퍼터링으로 증착한 후에, 화학기상증착기를 통하여 SiH4+B2H6 플라즈마로 10초간 수 nm 두께로 형성할 수 있으므로 그 공정이 매우 간편하고, 또한, 본 발명에 따른 버퍼층을 증착한 후에, 연속 공정(in-situ)으로 p층 증착을 바로 진행할 수 있어서 공정의 단계를 줄여 제조시간을 단축시킬 수 있다. In addition, since the buffer layer according to the present invention can be formed by depositing a TiO 2 antireflection film by sputtering and then forming the film with a thickness of several nm for 10 seconds with a SiH 4 + B 2 H 6 plasma through a chemical vapor deposition apparatus, In addition, after the buffer layer according to the present invention is deposited, the p-layer deposition can be carried out directly in-situ, so that the step of the process can be reduced and the manufacturing time can be shortened.
또한, 본 발명에 따른 버퍼 구조를 통해 태양전지의 Voc 및 FF 특성이 개선됨으로써 결과적으로 광전변환효율을 크게 향상시킬 수 있다.Further, the Voc and FF characteristics of the solar cell are improved through the buffer structure according to the present invention, and as a result, the photoelectric conversion efficiency can be greatly improved.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 첨부된 도면에 의해 참조되는 바람직한 실시 예를 중심으로 구체적으로 기술되었으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.
Claims (6)
A hydrogen-reduced p + buffer was deposited on the TiO 2 layer formed of the solar cell antireflective film using only SiH 4 and B 2 H 6 gas as a p-type amorphous silicon material, Wherein the photovoltaic cell is a solar cell.
상기 TiO2층 및 p층 사이에 TiO2의 표면이 코팅되도록 2 nm ~ 10 nm 이하의 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 태양전지 반사방지막 제조방법.The method of claim 1, wherein the hydrogen-abatement p +
The TiO 2 layer and a p-reflective solar cell, characterized in that the vapor-deposited in a thickness of less than TiO 2 nm ~ 10 nm such that the coated surface of the second layer between the film manufacturing method.
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